Unter dem Begriff ‚Industrial Internet of Things‘ werden Ansätze eingeordnet, mit denen Daten aus dem Shop-Floor auf Plattformen im Internet verfügbar gemacht werden. Dies können beispielsweise Messwerte von Sensoren sein, aber auch Daten aus anderen Komponenten von Maschinen und Anlagen. Klassischerweise werden solche Daten auf der Steuerungsebene direkt genutzt, wo aber sowohl Speicherplatz als auch Rechenleistung knapp sind.
Für den Anwendungsfall eines Zustands-Monitorings als Basis für vorausschauende Wartungsansätze müssen jedoch größere Datenmengen über längere Zeiträume so gespeichert werden, dass schnell und effektiv darauf zugegriffen werden kann. Dazu sind geeignete Datenbankstrukturen erforderlich, wie sie auf Cloud-Plattformen zur Verfügung stehen. Moderne Kommunikations-Baugruppen für die Sensor-/ Aktor-Kommunikation unterstützen neben den zur Anbindung an Steuerungen üblicherweise eingesetzten Feldbus-Protokollen wie Profinet oder Ethernet/IP auch das IoT-Protokoll MQTT, das gern zur Cloud-Kommunikation verwendet wird. Über dieses Protokoll können Daten aus der Sensor-/ Aktor-Ebene direkt beispielsweise in von Amazon Web Services bereitgestellten Cloud-Instanzen übertragen werden – parallel zur Feldbus-Kommunikation. 
Damit lassen sich die weltweiten Infrastrukturen der sogenannten ‚Hyperscaler‘ für die Automation nutzen. Daten aus Maschinen und Anlagen sind weltweit verfügbar, so dass Informationen an exakt den Orten bereitgestellt werden können, wo sie benötigt werden. Zudem lassen sich die diversen auf den Plattformen angebotenen Applikationspakete nutzen: Mit wenig Konfigurationsaufwand können übersichtliche Dashboards gestaltet oder durch künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen unterstützte Algorithmen eingesetzt werden. Besondere interessante Anwendungen sind hier die Anomalie-Erkennung sowie Parameter-Optimierungen zur Anpassung von Maschinen an sich ändernde Umgebungsbedingungen.
 

Ohne Digitale Zwillinge geht nichts

Kommunikations-Baugruppen für die Sensor-/ Aktor-Kommunikation: Die IO-Link Master ICE 2 und ICE 3 von Pepperl+Fuchs sind als ‚AWS Partner Device‘ zertifiziert.

© Pepperl+Fuchs

Beim Besuch der Hannover Messe 2023 konnte man (in Anlehnung an Loriot) leicht den Eindruck gewinnen, dass Automatisierung ohne Digitale Zwillinge zwar möglich, aber sinnlos sei: Digitale Zwillinge werden zu vielen Komponenten bereitgestellt und es werden Systeme beworben, die diese mehr oder weniger direkt verarbeiten können. Bei der Beurteilung ist allerdings Vorsicht geboten, denn ‚Zwilling‘ ist nicht gleich ‚Zwilling‘. Der ‚Digitale Zwilling‘ ist als Begriff nicht standardisiert und wird oft auch für beschreibende Datensätze in proprietären Formaten verwendet, die ausschließlich innerhalb der Produktwelt weniger oder auch nur eines Herstellers benutzt werden können. Mit solchen Daten sind keine interoperablen Szenarien möglich.
Mit der Verwaltungsschale hingegen – der Asset Administration Shell (AAS) – wurde ein offenes Konzept erarbeitet und als IEC 63278  in die Standardisierung eingebracht. Das Konzept gliedert die Verwaltungsschale in Domänen-spezifische Teilmodelle, die wiederum beschreibende Merkmale für relevante Eigenschaften der jeweiligen Domäne enthalten. Mit dieser Gliederung in Teilmodelle wird die Erweiterbarkeit des Gesamtkonzepts sichergestellt und darüber hinaus ermöglicht, dass Spezialisten aus verschiedenen Domänen unabhängig voneinander parallel an Teilmodellen arbeiten können.

Die Koordination der Arbeiten an Teilmodellen, deren Zertifizierung sowie Veröffentlichung und Bereitstellung liegt in den Händen der International Digital Twin Association (IDTA). Bei dieser von den Branchenverbänden VDMA und ZVEI gemeinsam gegründeten Organisation mit inzwischen mehr als 100 Mitgliedsunternehmen sind bereits über 50 verschiedene Teilmodelle in Arbeit oder wurden schon veröffentlicht.

Eines der ersten veröffentlichten Teilmodelle war das ‚Digitale Typenschild‘, das alle auf Typenschildern von Automatisierungskomponenten aufzubringenden Informationen wie beispielsweise Herstellername, Typ, Baujahr und Seriennummer vereint. Die Maschinen-Richtlinie schreibt vor, welche Daten hier aufzuführen sind.

Identifizieren verbindet

Benedikt Rauscher ist Leiter globale IoT / Industrie 4.0 Projekte bei Pepperl+Fuchs in Mannheim.

© Pepperl+Fuchs

Die Verbindung einer physischen Komponente mit seiner Verwaltungsschale wird mit Hilfe eines auf einer physischen Komponente aufgebrachten ‚Identification Link‘ hergestellt. Der Aufbau solcher Identifikatoren sowie deren Ausprägung als 2D-Barcodes sind in der IEC 61406 (‚Auto-Id‘) standardisiert. Mit Hilfe der Kombination aus Identification Link und Verwaltungsschale lassen sich alle Informationen zur Komponente wie beispielsweise Handbuch, Datenblatt oder Installationshinweise in standardisierter Form digital abrufbar bereitstellen. Die Auswahl der passenden Sprachversion erledigen Browser sowie Endgerät wie Mobiltelefon oder Tablet automatisch und der Hersteller kann die Dokumente ohne großen Aufwand aktualisieren.
Für die Hersteller der Komponenten entsteht ein direkt greifbarer wirtschaftlicher Nutzen aus den Technologien ‚AAS‘ und ‚Auto-Id‘, wenn zu den Produkten keine Papierdokumente mehr beigelegt werden müssen. Für Anwender ist die direkte digitale Verfügbarkeit von Informationen zu den in ihren Maschinen und Anlagen eingesetzten Komponenten ebenfalls vorteilhaft, beispielsweise wenn für Wartungsvorgänge benötigte Dokumente gleich vor Ort verfügbar sind.
Aus diesen Gründen werden seitens der Betreiber prozesstechnischer Anlagen bereits Anforderungsprofile für einzusetzende Komponenten formuliert, nach denen diese gemäß IEC 61406 identifizierbar sein müssen. Parallel dazu arbeiten viele Komponentenhersteller ihrerseits daran, entsprechende Identifikatoren auf ihren Produkten aufzubringen.