Weniger Integrationsaufwand und echter Mehrwert: Wie I4.0AutoServ Maschinen automatisch mit datengetriebenen Services verbindet
In vielen Fabriken gibt es mehr als genug Daten. Sensoren messen Zustände, Steuerungen liefern Werte im Sekundentakt. Trotzdem wird jeder neue Analyse- oder KI-Service zum eigenen IT-Projekt: Schnittstellen klären, Datenwege bauen, Infrastruktur abstimmen, alles dokumentieren. Genau an diesem Punkt setzt das it’s OWL Projekt I4.0AutoServ an. Das im Netzwerk von it’s OWL entwickelte One Stop Shop Ökosystem hilft Unternehmen, datengetriebene Mehrwertdienste schneller, verlässlicher und mit deutlich weniger Integrationsaufwand in die Produktion zu bringen. Der Kern der Lösung: Maschinen, datengetriebene Services und die passende Rechenleistung finden automatisch zusammen. Grundlage sind standardisierte Verwaltungsschalen (Asset Administration Shell, AAS). Diese Verwaltungsschale ist vereinfacht gesagt ein digitaler Steckbrief, der eine Komponente so beschreibt, dass andere Systeme sie automatisch verstehen.
I4.0AutoServ denkt den Shopfloor als Baukasten. Jede Maschine, jeder datengetriebene Service und jede Compute Ressource erhält eine Verwaltungsschale. Darin steht, was die Komponente kann, welche Daten sie liefert oder benötigt und unter welchen Bedingungen sie sinnvoll eingesetzt werden kann.
Über eine grafische Oberfläche wählen Anwendende zum Beispiel eine Anlage, ein Robotersystem oder ein Laserschneidzentrum aus. Dazu wählen sie einen oder mehrere datengetriebene Services, etwa eine Zustandsüberwachung oder eine Anomalieerkennung. Das Ökosystem nutzt die Informationen aus den Verwaltungsschalen, um passende Kombinationen zu erkennen. Es richtet die Datenflüsse ein und steuert die Ausführung über die angebundenen Bausteine für Datenplattform und Deployment.
Aus vielen anspruchsvollen Einzellösungen entsteht so eine strukturierte Service-Landschaft. Komponenten lassen sich wiederverwenden und in unterschiedlichen Szenarien kombinieren, statt für jede Anwendung neu zu starten.
„Durch unser Industrie-4.0-Ökosystem für den automatisierten Einsatz von datengetriebenen Services können Unternehmen Produkt-Service-Systeme schneller und kostengünstiger realisieren.“
Dr. Marc Hesse, Teamleiter Kognitronik an der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld
Für Unternehmen bedeutet das: Neue datengetriebene Services lassen sich gezielter auswählen und mit weniger Aufwand in die vorhandene Produktion einbinden.
„Durch unser Industrie-4.0-Ökosystem für den automatisierten Einsatz von datengetriebenen Services können Unternehmen Produkt-Service-Systeme schneller und kostengünstiger realisieren“, sagt Dr. Marc Hesse, Teamleiter Kognitronik an der Technischen Fakultät der Universität Bielefeld. „Das ist zum Beispiel für Komponentenhersteller, Maschinenbauer oder auch für fertigende Unternehmen interessant.“
Automatisches Matching in zwei Schritten
Das Herzstück des Ökosystems ist der Matching Service. Er bildet das Zusammenspiel von Shopfloor und IT in zwei Schritten ab. Wie dieses Matching funktioniert, zeigt die folgende Abbildung mit dem Matching von Shopfloor Assets und datengetriebenen Services.
Im ersten Schritt vergleicht I4.0AutoServ die Beschreibung der Maschinen mit den Anforderungen der Services. In den Verwaltungsschalen sind Fähigkeiten, verfügbare Daten, Abtastraten und Schnittstellen hinterlegt. Auf dieser Basis prüft das System, welche Services auf welchen Maschinen sinnvoll nutzbar sind und welche Maschinen zu einem bestimmten Service passen.
Im zweiten Schritt betrachtet der Matching Service die benötigte Rechenleistung. Er ermittelt, welche Infrastruktur die Latenz-, Performance- und Plattformanforderungen des Services erfüllt. Das Spektrum reicht von Edge Geräten direkt an der Maschine über Edge Cloud Umgebungen bis hin zur Public Cloud.
Am Ende sehen Anwendende eine Auswahl technisch validierter Kombinationen aus Maschine, Service und Compute Ressource. Sie entscheiden, welche Kombination sie für Test, Training oder Betrieb nutzen möchten. Die nötigen Datenflüsse und das Deployment setzt das System anschließend automatisch um.
