IT-Management Oktober 2021

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24 | IT MANAGEMENT ZUKUNFTSMUSIK ODER REALITÄT? STANDARDISIERUNG VON INDUSTRIE-4.0-LÖSUNGEN Ohne Standards ist die vierte industrielle Revolution nicht denkbar – davon ist nicht nur Bundesforschungsministerin Anja Karliczek überzeugt. Auch das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE hat sich schon seit Langem intensiv mit einer standardkonformen Industrie-4.0-Middleware beschäftigt – und in diesem Jahr den Durchbruch geschafft. schneller, sicherer und somit kostengünstiger voranzutreiben. NUR, WENN ALLE MASCHINEN SYSTEMÜBER- GREIFEND MITEINANDER KOMMUNIZIEREN KÖNNEN, IST EINE ENTSPRECHEND FLEXIBLE PRODUKTION ÜBER- HAUPT MÖGLICH. Frank Schnicke, Expert „Industrie 4.0 System Architectures“ am Fraunhofer- Institut für Experimentelles Software Engineering IESE, www.iese.fraunhofer.de Produktion überhaupt möglich. Für diesen Schritt ist es jedoch notwendig, das Vertrauen der Firmeninhaberinnen und -inhaber zu erwerben, sodass diese auch bereit sind, die Transformation einzuleiten. BaSys 4.0 BAUSTEINE – WORAUS BESTEHT BaSys 4.0? Ende-zu-Ende Kommunikation • Netzwerk- und Protokollübergreifende Kommunikation NRTNL (Non Realtime Network Layer) RTNL (Realtime Network Layer) Führungskomponenten • Definierte Dienstschnittstelle Um verstehen zu können, warum die Normierung von Produktions- und Prozessdaten im Kontext rund um Industrie 4.0 von so großer Bedeutung ist, hilft der Vergleich zur Logistikbranche: Nachdem im Januar 1968 erstmals eine ISO-Norm die Abmessungen und Typenbezeichnungen des weltweiten Standard-Seecontainers definiert hatte, trat dieser daraufhin seinen Siegeszug rund um den Globus an. Auch in der digitalen Welt können Standards und Normen dazu beitragen, die Transformation der Wirtschaft wesentlich Verwaltungsschale • Digitale Repräsentanzen von Geräten • Herstellerunabhängig • Standardisierung läuft Teilmodelle • Stellen Informationen in definierten Strukturen bereit • Topologie • Gerätedienste Ein solcher Katalysator ist auch dringend notwendig, denn: Die Mehrheit der hiesigen Firmen ist noch immer weit von der Industrie-4.0-Ziellinie entfernt. Laut dem aktuellen „Digitalisierungsindex Mittelstand 2020/21“ kommen die Industrieunternehmen derzeit nur auf 62 von 100 möglichen Punkten hinsichtlich ihres Digitalisierungsgrades. Berücksichtigt man zudem die Tatsache, dass die vierte industrielle Revolution weit über die bloße digitale Transformation von Produktionsprozessen hinausgeht, würde das Ergebnis sicherlich noch erschreckender ausfallen. Industrie 4.0 sieht vielmehr vor, eine durchgängige Vernetzung aller Maschinen zu erzielen. Denn nur, wenn alle Maschinen systemübergreifend miteinander kommunizieren können, ist eine entsprechend flexible – und somit wandelbare – Meilenstein in der Industrie- 4.0-Geschichte Abhilfe kann hier vor allen Dingen die Standardisierung der entsprechenden IT-Lösungen schaffen – ein Thema, das Expertinnen und Experten schon seit vielen Jahren umtreibt und nun endlich in greifbare Nähe gerückt ist. Die Rede ist vom sogenannten 1.0 Release der Eclipse BaSyx Middleware basierend auf den Spezifikationen der Plattform Industrie 4.0. Zugegeben, der Name klingt abstrakt und lässt sich keineswegs in nur einem Satz erklären. Eines sei an dieser Stelle jedoch schon vorweggenommen: Der Release markiert einen bedeutenden Meilenstein in der Industrie-4.0-Geschichte der Bundesrepublik und könnte die digitale Transformation ab sofort endlich in die Breite tragen. Zum Hintergrund: Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hatte bereits Mitte 2016 gemeinsam mit 14 weiteren Partnern aus Wirtschaft und Forschung das Projekt „Basissystem Industrie 4.0“ www.it-daily.net
