Digitale Kommunikation in Fertigungsnetzwerken neu gedacht - Welche Sprache sprechen digitale Zwillinge?
Infolge der industriellen Digitalisierung nimmt die Vernetzung von Produktionsanlagen und Fertigungs-IT-Systemen
rasant zu. Die digitalen Abbilder der Maschinen („digitale Zwillinge“) sind auf unterschiedliche IT Systeme (z.B. ERP, MES, CMMS) verteilt.
Wie aber kommunizieren die IT
Systeme mit den Anlagen?
Welche Sprache sprechen digitale Zwillinge?
Sind dafür immer hohe Integrationsaufwände und aufwändige Schnittstellen
Programmierung erforderlich?
In dem von Salzburg Research koordinierten Forschungsprojekt i
Twin stellen wir mit den „Semantic Integration Patterns“ ein Konzept vor, wie diese Kommunikation standardisiert werden kann.
Digitale Kommunikation in Fertigungsnetzwerken neu gedacht
1. Semantic Integration Patterns
for Data-driven Digital Twins
in the Manufacturing Industry
Digitale Kommunikation in
Fertigungsnetzwerken neu gedacht
Oder: Welche Sprache sprechen digitale Zwillinge?
Georg Güntner (Salzburg Research)
KBC Industry Circle (27.4.2023)
Palfinger World & Werk (Friedburg)
2. Eckdaten des Vortrags
Digitale Kommunikation in Fertigungsnetzwerken neu gedacht
Oder: Welche Sprache sprechen digitale Zwillinge?
▪ Inhalt
– Infolge der industriellen Digitalisierung nimmt die Vernetzung von Produktionsanlagen und Fertigungs-IT-Systemen
rasant zu. Die digitalen Abbilder der Maschinen („digitale Zwillinge“) sind auf unterschiedliche IT-Systeme (z.B. ERP,
MES, CMMS) verteilt.
▪ Wie aber kommunizieren die IT-Systeme mit den Anlagen?
▪ Welche Sprache sprechen digitale Zwillinge?
▪ Sind dafür immer hohe Integrationsaufwände und aufwändige Schnittstellen-Programmierung erforderlich?
– In dem von Salzburg Research koordinierten Forschungsprojekt i-Twin stellen wir mit den „Semantic Integration Patterns“
ein Konzept vor, wie diese Kommunikation standardisiert werden kann.
▪ Rahmen
– KBC Industry Circle (K-Businesscom)
– Donnerstag, 27.4.2023; 9:30-13:00 Uhr
– Palfinger World & Werk, Kapellenstraße 18, 5211 Friedburg
▪ Vortragender
– Dipl.-Ing. Georg Güntner, Salzburg Research Forschungsges.m.b.H.
– georg.guentner@salzburgresearch.at | https://www.linkedin.com/in/georgguentner/
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3. Über Salzburg Research
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Unsere Mission
Salzburg Research ist Ihr Partner bei der Bewältigung digitaler
Innovationsherausforderungen. Wir erstellen Software-Prototypen,
führen Feldstudien durch und evaluieren Technologien, um
Organisationen dabei zu unterstützen, fundierte Entscheidungen
über ihr zukünftiges digitales Geschäft zu treffen.
▪ Unabhängige Forschungs- und
Technologieorganisation (RTO)
▪ Gemeinnützige GmbH des Landes
Salzburg
▪ Ein Team von über 65 innovativen,
professionellen und kreativen
Forscher/-innen
Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.
Jakob-Haringer-Straße 5/3
5020 Salzburg
www.salzburgresearch.at
4. Industrielle Digitalisierung als Motor für
Produktivität, Qualität und Ressourceneffizienz
Digitali-
sierung
Smarte
Maschinen
Wandel Komple-
xität
Digital
Twin
Vision
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AAS
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10011111010101
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7. Lösungsansatz: Daten- & Service-Integration
Data and Service Integration Layer
Semantic Interoperability Middleware
Maintenance
Management
System
(CMMS)
HMI/SCADA-
System
Analytics
Services
Other
applications and
services
(e.g. ERP, MES,
…)
Asset
Management
System
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Application
Layer
Data
Integration
Layer
Edge
Layer
8. Forschungsprojekt i-Twin
Semantic Integration Patterns for Data-driven Digital Twins
in the Manufacturing Industry
▪ i-Twin erforscht Interoperabilitätskonzepte für daten-getriebene
digitale Zwillinge in der Fertigungsindustrie.
