TeDZ@KommA: Proaktive Verwaltungsschalen
Im Anwendungsszenario „Auftragsgesteuerte Produktion (AGP)“ der Plattform Industrie 4.0 (siehe [1]) steuert der digitale Zwilling (DZ) eines bestellten Assets dessen Produktion. Damit der DZ eines Assets die dazu nötigen Produktionsschritte selbständig mit den jeweiligen DZ der geeigneten Produktionsmaschinen planen kann, müssen DZs in der Lage sein, proaktiv und zielgerichtet miteinander zu interagieren. Das setzt ein gewisses autarkes (oder proaktives) Verhalten voraus. Doch wie wird ein autark handelnder DZ umgesetzt?
Die Herausforderung
Die Entwicklungen im Rahmen des Innovationsprojekts „Technische Infrastruktur für digitale Zwillinge“ (TeDZ) im Rahmen des Spitzenclusters it’s OWL setzen auf die Verwaltungsschale (VWS, AAS, Asset Administration Shell), die standardisierte Form des DZ (siehe [2]) für Industrie 4.0, auf.
Laut den aktuellen Arbeiten (siehe [3]) gibt es drei Erscheinungsformen der Verwaltungsschale:
- Passive VWS im Dateiformat: Datei als AASX-Paket, XML oder JSON, die alle Informationen zu einem Asset bereitstellt.
- Reaktive VWS: Bietet über eine API den gleichen Informationsgehalt wie die passive VWS. Dabei ist sie abhängig von der ausgewählten Technologie (HTTP-Rest, OPC UA, etc.) mit einer CRUD-orientierten Spezifikation.
- Proaktive VWS: Proaktive VWS können Entscheidungen treffen und an protokollbasierten Interaktionen teilnehmen, bei denen eine I4.0-Sprache und ein Interaktionsmuster angegeben werden.
Obwohl das Metamodell der VWS genau spezifiziert ist (siehe [2]), konnte bisher nicht geklärt werden, an welchem Punkt eine proaktive VWS Entscheidungen trifft und wie diese implementiert werden.
Die Implementierungsvarianten
Die Autoren haben zwei Arten von Implementierungen entwickelt und getestet (siehe [4]).
Eine Möglichkeit ist die Implementierung des proaktiven Teils einer VWS als VWS-Operation auf dem Server, auf dem der reaktive Teil bereitgestellt wird (Abbildung 2). Vergleichbar zu Methoden eines OPC-UA-Servers muss eine VWS-Operation als Teil des VWS-Server-Codes implementiert werden, bevor der eigentliche VWS-Server gestartet werden kann. VWS-Operationen enthalten die proaktiven Teile und sind mit dem reaktiven Teil verbunden, der die Datenhaltung übernimmt.
Die Implementierung einer separaten VWS-Anwendung außerhalb des Servers ist die zweite Möglichkeit für die Implementierung einer proaktiven VWS. Eine solche Anwendung kommuniziert mit der entsprechenden reaktiven VWS über die API des VWS-Servers wie REST oder OPC UA. Diese Art der Implementierung ist in Abbildung 3 dargestellt. Die reaktive VWS und die VWS-Anwendung bilden eine proaktive VWS.
Die Umsetzung in TeDZ
Beide Implementierungsvarianten werden im Rahmen von TeDZ praktisch umgesetzt und validiert.
Für die Interaktion zwischen DZs wird eine VWS-Anwendung implementiert, die das Interaktionsprotokoll für das Ausschreibungsverfahren nach VDI/VDE 2193 umsetzt. Eine reaktive VWS in Kombination mit dieser Anwendung bildet eine proaktive VWS vom Typ 2 (Abbildung 3).
Die Präsentation auf der KommA
Die Ergebnisse der Arbeiten (siehe [4]) zu den proaktiven VWS und den Implementierungsvarianten werden erstmals am 29. Oktober 2020 bei dem Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation (KommA) in Lemgo vorgestellt. Die Konferenz findet in diesem Jahr als virtuelle Veranstaltung statt.
Hier geht’s zur Veranstaltungsseite
Die Referenzen
[1] Plattform I4.0, „Anwendungsszenario trifft Praxis Auftragsgesteuerte Produktion eines individuellen Fahrradlenkers“, 2017. https://www.plattform-i40.de/PI40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/anwendungsszenari0-trifft-praxis.html
[2] Plattform I4.0, „Details of the Administration Shell: Part 1: The exchange of information between partners in the value chain of Industrie 4.0 (Version 2.0.1)“, vol. 2019. https://www.plattform-i40.de/PI40/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/Details-of-the-Asset-Administration-Shell-Part1.html
[3] Plattform I4.0, „Verwaltungsschale in der Praxis: Wie definiere ich Teilmodelle, beispielhafte Teilmodelle und Interaktion zwischen Verwaltungsschalen (Version 1.0)“, 2020. https://www.bmwi.de/Redaktion/DE/Publikationen/Industrie/industrie-4-0-verwaltungsschale-in-der-praxis.html
[4] Grunau S., Redeker M., Göllner D., Lukasz W.: „The Implementation of Proactive Asset Administration Shells: Evaluation of Possibilities and Realization in an Order Driven Production” In: 2020 11. Jahreskolloquium „Kommunikation in der Automation“ (KommA).
