Advantages and disadvantages of OPC UA Robotics companion

Abstract

The aim of this study was to explore the OPC UA Robotics companion specification, its advantages and disadvantages, as well as its current ecosystem in which it operates. The research method employed was a literature review, complemented by some theoretical reflection, including the historical background of OPC UA, its operational methods, as well as the origin and functionality of the Robotics companion specification.

The study utilized historical information on how the rise of automation influenced the development of industrial communication protocols, among the first of which were COM/DCOM, followed by OPC Classic, and then the improved version, OPC UA. OPC UA is an open communication protocol that enables secure and scalable data exchange between devices and software from different manufacturers, tailored for industrial automation and IoT systems. This has led to the widespread adoption of OPC UA in various industries that have automated their industrial processes.

Robots, which are capable of autonomously performing assigned tasks based on specific program code, are also closely integrated into automated processes. In 2018, the VDMA Foundation published the first standard for robots called OPC UA Robotics companion, which created an information model for the attributes used by robots. This further facilitates the integration of components from different hardware manufacturers.

The key findings showed that the Robotics companion is widely used across different robot manufacturers’ hardware and software. The main benefits lie in compatibility, widespread adoption, and troubleshooting. Other benefits are directly attributable to the features of the OPC UA standard. The challenges are not inherently related to the Robotics companion specification it-self, but rather to OPC UA's own challenges, such as memory requirements, demands, and PKI system management.

Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tutustua OPC UA Robotics companion -spesifikaatioon, sen hyötyihin ja haasteisiin sekä sen nykyiseen ekosysteemiin, jossa se toimii. Tutkimukseen käytettiin tutkimusmenetelmänä kirjallisuuskatsausta ja jonkin verran teoreettista pohdintaa, johon sisältyi OPC UA:n historiallinen tausta sekä sen toimintatavat sekä Robotics companion -spesifikaation synty sekä sen toiminnallisuus ja toimintaympäristö.

Tutkimuksessa hyödynnettiin historiallista tietoa siitä, että miten automaation synty vaikutti teollisuusviestintäprotokollien syntymiseen, joista ensimmäisten joukossa olivat COM/DCOM, tämän jälkeen OPC Classic ja sen jälkeen paranneltu versio OPC UA. OPC UA on avoin tiedonsiirtoprotokolla, joka mahdollistaa eri valmistajien laitteiden ja ohjelmistojen välisen turvallisen ja skaalautuvan tiedonvaihdon teollisuusautomaation ja IoT-järjestelmien tarpeisiin. Tämä on johtanut siihen, että OPC UA -protokollaa käytetään laajasti eri teollisuuksissa, jotka ovat automatisoineet teollisuusprosessinsa.

Automatisoituun prosessiin kuuluvat tiiviisti myös robotit, jotka kykenevät tekemään itsenäisesti niille määrättyjä tehtäviä tietyn ohjelmakoodin mukaan. Vuonna 2018 VDMA-säätiö julkaisi ensimmäisen roboteille suunnatun standardin nimeltä OPC UA Robotics companion, joka loi informaatiomallin robotin käyttämille attribuuteille. Tämä helpottaa yhä entisestään eri laitteisto-valmistuttajien komponenttien yhdistämisessä.

Keskeiset tulokset osoittivat, että Robotics companion on laajasti käytössä eri robottivalmista-jien laitteistossa ja ohjelmistoissa. Suurimmat hyödyt piilevät yhteensopivuudessa, levinneisyydessä sekä vianmäärityksessä. Muista hyödyistä on suoraan vastuussa OPC UA -standardin ominaisuudet. Haasteet eivät itsessään liity Robotics companionin luomaan spesifikaatioon, vaan ne liittyvät enemmänkin OPC UA:n omiin haasteisiin, jotka liittyvät mm. muistiin, vaatimuksiin ja PKI-järjestelmän hallintaan.