Digitaler Zwilling, Digital Twin, Digitales Typenschild, Verwaltungsschale, Industry 4.0

Sneak Peek: Verwaltungsschale und Digitales Typenschild im Fokus

Die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell) ist ein spannendes Konzept den Digitalen Zwilling im Kontext der Industrie 4.0 umzusetzen. Einen ersten konkreten Mehrwert und einen sehr guten Einstiegspunkt in dieses Konzept, erhalten Sie mit dem Anwendungsfall „Digitales Typenschild“.

10.03.2022

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Good to know

Für einen optimalen Einstieg in die Themenbereiche "Digitaler Zwilling" und "Verwaltungsschale" empfehlen wir Ihnen einen Besuch unserer Themenseite. Wir verweisen außerdem auf die weiterführenden Links in unserem Related Bereich am Ende dieses Beitrags. Diese Serie orientiert sich – wie unser Whitepaper „Der Digitale Zwilling – von der Vision zur Realität“ – an der Metapher des Bergsteigers. 

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Das Digitale Typenschild: Ein guter Einstieg

Der Digitalen Zwilling ermöglicht viele unterschiedliche Anwendungsfälle. Einen besonderen Stellenwert genießt der Use-Case „Digitales Typenschild“. Er macht es möglich, konkrete Wertversprechen zu erfüllen. Außerdem dient er bereits als Einstiegspunkt in die Welt der Verwaltungsschalen. Daher ist er im Rahmen der Verwaltungsschalen auch als Basis-Use-Case besonders hervorzuheben.

 

Digitales Typenschild

                                                                                    Abb.1: Abbildung Umsetzung nach Quelle: "Digitales Typenschild: Grundlage für Industrie 4.0" (dke.de)

 

Das Digitale Typenschild bietet neben Informationen – die sich direkt via QR-Code oder NFC-Tag transportieren lassen – den Einstieg in die Informationswelt des physischen Assets. Gerade das Schlüssel-Benefit – der Zugriff auf Informationen – macht die Symbiose mit dem Digital Twin Ansatz so interessant. Mit standardisierten Teilmodellen zur strukturierten Ablage von Informationen kann das Informations-Modell der Asset Administration Shell alle relevanten Informationen halten und zur Verfügung stellen.

 

Verwaltungsschale

                                                                                Abb.2: Die Verwaltungsschale & ihre Teilmodelle; Bild Umsetzung nach Quelle: „Verwaltungsschale im Detail“ (Plattform Industrie 4.0)

Das Digitale Typenschild als „Enabler“, macht die Umsetzung weiterer Use-Cases möglich. Im Schulterschluss mit der Verteilung der digitalen Dokumentation über das entsprechende Teilmodell der Verwaltungsschale, lassen sich bereits konkrete Vorteile des Digitalen Typenschilds ableiten:

  • Alle Informationen auf Abruf: Es macht den sofortigen Zugriff auf aktuelle Dokumente (Handbücher, Zertifikate, Konformitätserklärung, …) möglich und lässt sich unkompliziert um weitere Informationen anreichern.

  • Kein Platzmangel: Im Vergleich zu herkömmlichen Typenschildern ist die benötigte Fläche deutlich geringer

  • Mehrsprachigkeit: Beschreibungen in unterschiedlichen Sprachen lassen sich problemlos integrieren.

  • Lesbarer: Das digitale Typenschild trägt zur Barrierefreiheit bei und kann dabei noch deutlich mehr Informationen transportieren.

  • Reduzierte Kosten: Es sind keine nachträglichen Druck- und Logistikkosten notwendig. Ein gültiger und herstellerübergreifender Standard nach DIN SPEC 91406 ist gewährleistet und bereits in einer internationalen Normreihe adressiert.

  • Weltweite Verfügbarkeit: Aktuelle Dokumente in der jeweiligen Landessprache sowie die lokalen Zertifikate (CE, CCC, …) sind digital verfügbar und lassen sich übersichtlich darstellen.

  • Nachhaltigkeit: Es schont Ressourcen und macht umfangreiche Papierdokumentation überflüssig.

Informationen von der Geburt bis zum Lebensende eines Assets

Von der Idee bis zur Verschrottung eines Assets fallen jede Menge Informationen an. Zunächst bestimmen jedoch die Anwendungsfälle die Relevanz der Daten. Mit dem Digitalen Typenschild als ersten Anwendungsfall ist es möglich, das benötigte Informationsmodell schlank und einfach zu halten. Dennoch sollten Verantwortliche sich bewusst machen, welche Use-Cases mittelfristig für eine Umsetzung spannend werden. So lässt sich bereits frühzeitig erkennen, welche Informationen wann Teil des Informationsmodells werden sollten.

