Plattform Industrie 4.0 - Die Verwaltungsschale im Detail von der Idee zum implementierbaren Konzept
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Plattform Industrie 4.0 Die Verwaltungsschale im Detail von der Idee zum implementierbaren Konzept
Im Überblick
Industrie 4.0
Hintergrund: Was ist neu?
Der zentrale Baustein
Industrie 4.0-Komponente mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
Verwaltungsschale im Detail
Die Basis für konkrete Implementierungen
Verwaltungsschale in der Praxis
Teilmodelle selbst entwickeln
Informationen für KMU
Wo Sie Unterstützung für die digitale Transformation finden
2
Industrie 4.0
vernetzt Geschäftsprozesse –
über Unternehmensgrenzen hinweg
Internet ist überall vorhanden, einfach & preiswert.
Geräte werden immer intelligenter.
Clever angewendet eröffnet sich eine neue Welt von
Diensten & Funktionen.
Industrie 4.0 verknüpft alle Beteiligten in
Geschäftsprozessen in der Fertigungs- und
Prozessindustrie.
Informationen von Lieferanten, Kunden und im eigenen
Unternehmen werden vernetzt.
Werkstücke und Maschinen steuern selbstständig die
Produktion – flexibel, effizient, ressourcenschonend.
Es gibt Übergänge zwischen verschiedenen
Unternehmen & Branchen. Grafik © Anna Salari, designed by freepik
3
Industrie 4.0
Was ist wirklich neu?
Das können wir heute schon Industrie 4.0: Das ist neu
Die Cloud
Wertschöpfung aus dem
Das Netzwerk herstellerübergreifenden
Automatisierungsgeräte mit Austausch von Informationen
Internetzugang Vom Intranet zum Internet
Internetbasierte Dienste Herstellerübergreifende und
branchenneutrale Standards
für Kommunikation, Dienste und
Semantik
Eine Vielzahl neuer Anwendungen und Geschäftsmodelle werden entstehen.
4
Einheitliche Standards?!
Voraussetzungen für die digitalisierte Produktion
Gemeinsame Kommunikationsstrukturen: Netzwerk und Protokolle
Gemeinsame Spielregeln für Cyber-Security und Datenschutz
Gemeinsame Sprache mit Zeichen, Alphabet, Vokabular, Satzbau,
Grammatik, Semantik, Pragmatik und Kultur
Standardisierung
Grafik © Anna Salari
5
Im Überblick
Industrie 4.0
Hintergrund: Was ist neu?
Der zentrale Baustein
Industrie 4.0-Komponente mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
Verwaltungsschale im Detail
Die Basis für konkrete Implementierungen
Verwaltungsschale in der Praxis
Teilmodelle selbst entwickeln
Informationen für KMU
Wo Sie Unterstützung für die digitale Transformation finden
6
Industrie 4.0-Komponente
Gegenstände treten in der IT-Welt auf
Integration von Gegenständen in die Informations-Welt
Gegenstand (Asset) = alles, was für eine Industrie 4.0-Lösung einen „Anschluss“ benötigt:
Maschinen und ggf. ihre Komponenten
Zuliefermaterial und Produkte
Unterlagen, die ausgetauscht werden (Pläne, Aufträge)
Verträge Verwaltungsschale
Bestellungen
…
Komponente
I4.0-
Gegenstand
7
Verwaltungsschale
realisiert den digitalen Zwilling
Digital Twin/Digitaler Zwilling
Definition 1: Digitale Repräsentation eines
physischen Assets
Definition 2: Simulationsmodell
Die Verwaltungsschale ist die
Umsetzung des digitalen Zwillings
für Industrie 4.0.
Plattform Industrie 4.0 Glossary www.plattform-i40.de/I40/Navigation/DE/Service/Glossar/Functions/glossar.html (leicht geändert)
8
Verwaltungsschale
Warum?
Die Verwaltungsschale ist die Umsetzung des
„digitalen Zwillings“ für Industrie 4.0.
Die Verwaltungsschale schafft herstellerübergreifende
Interoperabilität.
Die Verwaltungsschale ist für nicht-intelligente und intelligente
Produkte verfügbar.
Die Verwaltungsschale bildet den gesamten Lebenszyklus von
Produkten, Geräten, Maschinen und Anlagen ab.
Die Verwaltungsschale ermöglicht durchgängige
Wertschöpfungsketten.
Die Verwaltungsschale ist die digitale Basis für autonome
Systeme und KI.
9
Verwaltungsschale
Wie?
Die Verwaltungsschale…
bindet den Gegenstand in die Industrie 4.0-
Kommunikation ein.
ist im Netz adressierbar und identifiziert das Asset
eindeutig.
erlaubt den kontrollierbaren Zugriff auf alle
Informationen des Gegenstands.
hat eine standardisierte und sichere
Kommunikationsschnittstelle.
kann intelligente und nicht-intelligente („passive“)
Assets (ohne Kommunikationsschnittstelle)
einbinden, z.B. über Bar- oder QR-Codes.
bildet den gesamten Lebenszyklus von Produkten,
Geräten, Maschinen und Anlagen ab.
© Plattform Industrie 4.0; Anna Salari, designed by freepik
10Industrie 4.0-Komponente
Verwaltungsschale bildet gesamten Lebenszyklus ab
Bei der Entwicklung werden Funktionalitäten geplant, z.B. ein Motor mit
einem bestimmten Drehmoment und einer bestimmten Wellenhöhe. Einige
Eigenschaften des Motors werden in die Verwaltungsschale übernommen.
