Verwaltungsschalen ermöglichen Interoperabilität: So transformiert die Asset Administration Shell (AAS) Ihre Komponenten für Industrie 4.0

Immer mehr Unternehmen der Prozessindustrie und der diskreten Fertigung benötigen heute Verwaltungsschalen für Automatisierungskomponenten. Vermögensverwaltungsschale, Kurz: AAS). Dieser Trend zeigt, dass Industrie 4.0 von der Theorie in die Praxis übergeht. Verwaltungsschalen sind die technische Grundlage für interoperable, digitale Zwillinge von Geräten, Systemen und Softwarekomponenten. Asset-Management-Schalen ermöglichen eine durchgängige Digitalisierung über den gesamten Lebenszyklus hinweg, wie es für die Etablierung eines digitalen Produktpasses erforderlich ist.

Modularer Aufbau: Welche Teilmodelle sind für ein AAS wesentlich?

Eine Verwaltungsschale besteht aus einem oder mehreren Teilmodellen, die bestimmte Aspekte eines Assets beschreiben und dadurch unterschiedliche Anwendungen ermöglichen. Dadurch handelt es sich um eine modulare Verwaltungsschale. Abhängig von der Art des Assets oder wenn neue Anwendungen implementiert werden müssen, können Teilmodelle einer Verwaltungsschale erweitert werden.

Typische Komponenten-Untermodelle sind:

• Digitale Tafel: Es enthält grundlegende Daten wie Name, Hersteller, Seriennummer, Version
• Technische Daten der Industrieausrüstung: Technische Merkmale, z.B. B. Energieverbrauch, Messbereich, Genauigkeit
• Übertragungsdokumentation: Es stellt eine Dokumentation gemäß der Norm VDI 2770 bereit
• Maschinensignale: Zeichen zur Kommunikation
• CO2-Fußabdruck des Produkts: CO2-Fußabdruck eines Vermögenswerts

Durch die Standardisierung von Submodelltypen können Systeme verschiedener Hersteller Informationen untereinander austauschen, ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zur Realität. Interoperabilität.

Mehrwert der Admin-Shell:
Vorteile für Hersteller und Anlagenbetreiber in der Industrie 4.0

Die Einführung von Verwaltungsschalen bietet Komponentenherstellern und Anlagenbetreibern erhebliche Vorteile:

• Kontinuierliche Datenverfügbarkeit:
  Von der Entwicklung über die Inbetriebnahme bis hin zum Betrieb und der Wartung stehen alle relevanten Daten einer Komponente in strukturierter und maschinenlesbarer Form zur Verfügung. Anwender von Bauteilen können diese besser in ihre Systeme integrieren und sehen beispielsweise auf einen Blick, welche Version ein Bauteil hat und wann es hergestellt wurde.
• Interoperabilität:
  Komponenten unterschiedlicher Hersteller können zusammenarbeiten, da sie ihre Daten über standardisierte Schnittstellen bereitstellen. Dadurch können Blockierungseffekte vermieden und Komponenten einfacher genutzt werden.
• Integration in Engineering-Prozesse:
  Engineering-Tools unterstützen zunehmend Verwaltungsschalen, um Konfigurationen auszulesen, Simulationen zu erstellen oder Dokumentationen bereitzustellen.
• Digitale Zwillinge und Statusüberwachung:
  Verwaltungsschalen sind die Grundlage digitaler Zwillinge. Dadurch können Systembetreiber Bedingungen überwachen, Vorhersagen treffen oder KI-Modelle anreichern.
• Kontinuierliche Updates:
  Produktaktualisierungen werden über Produktänderungsbenachrichtigungen geteilt.
• Zukunftssicherheit:
  Die Verwaltungshülle schafft eine Grundlage für die Integration in die wachsende Welt der Industrie 4.0-Ökosysteme (z. B. Catena-X, Manufacturing-X).

Dies ist nur eine Auswahl von Anwendungsfällen, die möglich werden, wenn Automatisierungskomponenten mit einer Verwaltungsschale ausgestattet werden. Komponentenhersteller nutzen die Verwaltungsschale bereits als Alleinstellungsmerkmal, um sich am Markt zu positionieren und sich vom Wettbewerb abzuheben.

