Definition

Was ist MTConnect?

| Autor / Redakteur: Stefan Luber / Nico Litzel

(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

MTConnect ist ein standardisiertes, offenes Protokoll zur Erfassung von Maschinendaten. Es arbeitet unidirektional und basiert auf XML. Das Protokoll hat auf dem nordamerikanischen Markt eine große Verbreitung. Es lässt sich im Umfeld der Industrie 4.0 für das Monitoring von Maschinen, Leistungsanalysen, vorausschauende Wartung und Vieles mehr einsetzen.

MTConnect wurde in den USA von der Association for Manufacturing Technology (AMT) als einheitliche Sprache für die Kommunikation mit Werkzeugmaschinen entwickelt. Der erste MTConnect-Standard in der Version 1.0 erschien im Jahr 2008 nach zweijähriger Entwicklungszeit. Seit 2009 ist die gemeinnützige Einrichtung MTConnect Institute für die Weiterentwicklung des Standards zuständig.

Es handelt sich bei MTConnect um ein offenes, erweiterbares Protokoll, mit dem sich Maschinendaten auf Produktionsstättenebene (Shopfloor-Ebene) erfassen lassen. Das Protokoll arbeitet unidirektional im Read-only-Modus und basiert auf XML (Extensible Markup Language). Mithilfe von MTConnect ist die vertikale Vernetzung von Maschinen mit IT-Systemen und Software möglich. Vor allem im nordamerikanischen Markt hat sich MTConnect als Standard zur Maschinendatenerfassung etabliert.

In Europa kommt häufig OPC UA als Kommunikations- und Schnittstellenstandard zum Einsatz. Es existieren mittlerweile Geräte mit Gateway-Funktionen, die eine Umsetzung der Protokolle in einem gewissen Umfang ermöglichen. Für die digitale Transformation und die Automatisierung im Umfeld der Industrie 4.0 stellen Protokolle wie MTConnect oder OPC UA wichtige Basisfunktionen zur Verfügung. Typische Anwendungsbereiche von MTConnect sind Verfügbarkeits- und Leistungsanalysen, vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), Visualisierungen, Monitoring, Job-Kontrolle, Job-Routing und Vieles mehr.

Das technische Konzept von MTConnect

Der MTConnect-Standard definiert die folgenden drei an der Kommunikation beteiligten Komponenten:

  • Agent
  • Adapter
  • Anwendung (Client)

Aufgabe des Adapters ist es, die Daten einer Maschine zu erfassen, sie zu normieren und an einen Agenten zu übertragen. Der Agent strukturiert die Daten und transformiert sie ins XML-Format. Er ist in der Lage, Daten zwischenzuspeichern und sie auf Anfrage an eine weiterverarbeitende Anwendung, den Client, weiterzuleiten. Die Anwendung speichert die Daten in einem Datenbanksystem und ist für die Datenanalyse und -darstellung verantwortlich. Adapter und Agent müssen nicht zwingend auf dem gleichen System beziehungsweise auf der gleichen Maschine installiert sein.

Während die Kommunikation zwischen Maschine, Adapter und Agent proprietär erfolgen kann, definiert der MTConnect-Standard die Kommunikation zwischen dem Agenten und dem Clienten einer Anwendung. Die Kommunikation basiert auf dem Ethernet-Standard und verwendet HTTP über ein RESTful-Interface. Das Verfahren arbeitet zustandslos und benötigt keine Sitzungsverwaltung. Für HTTP-Anfragen wird ausschließlich die GET-Methode verwendet. Per GET angefragte Daten liegen im XML-Format vor. Das Schreiben von Daten und übertragen von Ausführungsbefehlen an Maschinen ist nicht möglich.

Abgrenzung zwischen MTConnect und OPC UA

Während in den USA zur Erfassung von Maschinendaten häufig MTConnect zum Einsatz kommt, dominiert in Europa und Deutschland das M2M-Kommunikationsprotokoll OPC UA. MTConnect und OPC UA grenzen sich deutlich voneinander ab. Die Abkürzung OPC UA steht für Open Platform Communications Unified Architecture. Es handelt sich um eine Sammlung von Standards für den vertikalen und horizontalen Austausch von Daten im Umfeld der Industrieautomation. Definiert werden der Transport der Daten, die benötigten Schnittstellen, der semantische Aufbau der Daten und die Sicherheitsmechanismen. OPC UA ist sprach-, hersteller- und plattformunabhängig. Im Gegensatz zum unidirektionalen MTConnect gestattet OPC UA eine bidirektionale Kommunikation.

MTConnect ist hauptsächlich auf die Datenerfassung von Produktionsmaschinen ausgerichtet, OPC UA hingegen als genereller M2M-Kommunikationsstandard einsetzbar. Während MTConnect auf einer Client-Agent-Architektur basiert, kommt bei OPC UA eine vollwertige Client-Server-Architektur zum Einsatz. OPC UA ist verbindungsorientiert und benötigt einen höheren Verwaltungsaufwand im Vergleich zur zustandslosen, ausschließlich lesenden Kommunikation von MTConnect. Die OPC-UA-Nachrichten entsprechen dem OPC UA Binary Encoding und werden per WS-SecureConversation und SOAP übertragen (Simple Object Access Protocol). Wesentliche Unterschiede zwischen OPC UA und MTConnect bestehen im Bereich der Security. Während MTConnect aufgrund der Read-only-Kommunikation weitestgehend auf eigene Sicherheitskonzepte verzichtet und lediglich Empfehlungen zur Nutzung bestehender Standardverfahren wie SSL/TLS oder AES ausspricht, ist die IT-Security bei OPC UA wesentlicher Bestandteil des Gesamtkonzepts.

Die Standards beinhalten ein eigenes Security-Modell, das Sicherheitsmechanismen als vorgeschriebene Bestandteile auf verschiedenen Ebenen definiert. Die Security-Funktionen sollen die Integrität und Vertraulichkeit der ausgetauschten Daten sicherstellen und für die gegenseitige Authentisierung und Autorisierung der beteiligten Komponenten sorgen. Unter anderem arbeitet OPC UA mit Zertifikaten und Verschlüsselung.

Einsatzmöglichkeiten von MTConnect

MTConnect bietet zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Typische Einsatzszenarien sind:

  • Auslastungsüberwachung
  • Effizienzmonitoring (OEE – Overall Equipment Effectiveness)
  • vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance)
  • dynamisches Job-Routing
  • Job-Kontrolle
  • vollständig automatisierte Produktion (Lights-out Manufacturing)
  • Verfügbarkeits- und Leistungsanalysen
  • Prozessanalysen
  • Visualisierungen

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