Im nächsten Schritt wird ein bestimmter Motortyp eines Herstellers
ausgewählt; weitere Informationen zu diesem Motortyp werden der
Verwaltungsschale hinzugefügt.
Der Motorenhersteller liefert eine Komponente, um den Motor zu
berechnen und zu simulieren; die Auswahl kann simuliert und bestätigt
werden.
Bei der Inbetriebnahme wird dann der Motor bestellt, der Motortyp wird zu
einer Motorinstanz, mit Seriennummer und spezifischen Daten für diesen
einzelnen Motor. Die Verwaltungsschale wird erneut angereichert.
Betriebsparameter (Temperatur, Vibrationen, ...) werden während des
Betriebs des Motors gemessen. Das kann in der Verwaltungsschale
aufgezeichnet werden.
Die Wartung erfolgt am Motor und wird in der Verwaltungsschale erfasst.
Nach Ablauf der Lebensdauer wird der Motor durch einen neuen ersetzt.
Diese Änderung und alle Informationen über den neuen Motortyp und die
neue Instanz werden gespeichert.
Informationen in der Verwaltungsschale können zwischen allen Partnern
der Wertschöpfungskette ausgetauscht werden: Lieferanten,
Entwicklungspartner, Systemintegratoren, Betreiber und Servicepartner.
11Industrie 4.0-Komponente
Verwaltungsschale = „Internet-Auftritt“
Die Verwaltungsschale der elektrischen Achse...
…kennt die Merkmale & Fähigkeiten der elektr. Achse und
macht sie nutzbar.
… weiß, wo die Informationen zur Achse zu finden sind
und stellt sie bereit.
…hat eine konkrete standardisierte Syntax & Semantik.
…kann unterschiedlich realisiert sein:
als einfache statische Informationsquelle („HTML-Datei“),
z. B. für eine Schraube
auf einem Feldgerät
auf einem Gateway, das mehrere Geräte bedient
als vernetzte IT-Lösung mit verteilten Informationsquellen
(„Cloud-Lösung“)
12Plattform Industrie 4.0
Auswahl Publikationen zur Verwaltungsschale
Details of the Asset Administration Shell Verwaltungsschale in der Praxis
In der Publikation beschreibt die Unterarbeitsgruppe In der Publikation fasst die Plattform Industrie 4.0
„Modelle und Standards“ (ZVEI) in der Arbeitsgruppe wesentliche Aspekte der Verwaltungsschale
„Referenzarchitekturen, Standards und Normung“ ein zusammen und erklärt Anwendern, wie sie selbst
technologieneutrales UML-Modell, das alle notwendigen generische, Asset-spezifische und freie Teilmodelle
Informationen enthält, erste Austauschformate in XML entwickeln können. DEUTSCH
und JSON sowie ein Zugriffskonzept. ENGLISCH
Sicherer Bezug von CAE Daten I4.0-Sprache, Vokabular, Nachrichtenstruktur
Dieses Dokument der Arbeitsgruppen zur Sicherheit und semantische Interaktionsprotokolle der
beschreibt die Security-Anforderungen I4.0-Sprache
an den sicheren Bezug von CAE-Daten. Ein Die AG Semantik und Interaktion von I4.0-
Lösungsvorschlag greift Konzepte für den Austausch Komponenten der GMA, auch bekannt als
von Informationen von Verwaltungsschalen und zum Unterarbeitsgruppe der AG1, erarbeitet ein Konzept
Rechtemanagement auf. DEUTSCH für die Sprache zwischen I4.0-Komponenten. Das
Papier zeigt aktuelle Ansätze. DEUTSCH
Zugriffssteuerung für Industrie 4.0-
Komponenten zur Anwendung von
Herstellern, Betreibern und Integratoren
Beschreibt attribute based access control, das die Publikationen der
Basis für die Verwaltungsschale ist und gibt Beispiele Plattform Industrie 4.0
für die Anwendung. DEUTSCH finden Sie in der Online-
BibliothekDie Plattform Industrie 4.0
Die digitale Transformation klappt nur gemeinsam
Industrie 4.0 ist gesamt-
gesellschaftliches Projekt
Breites Themenfeld: Von
Technologieinnovationen
bis zu gesellschaftlicher
Veränderung
Schulterschluss von:
Wissenschaft
Wirtschaft
Politik
Verbände
Gewerkschaften
Plattform Industrie 4.0 = gemeinsame Gestaltung
eines Ökosystems zur Digitalisierung der Industrie.
