Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • Ein Digitaler Zwilling ist essenziell
  • Engineering ohne System-brüche braucht funktionierende Verwaltungsschalen
  • Tool-Chain wird zum Framework ausgebaut
  • Digitaler Zwilling als Datensilo für alle Disziplinen
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Lenze

Als OEM steht man ständig unter Zeit- und Kostendruck. Die Herausforderungen, die sich in der täglichen Praxis ergeben, sind vielfältig. An erster Stelle steht oft, den Liefertermin einzuhalten. Ein böses Erwachen droht, wenn sich nach der Realisierung eines Projekts herausstellt, dass bestimmte Spezifikationen nicht eingehalten werden. Ebenfalls nicht selten sind Probleme bei der Inbetriebnahme: die Maschine läuft einfach nicht wie erwartet und die Software muss vor Ort in kürzester Zeit angepasst werden – mit dem Kunden im Nacken. Fatal für die Kostenkalkulation wird es, wenn immer wieder neue Prototypen erstellt werden müssen, bis der Kunde endlich rundum zufrieden ist. Genau diese Probleme adressiert das Digitale Engineering. Der digitalisierte Entwicklungsprozess ermöglicht

  • genauere Iterationen in einer frühen Projektphase,
  • bietet Unterstützung bei der Programmierung der Anwendungssoftware und
  • ebnet den Weg zur virtuellen Inbetriebnahme.

Für OEMs ergeben sich daraus riesige Chancen: Kürzere Entwicklungszyklen bei geringerem Personalaufwand und schnellere Time-to-Market, weil die Kundenwünsche bereits beim ersten Wurf getroffen werden und die festgelegten Spezifikationen sicher eingehalten werden. Weitere Effekte betreffen die höhere Intelligenz in den Maschinen für komplexere Funktionen und nicht zuletzt auch die höhere Maschinenverfügbarkeit. Grundsätzlich wird auch der Entwicklungsprozess effizienter, da alle Disziplinen auf eine gemeinsame Datenbasis zugreifen. Diesen Fortschritten kann sich eigentlich kein OEM verschließen.

Durchgängiger Informationsfluss ist entscheidend

Eines der Ziele des Digital Engineerings ist, Prozesse und damit verbundene Informationsflüsse durchgängig zu gestalten. Informationen über Komponenten, Maschinen und Anlagen werden im ‚Digitalen Zwilling‘ abgelegt und ohne Bruch oder gar Informationsverlust weitergereicht – über die verschiedenen Stufen des Entwicklungsprozesses sowie den laufenden Betrieb und Instandhaltungsmaßnahmen bis zum Ende des Lebenszyklus. Im Rahmen des Referenz-Architekturmodells Industrie 4.0 (RAMI 4.0) wird statt des digitalen Zwillings die Bezeichnung „Verwaltungsschale“ (VWS) gebraucht.

Mit Hilfe von RAMI 4.0 und VWS gelangen Daten, die bei Entwicklung und Konstruktion anfallen, von Hersteller und OEM bis hin zum Anlagenbetreiber. So kann in jeder Entwicklungsstufe geprüft werden, ob die anfangs festgelegten Spezifikationen bei der Realisierung eingehalten werden und auf die Daten referenziert werden. Der durchgängige Informationsfluss unterstützt darüber hinaus nicht nur Betrieb und Wartung von Maschinen, sondern auch neue, in der Regel datenbasierende Service- und Geschäftsmodelle, die das Wesen von Industrie 4.0 und dem Industrial Internet of Things (IIoT) ausmachen. Daten aus dem laufenden Betrieb und der Instandhaltung finden schließlich automatisiert den Weg zurück zu OEMs und Herstellern, wo sie wiederum zur Verbesserung von Konstruktion und Entwicklung beitragen. Soweit zumindest die Theorie.

Insellösungen statt Tool-Chain

Am Anfang steht der Digitale Zwilling, der über die verschiedenen Projektierungsstadien und -disziplinen sukzessive entsteht.

Am Anfang steht der Digitale Zwilling, der über die verschiedenen Projektierungsstadien und -disziplinen sukzessive entsteht. Lenze

In der Praxis ist das aufgezeigte Szenario – jedenfalls Stand heute – erst bruchstück-haft realisierbar. Der Grund: Die benötigten Tools mit gemeinsamen Datenmodellen und standardisierten Schnittstellen stehen noch nicht in ausreichendem Maße zur Verfügung. Gerade im Entwicklungsprozess existieren deshalb noch zu viele Insellösungen. Daher lassen sich Daten oft nicht mit einem vertretbaren Aufwand zwischen diesen Datensilos austauschen. Ohne einen durchgängigen Informationsfluss sind die positiven Effekte des Digital Engineerings jedoch nicht zu erreichen.

Um den digitalen Zwilling herstellerübergreifend weitergeben zu können, bräuchte es standardisierte Datenmodelle und -schnittstellen. Zumindest was die Verwaltungsschale betrifft, konnte die Plattform Industrie 4.0 entscheidende Fortschritte erzielen. Zur Hannover Messe 2018 wurde das Rahmenwerk zur VWS-Definition abgeschlossen. Inzwischen hat die Plattform weitere Details veröffentlicht, mit deren Hilfe Unternehmen selbst Verwaltungsschalen für ihre Komponenten entwickeln und so virtuelle Abbilder ihrer Assets erstellen können. Die Basis bildet ein technologieneutrales UML-Modell, das alle notwendigen Informationen, erste Austauschformate in XML und JSON sowie ein Zugriffskonzept enthält.

Die komplette Beschreibung der Verwaltungsschale umfasst mehrere Teile. Teil 1 ‚Details of the Administration Shell – Part 1: The exchange of information between partners in the value chain of Industrie 4.0′ stellt dar, wie Informationen in der Verwaltungsschale aufbereitet und strukturiert sein müssen, um alle enthaltenen Informationen als Paket (Dateiverbund) von einem Partner zum nächsten weiterzugeben.

Im nächsten Schritt definiert die Plattform Industrie 4.0 APIs der Verwaltungsschale. Die aufrufbaren Schnittstellen liefern Informationen über den Gegenstand und können die Daten verändern. Anschließend folgt eine Beschreibung, wie mehrere Verwaltungsschalen in einem Netzwerk zusammenspielen.

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