11/15/2021

Verwaltungsschale als Grundkonzept zur Umsetzung von Industrie 4.0

Viele Unternehmen kennen den Begriff Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, im Folgenden als AAS abgekürzt) entweder gar nicht oder betrachten die AAS als unnötigen akademischen Overhead für die Umsetzung von Industrie 4.0. Tatsächlich ist die AAS eines der am meisten unterschätzten Kernelemente der Digitalisierung, da es das zentrale Konzept von Industrie 4.0 ist, um eine nahtlose Interoperabilität zu ermöglichen. In diesem Blog möchten wir Ihnen die wesentlichen Features und Vorteile der AAS kurz erläutern und vorstellen.

Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI4.0)

Um das Konzept der AAS zu erklären, müssen wir zunächst mit einem kurzen Exkurs in das Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 (RAMI4.0) beginnen, um zu verstehen, woher die Idee des AAS stammt. RAMI4.0 fügt alle Elemente und IT-Komponenten in ein Schichten- und Lebenszyklusmodell ein und teilt komplexe Prozesse in einfache, überschaubare Pakete auf. RAMI4.0 beschreibt somit, wie ein Asset, also ein physischer Gegenstand in der industriellen Produktion, einschließlich des Produkts selbst, in eine digitale Repräsentation überführt und in der digitalen Welt verarbeitet werden kann. RAMI4.0 ist also der „Wegweiser“ für die Digitalisierung in der Industrie. RAMI4.0 strukturiert die Diskussion um Assets im Wesentlichen entlang der drei folgenden Dimensionen (Abb. 1):

Fig_1.png

Abb. 1: 3D-Darstellung des Referenzarchitekturmodells Industrie 4.0 (RAMI4.0),

  • Produktlebenszyklus: Charakterisiert das Asset mit bestimmten Zuständen an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit während seines gesamten „Lebens“.
  • Ebene (Layer): Grundfragen zur Geschäftsidee
  • Fabrikhierarchie: beschreibt die funktionale Einordnung einer Sachlage innerhalb Industrie 4.0

Wie Abbildung 1 zeigt, enthält die unterste Schicht von RAMI4.0 die Assets, also die physische Welt, während die darüber liegenden Schichten die digitale Welt beschreiben. Die wesentliche Frage lautet nun: Wie verbindet man das physische Asset mit der digitalen Welt und wie erreicht man die Vernetzung der verschiedenen Hierarchieebenen und Lebenszyklen über die verschiedenen Ebenen hinweg?

Verwaltungsschale

Nun ist die Antwort auf die oben gestellte Frage ganz einfach: Wir brauchen einen „Übersetzer“, der auch andere Funktionen zur Kommunikation, Datenbereitstellung, Gewährleistung der Datensicherheit, Beschreibung des Vermögensgegenstandes usw. beinhaltet. Sie können sich diesen Übersetzer als den digitalen Zwilling des physischen Assets vorstellen. Es bildet praktisch eine Schale um das reale Objekt und kapselt sozusagen das physische Objekt in die digitale Welt ein. Diese digitale Darstellung des Assets wird als Asset Administration Shell bezeichnet. Zusammen mit dem Asset bildet die AAS die sogenannte „Industrie 4.0-Komponente“. Die AAS bietet Informationen zu Industrie 4.0-Komponenten, eine eindeutige Kennung für und eine allgemeine Schnittstelle zum Zugriff auf die Informationen und Funktionalitäten des Assets. Letztlich handelt es sich bei der Verwaltungsschale um die technische Realisierung des digitalen Zwillings einer Komponente.


Verwaltungsschale realisiert die digitale Integration:

Die Verwaltungsschale:

  • Bindet den Gegenstand in die Industrie 4.0- Kommunikation ein.
  • Erlaubt den kontrollierbaren Zugriff auf alle Informationen des Gegenstands.
  • Ist eine standardisierte und sichere Kommunikationsschnittstelle.
  • Bindet „passive“ Assets (ohne Kommunikationsschnittstelle) ein, z.B. über Bar- oder QR-Codes.
  • Ist im Netz adressierbar und identifiziert das Asset eindeutig

Verwaltungsschale = „Internet-Auftritt“ einer Industrie 4.0-Komponente


Die Bedeutung dieses Ansatzes mag auf den ersten Blick gering erscheinen, aber nur mit diesem Konzept ist es möglich, das zu verwirklichen, wovon wir seit Beginn der industriellen Produktion träumen: nahtlose Interoperabilität zwischen allen beteiligten Systemen. Die Verwaltungsschale ersetzt proprietäre Kommunikationssysteme, ermöglicht eine durchgängige Kommunikation aller Geräte von der Werkshalle bis zum Management, vom Lieferanten bis zum Kunden und über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Es ermöglicht neue Geschäftsmodelle, Produktverfolgung, vorausschauende Wartung, Datenzugriff auf allen Ebenen und uneingeschränkte Interaktivität. Die AAS ist die herstellerunabhängige Standardisierung der Beschreibung aller Industriekomponenten.

Es gibt derzeit keine anderen Ansätze, die eine solche Selbstbeschreibung von Systemen und Geräten herstellerunabhängig vorsehen.

Quellen:

  1. https://blog.zhaw.ch/industrie4null/2021/03/18/asset-administration-shell-as-a-basic-concept-for-implementing-industry-4-0/
  2. https://www.plattform-i40.de/IP/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/rami40-einfuehrung-2018.pdf?__blob=publicationFile&v=8
  3. DIN SPEC 91345:2016-04 Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI4.0)
  4. https://www.dke.de/de/arbeitsfelder/industry/rami40