Verwaltungsschalen ermöglichen Interoperabilität: So transformieren Asset Administration Shells (AAS) Ihre Komponenten für Industrie 4.0

Immer mehr Unternehmen in der Prozessindustrie und in der diskreten Fertigung fordern für Automatisierungskomponenten aktuell Verwaltungsschalen (englisch: Asset Administration Shell, kurz: AAS). Dieser Trend zeigt, dass sich die Industrie 4.0 von der Theorie in die Praxis bewegt. Verwaltungsschalen sind die technische Grundlage für interoperable und digitale Zwillinge von Geräten, Anlagen und Softwarekomponenten. Asset Administration Shells ermöglichen damit eine durchgängige Digitalisierung entlang des gesamten Lebenszyklus, wie sie auch für die Umsetzung des Digitalen Produktpasses erforderlich ist.

Die modulare Struktur: Welche Teilmodelle sind für eine AAS essenziell?

Eine Verwaltungsschale besteht aus einem oder mehreren Submodellen, die bestimmte Aspekte eines Assets beschreiben und damit verschiedene Anwendungen ermöglichen. Dies macht die Verwaltungsschale modular. Je nach Art des Assets, oder auch wenn neue Anwendungen umgesetzt werden sollen, können die Teilmodelle einer Verwaltungsschale erweitert werden.

Typische Teilmodelle für Komponenten sind:

• Digital Nameplate: Enthält Basisdaten wie Name, Hersteller, Seriennummer, Version
• Technical Data for Industrial Equipment: Technische Kenndaten, z. B. Leistungsaufnahme, Messbereich, Genauigkeit
• Handover Documentation: Stellt Dokumentationen gemäß VDI 2770 bereit
• Machine Signals: Signale, die zur Kommunikation genutzt werden
• Product Carbon Footprint: Der CO₂-Fußabdruck eines Assets

Durch die Standardisierung der Teilmodelltypen können auch Systeme unterschiedlicher Hersteller Informationen miteinander austauschen – ein wesentlicher Schritt hin zu echter Interoperabilität.

Mehrwert der Verwaltungsschale:
Vorteile für Hersteller und Anlagenbetreiber in der Industrie 4.0

Die Einführung von Verwaltungsschalen bietet sowohl Herstellern von Komponenten, als auch zum Beispiel Anlagenbetreibern erhebliche Vorteile:

• Durchgängige Datenverfügbarkeit:
  Alle relevanten Daten einer Komponente stehen strukturiert und maschinenlesbar zur Verfügung – von der Entwicklung über die Inbetriebnahme bis zum Betrieb und zur Wartung. Nutzer/innen von Komponenten können diese so besser in ihre Systeme integrieren und sehen mit einem Blick, welche Versionsstände eine Komponente hat und wann diese zum Beispiel gefertigt wurde.
• Interoperabilität:
  Komponenten unterschiedlicher Hersteller können nahtlos zusammenarbeiten, da sie ihre Daten über standardisierte Schnittstellen bereitstellen. So können Lock-in-Effekte vermieden werden, und Komponenten können einfacher eingesetzt werden.
• Integration in Engineering Prozesse:
  Engineering-Werkzeuge werden zunehmend Verwaltungsschalen unterstützen, um Konfigurationen auszulesen, Simulationen zu erstellen, oder Dokumentationen bereitzustellen.
• Digitale Zwillinge und Condition Monitoring:
  Verwaltungsschalen bilden die Basis für digitale Zwillinge. So können Anlagenbetreiber Zustände überwachen, Prognosen treffen oder KI-Modelle anreichern.
• Kontinuierliche Updates:
  Über Product Change Notifications werden Updates zu Produkten geteilt.
• Zukunftssicherheit:
  Mit der Verwaltungsschale wird eine Grundlage geschaffen, um sich in der wachsenden Welt von Industrie-4.0-Ökosystemen (z.B. Catena-X, Manufacturing-X) zu integrieren.