14Die Plattform Industrie 4.0
bündelt Know-how
Mittelstands- Internationale
Fachexpertise
unterstützung Aktivitäten
Das Herz der Plattform Industrie 4.0: die Arbeitsgruppen
15Sechs Arbeitsgruppen
Inhaltliche Impulsgeber der Plattform Industrie 4.0
Sechs Arbeitsgruppen zu ausgewählten Themen…
verstehen sich als Arbeitsforum von Vertreter/innen aus Unternehmen, Betriebsräten
und Gewerkschaften
sind offen für alle interessierten und qualifizierten Unternehmen sowie Betriebsräte
Kriterien für die Teilnahme:
fachliche Expertise
wirksames Mandat der entsendenden Organisation
regionale Multiplikatorwirkung
16Sechs Arbeitsgruppen
Ihre Themen
AG1 AG2 AG3
Referenzarchitekturen, Technologie- und Sicherheit vernetzter
Standards und Normung Anwendungsszenarien Systeme
Leitung der AG: Leitung der AG: Leitung der AG:
Kai Garrels, Johannes Kalhoff, Michael Jochem,
ABB STOTZ-KONTAKT GmbH Phoenix Contact Robert Bosch GmbH
Digitale
Rechtliche Arbeit, Aus- und
Geschäftsmodelle in der
Rahmenbedingungen Weiterbildung
Industrie 4.0
Leitung der AG: Leitung der AG:
Leitung der AG:
Dr. Hans-Jürgen Schlinkert, Martin Kamp,
Prof. Dr. Svenja Falk,
ThyssenKrupp IG Metall
accenture
AG4 AG5 AG6
17Koordinierung der Aktivitäten Eine von vielen
AG1-Aktivitäten:
Tag der Verwaltungsschale
Konzept der
Verwaltungs-
schale
Rahmenbedingungen
openAAS 20. Oktober 2017 im ZVEI, Frankfurt
10 Initiativen und über 70 Experten nahmen teil
Öffentlich geförderte Projekte und
industriebasierte Umsetzungen
Erkenntnisse und Diskussion
Logische Struktur der Verwaltungsschale
häufig abgebildet (Teilmodelle, Merkmale,
Typen & Instanzen)
Benötigt: Interoperabilität & Infoaustausch
zwischen den System
Standardisierung der Informationen
(Teilmodelle) ebenso benötigt
Quelle: Plattform Industrie 4.0
18Die beteiligten Industriepartner
19Verwaltungsschale im Überblick
Ansatz
RAMI4.0 –
Austausch-
formate
Externe
Anforderungen
Technologie-neutrales
UML-Modell
© Bosch Rexroth
OPC UA
XML, Security by
Informations- AutomationML …
JSON modell Design
20Im Überblick
Industrie 4.0
Hintergrund: Was ist neu?
Der zentrale Baustein
Industrie 4.0-Komponente mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
Verwaltungsschale im Detail
Die Basis für konkrete Implementierungen
Verwaltungsschale in der Praxis
Teilmodelle selbst entwickeln
Informationen für KMU
Wo Sie Unterstützung für die digitale Transformation finden
21Verwaltungsschale im Überblick Basis: RAMI 4.0
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
AG1 entwickelt Schritt für Schritt die Grundlagen der Verwaltungsschale.
Die Beschreibung und Veröffentlichung erfolgt in mehreren Teilen.
Verwaltungsschale Verwaltungsschale
im Detail in der Praxis
Form Inhalt
Meta-Informationsmodell Inhalte von Teilmodellen
Basis: Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) und die Industrie 4.0-Komponente
22Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Projekte
Meta-Informationsmodell Inhalte von Teilmodellen
Verwaltungsschale im Detail (Form) Verwaltungsschale in der Praxis (Inhalt)
Zusammenführen der erarbeiteten inhaltlichen Elemente in Beispielhafte Umsetzung eines Szenarios im
einer Struktur, implementierbar Demonstrator und konkrete Templates
Inhaltliche Elemente: Arbeiten in ZVEI, VDMA, GMA:
elektrische Antriebe, Fluidik, Dokumentation
Sammlung wesentlicher Anforderungen
„beliebte Teilmodelle“, z. B. NAMUR-Core-
Struktur der Verwaltungsschale Parameter
Identifikatoren OPC UA Companion Standards,
Teilmodelle praktische Anleitung
„How to write a companion standard“
Merkmale (Fähigkeiten, PVS, Referenzen)
Rechte- und Rollenkonzept
Grundlegende UML-Repräsentation
Serialisierung von Inhalten (XML, JSON, …)
Abbildung auf OPC UA und AutomationML
Verbundkomponenten
Interaktion zwischen Industrie 4.0-Komponenten
Die Verwaltungsschale in ihrer „Infrastruktur“
Dienstschnittstelle für die Verwaltungsschale und ihre
Komponenten 23Verwaltungsschale im Überblick
Publikation: Verwaltungsschale im Detail
Verwaltungsschale im Detail
KONZEPT DER
VERWALTUNGSSCHALE ✓
In „Teil 1 - Austausch von INTERAKTIONS- INFORMATIONS-
Informationen zwischen
Wertschöpfungspartnern“ beschreibt
MODELL
✓ MODELL
VERWALTUNGS-
SCHALE
✓
die AG1, wie Informationen in der
SPRACHE DIENSTE
Verwaltungsschale aufbereitet und (ONLINE- ZUGRIFF)
strukturiert sein müssen, um alle
enthaltenen Informationen als Paket INFRASTRUKTUR SICHERHEITS-
MECHANISMEN
(Dateiverbund) von einem Partner
zum nächsten weiterzugeben.
INDUSTRIE 4.0
24Verwaltungsschale im Detail
Veröffentlichung zur SPS Drives 2018
Scope und Inhalt:
richtet sich vorrangig an Entwickler
beschreibt technologieneutrales
Informationsmodell für
Verwaltungsschalen (UML)
Security by Design
liefert konkrete Austauschformate für
Informationen (XML, JSON)
definiert Paketformat für Austausch
von Dateien („.aasx“)Verwaltungsschale im Detail
Veröffentlichung zur SPS Drives 2018
Organisatorisches:
ist Teil 1 einer Dokumentenreihe, die um
entwicklungsrelevante Themen erweitert
Mitgewirkt haben: Arbeitsgruppe „Modelle wird
und Standards“ des ZVEI in Kooperation mit ist versioniert, V1.1 bereits geplant
Arbeitsgruppe “Referenzarchitekturen, Standards
und Normen” (AG1, Plattform Industrie 4.0), wird bereits intensiv mit internationalen
Arbeitsgurppe “Sicherheit vernetzter Partnern diskutiert
Systeme”(AG3, Plattform Industrie 4.0)
Arbeitsgruppe “Sicherheit” (ZVEI) ist Vorlage für weitere Aktivitäten im
Kontext OPC UA, AutomationML u.a.Verwaltungsschale im Überblick
Publikation: Verwaltungsschale in der Praxis
Verwaltungsschale in der Praxis …
erklärt, wie Anwender Teilmodelle selbst
entwickeln können.
definiert übergreifende Basis-Teilmodelle, die für
viele Gegenstände in der Industrie 4.0-Welt gelten
(z. B. Katalogdaten).
stellt Templates für Teilmodelle zur Verfügung.
