Wissenschaftlicher Newsticker September 2020
Industrie 4.0 Komponenten befüllen
Eines der Kernelemente der Industrie 4.0 ist die Industrie 4.0 Komponente. Sie soll die Vision der Cyber-physischen Produktionssysteme realisieren und damit Anforderungen an die Industrie 4.0 hinsichtlich verstärkter vertikaler und horizontaler Integration, verteilter Intelligenz und Steuerung sowie durchgängigem Engineering erfüllen.
Um dies zu ermöglichen, besteht jede Industrie 4.0 Komponente aus ihrem relevanten Asset und einer dieses Asset beschreibenden und verwaltenden informationsverarbeitenden Struktur die Verwaltungsschale genannt wird (siehe DIN Spec 91345). Dazu soll die Verwaltungsschale ein digitales Abbild des Assets sowie Zugangswege zu seiner Steuerung bieten. Entsprechend sollte es eine vollständige Menge der Informationen enthalten, die mit Bezug auf das Asset im Engineering entstehen.
In der Plattform Industrie 4.0 wurde für die Strukturierung der Informationen in der Verwaltungsschale ein Meta Modell entworfen, für das in Kooperation mit dem AutomationML e.V. unter maßgeblicher Beteiligung des IAF eine Repräsentation mittels AutomationML als herstellerneutrales Format entwickelt und veröffentlicht wurde:
Abbildung 1: Auszug aus der Struktur der Verwaltungsschale
Kernelemente der Verwaltungsschale sind das Asset als Identifikationsmittel für das beschriebene Objekt sowie diesem zugehörige beschreibende Informationen, die in sogenannten Submodells strukturiert werden sollen. Ein Problem das bisher offen ist, ist die Frage, welche Submodells relevant sind, und wie diese mit Informationen befüllt werden können.
In Forschungsarbeiten mit verschiedenen industriellen Partnern wurde am IAF in den letzten Jahren eine AutomationML basierte Engineeringdatenlogistik entwickelt und implementiert, die es ermöglicht, die verschiedenen an einem Engineeringprozess beteiligten Softwarewerkzeuge und Engineeringdisziplinen zu vernetzen. Grundlage dieser Methode ist die Erkenntnis, dass in einem Engineeringnetzwerk für jede Disziplin bzw. für jedes Werkzeug domänenspezifische Sprachen entwickelt wurden, die alle relevanten Elemente der Disziplin abbilden und für die es Speicherformate gibt. Darüber hinaus sind die domänenspezifischen Sprachen nicht durchschnittsfremd. Sie können ggf. gleiche Elemente abbilden, dabei jedoch gleiche als auch unterschiedlichen Eigenschaften dieser Elemente adressieren.
Die am IAF mit vielen Partnern entwickelte Engineeringdatenlogistik basiert auf einer zentralisierten Datenlogistik und flexiblen Adaptern und nutzt die Strukturen der domänenspezifischen Sprachen aus und bildet sie in AutomationML ab. Die flexiblen Adapter dienen der Übersetzung der Daten der einzelnen Softwarewerkzeuge in AutomationML und zurück und dem Austausch mit der Datenlogistik.
Aufgabe der zentralisierten Datenlogistik ist die Bereitstellung eines konsistenten und vollständigen Gesamtmodells durch Kombination der einzelnen domänenspezifischen Modelle. Dazu werden die einzelnen AutomationML Dialekte so kombiniert, dass jeder AutomationML Dialekt eine Unterstruktur für die einzelnen abzubildenden Elemente bildet (Quelle: A. Lüder, J.-L. Pauly, F. Rinker, and S. Biffl: Data Exchange Logistics in Engineering Networks Exploiting Automated Data Integration, 24th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Sep. 2019, Zaragoza, Spain, Proceedings).
Diese Struktur kann nun geeignet ausgenutzt werden. Jedes der domänenspezifischen Modelle wird dazu auf ein Submodel der Verwaltungsschale mit entsprechenden Property Elementen für jede Eigenschaft abgebildet. Damit wird es möglich die verschiedenen Engineeringdaten direkt zu integrieren und die bestehende Datenlogistik anzuwenden. Jedoch sind die einzelnen Unterstrukturen nicht direkt gleich. Es bedarf der Übersetzung der Attributstrukturen. Dafür kann ein passender Adapter implementiert werden. Es ergibt sich damit die in Abbildung 2 gezeigte und in A. Lüder, A.-K. Behnert, F. Rinker, and S. Biffl: Generating Industry 4.0 Asset Administration Shells with Data from Engineering Data Logistics, 25th IEEE Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Sep. 2020, Vienna, Austria, Proceedings veröffentlichte Struktur der Datenlogistik.
Abbildung 2: Architektur der Informationslogistik zur Befüllung von Verwaltungsschalen
Es ist bedeutend an dieser Stelle festzustellen, dass die vorgestellte Datenlogistik in der Lage ist nahezu alle im Engineering entstehenden Informationen in eine Industrie 4.0 Verwaltungsschale zu integrieren und abzubilden. Damit werden diese Daten für alle anderen Lebenszyklusphasen nutzbar.
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. habil. Arndt Lüder