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18.10.2021

Die Verwaltungsschale als standardisierter „Digitale Zwilling“

Interoperabilität ist neben Souveränität und Nachhaltigkeit eine Säule des Leitbilds für die Industrie 4.0 und genau in diesem Handlungsfeld geht es um Standards und Integration.

Gerade bei unseren Kunden im Maschinen- und Anlagenbau ist Integration ein großes Thema und damit auch die Verwaltungsschale (VwS, AAS: Asset Administration Shell), da sie hilft, diese Integration durch Standards zu erleichtern und zukunftsfähig zu gestalten.

Vereinfacht gesprochen ist die VwS ein „Datenstecker“, also die eine (Schnitt-)Stelle, über die ich alle Daten bzw. Informationen zu einem bestimmten Asset/Gerät/Bauteil finden bzw. ablegen kann.

Man kann auch weitergehen und sagen, dass die VwS eine (manche würde sagen „DIE“) Umsetzung des „Digitalen Zwillings“ ist und somit auch Grundlage für die Industrie 4.0 darstellt.

Ein gutes Beispiel ist das Service Portal unseres Kunden Wittenstein, in dem wir Daten zu Bauteilen aus dem SAP System über Verwaltungsschalen zur Verfügung stellen (https://serviceportal.wittenstein-group.com/).

 


Dazu wird die SAP Datenbank in einen „SAP Drop“ in der Cloud synchronisiert und über einen Extract-Transform-Load-Prozess (ETL) das Verwaltungsschalen-Repository befüllt. Für diesen ETL-Prozess haben wir ein Mapping von SAP Merkmalen auf die IRDI-Nummer aus dem ECLASS-Katalog, so dass die Merkmale mit der korrekten Semantik versehen sind und von jedermann klar verstanden werden können. Eine REST-API stellt nun für die Bauteile, d.h. für die jede einzelne Instanz, die Informationen im standardisierten Verwaltungsschalen-Format zur Verfügung. D.h. man kann z.B. das Fertigungsdatum des Getriebes, das hier direkt vor mir liegt, über diese REST-API erfragen. Die Integrierbarkeit dieser Bauteile hat sich dadurch nachhaltig verbessert.

Die VwS ist in Teilmodelle gegliedert wobei jedes Teilmodell einen Aspekt bzw. einen UseCase abdecken soll. Letztendlich sind Teilmodelle Gruppen von Merkmalen.

Sie können auch online einige Verwaltungsschalen über die Seite https://admin-shell-io.com:5001/ abrufen und sich so schnell ein eigenes Bild von einer Verwaltungsschale machen.

 



Im Screenshot sehen Sie einen Ausschnitt der Verwaltungssschalen-Liste. Eine Verwaltungsschale (AAS) hat hier immer die Teilmodelle (Sub) „Nameplate“, „Document“ und „Identification“, die meisten haben noch mehr.

Innerhalb eines Teilmodells finden Sie die Merkmale (Prop, Properties), die auch in Listen (Coll, Collections) verwaltet werden können.

Ein Merkmal besteht aus einem Wert (Value), dem Werttyp (Value Type) und einer Semantic ID, um klar zu beschreiben, was dieses Merkmal bedeutet.

Das markierte Beispiel im Screenshot ist das Merkmal „ManufacturerName“ im Teilmodell „Nameplate“ der Verwaltungsschale „Festo_3S7PM0CP4BD“. Dieses Merkmal hat den Wert „Festo AG & Co. KG“ (rechts im Screenshot) vom Typ „string“.

Die SemanticID ist hier als „IRDI“ mit der Nummer „0173-1#02-AAO677#002“. Diese IRDI (International Registration Data Identifier, https://wiki.eclass.eu/wiki/IRDI) ist ein eindeutiger Identifier des Merkmals und im ECLASS Katalog definiert, so dass jeder genau weiß, was dieses Merkmal bedeutet.

Eine Verwaltungsschale kann nicht nur als REST-API zur Verfügung gestellt werden, sondern auch als aasx-File. Dieses aasx-File ist im Open XML-Format, d.h. einfach die Endung .aasx durch .zip ersetzen und entpacken und schon sieht man die einzelnen XML oder JSON Files, die das Asset beschreiben. Bilder und Pdfs können dort auch abgelegt sein.

Einige Verwaltungsschalen im aasx-File-Format zum Herunterladen finden Sie auf http://admin-shell-io.com/samples/.

Diese aasx-Files können Sie auch mit dem Aasx Package Explorer öffnen und sehen dann übersichtlich die Teilmodelle und Daten der Verwaltungsschale. (https://github.com/admin-shell-io/aasx-package-explorer)

Einige Teilmodelle sind bereits standardisiert, aber es steht jedem frei für seinen UseCase ein neues Teilmodell zu erstellen und mit seinem Integrationspartner zu teilen.

Die Standard-Teilmodelle werden von der Plattform Industrie 4.0 gepflegt und veröffentlicht, zudem hat das Projekt „InterOpera“ (https://www.sci40.com/interopera/) das Ziel, 50 konkrete, praktikable und interoperable Teilmodelle zu entwickeln.