Dazu zählen Identifikation und Dokumentation. Nachzulesen in der
Online-Bibliothek der
Platform Industrie 4.0
beschreibt ein zweistufiges Industrie 4.0-Szenario,
das die Verwaltungsschale umsetzt und verwendet.
27Im Überblick
Industrie 4.0
Hintergrund: Was ist neu?
Der zentrale Baustein
Industrie 4.0-Komponente mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
Verwaltungsschale im Detail
Die Basis für konkrete Implementierungen
Verwaltungsschale in der Praxis
Teilmodelle selbst entwickeln
Informationen für KMU
Wo Sie Unterstützung für die digitale Transformation finden
28Verwaltungsschale im Detail
Leading Picture betrachteter Use-Case
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3 Verteilte
T T Repositories
B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4
T T T T
product master
I4.0-
type data
platform
14
19
Composite
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product production
line
delivery
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
29Verwaltungsschale im Detail
Use Case: Informationen über Produkte (“Types/Typen”)
• Der Lieferant hat zwei Produkte: 2nd
Supplier Integrator Operator operator
Internal
einen Antrieb und einen Motor.
Internal
Repository
Internal
public
• Konstruktionsinformationen 12
Composite
zu
Publish Receive Publish Receive
2 diesen Produkttypen sind in seinem
Type machine 18
A1 A4
A2 A3
System in Verwaltungsschalen Verteilte
T hinterlegt.T
Repositories
B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4
T T T T
product master
I4.0-
type data
platform
14
19
Composite
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product production
line
delivery
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
30Verwaltungsschale im Detail
Use Case: Informationen über Produkte (“Types/Typen”)
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3 Verteilte
T T Repositories
B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4
T T T T
product master
I4.0-
type data
platform
14
19
Composite
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product
• Der Lieferant möchte nützliche production
line
delivery Informationen an den Integrator
E1 E2 E2 E4
weitergeben,
F1 (D4,E4)
z.B. Katalogdaten
F2
zuF3 seinen F4 (D4*,E4*)
beiden Produkttypen. (D4,E4) (D4*,E4*)
product
consolidate
• Der Lieferant extrahiert diese consolidate 22
delivery Informationen,
product stellt ein Paket zusammen
und übergibt es dem Integrator.
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
31Verwaltungsschale im Detail
Use Case: Entwicklung mit Produkttypen
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3 Verteilte
T T Repositories
B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4
T T T T
product master
I4.0-
type data
platform
14
19
D1 D2 D3 D4
Composite
Instance machine
• Der Integrator liest Informationen in seine
Verwaltungsschalen ein und entwickelt ein
23 consolidate Composite
zusammengesetztesproduction
Produkt.
product
delivery
• Mit diesen "virtuellen Zwillingen"
line kann er
sein Verbundprodukt entwickeln.
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
32Verwaltungsschale im Detail
Vom Design zur Realität: „Typen“ werden zu „Instanzen“
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3
•
Verteilte
T Der T
Integrator hat von jedem Produkt Repositories
B1 B2 B3
eines
B4
bestellt (nicht
C1
abgebildet).
C2 C3 C4
• Der Lieferant produziert von jedem
T T T T
Produkt eine Instanz.
product master
I4.0-
type data
platform
14
19
Composite
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
production
product
• Der Lieferant gibt Informationen über line
delivery
produzierte Produktinstanzen an den
E1 E2 E2 E4 Integrator weiter,
F1 (D4,E4) F2 z.B. individuelle
F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate Seriennummern, Qualitätsdaten consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
33Verwaltungsschale im Detail
Leading picture für Use Cases: eine dreistufige
Wertschöpfungskette
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3 Verteilte
T T Repositories
B1 B2 B3 B4 C1 C2 C3 C4
Das gleiche Verfahren mit
T T T T
product
den Informationen des
master
I4.0-
type dataIntegrators über den
platform
14 Produkttyp
19 und die Instanz
Composite
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product production
line
delivery
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
34Verwaltungsschale im Detail
Use Case: Fernüberwachung & Asset “Gesundheit”
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3 Verteilte
T T Repositories
B1 B2 B3
Der B4Integrator hat
C1
einen C2 C3 C4
Servicevertrag mit dem Der Betreiber hat einen
T T T
Betreiber und kann das Servicevertrag
T mit dem
product
Verbundprodukt überwachen. Integrator und kann I4.0-
master
type data
Informationen über das
platform
14
19
Composite Verbundprodukt anfordern.
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product production
line
delivery
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
35Verwaltungsschale im Detail
Use Case: Fernüberwachung & Asset “Gesundheit”
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 A4
A2 A3 Verteilte
T T Repositories
Der Lieferant B2hat einen
B1 B3 B4 C1 C2 C3 C4
Der Betreiber hat einen
Servicevertrag mit dem
T T T Servicevertrag
T mit dem
Betreiber und kann den
product Integrator und kann I4.0-
master
Antrieb überwachen.
type data
Informationen über den platform
14
19
Composite Antrieb anfordern.