Im Konzept der Verwaltungsschalen ist vorgesehen, Informationen nach Typ und Instanz zu trennen. Eine Typ-Verwaltungsschale enthält Daten zu einem Asset, die nicht an eine spezifische Instanz gebunden sind (beispielsweise technische Daten, Konstruktionsdaten, etc.). Die Instanz-Verwaltungsschale enthält Daten eines spezifischen Assets (zum Beispiel Seriennummer, Firmware-Version, etc.).

 

Verwaltungsschalen-im-Produktzyklus

                                                                           Abb.3: Typ- und Instanz-Verwaltungsschalen entlang des Produktlebenszyklus von der Idee bis zum Recycling

 

Vom physischen Typenschild zu den digitalen Informationen

Damit der Einstieg in die digitale Informationswelt funktioniert sind einige Grundlagen notwendig. Neben der Änderung des physischen Typenschilds und der Anreicherung um einen QR-Code / NFC-Tag, muss auch der Informationsraum aufgebaut. Außerdem gilt es den eindeutigen und sicheren Zugriff auf die Informationen zu realisieren.

Welche Informationen beim Ansatz des Digitalen Typenschilds künftig auf dem physischen Träger vorhanden sein müssen und welche Informationen digital verfügbar gemacht werden können, regelt der Gesetzgeber. Die Norm DIN VDE V 0170-100 (2021-02) beschreibt die technische Umsetzung des Typenschilds, während die internationalen Norm IEC 61406 und der DIN SPEC 91406 die Grundlagen für den Einstieg in die digitale Informationswelt regeln (Identification Link).

 

Vom-physischen-Schild-zu-Digital

                                                            Abb.4: Vom physischen Typenschild zu digitalen Informationen

Ein mögliches Szenario mit zentraler, globaler Registry zeigt das Schaubild in Abb.4.. Der Zugriff auf die Typenschild-Informationen, die im QR-Code / NFC-Tag direkt codiert vorliegen, sind für Personen mit geeignetem Lesegerät jederzeit möglich (3,4). Neben Inhalten des Typenschilds, ist eine Adresse hinterlegt, unter der sich die Verwaltungsschaleninformationen abgerufen lassen. Damit der Zugriff funktioniert, muss der Hersteller die Typ-Informationen zunächst öffentlich registrieren (1). Im zweiten Schritt kann der Betreiber seine Instanz-Verwaltungsschale registrieren, damit der Zugriff darauf erfolgen kann. (2). Mit der Adresse aus dem QR-Code / NFC-Tag, ist es nun möglich den Zugriff (5) auf die Typ-Informationen (6) und gegebenenfalls die Instanz-Informationen (7) durchzuführen. 

Auch andere, dezentrale Ansätze sind denkbar und könnten zudem die Abhängigkeiten zu wichtigen Infrastrukturkomponenten minimieren. Welche Ausprägungen sich kurz-, mittel- und langfristig manifestieren werden, lässt sich derzeit noch nicht konkret sagen.

                    

Good to know

Da der Digitale Zwilling mit seinen relevanten Informationen das physische Asset ein Leben lang begleiten soll, muss auch eine lebenslange Verfügbarkeit gewährleistet werden. Gerade bei sehr langlebigen Assets würde es sich daher anbieten einen externen Registrierungsdienst zu nutzen und auch obligatorische Teilmodelle (z.B. Nameplate oder Documentation) in einer Asset Administration Shell außerhalb des Herstellerkontextes zu hosten und verfügbar zumachen.

 

Umsetzung beim Hersteller

Die Umsetzung beim Hersteller kann Schritt für Schritt erfolgen. Das Digitale Typenschild hat zunächst Auswirkung auf die Herstellung der Typenschilder der Produkte. Gemäß Spezifikation und rechtlichen Vorgaben sind hier nur ein wenig mehr Daten notwendig, als ohnehin bereits zur Produktion vorliegen.

