Industrie 4.0 Komponente und das Konzept der Verwaltungsschale

IEC/TC65 WG 24
IEC 63278-1 ED1 „Asset administration shell for industrial applications – Part 1: Administration shell structure

 

Um die Informationswelt verfügbar zu machen, werden Objekte mittels ihrer Eigenschaften so beschrieben, dass diese Beschreibung in der Informationswelt als Ganzes dem jeweiligen Objekt zugeordnet und in Beziehung zu anderen Objekten gesetzt werden kann. Entsprechend des Konzepts der digitalen Fabrik (IEC TS 62832-1) wird ein physisches oder logisches Objekt, welches für eine Organisation einen tatsächlichen oder wahrgenommenen Wert besitzt und deswegen verwaltet wird, Asset genannt.

 

Der Begriff "Verwaltungsschale" basiert demzufolge auf der Idee, dass die Informationswelt das Asset (z.B. Bestandteil einer I4.0-Komponente) wie eine Schale umschließt, dies wird in der Abbildung veranschaulicht. 

Wie im untenstehenden Anwendungsbeispiel dargestellt wird, kann eine solche I4.0-Komponente beispielsweise eine Werkzeugmaschine repräsentieren. Die Informationen werden mithilfe von Merkmalen abgelegt, deren Semantik so definiert ist, dass das System die relevanten Informationen standardisiert und über die entsprechenden RAMI 4.0-Schichten verfügbar machten kann.

Das Ergebnispapier enthält keine endgültige IT-Spezifikation oder Implementierungsanforderung und wurde zunächst verwendet, um zu klären, welche Merkmale, Daten und Funktionen typischerweise in einer Verwaltungsschale gespeichert sind. Im Dokument Verwaltungsschale im Detail (VWSiD) Part 1 wird die Struktur, also das Serialisierungs- und Austauschformat einer Verwaltungsschale definiert. Der Part 1von VWSiD befasst sich im Schwerpunkt mit der exakten Definition des Datenmodells durch ein UML-Diagramm, seiner Serialisierung in XML und JSON und der Definition eines einfachen und sicheren Transportes von Verwaltungsschalen zwischen zwei technischen Infrastrukturen in einem Container.


Aktuellen Entwicklungen und Handlungsempfehlungen

Bei IEC/TC 65 wurde das Projekt IEC 63278 ED1 „Asset administration shell for industrial applications – Part 1: Administration shell structure“ in der neu gegründeten Working Group 24 unter deutscher Projektleitung gestartet. Damit sind die Weichen gestellt, um die Konzepte der Verwaltungsschale zu einer internationalen Norm bzw. Normenreihe zu entwickeln. Weitere Teile der IEC 63278-Reihe sowie weiterer Normen zur Internationalisierung des Konzepts der Verwaltungsschale sind erforderlich. Dabei geht es sowohl um die Beschreibung der Infrastruktur-Mechanismen wie z.B. der I4.0-Sprache als auch um die Beschreibung von Teilmodellen für bestimmte Klassen von Assets

·        Generische Anforderungen an Teilmodelle
Teilmodelle bestehen im Wesentlichen aus Merkmalen und Verweisen auf Funktionen, Methoden, Dienste, Dokumente und andere komplexe Sachverhalte, die nicht Bestandteil des Teilmodells selbst sind. Teilmodelle sollten nach Möglichkeit eine abgeschlossene Sicht auf einen Aspekt des Assets und einen gewissen Nutzen haben oder ein Szenario bedienen. Als Beispiel sei hier das Energiemanagement genannt, sodass im Teilmodell Energiemanagement alle dafür relevanten Merkmale über Schnittstellen bereitgestellt werden können.

·        Kommunikation von I4.0 Komponenten
Die Interoperabilität zwischen I4.0 Komponenten hängt entscheidend von den Inhalten der Verwaltungsschale ab und so ist es Hauptaufgabe der Verwaltungsschale, die Daten und Funktionen aller relevanten Assets einschließlich den Produkten und ganzer Produktionssystemen standardisiert über ihren Lebenszyklus zu registrieren und zur Verfügung zu stellen. 


Anwendungsfall: „Integration einer Werkzeugmaschine beim Anwender mithilfe standardisierter Beschreibung der Fertigungseigenschaften“

Im Anwendungsfall wird illustriert, wie durch eine Standardisierung von Fertigungseigenschaften von Maschinen die Integration dieser Maschinen bei einem Anwender vereinfacht werden kann. Die wesentlichen Wertschöpfungsbeziehungen zwischen den beteiligten Firmen sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Ein Konsortium, wie beispielsweise die OPC-Foundation, entwickelt eine Spezifikation. Eine Branche, wie beispielsweise die Hersteller von Werkzeugmaschinen einigt sich, den Standard OPC UA, welcher auch als Normenreihe IEC 62541 vorliegt, für ihre Branche auszuprägen, in-dem sie eine OPC UA Companion Specification für ihre Branche entwickelt. Die einzelnen Hersteller von Werkzeugmaschinen unterstützen dies und bieten dann am Markt Werkzeugmaschinen an, die diese OPC UA Companion Specification implementiert haben, aber zusätzlich noch Alleinstellungsmerkmale besitzen. Der Anwender von Werkzeugmaschinen hat anschließend den Nutzen einer vereinfachten Integration von Werkzeugmaschinen in seiner Anlage, aber auch herstellerübergreifende Zustandsüberwachung und prädiktive Wartung, eine technologieoffene Optimierung der Produktion oder ein vereinfachtes Retrofit von Bestandsmaschinen.

 

Dieser Anwendungsfall ist insofern relevant für die Normung, da er Möglichkeiten aufzeigt, wie bereits heute am Markt etablierte Mechanismen weiterentwickelt werden sollten, um zusätzlichen Nutzen zu stiften.


Downloads

Security der Verwaltungsschale

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Die Verwaltungsschale im Detail

von der Idee zum implementierbaren Konzept

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Die_Verwaltungsschale_im_Detail.pdf
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Relationships between I4.0 Components - Composite Components and Smart Production

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Relationships_between_I4-0_Components.pd
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