Stand der Wissenschaft und Technik

Derzeit werden massive Anstrengungen unternommen, um die Grundlagen für die Vision einer durchgängigen Digitalisierung und Flexibilisierung der Produktionsprozesse zu schaffen, beispielsweise durch die Plattform Industrie 4.0 in Deutschland., das Verbundprojekt „Verwaltungsschale vernetzt“ oder zuvor SemAnz40 zur Schaffung der semantischen Basis für den Informationsaustausch in Industrie 4.0-Anwendungsszenarien oder BaSys 4.0 (virtuelle Middleware für Produktionsanlagen). Auch gibt es einige kommunikationstechnische Standardisierung, wie die Deutsche DIN/DKE Normungsroadmap Industrie 4.0 in der z.B. das RAMI-Referenzmodell und die Industrie 4.0-Komponente beschrieben wurden.[1][2] Als weltweiter Standard für Industrie 4.0 setzt sich derzeit OPC UA durch. Auch das Forum Industrie 4.0 des VDMA empfiehlt OPC UA für die Umsetzung des Konzeptes der Verwaltungsschale einer I4.0-Komponente.[3] Die Ergebnisse des Forschungsprojektes BaSys 4.0 sind ein weiterer Eckpfeiler für die Umsetzung von adaptiven Automatisierungslösungen im Sinne von Industrie 4.0.[4]

Während in der Vergangenheit vorwiegend auf den Ebenen „Data“ und „Information“ geforscht wurde rücken seit einigen Jahren mit Industrie 4.0 die semantischen Datenmodelle (Ebene „Knowhow/Meaning“) in den Mittelpunkt der Betrachtung [5]. Hier ist insbesondere die Arbeit des Fachausschusses „Interaktionsmodell und Semantik für I4.0-Komponenten“ der VDI/VDE-Gesellschaft zu nennen.[6] Durch diesen Fachausschuss wird die Fertigstellung eines IEC-Standards neben der bereits veröffentlichten VDI/VDE 2193 Blatt 1 „Sprache für I4.0-Komponenten; Struktur von Nachrichten“ angestrebt.[7] Weiterhin relevant sind die Brancheninformationsmodelle von OPC UA (Companion Specifications)[8] sowie die Produktklassifikation eCl@ss.[9] Auch das Forschungsprojekt SemAnz 4.0 hat wichtige Grundlagen geschaffen.[10]

Des Weiteren ist in den Spezifikationen zur AAS der Weg zur Operationalisierung der AAS nicht explizit vorgegeben. Es handelt sich vor allem um eine Referenzarchitektur, also eine einheitliche Begriffs- und Methodenstruktur als vorwettbewerbliche Basis.[11] Die Operationalisierung der AAS ist bisher vor allem in Anlagen-Demonstratoren erfolgt, zum Beispiel um die Fertigung mit Losgröße 1 oder Plug-and-Play zu demonstrieren.

Die Operationalisierung der AAS steht erst am Anfang und es ist für die Verbreitung von Industrie 4.0 essenziell, effiziente Wege zur Modellierung, Speicherung, Verwaltung und Analyse von AAS aufzuzeigen.

Derzeit wird lediglich, wie zuvor schon erwähnt, vor allem der direkte (lokale) Informationsaustausch zwischen Industrie 4.0-Komponenten in Automatisierungssystemen umgesetzt. In BaSyx sind zum Beispiel die Komponenten Registry, Discovery und Submodel Provider als Funktionsbausteine hierfür vorgesehen.[12]

Ein weiteres Defizit ist, dass viele Daten in unterschiedlichen Systemen und Softwareanwendungen vorliegen und für eine Verknüpfung auf Informationsebene u.a. Semantikbeschreibungen fehlen. Für die Fabrik bzw. Wertschöpfungskette der Zukunft ist allerdings ein einheitliches Vokabular/Semantik als gemeinsame Sprache eine unabdingbare Voraussetzung. Das heißt, es bedarf einer geeigneten Datenhaltung, in dem die erzeugten bzw. bezogenen Informationen (z. B. Maschinenkonfiguration) inklusive ihrer Semantik verwaltet und vernetzt werden.

 

[1] Struktur der Verwaltungsschale – Fortentwicklung des Referenzmodells für die Industrie 4.0–Komponente. Plattform Industrie 4.0, 2016.

[2] Deutsche Normungs-Roadmap Industrie 4.0 Version 2. DIN/DKE, 2015.

[3] Industrie 4.0 Kommunikation mit UPC UA - Leitfaden zur Einführung in den Mittelstand. VDMA, 2017.

[4] https://www.basys40.de/publikationen/

[5] Schleipen Miriam: Combining AutomationML and OPC UA. OPC Day Finland, 18.10.2016.

[6] Diedrich, Christian: Sprache für Industrie 4.0-Komponenten. 13. Fachtagung: Digital Engineering Technischer Systeme – Der Weg zur Smart Factory. Magdeburg, 2017.

[7] https://www.beuth.de/de/technische-regel-entwurf/vdi-vde-2193-blatt-1/296562969

[8] https://opcfoundation.org/about/opc-technologies/opc-ua/ua-companion-specifications/

[9] https://www.eclass.eu/static/documents/wiki/Whitepaper/ecl-Whitepaper-Industrie40_DE.pdf

[10] http://www.semanz40.de/

[11] https://www.plattform-40.de/PI40/Navigation/DE/Industrie40/Handlungsfelder/NormenStandards/normen-und-standards.html

[12] https://wiki.eclipse.org/BaSyx.Documentation

 

Stand: 17.02.2021