Die Datenautobahn für Asset Administration Shells

grafik digital thread
Bild: Fraunhofer-Institut IFF

Im Planungsprozess von Maschinen und Anlagen sind viele Akteure, wie Statiker, Elektriker, Layoutplaner, Logistiker und Ingenieure zu verschiedenen Zeitpunkten involviert. Sie nutzen unterschiedliche Software, was effizienten Datenaustausch erschwert. Im Rahmen eines Forschungsprojektes hat das Fraunhofer IFF eine Anwendung entwickelt, die alle genutzten Systeme innerhalb eines Produktlebenszyklus miteinander vernetzt. Damit wollen die Forschenden den Datenaustausch von der Planung über die Produktion bis hin zum End-of-Life ermöglichen. Die Software des Fraunhofer IFF setzt auf die Verwaltungsschale (englisch: Asset Administration Shell oder AAS), um Daten über standardisierte Schnittstellen bereitzustellen und zusammenzuführen. Über den AAS-Thread werden diese Daten zwischen den einzelnen AAS ausgetauscht. Akteure können über einen Browser auf Daten zugreifen, diese in eigenen Client-AAS zusammenstellen und nutzen.

Vernetzt in der Planungsphase

Mit Blick auf die unterschiedlichen Planungsprozesse und die eingesetzte Software fallen große und oft nicht kompatible Datenmengen an. Um diese sinnvoll zur Verfügung zu stellen, mussten die Forschenden zunächst Grundsatzfragen klären, etwa welche Datenquellen es überhaupt gibt. Ebenso musste Klarheit darüber bestehen, wo die Datenquellen verortet sind, in welchen Strukturen und wie diese auffindbar sind. Letztlich musste auch die Art der Datennutzung geklärt werden: Wer braucht beispielsweise welche Daten und wie gelangen diese zum Nutzer?

Product-Lifecycle-Management-Systeme (PLM) bieten eine solche digitale Vernetzung über zahlreiche Kommunikationsprotokolle und Datenbanken an. Diese haben allerdings auch oft unerwünschte Effekte wie etwa die Verwechslung oder falsche Interpretation von Daten, die zentrale Sammlung aller Daten in einer Cloud, die mehrfache Existenz gleicher Daten und das Einzelmapping aller Datenpunkte von den Quellen ins PLM-System. Auch müssen neue Datenquellen aufwendig integriert werden, weil es oft keine flexible, modulare Architektur gibt.

Hier verspricht die Verwaltungsschale Abhilfe. Als standardisierter digitaler Zwilling macht die AAS Produktionsdaten von Ressourcen wie Maschinen, Anlagen und Sensoren in einer standardisierten und semantisch beschriebenen Struktur abrufbar oder diese auch steuerbar. Sie wirkt als Software-Layer zur Integration von Datenquellen und Systemen. Weiterhin wird die AAS von der Industrial Digital Twin Association (IDTA) in sogenannten Teilmodellen standardisiert. Die IDTA beschreibt zu jedem Datenpunkt einer AAS eine eigene Schnittstelle (API) um den Wert abzurufen oder zu verändern. Ziel ist, die Erstellung und Nutzung von Verwaltungsschalen anwendungsfallbezogen zu standardisieren und somit zu vereinfachen.

Der AAS-Thread

Die Forschenden am Fraunhofer IFF nutzen die AAS, um einen Digital Thread am Beispiel eines Produkts in der Luftfahrtindustrie umzusetzen. Im Herzen des Digital Thread steht der AAS-Thread. Dieser kann als eine leistungsfähige Datenautobahn zwischen den einzelnen AAS beschrieben werden. Die in der jeweiligen Lebenszyklusphase genutzten Systeme stellen ihre Datenquellen dabei mittels AAS zur Verfügung. Somit befinden sich alle Daten in standardisierten Umgebungen. Die Funktionalitäten der einzelnen AAS werden durch Teilmodelle beschrieben. Nutzer können mittels eines Browsers alle vorhandenen AAS nach dem Inhalt aller Datenquellen durchsuchen. Mit einem Konfigurator können sie auch eigene Client-AAS mit Werten aus verschiedenen Datenquellen bzw. der Quell-AAS zusammenstellen.

