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Nachgehakt bei Dr. Thomas Kuhn: Ein Betriebssystem für Industrie 4.0

Zum 30. Juni 2019 lief das auf drei Jahre angelegte BMBF-Projekt 'Basissystem Industrie 4.0' aus. Welche Ziele wurden erreicht? Was lässt sich in die Praxis übertragen? Wie geht es weiter? ­Projektleiter Dr. Thomas Kuhn bezieht Stellung.

Dr. Thomas Kuhn Bildquelle: © Fraunhofer IESE

Dr. Thomas Kuhn ist Hauptabteilungsleiter Embedded Systems am Fraunhofer IESE.

Herr Dr. Kuhn, ein Betriebssystem für Produktionsanlagen. Haben sich Ihre ursprünglichen Ziele als realisierbar erwiesen? Welche Ergebnisse können Sie vorweisen?

Thomas Kuhn: In dem Projekt BaSys 4.0 war es unsere Aufgabe eine Industrie 4.0 Middleware zu entwickeln, die eine wandlungsfähige Produktion ermöglicht. Wie wir dies realisieren war weitgehend uns selbst überlassen. Das Ziel der wandlungsfähigen Produktion haben wir mit unserer dienstbasierten Fertigungsarchitektur realisiert. Dabei wird der Fertigungsprozess nicht, wie heute oft üblich, verteilt auf Speicherprogrammierbaren Steuerungen realisiert. Vielmehr realisieren die SPSen aufrufbare Dienste, die von einem Orchestrator aufgerufen werden. Dabei können für jedes Produkt andere Dienste definiert werden. Das Ändern der dazu notwendigen Rezepte ist viel einfacher, als die Neuprogrammierung von SPSen. Informationen über Produkte und Geräte, wie zum Beispiel die angebotenen Dienste und deren Kosten werden einheitlich in Verwaltungsschalen und deren Teilmodellen abgelegt. Diese können verteilt vorliegen, und ermöglichen so den Zugriff auf verschiedenste Informationen über einheitliche Schnittstellen. Die IT kommuniziert mit den Geräten im Shopfloor – sogar eine Steuerung dieser über spezielle Teilmodellschnittstellen ist möglich. Dies erlaubt derzeit keine andere Industrie-4.0-Middleware. Ebenfalls sind wir aktiv in laufende Standardisierungsprozesse eingebunden; für die Verwaltungsschale der Plattform Industrie 4.0 sind wir die offizielle Referenzimplementierung.

Wie muss man sich das entstandene Betriebssystem vorstellen?

Thomas Kuhn: Unser Betriebssystem realisiert die Softwarekomponenten als Middleware, die man für die Realisierung einer Industrie-4.0-Lösung benötigt. Sie umfasst Verwaltungsschalen und Teilmodelle, die Daten strukturiert zur Verfügung stellen und die Vernetzung der Produktion unterstützt.

Führungskomponentenschnittstellen implementieren einheitliche Schnittstellen zu Geräten. Verzeichnis- und Serverdienste realisieren die Infrastruktur für BaSys-4.0-konforme Industrie-4.0-Anwendungen. BaSys 4.0 stellt die Softwarekomponenten bereit, die für die Infrastruktur notwendig sind, und die Software Development Kits, um bestehende Geräte und Anwendungen anzubinden. Dies stellt bereits circa 80 % des Gesamtaufwandes dar. Die verbleibenden 20 % Integrationsarbeit muss derzeit der Nutzer leisten. 

Gibt es schon Firmen oder Institutionen, die Ihre Ergebnisse verwenden und in die Praxis überführen werden? 

Thomas Kuhn: Auf der Hannover Messe 2019 haben wir als Fraunhofer IESE einen Kooperationsvertrag mit NetApp und der objective Partner AG geschlossen. Gemeinsam bieten wir als Shopfloor 4.0 auf BaSys basierende Industrie-4.0-Lösungen mit vollem Support und Adaption auf Kundensysteme an. Hier gibt es bereits Kundenanfragen, die ihre Produktionsprozesse digitalisieren möchten. 

Finden Ihre Arbeiten mit dem Abschluss der Projektlaufzeit ein Ende oder gibt es Folgeprojekte? 

Thomas Kuhn: Es gibt sogar mehrere Folgeaktivitäten. Mit einer zweistelligen Anzahl von BaSys-Satelliten unterstützt das BMBF die Installation von BaSys-4.0-Lösungen in kleinen und mittelständigen Unternehmen (KMU). Jedes Satellitprojekt adressiert dabei ein bis drei KMU mit unterschiedlichsten Anwendungen, von der prädiktiven Wartung bis zur wandelbaren Produktion. Durch die enge Vernetzung mit diesen Projekten sammeln wir Erfahrungen, die wieder in die Weiterentwicklung der Middleware einfließen. An das Kernprojekt BaSys 4.0 schließt sich nahtlos das Folgeprojekt BaSys 4.2 an. Hier werden wir BaSys auf die Prozessindustrie ausweiten, die kontinuierliche Wandelbarkeit von Produktionsprozessen weitertreiben und auch Werkzeuge zur einfacheren Konfiguration von BaSys bereitstellen.

Was soll am Ende für eine Vision umgesetzt werden?

Thomas Kuhn: Unsere Vision ist eine autonom wandelbare Produktion, die selbstständig entscheidet wann, wo und wie etwas produziert werden soll. Dies erfordert semantische Modelle, die zum Beispiel die Fähigkeiten von Geräten beschreiben und die Grundlage für eine autonome Produktionsplanung bilden. 

Anmerkung der Redaktion: Die Ergebnisse des Projektes können Opensource geladen werden.