Verwaltungsschale in der Praxis (Tutorial):
Erstellen Sie Asset-Management-Shells mit der Open-Source-Plattform „Eclipse BaSyx“.

Die Plattform „Eclipse BaSyx“ ist die führende Open-Source-Implementierung für Verwaltungsschalen und wird von uns am Fraunhofer IESE koordiniert. Es stellt Bibliotheken, Tools und Laufzeitkomponenten zur effizienten Erstellung, Verwaltung und Bereitstellung von Asset Administration Shells bereit.

Schritt 1: Installation und Vorbereitung

BaSyx kann als Docker-Container oder über Maven-Abhängigkeiten eingebunden werden. Dadurch können Entwickler schnell eine lokale Umgebung aufbauen. Der BaSyx-Konfigurator ist ein perfekter Einstieg.

Schritt 2: Erstellen der AAS-Komponente über die AAS-Web-Benutzeroberfläche

Im nächsten Schritt kann die Administrationsschale über das AAS Web UI erstellt werden. Hierfür steht die AAS-Editor-Funktion des AAS-Web-UI zur Verfügung, wie in Screenshot 1 dargestellt. Über die Schaltfläche in Screenshot 2 können neue AASs erstellt und über die in Screenshot 3 dargestellte Benutzeroberfläche befüllt werden.

Schritt 3: Untermuster hinzufügen

Um die Verwaltungsschale nutzbar zu machen, werden Untermodelle hinzugefügt. Eine Übersicht über bereits definierte Teilmodelle stellt IDTA auf seiner Website und auf GitHub bereit. Sobald die entsprechenden Untermodelle ausgewählt sind, können sie über die AAS-Web-Benutzeroberfläche hinzugefügt werden.

Intuitive und einfach zu bedienende Oberflächen für einzelne Teilmodelle sind bereits im AAS Web UI vorhanden, das in zukünftigen Releases um weitere Teilmodelle erweitert wird. Die Benutzeroberfläche für Unternehmensdaten ist in Abbildung 5 dargestellt.

Schritt 4: Bearbeiten der Werte

Nach der Erstellung des Teilmodells können individuelle Werte über den Editor eingestellt werden, wie in Abbildung 6 dargestellt.

Schritt 5: Bereitstellung von AAS für Dritte

Nach der Konfiguration steht die Verwaltungsschale mit ihren Untermodellen automatisch über die BaSyx-Verwaltungsschalen-Infrastruktur zur Verfügung. Soll das AAS über ein AASX versendet werden, bietet das BaSyx AAS Web UI auch hierfür einen Download an (siehe Screenshot 7 unten).

Schritt 6: Skalierung durch programmatische Erstellung von AAS

Das manuelle Erstellen von Verwaltungsshells ist der erste Schritt bei der Bereitstellung von AAS für Komponenten. Für den großflächigen Einsatz von Type- und Instanz-Management-Shells stellt BaSyx umfangreiche Programmierschnittstellen zur Verfügung, über die bestehende IT-Systeme integriert werden können.

Das AAS und das Untermodell können beispielsweise mit dem folgenden Code erstellt werden:

AAS shell = new DefaultAssetAdministrationShell.Builder()

.id("AAS_IDENTIFIER")

.assetInformation(

new DefaultAssetInformation.Builder()

.assetKind(AssetKind.INSTANCE)

.globalAssetId("globalAssetId")

.build())

.build();

 

Submodel submodel = new DefaultSubmodel.Builder()

.id("submodelId")

.submodelElements(

new DefaultProperty.Builder()

.idShort("name")

.value("Fraunhofer IESE")

.build())

.build();

Fazit: Die Verwaltungsschale als Grundlage der Online-Produktion von morgen

Verwaltungsschalen sind weit mehr als ein theoretisches Konzept. Sie bilden die Grundlage für standardisierte, interoperable und intelligente Automatisierungssysteme. Mit Tools wie Eclipse BaSyx können Unternehmen schon heute echte digitale Zwillinge ihrer Bauteile erstellen – und so den Weg für die selbstoptimierende vernetzte Produktion von morgen ebnen. Darüber hinaus werden die technischen Grundlagen für eine einfache Umsetzung der kommenden Regelungen zum digitalen Produktpass geschaffen.