Weiterhin kann bei der AAS jeder Wert mit einer SemanticID versehen werden. In öffentlichen Katalogen befindet sich hinter jeder SemanticID eine eindeutige Beschreibung, was mit diesem Wert gemeint ist. Kataloge wie ECLASS enthalten bis zu 50.000 Einträge, die genutzt werden können. Diese Kataloge tragen den Gedanken der durchgängigen Standardisierung weiter bis in die Metaebene der Daten. Diese Werte der Datenquellen können nun genutzt werden, um damit zu arbeiten. Die daraus entstehenden Output-Daten werden wiederum durch AAS für weitere Nutzung zur Verfügung gestellt. Auch können weitere zugriffsberechtigte Akteure diese Daten nutzen.

Daten-Synchronisierung

Auch die Frage nach der Versionierung wurde gelöst. Ändert sich ein Wert, werden auch die Werte in den betroffenen Client-AAS verändert. Auf Grundlage eines ereignisbasierten Kommunikationskonzeptes werden die Daten im AAS-Thread synchronisiert. Ändert sich ein Wert in einer Datenquelle, wird dieser synchron in den individualisierten AASs verändert. Als Technologie setzen IFF-Wissenschaftler auf MQTT und standardisierte Topics, die sich an der Struktur der AAS sowie dem ISA95-Standard orientieren. Der Datenraum etabliert die Datenautobahn als zentrale Single Source of Truth (Unified Namespace).

Noch nicht abschließend geklärt ist die Frage, wie die Werte von den Client-AAS in die jeweilige (Planungs-)Software kommen. REST ist zwar als Schnittstelle weit verbreitet und steht für AAS zur Verfügung. Damit lässt sich allerdings kein ereignisbasiertes Kommunikationskonzept umsetzen. Erste Anbieter bieten inzwischen ereignisbasierte Kommunikationsschnittstellen an. Der durch die Einrichtung der AAS verbundene Aufwand wird mit Verbreitung dieser Technologie geringer werden. Mit Open-Source-Software wie BaSyx lassen sich AAS bereits jetzt implementieren.

Für den Datenschutz setzen die Forschenden auf den Data Space Connector der Eclipse Dataspace Components (EDC) zur unternehmensübergreifenden Vernetzung von Verwaltungsschalen. Alle AAS liegen dezentral beim Nutzer ab, können jedoch zu einem Gaia-X-kompatiblen Datenraum zusammengeführt werden. Dadurch bleiben die Daten bei deren Eigentümer.

Daten effizient bereitstellen

Das Ziel des AAS-Thread ist nicht das Sammeln von Daten, sondern deren schnelle und effiziente Bereitstellung. Eingesetzt werden dafür AAS als dezentrale Datenvermittler. Akteure im Planungsprozess eines Produktes oder einer Anlage sind bei Nutzung des AAS-Thread freier und flexibler als bei einer Wahl eines herkömmlichen PLM-Anbieters, da der Ansatz offenen Standards folgt. Neue Daten sollten somit leicht integrierbar und das System unendlich skalierbar sein.



  • Mit Low-Code gegen den Entwicklungsstau

    Mit Low-Code gegen den Entwicklungsstau

    Die Pandemie hat die Digitalisierung beschleunigt, aber auch zu einem zunehmendem Software-Entwicklungsstau geführt, so eine Studie von Mendix. Ein Low-Code-Ansatz kann helfen den damit einhergehenden Problemen zu begegnen.

    mehr lesen: Mit Low-Code gegen den Entwicklungsstau

  • Jochen Weyrauch folgt auf Ralf Dieter

    Jochen Weyrauch folgt auf Ralf Dieter

    Seit 2006 ist Ralf W. Dieter Vorstandsvorsitzender der Dürr AG. Zum Jahresende wird er sein Amt zur Verfügung stellen. Seine Nachfolge tritt Jochen Weyrauch an.