Für die Praxis heißt das: Weniger manuelle Abstimmung zwischen Produktion, IT und externen Dienstleistern, mehr Klarheit, was technisch zusammenpasst.
Verwaltungsschalen als gemeinsame Sprache
Damit dieses automatische Matching funktionieren kann, braucht es eine gemeinsame Sprache für alle Beteiligten. I4.0AutoServ setzt deshalb auf definierte AAS Teilmodelle. Diese Teilmodelle beschreiben Identität, Schnittstellen, technische Daten und Fähigkeiten einer Komponente in strukturierter Form.
Dazu gehören digitale Typenschilder, technische Daten, Hand Over Dokumentationen, hierarchische Strukturen und Schnittstellenbeschreibungen. Besonders relevant ist das Teilmodell für Fähigkeiten. Es hält fest, was eine Komponente leisten kann und welche Randbedingungen gelten. Auf dieser Basis lässt sich prüfen, ob eine Maschine die Daten liefert, die ein Service benötigt, und ob eine Umgebung die Ausführung eines Services unterstützt.
Mit I4.0AutoServ beschreiben wir Maschinen, datengetriebene Services und Rechenressourcen einheitlich über Verwaltungsschalen. So kann ein Algorithmus nachvollziehbar prüfen, welche Kombinationen technisch zusammenpassen. Diese Aufgabe bedeutet heute in vielen Betrieben noch viel Handarbeit.
Dr. Magnus Redeker, Leitung Mathematische Optimierung am Fraunhofer IOSB-INA und Projektleiter von I4.0AutoServ
„Mit I4.0AutoServ beschreiben wir Maschinen, datengetriebene Services und Rechenressourcen einheitlich über Verwaltungsschalen“, sagt Dr. Magnus Redeker, Leitung Mathematische Optimierung am Fraunhofer IOSB-INA und Projektleiter von I4.0AutoServ. „So kann ein Algorithmus nachvollziehbar prüfen, welche Kombinationen technisch zusammenpassen. Diese Aufgabe bedeutet heute in vielen Betrieben noch viel Handarbeit.“
Die Teilmodelle vereinheitlichen Identität, Schnittstellen, Fähigkeiten und Anforderungen. Sie bilden die Basis für automatisches Matching, die Orchestrierung von Datenflüssen und ein nachvollziehbares Deployment über den gesamten Lebenszyklus.
Für Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger heißt das: Investitionen in Daten und Services fußen auf einem klaren, standardisierten Rahmen statt auf individuellen Insellösungen.
Live erlebbar: autonome Roboter auf der Hannover Messe
Wie sich I4.0AutoServ konkret nutzen lässt, zeigte eine Intralogistik-Anwendung mit autonomen Robotern auf der Hannover Messe 2024. Autonome mobile Roboter (AMiRo) bewegten sich durch eine Beispielumgebung. Drei unterschiedliche datengetriebene Services, unter anderem zur Anomalieerkennung und Zustandsbewertung, wurden über das Ökosystem angebunden, automatisch gematcht und live ausgeführt.
Die Roboter lieferten Sensordaten wie Beschleunigungen und Motorstellgrößen. Über Konnektoren gelangten diese Daten in die Datenplattform. Training und Inferenz der Modelle liefen über eine DDS Toolbox, also einen Werkzeugkasten für datengetriebene Services (Data Driven Services, DDS), die auf dem it’s OWL Projekt ML4Pro² aufbaut.
Die Demo machte sichtbar, wie I4.0AutoServ Shopfloor Assets, Datenflüsse und Services zusammenführt. Für Unternehmen zeigt dieser Aufbau, wie sich mehrere datengetriebene Services kontrolliert in einem vernetzten System betreiben lassen.
Vorausschauende Instandhaltung im Laserschneidzentrum
Ein zweiter Anwendungsfall kommt aus der laufenden Produktion bei Remmert. Die Antriebe des Sortierroboters SortFLEX im Laserschneidzentrum des Unternehmens liefern hochaufgelöste Messwerte. Diese Daten, die als Oszilloskopschriebe aus Lenze Umrichtern über MQTT bereitgestellt werden, dienen als Basis für ein vibrationsbasiertes Überwachungssystem. Ziel ist es, Verschleiß an mechanischen Komponenten wie Zahnriemen frühzeitig zu erkennen.
„Für uns zeigt sich der Nutzen ganz pragmatisch: Wir erkennen Verschleiß früher und können Eingriffe besser planen, statt erst zu reagieren, wenn etwas stehen bleibt. Weil Datenweg und Service über Verwaltungsschalen sauber beschrieben sind, müssen wir nicht jedes Mal bei null anfangen. Das ermöglicht es uns, solche Verbesserungen schneller und mit weniger Aufwand auch an anderen Stellen einzubringen“, sagt Rafael Schroeder, Softwareentwickler bei Remmert.
