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.



  • Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

    Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

    Ein Jahr Lieferkettensorgfaltspflichtengesetz Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz Eine Studie von IntegrityNext zeigt, dass Unternehmen ab 3.000 Mitarbeitenden eine mäßig positive Bilanz nach dem ersten Jahr des Lieferkettensorgfaltspflichtengesetzes (LkSG) ziehen. Als…

    mehr lesen: Unternehmen ziehen gemischte LkSG-Bilanz

  • Umati eröffnet Showroom in China

    Umati eröffnet Showroom in China

    Ab sofort können sich Interessierte auch in China live von den Vorteilen offener, standardisierter Schnittstellen auf Basis von OPC UA überzeugen und Umati besser kennenlernen. Die gemeinsame Konnektivitätsinitiative von VDW…

    mehr lesen: Umati eröffnet Showroom in China

  • Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

    Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

    Ab Mai in neuer Position Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco Zum 1. Mai übernimmt der Brasilianer Vagner Rego beim schwedischen Industriekonzern Atlas Copco die Position des Präsidenten…

    mehr lesen: Vagner Rego wird neuer Chef von Atlas Copco

  • Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

    Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

    Forschungsprojekt RealSec5G Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen Im Projekt ’RealSec5G’ sollen die Anforderungen der Datensicherheit in Kommunikationsgeräten für 5G/6G-Infrastrukturen in einem deterministischen Time-Sensitive-Netzwerk (TSN) erprobt werden. Im Projekt konzipiert das Fraunhofer-Institut…

    mehr lesen: Mehr Sicherheit für 5G/6G-Infrastrukturen

  • Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

    Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

    Mit sofortiger Wirkung Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor Der IT-Dienstleister Synostik gibt Veränderungen in der Führungsebene bekannt und hat Maik Ekert mit sofortiger Wirkung zum Geschäftsführer ernannt.

    mehr lesen: Synostik stellt Geschäftsführer Maik Ekert vor

  • Aleph Alpha erweitert Führungsteam

    Aleph Alpha erweitert Führungsteam

    Jan Hiesserich ist neuer Vice President of Strategy & Communications bei Aleph Alpha. Er kommt vom US-Datenanalyse-Spezialisten Palantir Technologies zum Heidelberger KI-Startup.

    mehr lesen: Aleph Alpha erweitert Führungsteam

  • Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

    Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

    Wechsel bei Kontron Electronics Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb Kontron Electronics hat einen neuen Vertriebsleiter. Fabian Kuttenkeuler übernimmt das Amt von Franz Ott, der neuer Business Development Manager des Unternehmens wird.

    mehr lesen: Fabian Kuttenkeuler leitet Vertrieb

  • KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung

    KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung

    Materialwissenschaft KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung Forschende gehen davon aus, ihre Arbeit mit einer Kombination aus künstlicher Intelligenz (KI) und Cloud Computing auf ein Tempo beschleunigen zu können, das bis…

    mehr lesen: KI und Hochleistungscomputer beschleunigen Forschung

  • Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen

    Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen

    Antriebe der Zukunft entwickeln Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen Im Forschungsprojekt Antrieb 4.0 sollen Ansätze für mehr Effizienz und Nachhaltigkeit in Antriebssystemen entwickelt werden. Ein Use Case zielt darauf…

    mehr lesen: Antrieb 4.0: Forschung für zukunftsfähige Antriebslösungen

  • Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche

    Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche

    Vergleich zwischen Deutschland und Großbritannien Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche 43 Prozent der deutschen Automotive-Unternehmen setzen KI in der Bildverarbeitung ein. In Großbritannien sind es mehr als die Hälfte.…

    mehr lesen: Die industrielle Bildverarbeitung in der Automobilbranche

  • Warum Unternehmen zu einem APS-System greifen

    Warum Unternehmen zu einem APS-System greifen

    Im Maschinen- und Anlagenbau sind effiziente Fertigungs- und Planungsprozesse unerlässlich. Advanced-Planning-and-Scheduling-Systeme (APS) gewinnen in diesem Zusammenhang an Bedeutung. Der Aachener Softwarespezialist Inform hat in einer Kundenbefragung die Ziele und Einflussfaktoren…

    mehr lesen: Warum Unternehmen zu einem APS-System greifen

  • Welche Security-Themen Unternehmen auf dem Zettel haben sollten

    Welche Security-Themen Unternehmen auf dem Zettel haben sollten

    Kyndryl-Prognosen für Cyber-Sicherheit Welche Security-Themen Unternehmen auf dem Zettel haben sollten Cybersicherheit wird Unternehmen auch im kommenden Jahr nicht loslassen. Für den IT-Dienstleister Kyndryl kristallisieren sich dabei vor allem fünf…

    mehr lesen: Welche Security-Themen Unternehmen auf dem Zettel haben sollten