Digitale Kommunikation in Fertigungsnetzwerken neu gedacht

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)

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/
27.04.2023
Semantic Integration Patterns for Digital Twins 2

Über Salzburg Research
27.04.2023
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

Industrielle Digitalisierung als Motor für
Produktivität, Qualität und Ressourceneffizienz
Digitali-
sierung
Smarte
Maschinen
Wandel Komple-
xität
Digital
Twin
Vision
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01001110101011
10010110101010
10011111010101
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AAS
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10011111010101
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Herausforderung: Interoperabilität
Maintenance
Management
System
(CMMS)
HMI/SCADA-
System
Analytics
Services
Other
applications and
services
(e.g. ERP, MES,
…)
Asset
Management
System
27.04.2023
Application
Layer
Edge
Layer

Kommunikationsanforderung: Störmeldung
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Anwendung
CMMS
ERP
Dashboard
Analytics
etc.
Data Distribution
Asset
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Stör-
meldung
Stör-
meldung

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

Forschungsprojekt i-Twin
Semantic Integration Patterns for Data-driven Digital Twins
▪ 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.
27.04.2023

Kommunikationsanforderung: Störmeldung
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Anwendung
CMMS
ERP
Dashboard
Analytics
etc.
Data Distribution
Asset
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00101010111101
Stör-
meldung
Stör-
meldung Application
Connector
Asset
Connector
Semantic Integration Pattern
AAS
AAS-Submodel: Service Order Request

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

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.
27.04.2023
Quelle: „Verwaltungsschale in der Praxis“, Plattform Industrie 4.0

Beispiel: AAS und Teilmodelle einer Anlage
27.04.2023
Quelle:
HEGLA
Technology
–
AAS
eines
Glas-Schneidetischs
Visualisierung
im
AASX
Package
Explorer
Teilmodelle
Submodel
Element Collections
mit Properties

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
27.04.2023

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
27.04.2023

for Data-driven Digital Twins
Referenzen

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
27.04.2023

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
27.04.2023
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

Wo stehen Sie 2030 bei der Anlagen-Digitalisierung?
Wenn Sie die folgenden Fragen beschäftigen …
▪ Passiert Digitalisierung ihrer anlagemn „zufällig“? Oder gibt es ein
systematisches Vorgehen, einen ausformulierten Plan dafür? Wer ist für die
Erstellung, Durchführung und Änderung des Plans verantwortlich?
▪ Wie schaffen wir eine systematische Verbesserung bestehender Produkte,
Prozesse und Services durch den Einsatz digitaler Technologien und neue
Geschäftsmodelle? Wie können wir die Maschinenintegration in die Technik-
Infrastruktur optimieren?
▪ Wie verändert sich die Kommunikation zwischen Herstellern, Betreibern und
Service-Einrichtungen? Welche Konzepte und Regeln sind für
Informationsaustausch, Cloud-Nutzung, IT-Sicherheit erforderlich?
▪ Welche Daten sind in welcher Qualität für daten-zentrierte
Entscheidungsprozesse heute und Zukunft erforderlich? Wie können daten-
basierte Services ausgebaut werden?
… hat Salzburg Research ein Unterstützungsangebot für Sie!
27.04.2023
Bildquelle: © Salzburg Research, fotolia.com, Oleksii
=> Digital Asset Roadmap

Wo stehen Sie in Bezug auf Ihre Anlagendaten?
▪ Haben wir für unsere Produkte einen (dokumentierten) Prozess, in dem
für heute und für die Zukunft definiert ist,
– welche Daten aufgezeichnet werden? (Data Dictionary)
– in welcher Qualität sie aufgezeichnet werden? (Data Quality)
– wie die Daten vor unberechtigtem oder missbräulichem Zugriffgeschützt werden?
– wer auf diese Daten zugreifen darf? (Data Governance)
▪ Ist ein Verantwortlicher für die Entwicklung und Durchführung dieses
Prozesses definiert?
▪ Wie können wir die Qualität der Daten sicherstellen und steigern?
▪ Wie können Daten weitere Geschäftsprozesse und analytische Services
unterstützen?
▪ Wie können wir die Datenintegration in die Betriebs- und Service-
Infrastruktur optimieren?
27.04.2023
=> Datenstrategie

Wie können Sie von der 5G-Technologie profitieren?
▪ Passiert der Umstieg auf die 5G-Technologie und ihre Nutzung „zufällig“? Oder gibt
es ein systematisches Vorgehen, einen ausformulierten Plan dafür („5G-Strategie“)?
Wer ist für die Erstellung, Durchführung und Änderung des Plans verantwortlich?
▪ Wie schaffen wir eine systematische Verbesserung bestehender Produkte,
Prozesse, Services durch den Einsatz des Kommunikationsstandards? Wie können wir
unsere Prozesse optimal in die 5G-Infrastruktur einbinden und neue Geschäftsmodelle
entwickeln?
▪ Wie verändert sich die Kommunikation zwischen Ihren Zulieferern, Kunden,
Produkten und Standorten durch den neuen Standard? Welche Konzepte und Regeln
sind für Informationsaustausch, Cloud-Nutzung, IT-Sicherheit erforderlich?
▪ Welche Kommunikationsanforderungen treten in Ihrem Geschäftsfeld heute und
Zukunft auf? Wie kann eine auf der 5G-Technologie basierende zuverlässige,
breitbandige und/ oder latenzfreie Kommunikationsinfrastruktur zur Optimierung und
zur Nutzung neuer Services genutzt werden?
27.04.2023
=> 5G-Strategie

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.
27.04.2023
Auszug der Mitglieder der IDTA

Kontakt
Georg Güntner
Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.
Jakob-Haringer-Straße 5/3 | 5020 Salzburg
Tel: +43-664-2807149
URL: www.salzburgresearch.at
Mail: georg.guentner@salzburgresearch.at
Semantic Integration Patterns for Digital Twins
Projekt-Information
www.maintenance-competence-center.at/i-twin
i-twin-office@salzburgresearch.at
Das Projekt wird gefördert vom BMK und von der FFG
aus Mitteln des Programms IKT der Zukunft
© i-Twin Konsortium 2023 (CC BY SA 4.0)
p.a. Salzburg Research Forschungsgesellschaft m.b.H.
Jakob Haringer Straße 5/3, A-5020 Salzburg, Austria
T: +43-662-2288-401 | www.salzburgresearch.at
27.04.2023 22
Georg Güntner ist Senior Researcher bei der Salzburg Research Forschungsgesellschaft. Die Schwerpunkte seiner
Forschungstätigkeit liegen im Bereich der Begleit- und Akzeptanzforschung von Internet-Technologien und des
Internets der Dinge in Produktions- und Instandhaltungsunternehmen. In seinen jüngsten Arbeiten fokussiert er sich
auf die technische Konzeption und den Einsatz von Digital Twins im Asset Management.
Georg Güntner koordiniert die Meetup-Gruppe "IoT Salzburg" und das "Maintenance Competence Center" (MCC),
eine Anlaufstelle für Forschung, Entwicklung und Innovation in der Instandhaltung. In seinen Projekten beschäftigte
er sich mit den Auswirkungen von Industrie 4.0 auf die Instandhaltungsbranche ("Instandhaltung 4.0",
"i-Maintenance“, "Digital Asset Management“), mit der digitalen Transformation durch Industrie 4.0 und neue
Geschäftsmodelle ("I40-Transform"), sowie mit dem Transfer von aktuellen Erkenntnissen im Bereich der
Digitalisierung an die Wirtschaft ("KMU4.0", "Digitales Transferzentrum"). Er leitet das Projekt i-Twin.

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