Einleitung

Ich habe mich letztens mit einem Bekannten unterhalten, der mich gefragt hat "Kannst du über meine UNS Präsentation drüber schauen?". Ich musste ihm ehrlich gestehen, dass ich mit der Abkürzung nicht so viel anfangen konnte und erst einmal recherchieren muss um ein Bild zu haben. Es kam schnell heraus, dass UNS für "Unified namespace" steht. Das hat jedenfalls mal geholfen die richtige Wiki-Seite zu finden. Nach etwas lesen und nachdenken sind mir einige Elemente doch sehr bekannt vorgekommen.

Unified Namespace und DDD: Architekturprinzipien für die moderne Produktion

In der industriellen Automatisierung gilt die ISA-95 seit Jahrzehnten als etablierter Standard. Besonders in Branchen wie der Pharmazie oder Lebensmittelbranche bietet sie ein bewährtes Framework für die hierarchische Ordnung. Doch diese Struktur bringt Herausforderungen mit sich: Die oft starre Auslegung und das „One-size-fits-all“-Prinzip können besonders für mittelständische Unternehmen eine Komplexität erzeugen, die weit über den eigentlichen Bedarf hinausgeht. Wer Flexibilität und eine durchgängige Datenverfügbarkeit anstrebt, stößt mit der klassischen Pyramide zunehmend an Komplexitätsgrenzen.

Quelle: Wikimedia Commons, Urheber: UlrichAAB, Lizenz: CC BY 3.0

Ein alternativer Ansatz liegt in der Verbindung von OT-Standards mit anderen Prinzipien aus der Softwarearchitektur: dem Unified Namespace (UNS) - der Event-Driven Architecture (EDA) und Domain-Driven Design (DDD) zusammenbringt.

Die Herausforderung - Integrationstiefe und starre Hierarchien

Traditionell wachsen IT/OT-Landschaften durch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Ein ERP-System fragt Daten beim SCADA ab, eine SPS meldet Zustände direkt an eine Datenbank, eine Waage kommuniziert direkt mit dem MES. Es entsteht eine Spaghetti-Integration.

Jede dieser Verbindungen stellt eine diskrete, explizite Koppelung dar. Dies hat strukturelle Implikationen:

Abhängigkeiten: Änderungen an einem System erfordern häufig Anpassungen an allen direkt verbundenen Systemen.

Architektur-Mischformen: Großbetriebe riskieren so, die Trägheit monolithischer Blöcke mit der Komplexität verteilter Systeme zu kombinieren.

Vorgegebene Komplexität: KMUs müssen oft hierarchische Modelle (Werke, Linien, Zellen) abbilden, die physisch in dieser Tiefe nicht vorhanden sind, um die Anforderungen gängiger Software-Schnittstellen zu erfüllen.

Der Unified Namespace als Architekturkonzept

Der UNS ist kein spezifisches Softwareprodukt, sondern ein Konzept, das die Datenflüsse in der Fabrik neu strukturiert. Er dient als zentrale Instanz, in der Informationen einer Organisation in einer einheitlichen, konsistenten Hierarchie abgebildet werden.

Von der direkten Verbindung zur Bereitstellung

Während es im klassischen Modell um die Frage geht, wie Applikationen direkt miteinander verbunden werden, verschiebt der UNS den Fokus auf die Bereitstellung von Informationen. Alle beteiligten Systeme – vom Sensor bis zum Dashboard – werden als Knoten in einem Netzwerk betrachtet.

Publish/Subscribe-Mechanismus: Anstatt dass ein System Daten aktiv bei einem anderen anfragt, publizieren Knoten ihre Informationen eigenständig in den UNS, sobald relevante Änderungen auftreten.

Strukturelle Entkopplung: Der Sender (z. B. eine Waage) übermittelt Daten an den UNS, ohne den Endempfänger kennen zu müssen. Ebenso bezieht der Empfänger (z. B. ein Quality-Monitoring-Tool) die Daten über einen definierten Pfad im Namensraum, unabhängig von der physischen Quelle.

Zustandsorientierung: Der UNS bildet den aktuellen Status der gesamten Produktion ab. Neue Teilnehmer im Netzwerk können den aktuellen Zustand der Domäne erfassen, ohne jedes Subsystem einzeln abfragen zu müssen.

Empfängerzentrierter Datenbezug: Der Empfänger definiert, welche Daten für ihn relevant sind. Dies entlastet die sendenden Systeme in der OT, da diese nicht für jeden neuen IT-Anwendungsfall individuell umkonfiguriert werden müssen.