Dies ist nur eine Auswahl von Anwendungsfällen, die möglich werden, wenn Automatisierungskomponenten mit einer Verwaltungsschale ausgestattet werden. Komponentenhersteller nutzen die Verwaltungsschale schon heute als differenzierendes Merkmal, um sich auf dem Markt zu positionieren, und sich von Mitbewerbern abzugrenzen.

Verwaltungsschale in der Praxis (Tutorial):
Asset Administration Shells mit der Open-Source-Plattform »Eclipse BaSyx« erstellen

Die Plattform »Eclipse BaSyx« ist die führende Open-Source-Implementierung für Verwaltungsschalen und wird vom uns am Fraunhofer IESE koordiniert. Sie bietet Bibliotheken, Tools und Laufzeitkomponenten, um Asset Administration Shells effizient zu erstellen, zu verwalten und bereitzustellen.

Schritt 1: Installation und Vorbereitung

BaSyx kann als Docker-Container oder über Maven-Abhängigkeiten eingebunden werden. Entwickler können so schnell eine lokale Umgebung aufbauen. Als idealer Start dafür dient der BaSyx-Konfigurator.

Schritt 2: Erstellung der Komponenten-AAS per AAS Web UI

Per AAS Web UI kann im nächsten Schritt die Verwaltungsschale angelegt werden. Dafür steht die AAS Editor Funktion des AAS Web UIs zur Verfügung, wie in Screenshot 1 dargestellt. Über den Button in Screenshot 2 können neue AAS erstellt und über das in Scrrenshot 3 dargestellte UI befüllt werden.

 

 

 

Schritt 3: Hinzufügen von Teilmodellen

Damit die Verwaltungsschale einen Nutzen hat, fügt man Teilmodelle hinzu. Die IDTA bietet dafür eine Übersicht über bereits spezifizierte Teilmodelle auf deren Website und auf GitHub. Nach Auswahl der passenden Teilmodelle können diese über das AAS Web UI hinzugefügt werden.

 

Für einzelne Teilmodelle bestehen bereits intuitive und einfach nutzbare Oberflächen im AAS Web UI, die mit kommenden Veröffentlichungen auf weitere Teilmodelle erweitert werden. Das UI für Company Data ist in Abbildung 5 dargestellt.

 

Schritt 4: Editieren der Werte

Nachdem das Teilmodell angelegt ist, können die Einzelwerte über den Editor wie in Abbildung 6 gezeigt gesetzt werden.

 

Schritt 5: Bereitstellung der AAS für Dritte

Nach der Konfiguration steht die Verwaltungsschale mit ihren Teilmodellen automatisch über die Verwaltungsschalen-Infrastruktur von BaSyx bereit. Soll die AAS über ein AASX versendet werden, bietet das BaSyx AAS Web UI auch dafür einen Download (siehe folgender Screenshot 7).

 

Schritt 6: Skalierung über programmatische Erzeugung von AAS

Die händische Erzeugung von Verwaltungsschalen ist der erste Schritt in der Bereitstellung von AAS für Komponenten. Für ein großflächiges Ausrollen von Typ- und Instanz-Verwaltungsschalen bietet BaSyx umfangreiche Programmierschnittstellen, über die bestehende IT-Systeme integriert werden können.

Beispielsweise können AAS und Submodel über folgenden Code angelegt 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 für die vernetzte Produktion von morgen

Verwaltungsschalen sind weit mehr als ein theoretisches Konzept. Sie schaffen die Grundlage für standardisierte, interoperable und intelligente Automatisierungssysteme. Mit Tools wie Eclipse BaSyx können Unternehmen heute schon echte digitale Zwillinge ihrer Komponenten aufbauen – und so den Weg in die vernetzte, selbstoptimierende Produktion von morgen ebnen. Zusätzlich schafft sie die technische Grundlage für eine einfache Realisierung der kommenden Regularien rund um den Digitalen Produktpass.