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product production
line
delivery
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
36Verwaltungsschale im Detail
Use Case: Serviceverträge
2nd
Supplier Integrator Repository Operator operator
Internal Internal Internal
12
public
Publish Receive Composite Publish Receive
2 Type machine 18
A1 Der Lieferant
A2
hat dieA3 A4
Verteilte
T Funktionalität des Antriebs T Repositories
B1
verbessert
B2
und aktualisiert
B3 B4 C1 C2 C3 C4
den Antrieb beim Betreiber, da
T T T T
er einen Servicevertrag hat.
product master
I4.0-
type data
platform
14
19
Composite
D1 D2 D3 D4 Instance machine
23 consolidate Composite
product production
line
delivery
E1 E2 E2 E4 F1 (D4,E4) F2 F3 F4 (D4*,E4*)
(D4,E4) (D4*,E4*)
consolidate consolidate
product 22
delivery product
delivery
20 G3 G4
17 I4.0-
platform X
Picture Hoffmeister/ Jochem, according Epple, 2016
37Verwaltungsschale im Detail
Generische Struktur im Meta-Informationsmodell
Verwaltungsschale mit ihrem
Identifikator (“Internet-Adresse”)
und Teilmodellelementen
Quelle: Illustration der Plattform Industrie 4.0 auf Grundlage der ZVEI SG
Modelle & Standards
38Verwaltungsschale im Detail
Teilmodelle
Teilmodell = fasst Informationen
zusammen, die zusammengehören
Teilmodelle fassen unterschiedliche
Teilmodelle sollten immer
funktionale Aspekte einer Industrie 4.0-
mit einem nutzbringendem
Komponente zusammen
Use-Case verbunden sein.
Basis-Teilmodelle (standardisiert): gelten
Eine Verwaltungsschale
für viele Gegenstände in der Industrie 4.0-
kann viele Teilmodelle
Welt (z.B. Katalogdaten von Produkten)
haben.
Freie Teilmodelle: vereinbart zwischen
Ziel: Pro Aspekt wird ein
Wertschöpfungspartnern für einen
Teilmodell erstellt.
konkreten Anwedungsfall
39Verwaltungsschale im Detail
Teilmodellelemente / Properties
Teilmodelle enthalten Teilmodellelemente
(Unter Teilmodellelemente fallen z.B. Merkmale.)
Produktmerkmale im Sinne von IEC61360-1 oder ecl@ss
Beispiel
Prozessvariablen und -parameter, Telemetrie-Daten
Teilmodell „Energieeffizienz“
Referenzen zu externen Datenquellen oder Dateien enthält z. B.
Energiesparmodus [1,2,3]
Referenzen zu anderen Verwaltungsschalen oder ihren Teilen Kumulierte Energie [Wh]
Einsparpotenzial [%]
(Teilmodelle, Merkmale), auch bei anderen Wertschöpfungspartnern
Teilmodell
Fähigkeiten des Gegenstands, Beschreibung von Methodenaufrufen „Positionierungsmodus“ enthält
z. B.
Sammlungen von Merkmalen, z.B. Listen oder Tabellen Positioniermodus [0-2]
Durchschnittl. Pos. Fehler [mm]
40Verwaltungsschale im Detail
Meta-Informationsmodell - Basis
class Core Model
HasDataSpecification
Identifiable Teilmodell „Energieeffizienz“
AssetAdministrationShell
+ security: Security
enthält z. B.
+ derivedFrom: AssetAdministrationShell* [0..1] Energiesparmodus [1,2,3]
Kumulierte Energie [Wh]
Einsparpotenzial [%]
0..*
1
HasDataSpecification
HasDataSpecification
HasKind
HasKind
HasSemantics
Identifiable
Identifiable
Asset
Qualifiable
+ assetIdentificationModel: Submodel* [0..1] Submodel
B1 E1 «enumeration»
Kind
Exemplary Submodel
T Type
0..*
Element "Property",
HasDataSpecification
Instance other subelement subtypes
HasKind
include operations,
HasSemantics
collections, files etc.
Qualifiable
Referable
«abstract»
SubmodelElement DataElement
Property
«external + valueType: anySimpleTypeDef
global + value: PropertyValueType [0..1]
reference»
+ valueId: Reference [0..1]
External
«external»
Property Definition IEC 61360
V1.0
41Verwaltungsschale im Detail Meta-Informationsmodell
class Core Model
HasDataSpecification
XML: Beispiel
Identifiable
AssetAdministrationShell
+ security: Security
+ derivedFrom: AssetAdministrationShell* [0..1]
0..*
1
HasDataSpecification
HasDataSpecification
HasKind
HasKind
HasSemantics
Identifiable
Identifiable
Asset
Qualifiable
+ assetIdentificationModel: Submodel* [0..1] Submodel
«enumeration»
Kind Exemplary Submodel
0..*
Type Element "Property",
HasDataSpecification
Instance other subelement subtypes
HasKind
include operations,
HasSemantics
collections, files etc.