IT MANAGEMENT | 25 (kurz: BaSys 4.0) ins Leben gerufen. Die Konsortialleitung hat seitdem das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern inne. Ziel des Forschungsprogramms war es, ein Technologiesystem für Produktionsanlagen zu entwickeln, das die effiziente Wandelbarkeit eines Herstellungsprozesses als zentrale Herausforderung der vierteln industriellen Revolution realisiert. Der Plan wurde inzwischen in die Tat umgesetzt. Mit der „BaSys 4“-Middleware hat das Konsortium eine Referenzarchitektur entwickelt und mit der Referenzimplementierung Eclipse BaSyx einfach umsetzbar gemacht. Dadurch wird die Umstellung der Unternehmen auf eine wandelbare Produktion breitenwirksam ermöglicht. Dafür ist es zunächst notwendig, die Datenmodelle und Protokolle so aufzubereiten, dass sie interoperabel sind – also miteinander „kommunizieren“ können. Überführung in eine einheitliche Sprache Ein Beispiel: Angenommen eine Firma steht bei der Transformation noch gänzlich am Anfang, so muss beispielsweise zuerst der Shopfloor mit dem Officefloor verknüpft werden. Mit Hilfe des im Rahmen des Forschungsprojekts entwickelten sogenannten Virtual Automation Bus (VAB) wurde eben dafür ein Konzept entwickelt, das eine netzwerk- und protokollübergreifende Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen den Produktionsmaschinen und der IT Wirklichkeit werden lässt. Liegen auf diese Weise sämtliche Daten einer Maschine digital vor, geht es anschließend darum, diese in eine gemeinsame Form „zu gießen“. Denn: Eine einheitliche Sprache ist DIE Grundvoraussetzung, um die Produktionsanlagen vernetzen zu können. Für den Sprach-Transfer aller Daten sieht BaSys 4 das Prinzip der Verwaltungsschalen vor. Hierbei handelt es sich um fest spezifizierte Digitale Zwillinge, die entsprechend einer einheitlichen Struktur aufgebaut sind. Jede Verwaltungsschale enthält Teilmodelle, die sowohl den Zustand eines realen Assets virtuell abbilden als auch bei Bedarf Live-Daten über diese zur Verfügung stellen. Der Clou dabei: Die Verwaltungsschalen können nicht nur an andere Unternehmen weitergegeben werden; die der Standardisierung zugrunde liegenden Spezifikation ist offen und jederzeit einsehbar. Plant ein Unternehmen nun schließlich, eine effiziente Losgröße-1-Fertigung zu realisieren, hält BaSys 4 das Konzept der Führungskomponenten bereit. Jedes Gerät erhält dadurch eine einheitliche Dienstschnittstelle – nämlich indem die Ausführung von Produktionsprozessen von Produktionsdiensten getrennt wird. Zudem wird jede Fähigkeit einer Maschine ausreichend exakt beschrieben, sodass eine Fertigungsanlage möglichst einfach und effizient auf die Herstellung einer Sonderanfertigung umgestellt werden kann. Damit die „BaSys 4“-Middleware möglichst vielen Unternehmen die digitale Umstellung erleichtern kann, steht die Referenzimplementierung den Firmen Open Source zur Verfügung. 1.0 Release – ein Versprechen Doch worum handelt es sich nun genau beim 1.0 Release? Dieser enthält ein Versprechen: Die Middleware macht es ab sofort möglich, die im Rahmen der vom Bundeswirtschaftsministerium 2013 gegründeten „Plattform Industrie 4.0“ entwickelten Spezifikationen flächendeckend und standardkonform umzusetzen. Als ein Teil der Plattform hat sich hierbei die Arbeitsgruppe „Referenzarchitekturen, Standards und Normung“ in den vergangenen Jahren eingehend mit der Entwicklung offener und einheitlicher Standards für die Industrie 4.0 beschäftigt. Diese sollen sowohl einen fairen Wettbewerb sichern als auch die Investitionsrisiken für Unternehmen senken. Die Standards schließen sämtliche Bereiche einer vernetzten Produktion mit ein: Hard- und Software, Anwender- und Anbieterbranchen sowie Produktdesign bis -recycling. Dank des 1.0 Release sind ab sofort nun auch sämtliche Schnittstellen der Eclipse BaSyx Middleware stabil und die Kompatibilität zu zukünftigen Updates gegeben. Dadurch haben die Unternehmen die Garantie, auch zukünftige Features und Updates ohne Änderungen an bestehendem Code integrieren zu können. Frank Schnicke www.it-daily.net
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