▪ Das Projekt propagiert eine Open-Source-Middleware für die
Integration von Fertigungs-IT-Systemen und vernetzten Anlagen
auf der Grundlage von Semantic Integration Patterns.
▪ Das vorrangige Ziel von i-Twin ist es, den Integrationsaufwand zu
reduzieren und den Austausch von Stamm- und Betriebsdaten
in Fertigungsnetzwerken zu ermöglichen.
▪ Die Ergebnisse werden in einem Forschungslabor und in einem
industriellen Asset-Management-Szenario validiert.
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9. Kommunikationsanforderung: Störmeldung
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Anwendung
CMMS
ERP
Dashboard
Analytics
etc.
Data Distribution
Asset
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Stör-
meldung
Stör-
meldung Application
Connector
Asset
Connector
Semantic Integration Pattern
AAS
AAS-Submodel: Service Order Request
10. Semantic Integration Patterns
Ein Semantic Integration Pattern …
• stellt Anwendungen und Assets
vordefinierte Anknüpfungspunkte zur
Erledigung ihrer Kommunikations-
aufgaben zur Verfügung.
• wird mit den Mitteln der Asset
Administration Shell (AAS) definiert
und stützt sich auf die Elemente für
synchrone und asynchrone
Kommunikation (Event, Operation).
• beschreibt sowohl die jeweiligen
Endpunkte der Kommunikation als
auch die ausgetauschten
Datenobjekte.
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ERP-System
Engineering
Simulation
CMMS
Instand-
haltungs-
Management
IoT-/ Cloud-
Plattformen
Predictive
Analytics
Betriebs-/
Machinendaten
Monitoring,
Diagnose
Dokumen-
tation
Anleitungen,
CAD-Pläne
Asset
Management
System
SIP
SIP
SIP
11. Die Sprache der „Digital Twins“: AAS
▪ Asset Administration Shell
(AAS) bzw. Verwaltungsschale
– Teil des Referenzarchitektur-
modells Industrie 4.0 (RAMI4.0)
▪ Die Verwaltungsschale…
– bietet ein standardisiertes Informa-
tionsmodell für digitale Zwillinge.
– bindet die Anlagen in die Industrie
4.0-Kommunikation ein.
– erlaubt den kontrollierten Zugriff
auf alle Informationen der Anlage.
– Bildet eine standardisierte und
sichere Kommunikationsschnitt-
stelle.
– bindet „passive“ Assets (ohne
Kommunikationsschnittstelle) ein,
z.B. über Bar-oder QR-Codes.
– ist im Netz adressierbar und
identifiziert die Anlage eindeutig.