Um als Hersteller das Konzept der Asset Administration Shells im nächsten Schritt umsetzen und einen Service für den Zugriff anbieten zu können, sind Erweiterungen in der Systemlandschaft notwendig. Dazu lässt sich einerseits auf eine Open-Source Referenzimplementierung für das Verwaltungsschalenkonzept zurückgreifen und andererseits lassen sich gemäß den Vorgaben in der technischen Spezifikation Erweiterungen entwickeln. Durch verschiedene Initiativen sinken die technischen Hürden mehr und mehr.

Der Umgang mit den relevanten Daten ist einen gesonderten Blick wert. Bei der Umsetzung bietet sich ein möglichst flexibler und erweiterbarer Ansatz an. Dieser soll den Aufbau von Verwaltungsschalen ermöglichen und sich später auch für andere datengetriebene Anwendungsfälle verwenden lassen.

Schichtmodell-Hersteller

               Abb.5: Schichtmodell (vereinfacht) - von Datenquellen zur Verwaltungsschale und darüber hinaus

 

Das Schaubild (Abb.5) zeigt einen Blick hinter die Kulissen und offenbart mögliche Schichten und Komponenten. Hier werden – ausgehend von unterschiedlichen Datenquellen – die relevanten Daten über eine Datenplattform verteilt. Über diese Plattform lassen sich Verwaltungsschalen mit den notwendigen Informationen versorgen. Zudem lassen sich andere I4.0 Use-Cases bedienen und/oder Machine-Learning Ansätze betreiben.

 

Umsetzung beim Betreiber

Das Digitale Typenschild lässt sich beim Betreiber direkt mit einem geeigneten Lesegerät einlesen. Die relevanten Typenschildinformationen stehen somit unmittelbar zur Verfügung. Auch der Zugriff auf die Informationen des Herstellers ist ohne eigene Implementierungen möglich. Möchten Sie jedoch vom „Instanz-Zwilling“ profitieren, sollte die vom Betreiber zur Verfügung gestellte digitale Asset Administration Shell mit Instanz-Informationen in Betrieb genommen werden.

Schichtmodell-Betreiber

                                                           Abb.6: Verwaltungsschalen im Kontext des Betreibers

 

Verwaltungsschalen lassen sich unterschiedlich ausprägen. Es gibt verschiedene Typen (Typ 1: Passiv, Typ 2: Reaktiv, Typ 3: Proaktiv), die die Einbindung der Verwaltungsschalen in die eigene Infrastruktur beschreiben. Außerdem ist es möglich, Teilmodelle in mehrere Verwaltungsschalen zu distribuieren. Das Schaubild (Abb.6) zeigt Verwaltungsschalen, die einerseits im Asset selbst (Machine A), als auch in einem Repository (AASX Repository) gehalten werden und sich über eine API ansprechen lassen.

Analog zum Hersteller, kann auch der Betreiber von den Open-Source Referenzimplementierungen profitieren. So bleibt der Aufwand für den Aufbau der notwendigen Infrastruktur überschaubar.

 

Welche Herausforderungen erwarten Sie?

  • Grundlegende Umsetzung des Verwaltungsschalenkonzepts (Asset Administration Shell)

  • Umsetzung einer erweiterbarer Systemarchitektur und Datenplattform

  • Daten- und Systemintegration in einer heterogenen Systemlandschaft

  • Etablieren eines sicheren, cloudbasierten Kommunikationsansatzes (hybride Lösungsarchitektur)

Was kann die conplement AG für Sie tun?

  • Innovationskonzept von der Idee zur Realisierung mittels T-C-M (THINK-CHECK-MAKE) Methodik

  • Umsetzung der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell) mit den notwendigen Teilmodellen zur Abbildung des Digitalen Typenschild

  • Schnittstellen etablieren und anbinden

  • Entwurf von ganzheitlichen, nachhaltigen und erweiterbaren Softwarelösungsarchitekturen

  • Umsetzung individueller und sicherer Software- und (Hybrid-) Cloud-Lösungen

Wir sind die Experten an Ihrer Seite

Wussten Sie schon? Die conplement AG ist Mitglied der IDTA. Die Industrial Digital Twin Association ist eine leistungsstarke Allianz, die die Zukunft des Digitalen Zwillings aktiv und innovativ gestaltet. Sie gibt dem Digitalen Zwilling für Industrie 4.0 das notwendige Momentum zum internationalen Erfolg. 

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Starten Sie Ihre Journey jetzt mit der conplement AG. Ich freue mich auf einen ersten Austausch mit Ihnen!

Ihr Michael Kopf

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Begeben Sie sich mit uns auf eine Wanderung durch die Welt des Digitalen Zwillings.

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