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.



  • Sicherheitsrisiko neu definieren – Hacker engagieren

    Sicherheitsrisiko neu definieren – Hacker engagieren

    IT-Sicherheit ist ein wichtiges Thema für jedes Unternehmen. Denn kommt es zu einem erfolgreichen Angriff kann dies teuer werden. Durch die Nutzung sogenannter Bug-Bounty-Plattformen können Unternehmen kriminellen Hackern vorgreifen.

    mehr lesen: Sicherheitsrisiko neu definieren – Hacker engagieren

  • Bestellungen im März und im 1. Quartal steigen

    Bestellungen im März und im 1. Quartal steigen

    Im März haben die Bestellungen im Maschinen- und Anlagenbau im Vergleich zum Vorjahr deutlich zugelegt. Dabei kamen sowohl aus dem Aus- als auch aus dem Inland positive Signale.

    mehr lesen: Bestellungen im März und im 1. Quartal steigen

  • Zusammenarbeit funktioniert nur in jedem fünften Unternehmen

    Zusammenarbeit funktioniert nur in jedem fünften Unternehmen

    Corona stellt Unternehmen und deren Mitarbeiter nach wie vor auf eine harte Probe. Laut der Studie ‚Kollaboration – Erfolgsfaktor Zusammenarbeit‘ schaffen es aktuell nur 22 Prozent der Unternehmen, eine Zusammenarbeit…

    mehr lesen: Zusammenarbeit funktioniert nur in jedem fünften Unternehmen

  • Der Weg zur effizienten Datenstrategie

    Der Weg zur effizienten Datenstrategie

    Viele deutsche Mittelständler bieten innovative Produkte an, tun sich aber oft schwer, operative Prozesse mithilfe von Daten tatsächlich zu verbessern und wichtige Entscheidungen auf Basis ihrer Daten zu fällen. Der…

    mehr lesen: Der Weg zur effizienten Datenstrategie

  • Mehr Cybersicherheit für Fernwartungs-Router

    Mehr Cybersicherheit für Fernwartungs-Router

    HMS hat die neue Fernwartungs-Router-Generation Ewon Cosy+ auf erhöhte Sicherheit ausgelegt. Die Geräte bieten nicht nur moderne hardware-implementierte Sicherheitsmechanismen, sondern auch automatische Updates signierter Firmware über die firmeneigene Plattform Talk2M.

    mehr lesen: Mehr Cybersicherheit für Fernwartungs-Router

  • Catherine Kniker wird CSO bei PTC

    Catherine Kniker wird CSO bei PTC

    Mit dem Wechsel von Kathleen Mitford zu Microsoft wird Catherine Kniker zur EVP (Executive Vice Presdient) und Chief Stategy Officer bei PTC ernannt.

    mehr lesen: Catherine Kniker wird CSO bei PTC

  • Carsten Stiller wird Geschäftsführer bei Cybus

    Carsten Stiller wird Geschäftsführer bei Cybus

    Gemeinsam mit CEO Peter Sorowka leitet Carsten Stiller seit 1. April das Softwareunternehmen Cybus. Er verantwortet die Bereiche Marketing und Vertrieb.

    mehr lesen: Carsten Stiller wird Geschäftsführer bei Cybus

  • Dirk Didascalou wird CTO bei Siemens Digital Industries

    Dirk Didascalou wird CTO bei Siemens Digital Industries

    Siemens Digital Industries bekommt einen neuen CTO. Dirk Didascalou soll zum 1. September neuer Technikchef werden.

    mehr lesen: Dirk Didascalou wird CTO bei Siemens Digital Industries

  • Unveränderte Geschäftslage und Optimismus für 2021

    Unveränderte Geschäftslage und Optimismus für 2021

    Die Wirtschaft blickt überwiegend optimistisch in die Zukunft: Knapp 40 Prozent der Unternehmen wollen laut der jüngsten Konjunkturumfrage des Instituts der deutschen Wirtschaft 2021 im Vergleich zu 2020 mehr produzieren.

    mehr lesen: Unveränderte Geschäftslage und Optimismus für 2021

  • Künstliche Intelligenz erklärbar machen

    Künstliche Intelligenz erklärbar machen

    Künstliche Intelligenz hat meistens Black-Box-Charakter. Doch nur Transparenz kann Vertrauen schaffen. Um die jeweiligen Lösungswege künstlicher Intelligenz zu erklären, gibt es spezielle Software-Lösungen. Eine Studie des Fraunhofer IPA hat die…

    mehr lesen: Künstliche Intelligenz erklärbar machen

  • Quantencomputing wird zum Wettbewerbsvorteil

    Quantencomputing wird zum Wettbewerbsvorteil

    Quantencomputer können komplexe Berechnungen schneller durchführen als beispielsweise heutige Superrechner. Wie eine Befragung des Bitkom zeigt, verspricht sich die deutsche Wirtschaft viel von der Technologie.

    mehr lesen: Quantencomputing wird zum Wettbewerbsvorteil

  • Künstliche Intelligenz für kleine und mittlere Unternehmen

    Künstliche Intelligenz für kleine und mittlere Unternehmen

    Künstliche Intelligenz auch für KMUs nutzbar machen. Das ist das Ziel des Modellprojekts ’KI-Transfer Plus’

    mehr lesen: Künstliche Intelligenz für kleine und mittlere Unternehmen