Anlage, Dienste und Datenwege sind in Verwaltungsschalen beschrieben. I4.0AutoServ nutzt diese Beschreibungen, um das Matching zu unterstützen, den Überwachungsservice einzubinden und die Ausführung zu steuern. Die Auswertung beruht auf Frequenzanalysen. Verändern sich Schwingungsmuster, können sie auf beginnenden Verschleiß hinweisen.
Für Remmert entsteht damit ein praktischer Einstieg in Condition Monitoring und Predictive Maintenance. Vorhandene Daten werden so genutzt, dass Instandhaltung und Service gezielter planen können.
Welche Vorteile Unternehmen nutzen können
Die Mehrwerte, die I4.0AutoServ adressiert, lassen sich aus Unternehmenssicht auf mehrere Punkte verdichten.
Die Einführung neuer datengetriebener Services wird schneller. Unternehmen können von einzelnen Leuchtturmprojekten zu skalierbaren Rollouts übergehen. Standardisierte Beschreibungen und automatisiertes Matching reduzieren manuellen Integrationsaufwand und erleichtern den Übergang vom Pilot in den Regelbetrieb.
Die Effizienz steigt, weil Datenflüsse, Dienste und Rechenressourcen automatisch orchestriert werden. Weniger manuelle Eingriffe bedeuten weniger Fehlerquellen. Gerade in komplexen Anlagenverbünden unterstützt das stabile Abläufe.
Die Flexibilität wächst, da Maschinen, Services und Compute Ressourcen dynamisch kombinierbar sind. Wenn sich Produktionsbedingungen ändern oder neue Anwendungen entstehen, lassen sich passende Kombinationen schneller identifizieren und erproben.
Standardkonforme Ansätze sorgen für Interoperabilität und Zukunftssicherheit. Industrie 4.0 konforme Standards bilden einen Rahmen für digitale Geschäftsmodelle und verringern Abhängigkeiten von einzelnen Insellösungen.
Vor allem kleine und mittlere Unternehmen profitieren davon, dass Low Code Ansätze, automatisierte Abläufe und Assistenzfunktionen den Bedarf an spezialisiertem Wissen senken. Fachleute in Produktion und Instandhaltung können datengetriebene Services nutzen, ohne selbst zu Datenexpertinnen und Datenexperten werden zu müssen.
Für wen sich der Blick auf I4.0AutoServ lohnt
I4.0AutoServ adressiert zwei zentrale Gruppen in der Industrie. Komponentenhersteller und Maschinenbauer können das Ökosystem nutzen, um Produkt-Service-Systeme zu entwickeln, zum Beispiel Zustandsmonitoring, Remote Services oder Konfigurationsdienste rund um ihre Produkte.
Fertigende Unternehmen nutzen die Plattform, um Produktion Service Systeme aufzubauen. Dazu zählen Anwendungen in der Qualitätssicherung, bei der Optimierung von Durchsatz und Auslastung oder in der vorausschauenden Instandhaltung auf Basis vorhandener Maschinendaten.
In beiden Fällen stellt das Ökosystem eine strukturierte Grundlage bereit, um datengetriebene Services schrittweise zu erproben und bei Bedarf zu standardisieren.
Demo kostenfrei buchen
Der Einstieg in das Ökosystem kann schrittweise erfolgen. Ein pragmatischer Ansatz besteht darin, zunächst ein einzelnes Shopfloor Asset mit passenden datengetriebenen Services zu beschreiben, zu matchen und im laufenden Betrieb zu beobachten. Das kann eine Anlage, eine Linie oder ein klar abgegrenzter Prozess sein.
Die im it’s OWL Umfeld entwickelten Bausteine zeigen, wie Verwaltungsschalen, Datenplattform, Matching und Deployment zusammenspielen. Unternehmen können diese Erfahrungen als Orientierung nutzen, um eigene Anwendungsfälle zu planen und datengetriebene Services systematisch in Richtung eines smarten, datenbasierten Shopfloors weiterzuentwickeln.
„Lassen Sie Ihr erstes Asset automatisch mit passenden datengetriebenen Services matchen und live ausführen. Buchen Sie eine Demo, testen Sie das Ökosystem in Ihrer Umgebung oder bringen Sie einen konkreten Anwendungsfall mit, wir unterstützen Sie vom Matching bis zum produktiven Rollout“, sagt Redeker.
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