    mehr lesen: Jochen Weyrauch folgt auf Ralf Dieter

  • Zugang zur Formnext nur für Geimpfte und Genesene

    Zugang zur Formnext nur für Geimpfte und Genesene

    Im November findet die 3D-Druck-Messe Formnext in Frankfurt statt. Wie der Veranstalter nun bekanntgegeben hat, kommt dabei die 2G-Regel zum tragen.

    mehr lesen: Zugang zur Formnext nur für Geimpfte und Genesene

  • Lieferengpässe drücken die Stimmung der Automobilindustrie

    Lieferengpässe drücken die Stimmung der Automobilindustrie

    Die Engpässe bei Vorprodukten wirken sich derzeit quasi auf alle Teile der Industrie aus. Besonders davon betroffen ist allerdings die Automobilindustrie, was sich auch in aktuellen Zahlen des Ifo Instituts…

    mehr lesen: Lieferengpässe drücken die Stimmung der Automobilindustrie

  • Datenwirtschaft und KI als Chance begreifen

    Datenwirtschaft und KI als Chance begreifen

    Laut einer ZVEI-Umfrage fühlen sich die Unternehmen der Elektronikbranche eingeschränkt, wenn es um die Nutzung von Daten geht, auch aufgrund von Rechtsunsicherheiten bezüglich der DSGVO.

    mehr lesen: Datenwirtschaft und KI als Chance begreifen

  • Mehr Angriffe, mehr Lösegeld, doppelt Erpresst

    Mehr Angriffe, mehr Lösegeld, doppelt Erpresst

    Nach einer Analyse des Technologie-Dienstleisters NTT haben Ransomware-Attacken ein neues Rekordniveau erreicht: Bis zum Jahresende müssen sich Unternehmen alle elf Sekunden auf einen Angriff mit Erpresser-Schadsoftware einstellen. Dabei nutzen Cyberkriminelle…

    mehr lesen: Mehr Angriffe, mehr Lösegeld, doppelt Erpresst

  • Weg ins Firmennetzwerk oft schlecht gesichert

    Weg ins Firmennetzwerk oft schlecht gesichert

    In Deutschland nutzen die Menschen laut einer G Data-Erhebung zu selten sichere Passwörter, Antiviren-Programme oder Zwei-Faktor-Authentifizierung. Damit steigt das Risiko im beruflichen und auch im privaten Bereich.

    mehr lesen: Weg ins Firmennetzwerk oft schlecht gesichert

  • Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

    Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

    In dieser Woche erfolgte der Spatenstich für den Neubau des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung. Das Investitionsvolumen beträgt rund 37Mio.€.

    mehr lesen: Spatenstich für Neubau des Fraunhofer IPA

  • Peter Schneck wird Cenit-CEO

    Peter Schneck wird Cenit-CEO

    Peter Schneck wird Mitglied des Vorstands bei der Cenit AG und übernimmt zum 1. Januar 2022 die Position des CEO. Er folgt auf Kurt Bengel der das Unternehmen plangemäß zum…

    mehr lesen: Peter Schneck wird Cenit-CEO

  • Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

    Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

    Der McKinsey ‘Quantum Technology Monitor’ zeigt eine Zunahme der globalen Markt – und Technologieentwicklungen von Quantentechnologien. Dabei sind die angekündigten Investitionen im laufenden Jahr dreimal so hoch wie in 2020.

    mehr lesen: Rekordjahr für Investitionen in Quantentechnologien

  • Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

    Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

    Nach einem Rückgang im August ist der Ifo-Geschäftsklimaindex auch im September gesunken. Belastet werden die Zahlen dabei durch die schlechtere Stimmung in der Industrie.

    mehr lesen: Stimmung in der Industrie belastet Geschäftsklima

  • Yaskawa baut neue Europa-Zentrale

    Yaskawa baut neue Europa-Zentrale

    Yaskawa hat den Grundstein für eine neue Europa-Zentrale in Hattersheim gelegt. Das Unternehmen investiert rund 23Mio.€ in den neuen Standort.

    mehr lesen: Yaskawa baut neue Europa-Zentrale