Mit digitalen Zwillingen nachhaltiger produzieren

Titelbild
Bild: Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik

Die Europäische Union hat mit dem Circular Economy Action Plan und dem digitalen Produktpass (DPP) klare Weichen gestellt: Ab 2027 wird der DPP für definierte Produktgruppen verpflichtend und verlangt strukturierte, maschinenlesbare Informationen über den gesamten Produktlebenszyklus. Unternehmen, die diese Infrastruktur aufbauen, schaffen gleichzeitig die Datenbasis für effizientere Kreislaufprozesse, längere Komponentenlaufzeiten und neue servicebasierte Geschäftsmodelle. Das zentrale technische Problem ist dabei kein Mangel an Willen, sondern ein Mangel an Information. Komponentenhersteller wissen oft nicht, wo ihre Produkte im Einsatz sind und in welchem Zustand sie sich befinden. Fabrikbetreiber verfügen zwar über Betriebsdaten, geben diese aus nachvollziehbaren Gründen ungern weiter. Ohne verlässliche Zustandsdaten ist eine fundierte Bewertung des Restwerts und des Wiederverwendungspotenzials kaum möglich. Dieses Informationsdefizit ist kein technisches Schicksal – es ist ein Interoperabilitätsproblem.

Die Verwaltungsschale als gemeinsame Datenbasis

Die Asset Administration Shell (AAS), auf Deutsch Verwaltungsschale, adressiert genau dieses Problem. Als offener Standard der Plattform Industrie 4.0 definiert sie eine herstellerunabhängige Spezifikation zur strukturierten digitalen Repräsentation von Assets. Relevante Informationen werden in standardisierten Submodellen abgelegt und über definierte Schnittstellen zugänglich gemacht. Semantische Verweise auf Datenkataloge wie Eclass stellen sicher, dass Datenpunkte nicht nur maschinenlesbar, sondern systemübergreifend korrekt interpretierbar sind.

Wenn Komponentenhersteller, Maschinenbauer und Fabrikbetreiber diesen Standard nutzen, entsteht eine gemeinsame, konsistente Datenbasis – die Grundlage für automatisierte Zustandsbewertungen und fundierte Entscheidungen über Wiederverwendung, Aufbereitung oder Recycling. Für den digitalen Produktpass liefert dieselbe Infrastruktur die strukturierten Lifecycle-Informationen, die die EU-Regulatorik ab 2027 verlangt – ohne redundante Systeme, ohne Medienbrüche.

Das FA³ST Ecosystem begleitet den gesamten Lebenszyklus eines digitalen Zwillings.
Das FA³ST Ecosystem begleitet den gesamten Lebenszyklus eines digitalen Zwillings. – Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Von der Spezifikation zum lauffähigen System

Eine Spezifikation löst kein praktisches Problem. Anwendbar wird die Verwaltungsschale erst durch Software. Das Fraunhofer IOSB stellt diese mit dem Produkt FA³ST Ecosystem bereit – einer modularen Sammlung praxisorientierter Werkzeuge für den gesamten Lebenszyklus eines AAS-basierten digitalen Zwillings. Im Zentrum steht der FA³ST Service: eine vollständige Open-Source-Implementierung der AAS-Spezifikation, die Verwaltungsschalen als aktive Webservices über HTTPS/REST, OPC UA und MQTT bereitstellt – betreibbar als Java-Anwendung, Docker-Container oder eingebettete Bibliothek, on-premise, in der Cloud oder am Edge.

LLM-basierte Modell-Erstellung

Ein praktisches Hindernis auf dem Weg zur Verwaltungsschale ist die aufwendige Erstellung standardkonformer Submodelle aus heterogenen Quellen. Der FA³ST CreAItor adressiert dieses Problem: Er nutzt Large Language Models, um aus PDFs, Excel-Tabellen oder Textdokumenten automatisch AAS-konforme Submodelle zu generieren – ohne Programmierkenntnisse, ohne vertiefte AAS-Expertise. Der FA³ST ValidAItor ergänzt diesen Prozess durch automatisierte Qualitätssicherung: Er prüft Verwaltungsschalen auf Konformität mit den aktuellen IDTA-Spezifikationen, erkennt semantische Inkonsistenzen und schlägt Korrekturen vor.

Für die Anbindung physischer Assets an ihre digitalen Zwillinge steht der FA³ST Mapper zur Verfügung, der die visuelle Erstellung von Abbildungsvorschriften zwischen OPC UA-, MQTT- und HTTP-Quellen und AAS-Modellen ermöglicht. Die FA³ST EDC-Extension erweitert den Eclipse Dataspace Connector um AAS-spezifische Funktionen und ermöglicht den automatisierten, datensouveränen Austausch von Verwaltungsschalen zwischen Unternehmen.

Praxisnachweis: Factory-X

Dass dieser Ansatz industriell funktioniert, zeigt das Forschungsprojekt Factory-X, an dem das Fraunhofer IOSB als technischer Partner beteiligt ist. Im Use Case Circular Economy wurde auf Basis der Verwaltungsschale eine dezentrale Infrastruktur entwickelt, die Komponentenherstellern, Maschinenbauern und Fabrikbetreibern einen souveränen Datenaustausch für die datengetriebene Zustandsbewertung von Komponenten ermöglicht. Jeder Partner betreibt seinen eigenen AAS-Server und gibt nur die Daten frei, die für den jeweiligen Bewertungsschritt erforderlich sind – die proprietäre Bewertungslogik bleibt beim Hersteller. Das Ergebnis: eine automatisierbare Empfehlung, welche Komponenten wiederverwendet, aufbereitet oder recycelt werden sollten – auf Basis tatsächlicher Zustandsdaten statt pauschaler Betriebszeiten.