Qualifiable
Referable
«abstract»
SubmodelElement DataElement
Property
«external
+ valueType: anySimpleTypeDef
global + value: PropertyValueType [0..1]
reference»
+ valueId: Reference [0..1]
[…]
External
«external»
Property Definition IEC 61360
>NMax
PARAMETER
maximum rotation speed
maximale DrehzahlVerwaltungsschale im Detail Meta-Informationsmodell
class Core Model
HasDataSpecification
JSON: Beispiel
Identifiable
AssetAdministrationShell
+ security: Security
+ derivedFrom: AssetAdministrationShell* [0..1]
0..*
1
HasDataSpecification
HasDataSpecification
HasKind
HasKind
HasSemantics
Identifiable
Identifiable
Asset
Qualifiable
+ assetIdentificationModel: Submodel* [0..1] Submodel
«enumeration»
Kind Exemplary Submodel
0..*
Type Element "Property",
HasDataSpecification
Instance other subelement subtypes
HasKind
include operations,
HasSemantics
collections, files etc.
Qualifiable
Referable
«abstract»
SubmodelElement DataElement
Property
«external
+ valueType: anySimpleTypeDef
global + value: PropertyValueType [0..1]
reference»
+ valueId: Reference [0..1]
"submodelElements": [ External
«external»
Property Definition IEC 61360
{
"idShort": "NMax",
"modelType": {
"name": "Property“ },
"semanticId": {
"keys": [
{
"type": "ConceptDescription",
“idType": "IRDI",
"value": "0173-1#02-BAA120#007",
"local": true,
Vereinfachtes Beispiel
"index": 0 für ein Merkmal
}] „Maximale Drehzahl“
}, (idShort=NMax) mit
"category": "PARAMETER" Referenz auf lokales
} Dictionary
],
43Verwaltungsschale im Detail
Paketformat zur Weitergabe der Inhalte
Waterpump24634.aasx
Inhaltspaket als Dateiverbund (ähnlich einer ZIP- _rels
.rels
Datei, Open Office XML File Formats/Open aasx
_rels
Packaging Conventions ISO/IEC 29500-2) aasx-origin.rels
Waterpump24634
_rels
Waterpump24634.aas.xml.rels
Documentation
Asset Information, Teilmodelle, Merkmale und ihre Werte sind Waterpump_handbook.pdf
Programs
zusammengepackt. Programs.submodel.xml
xFb_4564.bin
Mehrere Verwaltungsschalen können in ein Paket verpackt xFb_7356.bin
Waterpump24634.aas.xml
werden. aasx-origin
digital-signature
Teilmodelle und Sichten sind als einzelne Dateien abbildbar. _rels
origin.rels
origin
Jede Datei kann signiert und verschlüsselt werden. signatures.xml
[Content_Types].xml
core-properties.xml
Thumbnail.jpeg
44Verwaltungsschale im Detail
Einsatz von Semantischen IDs
Vereinfachtes Beispiel
class Example Rotation Speed
«AssetAdministrationShell» «ConceptDictionary» Legend:
id=www.admin-shell.io/aas- dictionaries:1 SampleDic - Class name
sample/1.0 corresponds to idShort.
- Comments "id="
represent the global
identifiers.
«ref»
«ref» id=http://www.zvei.de/demo/su
bmodel/12345679
+submodels:1
«Submodel» «ref»
asset 12345679
- semanticId = 876545346
«Asset» - kind = Instance
3S7PLFDRS35
- kind = Instance
- description (EN) = Festo controlle...
conceptDescriptions:1
«ref»
«ConceptDescription»
id=http://pk.festo.com/3S7PLFDRS35
N
+submodelElements:1
- preferredName (EN) = Rotation speed
«Property'» - preferredName (DE) = Drehzahl
rotationSpeed semanticId -
-
unit = 1/min
unitId = 0173-1#05-AAA650#002
- category = VARIABLE - valueFormat = NR1..5
semanticId = www.festo.com/dic/08111234
id=www.festo.com/dic/08111234 unitId 0173-1#05-AAA650#002
represents 1/min
conceptDescriptions:2
submodelElements:2
«Property'»
NMax
«ConceptDescription»
- category = PARAMETER NMax
- semanticId = 0173-1#02-BAA120#007 semanticId - preferredName (EN) = Max. rotation speed
- value = 2000
- preferredName (DE) = maximale Drehzahl
- unit = 1/min
- unitId = 0173-1#05-AAA650#002
- valueFormat = NR1..5
id = 0173-1#02-BAA120#007Verwaltungsschale im Detail
Einsatz von Semantischen IDs
Vereinfachtes Beispiel
class Example Rotation Speed
«Property'»
NMax
- category = PARAMETER
- semanticId = 0173-1#02-BAA120#007
- value = 2000
46Verwaltungsschale im Detail
Einsatz von Semantischen IDs für physikalische Einheiten
class Example Rotation Speed
«ConceptDescription»
N
- preferredName (EN) = Rotation speed
- preferredName (DE) = Drehzahl
- unit = 1/min
- unitId = 0173-1#05-AAA650#002 semanticId
- valueFormat = NR1..5
Simplified exampleVerwaltungsschale im Detail
Einsatz von Semantischen IDs für Teilmodelle
class XML Example (w /o v iew )
id=http://www..de/demo/submodel/12345679
«Submodel»
12345679 semanticId Companion
- semanticId = 876545346 Specification
- kind = Instance
Simplified exampleVerwaltungsschale im Detail Meta-Informationsmodell
class Core Model
HasDataSpecification
Identifiable
OPC UA Companion Specification
AssetAdministrationShell
+ security: Security
+ derivedFrom: AssetAdministrationShell* [0..1]
0..*
1
HasDataSpecification
HasDataSpecification
HasKind
HasKind
HasSemantics
Identifiable
Identifiable
Asset
Qualifiable
+ assetIdentificationModel: Submodel* [0..1] Submodel
«enumeration»
Kind Exemplary Submodel
0..*
Type Element "Property",
HasDataSpecification
Instance other subelement subtypes
HasKind
include operations,
HasSemantics
collections, files etc.