Dieser Ansatz ermöglicht es, die starre Automatisierungspyramide zugunsten eines modulareren Ökosystems zu ergänzen, in dem Informationen bedarfsgerecht fließen können.

Die Synergie: UNS, EDA und DDD im Detail

Die Verwandtschaft dieser Konzepte rührt daher, dass sie auf ähnlichen strukturellen Prinzipien basieren. Gemeinsam unterstützen sie dabei, die Komplexität industrieller Prozesse digital abzubilden:

1. Die Domäne als Fundament (Domain-Centricity)
In allen drei Ansätzen steht die Domäne – der eigentliche Produktionsprozess – im Zentrum der Betrachtung.

DDD zielt darauf ab, die Logik der Fachprozesse präzise im System abzubilden.

Der UNS strukturiert den Namensraum entlang der physischen und logischen Struktur der Fabrik (z. B. Standort_A/Halle_1/Mischer_01/Motor/Drehzahl).

Gemeinsamkeit: Das System orientiert sich an der betrieblichen Realität statt an den technischen Vorgaben einzelner IT-Schnittstellen.

2. Ubiquitous Language: Die allgegenwärtige Sprache
Die „allgegenwärtige Sprache“ ist ein Kernaspekt des DDD. Sie soll sicherstellen, dass IT und Fachabteilung eine deckungsgleiche Terminologie verwenden.

Im UNS wird dies durch eine semantische Hierarchie technisch umgesetzt. Ein Datenpunkt folgt einer nachvollziehbaren Geschäftslogik statt kryptischer Registeradressen.

Gemeinsamkeit: Prozesswissen wird direkt in der Datenstruktur abgebildet. Informationen sind für die Teilnehmer am System ohne umfangreiche Übersetzungstabellen interpretierbar.

3. Entkopplung durch Kontext (Bounded Contexts)
DDD begegnet Komplexität durch die Definition von Bounded Contexts. Ein „Auftrag“ hat in der Fertigung eine andere Bedeutung als in der Logistik.

Der UNS ermöglicht es, diese Grenzen durch eine strukturierte Aufteilung der Datenräume abzubilden.

Über eine EDA (Event-Driven Architecture) werden Informationen als abgeschlossene Ereignisse (Events) geteilt, wenn sie für andere Kontexte eine Relevanz besitzen.

Gemeinsamkeit: Systeme agieren weitgehend autonom innerhalb ihres Kontextes und reagieren gezielt auf relevante Änderungen, was die Stabilität und Skalierbarkeit des Gesamtsystems unterstützt.

4. Single Source of Truth und Evolution
Während die klassische Pyramide oft zu Redundanzen führt, da Werte über mehrere Ebenen synchronisiert werden müssen, bietet der UNS einen zentralen Zugriffspunkt auf den Echtzeit-Zustand. In Verbindung mit EDA werden Fakten („Charge beendet“) konsistent kommuniziert.

Gemeinsamkeit: Es wird eine einheitliche Datenbasis geschaffen. Neue Applikationen lassen sich nach dem „Plug-and-Produce“-Prinzip integrieren, was eine schrittweise, evolutionäre Entwicklung der Systemlandschaft begünstigt.

Strategische Vorteile in der Anwendung

Die Integration von DDD- und EDA-Elementen unter den Namen Unified Namespace in die OT-Architektur bietet verschiedene Vorteile für die Systempflege:

Austauschbarkeit: Da Applikationen primär mit dem UNS kommunizieren, lassen sich einzelne Systeme (z. B. ein MES) mit geringerem Risiko auf die restliche Infrastruktur modernisieren. Die Teilsysteme sind lose gekoppelt.

Evolutionäre Ansätze: Bestehende Standards wie ISA-95 werden nicht ersetzt, sondern können als solide Ausgangsbasis für die Strukturierung des Unified Namespace dienen.

Anpassungsfähigkeit: Die Entkopplung der Systeme vereinfacht Migrationen und Erweiterungen, da die Auswirkungen von Änderungen lokal begrenzt bleiben.

Zusammenfassung

Der Unified Namespace ist eine Architekturmethode, die bewährte Prinzipien der Softwareentwicklung wie DDD und EDA in den industriellen Kontext überträgt. Er bietet eine Möglichkeit, gewachsene Punkt-zu-Punkt-Strukturen schrittweise zu entflechten. Das Ziel ist eine Architektur, die nicht nur Daten transportiert, sondern die Prozesse der Produktion strukturiert und verständlich abbildet.