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Quelle: „Verwaltungsschale in der Praxis“, Plattform Industrie 4.0
12. Beispiel: AAS und Teilmodelle einer Anlage
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Quelle:
HEGLA
Technology
–
AAS
eines
Glas-Schneidetischs
Visualisierung
im
AASX
Package
Explorer
Teilmodelle
Submodel
Element Collections
mit Properties
13. Zusammenfassung
▪ Die Komplexität der digitalen Kommunikation in
Fertigungsnetzwerken nimmt zu
– Interoperabilität wird zum Schlüsselfaktor
▪ Digitale Zwillinge als Informationsdrehscheibe
für Betrieb und Instandhaltung
– Asset Management über den Lebenszyklus hinweg
– Condition Monitoring, Predictive Maintenance
– Energiebilanz, CO2-Fußabdruck
▪ AAS als Informationsmodell und „Sprache“ der
digitalen Zwillinge
▪ Semantic Integration Patterns zur Reduktion des
Integrationsaufwands
– Standardisierte und sichere Kommunikationskanäle
– Semantische (maschinenlesbare) Beschreibung von
Schnittstellen und Datenobjekten
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14. Unterstützende Partner im i-Twin Ökosystem
▪ Unterstützende Einrichtungen:
– Austrian Standards
– Contact Software
– K-Businesscom
– meshmakers
– mfa (Maintenance and Facility
Management Society of Austria)
– Plattform Industrie 4.0 (Österreich)
– TTTech Industrial Automation / Change2Twin
▪ Kooperationen:
– Industrial Digital Twin Association (IDTA)
– InterOpera (Teilmodelle)
– Meta-Level Software AG
Werden auch Sie Teil des i-Twin Ökosystems
Kontakt: i-twin-office@salzburgresearch.at
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16. Projekt Eckdaten i-Twin
Semantic Integration Patterns for Data-
driven Digital Twins in the Manufacturing
Industry
▪ Laufzeit: 01/2022-03/2024 (27 Monate)
▪ Konsortium: 6 Partner (2 KMU, 2 GU, 2 F&E)
Salzburg Research (Koordinator), COPA-DATA,
H&H Systems Software, IcoSense,
Innio Jenbacher, Universität Salzburg
▪ Projektvolumen: 890.000 €
▪ Fördergeber: BMK, FFG (IKT der Zukunft)
▪ FFG Projektnummer: FO999887558
▪ Web: srfg.at/i-twin
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17. Digital Asset Management in der Praxis
Methoden und strategische Konzepte
• Digitalisierungs-Roadmap
• Entwicklung von Datenstrategien
• Voraussetzungen für Predictive Maintenance
• Einführung von Standard-Prozessen
Technologien
• Smart Assets und Digital Twins
• Kommunikationsdrehscheibe i-Asset Plattform
• IIoT-Stack für Maschinen und Anlagenbau
• Instandhaltungs-Managementsysteme (CMMS)
• Retrofit von Bestandsanlagen
Anwendungsszenarien
• Smarte Kräne im Ökosystem der Anlagenwirtschaft
• Alle Anlagen im Griff: Digitale Dashboards
Kompetenzen
• Schlüsselkompetenzen
• Wissenstransfer
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Im Innovationsnetzwerk "Digital Asset Management" (i-Asset) werden
Methoden, Technologien und Kompetenzen entwickelt, die den digitalen
Wandel im Asset Management unterstützen. Die Ergebnisse und
Erfahrungen der Netzwerkpartner sind in einem Bericht über die Praxis des
digitalen Asset Managements zusammengefasst.
Download: srfg.at/wp-digital-asset-management
21. Industrial Digital Twin Association
▪ Organisation
– Offenes Konsortium mit Mitgliedbeiträgen
– Themen: (Fertigungs- und Prozess-) Industrie
– Mitglieder: ca. 100 (Industrie, Forschung, Dachverbände)
– Gründung: Q1/2021
– https://industrialdigitaltwin.org/
▪ Ziele:
– Bereitstellung der notwendigen Spezifikationen zur Umsetzung des Digitalen Zwillings.
– Aufbau einer aktiven Open Source Community, für den Einstieg in die Technologie der AAS
(z.B. Eclipse Digital Twin: https://projects.eclipse.org/projects/dt).
– Entwicklung eines Big Picture von harmonisierten Teilmodellen für den Digitalen Zwilling.
Integration von Teilmodellen aus dem Bereich der Fertigungs- und Prozessindustrie.
– Definition von Prozessen und Kriterien für die Prüfung und das Testen des Digitalen
Zwillings. Entwicklung von Werkzeugen für eine Test- und Validierungsumgebung.
– Entwicklung eines vorwettbewerblichen Trainingsprogramms.
– Verbreitung der AAS als Kerntechnologie des Digitalen Zwillings.
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Auszug der Mitglieder der IDTA