Qualifiable
Referable
«abstract»
SubmodelElement DataElement
Property
«external
+ valueType: anySimpleTypeDef
global + value: PropertyValueType [0..1]
reference»
+ valueId: Reference [0..1]
External
«external»
Property Definition IEC 61360
Source: https://opcfoundation.org/collaboration/i4aas/Security
Attribute Based Access Control (ABAC)
Regel z. B.:
Wartungsingenieure dürfen
die für sie relevanten Daten
im Zeitraum von 15:00 –
17:00 lesen und verändern.
Voraussetzung ist, dass die
Maschine nicht aktiv ist und
dass die zugreifende
Wartungsingenieurin den
definierten Security Check
erfolgreich durchgeführt
hat.
Source: NIST Special Publication 800-162 50Security
Zugriffsregeln
class Security - AccessPermissionRule w ith Formula
Qualifiable
Referable Subj ectAttributes
AccessPermissionRule
+ subjectAttribute: Property [1..*]
+ targetSubjectAttributes: SubjectAttributes [1..*]
+ permissionsPerObject: PermissionsPerObject [0..*]
Constraint PermissionsPerObj ect Obj ectAttributes
Formula + object: Referable* + objectAttribute: Property [1..*]
«indirect» + targetObjectAttributes: ObjectAttributes [0..1]
+ dependsOn: Reference* [0..*] + permission: Permission [0..*]
«enumeration»
PermissionKind
Permission
allow
+ permission: Property* deny
+ kindOfPermission: PermissionKind not applicable
undefined
lesen, schreiben etc.
51Security
Zugriffsregeln
Wartungsingenieur Role=Maintenance
Engineer
class Security - AccessPermissionRule w ith Formula
&& SecurityCheck = true
Qualifiable
Referable Subj ectAttributes
AccessPermissionRule
+ subjectAttribute: Property [1..*]
+ targetSubjectAttributes: SubjectAttributes [1..*]
+ permissionsPerObject: PermissionsPerObject [0..*]
Objekt: Submodel
“Maintenance”
Constraint PermissionsPerObj ect Obj ectAttributes
Formula
«indirect»
+
+
object: Referable*
targetObjectAttributes: ObjectAttributes [0..1]
+ objectAttribute: Property [1..*] Mode = idle
+ dependsOn: Reference* [0..*] + permission: Permission [0..*]
(Time > 15 && Time < 17)
«enumeration»
Time ist eine Permission
PermissionKind
allow
Umgebungsvariable + permission: Property* deny allow
not applicable
+ kindOfPermission: PermissionKind
undefined
Read & Write
52Verwaltungsschale im Detail
Zusammenfassung und Ausblick
EntwicklerInnen können Informationsmodell direkt in
Implementierungen umsetzen.
Informationen & Dateien können standardisiert im Paket
ausgetauscht werden (XML, JSON, .aasx).
Sicherheitsaspekte wurden von Anfang an berücksichtigt.
Nächste Teile der Dokumentenreihe für EntwicklerInnen:
Schnittstelle der Verwaltungsschale (API)
Infrastruktur wie Registry
Weitere Formate für den Produkt-Lebenszyklus in Arbeit
OPC UA in Joint Arbeitsgruppe OPC Foundation, ZVEI
und VDMA
Im Gespräch mit AutomationML
53Verwaltungsschale im Detail
Praktische Umsetzung
Exemplarische
Umsetzung einer
auszutauschenden
Verwaltungsschale
Exemplarischer
Browser und Editor
Diese exemplarische
Umsetzung ist erst der
Anfang. Unternehmen
können (aufbauend)
eigene Lösungen
ausgehend vom
eigenen Business Use
Case entwickeln.
54Die Verwaltungsschale
Vorteile – Zusammenfassung
Die Verwaltungsschale
ist eine generische Möglichkeit, Informationen für I4.0-Use Cases zusammenzustellen.
überbrückt Unternehmens- und Branchengrenzen.
ist skalierbar und erweiterbar.
erstreckt sich über alle Phasen von Asset-Lebenszyklen – vom Design über den Betrieb
bis hin zur Instandhaltung.
55Im Überblick
Industrie 4.0
Hintergrund: Was ist neu?
Der zentrale Baustein
Industrie 4.0-Komponente mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
Verwaltungsschale im Detail
Die Basis für konkrete Implementierungen
Verwaltungsschale in der Praxis
Teilmodelle selbst entwickeln
Informationen für KMU
Wo Sie Unterstützung für die digitale Transformation finden
56Verwaltungsschale in der Praxis
Ziel & Inhalte der Arbeit
Konkrete Umsetzung von Verwaltungsschalen und Teilmodellen
Startpunkt: konkreter Anwendungsfall mit klarem Nutzen
Ausprägung der ID, Metadaten der Verwaltungsschale und der Teilmodelle über
Teilmodellelemente (z.B. Merkmale)
Anleitung zur Definition von Teilmodellen
Definition von generischen Teilmodellen, standardisiert
Ausprägung freier und Asset-spezifischer Teilmodelle, vereinbart zwischen zwei
Partnern
Umsetzung in einem Demonstrator Die vollständige Publikation
„Verwaltungsschale in der Praxis“
(Version 1.0) finden Sie in der Online-
Bibliothek unter www.plattform-i40.de.