Ein wichtiges Teilmodell ist z.B. „Identifikation“ mit dessen Hilfe das spezifische Asset identifiziert werden kann. Es beinhaltet z.B. den Namen des Herstellers, die Seriennummer und auch den eindeutigen Identifier des Assets.

Ein Teilmodell, das einen weiteren Baustein für die Digitalisierung der Produktion bietet ist das „Typenschild“(https://www.dke.de/de/news/2019/digitales-typenschild-grundlage-industrie-40, https://www.zvei.org/themen/industrie-40/das-digitale-typenschild-40-konsistent-nachhaltig-zukunftssicher-vernetzt/), denn hiermit lässt sich global auf die Geräteinformation zugreifen, die zudem unlimitiert groß und umfangreich sein kann. Außerdem kann diese Information auch dynamisch angepasst und auf jedem Display angezeigt werden und macht somit die Papierdokumentation überflüssig. Gerade bei kleinen oder auch günstigen Bauteilen entfällt somit der verhältnismäßig hohe Anteil der Kosten für deren Druck und Versand.

Auf dieser Website der Plattform i4.0 sind einige Beispiele von Verwaltungsschalen mit Teilmodellen „Typenschild“, „Identifikation“ oder auch „Dokumentation“ präsentiert und vermitteln einen guten Eindruck, welche Informationen hier transportiert werden: http://www.i40-aas.de/

Außerdem steht es jedem offen ein eigenes Teilmodell zu definieren und für seinen individuellen Anwendungsfall anzupassen. Wie man ein Teilmodell erstellt wird in der Veröffentlichung „Verwaltungsschale in der Praxis / Wie definiere ich Teilmodelle, beispielhafte Teilmodelle und Interaktion zwischen Verwaltungsschalen?“ (https://www.plattform-i40.de/PI40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/2020-verwaltungsschale-in-der-praxis.html) gut beschrieben. Da alle Elemente innerhalb eines Teilmodells in ihrer Semantik klar sind, werden die neu erstellten Teilmodelle von jedem verstanden.

So kann ich z.B. das Teilmodell „Bohren“ definieren und den Assets geben, die bohren können und dort beschreiben, welche Materialien, welche minimale und maximale Tiefe und Durchmesser die Bohrlöcher haben können. Dadurch ist es dann möglich, automatisiert das korrekte Asset für einen konkreten Auftrag zu finden. Und das eben nicht nur bei mir in meinem Unternehmen, sondern auch unternehmensübergreifend.

Zudem kann man auch erwartetes Verhalten des Assets unter verschiedenen Bedingungen in einem Teilmodell abbilden. Dieses Wissen über das Verhalten kann dann z.B. für Simulationen im Verbund mit anderen Komponenten herangezogen werden, um schon vor der tatsächlichen Inbetriebnahme etwaige Probleme zu identifizieren. Während des Betriebs können so Wartungen bzw. Reparaturen angestoßen werden, wenn das tatsächliche Verhalten dem erwarteten Verhalten nicht (mehr) entspricht.

Eine relativ neue und wichtige Anlaufstelle für Entwickler und Gestalter ist die „Industrial Digital Twin Association“ (https://idtwin.org/). Im September 2020 haben hier VDMA, ZVEI, bitkom und 20 Unternehmen einen Spin-off der Plattform Industrie 4.0 gegründet, um sich auf die Weiterentwicklung der VwS als Digitaler Zwilling weiterzuentwickeln.  

Für einen leichten Start mit der VwS bietet sich auch ein Besuch der Seite Home of AAS (admin-shell-io.com) an, das ist die Website zum oben erwähnten github Repository https://github.com/admin-shell-io.

Dort findet man übrigens auch ein Video des Autors dieser Zeilen (Christian Heinrich | LinkedIn). Zusammen mit Bernd Vojanec (Bernd Vojanec | LinkedIn) von Wittenstein SE (WITTENSTEIN SE) präsentierte ich einen Praxisbericht im Rahmen der bitkom-Veranstaltung „Verwaltungsschale für Software-Anbieter“ am 30.3.2021.

Das Video ist auf der IDTA-onboarding Seite verlinkt http://www.admin-shell-io.com/idta-onboarding/: www.admin-shell-io.com/idta-onboarding/05_Bernd_Vojanec_und_Christian_Heinrich_VWS_und_After-Sales-Service.mp4 (admin-shell-io.com)

Eine ganze Reihe von Screencasts finden Sie auf dieser Unterseite: https://admin-shell-io.com/screencasts/

Der Screenshot zeigt die Visualisierung einer VwS durch den „Asset Administration Shell Viewer“, den wir im Rahmen des eingangs erwähnten Wittenstein Projekts auf der Siemens Mindsphere Plattform gebaut haben.

 

 

Die hier gezeigte Verwaltungsschale bietet ein Teilmodell, dass die Historie von Teach-In-Läufen vorhält, d.h. Wittensteins Smart Services schreiben über die REST-API in die Verwaltungsschale und stellen so diese Information wiederum anderen Diensten zur Verfügung.

Kontakt
Christian Heinrich
Softwareentwickler und IoT-Spezialist bei der XITASO GmbH
Tel. 0821 885 882 40
christian.heinrich@xitaso.com

 

 


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