Für Unternehmen jeder Größe

Das FA³ST Ecosystem ist für unterschiedliche Unternehmensgrößen konzipiert. Für KMU bedeutet das niedrige Einstiegshürden und eine schrittweise Einführung ohne große Vorabinvestitionen. Großunternehmen profitieren von vollständiger AAS-Spezifikationskonformität, der Integration in bestehende IT/OT-Landschaften und der Unterstützung für unternehmensübergreifende Datenräume. Der FA³ST Service ist unter der Apache-Lizenz 2.0 auf GitHub verfügbar und wird von einer aktiven Community weiterentwickelt. Das Fraunhofer IOSB begleitet Unternehmen von der ersten Orientierung bis zur produktiven Integration.



  • Bain analysiert den Markt für generative KI

    Bain analysiert den Markt für generative KI

    Auch abseits der großen KI-Modelle tut sich viel auf dem Markt für generative künstliche Intelligenz. Was? Das hat die Unternehmensberatung Bain & Company untersucht und Anbieter unter die Lupe genommen.

    mehr lesen: Bain analysiert den Markt für generative KI

  • So viele unbesetzte Ausbildungsstellen wie nie zuvor

    So viele unbesetzte Ausbildungsstellen wie nie zuvor

    Im Jahr 2023 wurden wieder mehr neue Ausbildungsverträge abgeschlossen. Dennoch hat der Anteil unbesetzter Ausbildungsstellen ein Rekordhoch erreicht.

    mehr lesen: So viele unbesetzte Ausbildungsstellen wie nie zuvor

  • Teilchenbeschleuniger ressourcenschonend betreiben

    Teilchenbeschleuniger ressourcenschonend betreiben

    Ein ressourcenschonender Betrieb von Teilchenbeschleunigern und anderen Großanlagen ist Ziel des EU-Forschungsprojekts Research Facility 2.0 (RF 2.0). Seit Jahresbeginn arbeiten zehn europäische Projektpartner, koordiniert vom Karlsruher Instituts für Technologie (KIT),…

    mehr lesen: Teilchenbeschleuniger ressourcenschonend betreiben

  • Ein Kompetenzzentrum für den digitalen Zwilling

    Ein Kompetenzzentrum für den digitalen Zwilling

    Mit der Gründung eines Digital Twin Center of Excellence (CoE) wollen Altair und L&T Technology Services gemeinsamen Kunden in den Bereichen Mobilität, Hightech und Nachhaltigkeit weltweit Technologien für digitale Zwillinge…

    mehr lesen: Ein Kompetenzzentrum für den digitalen Zwilling

  • Jährlicher Wertschöpfungsverlust von 13 Milliarden Euro

    Jährlicher Wertschöpfungsverlust von 13 Milliarden Euro

    Im ersten Quartal 2024 ist die Gesamtzahl an offenen Stellen in Ingenieurberufen im Vorjahresvergleich um 15,6% auf 148.000 gesunken, bleibt aber weiterhin auf hohem Niveau.

    mehr lesen: Jährlicher Wertschöpfungsverlust von 13 Milliarden Euro

  • AMDT ernennt Eva Wittka zur neuen COO des Executive Board

    AMDT ernennt Eva Wittka zur neuen COO des Executive Board

    Eva Wittka bringt ihre Erfahrungen aus verschiedenen Führungspositionen in den Bereichen IT und SaaS zukünftig als neue Chief Operating Officer (COO) bei AMDT ein.

    mehr lesen: AMDT ernennt Eva Wittka zur neuen COO des Executive Board

  • Classiq stellt Qmod vor

    Classiq stellt Qmod vor

    Als High-Level-Programmiersprache bietet Qmod Hardware-agnostische Modellierungsmethoden für die Quantenprogrammierung in Forschung und Industrie.

    mehr lesen: Classiq stellt Qmod vor

  • Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

    Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

    Produzierende Unternehmen müssen heute mit vielschichtigen Herausforderungen umgehen. Dazu gehören unter anderem Stückzahlbandbreiten von der Losgröße 1 bis zu größeren Serien und nicht zuletzt der Umgang mit Verzögerungen und Ausfällen…

    mehr lesen: Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

  • Unternehmen halten am Homeoffice fest

    Unternehmen halten am Homeoffice fest

    Durch die Corona-Pandemie haben sich Homeoffice-Modelle in deutschen Unternehmen etabliert. Und wie eine ZEW-Studie zeigt, erwarten Firmen sogar einen weiteren Anstieg des Angebots.

    mehr lesen: Unternehmen halten am Homeoffice fest

  • Siemens erweitert Vorstand

    Siemens erweitert Vorstand

    Siemens hat Personalentscheidungen auf Vorstandsebene verkündet und den Vorstand des Konzern von fünf auf sieben Vorstandsmitglieder erweitert.

    mehr lesen: Siemens erweitert Vorstand

  • Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

    Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

    Knapp die Hälfte (46 Prozent) der Deutschen hat schon einmal einen KI-Chatbot verwendet – und pflegt dabei unterschiedliche Umgangsformen.

    mehr lesen: Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

  • GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

    GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

    Am 25. September lädt der MES-Spezialist GBO Datacomb ins Sacher Hotel Wien zur Veranstaltung ’We move it’ ein. Das Thema: Digitalisierung in der Produktion.

    mehr lesen: GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’