57Verwaltungsschale in der Praxis
Wie die Verwaltungsschale in der Praxis funktioniert
Demonstration:
58Verwaltungsschale in der Praxis
Überblick Teilmodelle des Beispielszenarios
Komponente Konkretes Teilmodell Teilmodell Klasse
Förderstrecke mechanisch (Festo) TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
TM: Technisches Datenblatt Basis Teilmodell Optional
TM: Condition Monitoring (Auf Basis von Motordaten und Sensordaten) Freies Teilmodell
TM: Dokumentation nach VDI 2770 Basis Teilmodell Optional
Positioniersystem (Halstrup & TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
Walcher) TM: Prozessdaten Freies Teilmodell
Abstandssensor Ultraschall TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
(Pepperl & Fuchs) TM: Prozessdaten Freies Teilmodell
TM: Technisches Datenblatt Basis Teilmodell Optional
TM: Dokumentation nach VDI 2770 Basis Teilmodell Optional
Abstandssensor optisch (Pepperl TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
& Fuchs) TM: Prozessdaten Freies Teilmodell
TM: Technisches Datenblatt Basis Teilmodell Optional
TM: Dokumentation nach VDI 2770 Basis Teilmodell Optional
Abweiser 1 elektrisch TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
(Festo) TM: Technisches Datenblatt Basis Teilmodell Optional
TM: Punkt-zu-Punkt Bewegung, rotativ Freies Teilmodell
TM: Energieverbrauch elektrisch Freies Teilmodell
Abweiser 2 elektrisch TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
(Festo) TM: Technisches Datenblatt Basis Teilmodell Optional
TM: Punkt-zu-Punkt Bewegung, rotativ Freies Teilmodell
TM: Energieverbrauch elektrisch Freies Teilmodell
Net Iot Edge Gateway TM: Identifikation Asset Basis Teilmodell Optional
(Hilscher) TM: Technisches Datenblatt Basis Teilmodell Optional
TM: Topologie Erkennung Freies Teilmodell
TM: Dokumentation nach VDI 2770 Basis Teilmodell Optional
59Verwaltungsschale in der Praxis
Schritt für Schritt zur Verwaltungsschale
PHASE 1 PHASE 2
Umsetzung der Struktur der Interaktion von Verwaltungsschalen: Die Verwaltungsschale der
Verwaltungsschale; es werden Sortieranlage kommuniziert über eine I4.0-Sprache mit seinen
die Möglichkeiten der Kunden und optimiert damit selbständig – ohne ein übergreifendes
Verwaltungsschale auch für System – die Abarbeitung der Aufträge. Die Ausschlussrate wird
passive Komponenten minimiert. Das Exponat demonstriert somit die Industrie 4.0-
(Prozessdaten) gezeigt. Kommunikation, in der Komponenten autark agieren.
Umsetzung der beschriebenen Kommunikation autark agierende Industrie 4.0-
Verwaltungsschalen und zwischen Komponenten ohne zentrale
Teilmodelle Verwaltungsschalen Steuerung
60Im Überblick
Industrie 4.0
Hintergrund: Was ist neu?
Der zentrale Baustein
Industrie 4.0-Komponente mit Verwaltungsschale
Verwaltungsschale im Überblick
Aktuelle Arbeiten der Plattform Industrie 4.0
Verwaltungsschale im Detail
Die Basis für konkrete Implementierungen
Verwaltungsschale in der Praxis
Teilmodelle selbst entwickeln
Informationen für KMU
Wo Sie Unterstützung für die digitale Transformation finden
61Info- und Unterstützungsangebote ONLINE
Hilfe finden zur digitalen Transformation
INSPIRATIONEN EINSTIEG UNTERSTÜTZUNG
Landkarte Bibliothek Kompass
Mehr als 360 Anwendungs- 130 Publikationen der Über 120 Info- und
beispiele aus großen und Plattform Industrie 4.0 & Unterstützungsangebote:
kleinen Unternehmen Partner: Workshops
verschiedenster Ergebnispapiere Veranstaltungen
Handbücher Kontakte zu Testzentren –
Industriebranchen.
Leitfäden in ganz Deutschland
Diskussionspapiere Kompetenzzentren
u.v.m.
www.plattform-i40.de/I40/Landkarte www.plattform-i40.de/I40/Online-Bibliothek www.plattform-i40.de/I40/Kompass 62Kompetenzzentren für den Mittelstand
Ihre konkreten Unterstützer vor Ort
1 Kompetenzzentrum Digitales Handwerk
1 Kompetenzzentrum eStandards
4 Mittelstand 4.0-Agenturen: Cloud, Handel,
Prozesse, Kommunikation
15 Mittelstand 4.0-Kompetenzzentren
Schon gestartet: Augsburg, Berlin, Chemnitz,
Darmstadt, Dortmund, Hamburg, Hannover,
Ilmenau, Kaiserslautern, Lingen, Magdeburg,
Rostock, Saarbrücken, Siegen, Stuttgart
In Planung: Cottbus, Kiel, Bremen
www.plattform-i40.de/I40/Kompass
63Plattform Industrie 4.0
Die Geschäftsstelle – Ihr Ansprechpartner
Plattform Industrie 4.0
Geschäftsstelle
Bertolt-Brecht-Platz 3
10117 Berlin
Tel.: +49 30 2759 5066-50
geschaeftsstelle@plattform-i40.de
www.plattform-i40.de
64Sie können auch lesen
