Ende November 2016 hat der ZVEI den Leitfaden mit dem Titel ‚Welche Kriterien müssen Industrie-4.0 Produkte erfüllen?‘ veröffentlicht. Er zeigt auf, welche Anforderungen Industrie-4.0-geeignete Produkte erfüllen sollen beziehungsweise müssen. Der ZVEI-Leitfaden unterscheidet zwischen drei unterschiedlichen Zeithorizonten:

1. Produkteigenschaften 2017: Alles, was ein Automatisierungsprodukt in 2017 bereits anbieten sollte, um für Industrie 4.0-Anwendungen geeignet zu sein.
2. Mittelfristige Produkteigenschaften: Hier sind die Merkmale und Eigenschaften zu finden, die in den nächsten fünf Jahren erforderlich wären.
3. Langfristige Produkteigenschaften: Unter diesem Zeitraum sind die Kriterien und Produkteigenschaften für die nächsten zehn Jahre zusammengefasst.

Der Leitfaden greift zwar nahezu das vollständige Gedankengut der Standardisierungsgremien auf. Hinsichtlich der zeitlichen Vorgaben ist allerdings zu beachten, dass die Details für die mittel- und langfristigen Anforderungen von den Standardisierungsgremien überhaupt noch nicht vollumfänglich beschrieben wurden.

Ein Grundgedanke der Industrie-4.0-Standardisierungen ist die Definition möglichst universeller Regeln zur Daten-zentrierten Beschreibung beliebiger technischer Gegenstände (Assets) über deren gesamten Lebenszyklus.

Bezug auf RAMI 4.0

Der Begriff des ‚technischen Gegenstands‘ ist dabei sehr weit­reichend spezifiziert. Aus Sicht der Standardisierung ist damit alles gemeint, was für eine Organisation einen Wert hat, also nicht nur der physisch vorhandene Antrieb oder ein Sensor, sondern auch etwa Ideen oder Software.

Als eigentliche Schnittstelle zur digitalen Welt dient die dritte Dimension des RAMI-4.0-Modells mit den sechs Schichten vom Asset bis zum Business. Hier erfolgt die tatsächliche Kommunikation mit anderen Systemen. Diese Dimension korreliert mit der sogenannten Verwaltungsschale (Asset Administration Shell), also der virtuellen Repräsentanz des Assets, einem weiteren ­Referenzmodell aus der In­dustrie-4.0-Welt. Asset plus Verwaltungsschale bilden gemäß den Standardisierungsgremien die sogenannte Industrie-4.0-Komponente. Eine solche Komponente ermöglicht den Standard-konformen datentechnischen Zugriff auf das Asset und ist somit der eigentliche Betrachtungsgegenstand des ZVEI-Leitfadens. Dabei geht es um die Zusammenhänge, wie ein zukünftiges Produkt identifiziert und in ein Netzwerk eingebunden wird, um mit anderen Produkten ‚Industrie 4.0-konform‘ zu kommunizieren beziehungsweise um die Kommunikationsmöglichkeiten selbst.

Zugriff auf Assets

Mit anderen Worten: Entwickler von Automatisierungsbaugruppen müssen sich mit den beiden komplexen Fragestellungen „Was genau ist eine Verwaltungsschale?“ und „Wie und wo realisiere ich diese Verwaltungsschale?“ auseinandersetzen. Doch sie können sich mit den Antworten etwas Zeit lassen. Bitkom, DKE, VDI, VDMA und ZVEI haben diese Verwaltungsschale überhaupt noch nicht vollständig spezifiziert – zur Zeit existieren nur vage Beschreibungen der Anforderungen. Insofern ist Verwaltungsschale gemäß dem ZVEI-Leitfaden für 2017er-Produkte auch nur ansatzweise zu berücksichtigen. So gesehen reicht es zum gegenwärtigen Zeitpunkt offensichtlich aus, wenn Produktentwickler folgende Kurzanleitung beachten:

1. Identifikation: Kleben Sie einen QR-Code mit einer URI auf Ihr Produkt. Sorgen Sie dafür, dass über den QR-Code eine produktspezifische Website erreichbar ist. Stellen Sie des Weiteren sicher, dass Ihr Produkt in einem IP-Netzwerk eindeutig identifizierbar ist.
2. Kommunikation: Implementieren Sie einen OPC-UA-Server und erzeugen Sie entsprechende OPC-UA-Ob-jekte, um Sensor- und Statusdaten über einen OPC-UA-Client auszulesen.
3. Semantik: Sorgen Sie dafür, dass mit Hilfe der QR-Code-URI auf die Katalogdaten des Produktes und auf Detaildaten über den Produktlebenslauf zugegriffen werden kann.
4. Virtuelle Beschreibung: Stellen Sie sicher, dass über die URI des QR-Codes die Produktbeschreibungen, 3D-CAD-Daten, Datenblätter usw. auf der produktspezifischen Website einsehbar sind. Sorgen Sie weiterhin dafür, dass über diesen Link auch Service- und Ersatzteil-Informationen zur Verfügung stehen.
5. Dienste und Zustände: Hinterlegen Sie auf der produktspezifischen Website eine Beschreibung der Geräteschnittstelle. Konfigurieren Sie den OPC-UA-Server entsprechend, um einige Gerätezustände als OPC-UA-Objekt zur Verfügung zu stellen.
6. Standardfunktionen: Implementieren Sie mindestens eine einfache, digital abfragbare Überwachungs- beziehungsweise Monitoring-Funktion (zum Beispiel die Abfrage der Restbetriebszeit bis zur nächsten Wartung).
7. Security: Stellen Sie eine ausreichende IT-Security nach eigenem Ermessen sicher.

Für den mittelfristigen Zeithorizont des Leitfadens, also für den Zeitraum bis 2021, ist dann allerdings mindestens eine mehr oder weniger vollständige Verwaltungsschale für jede Komponente zwingend erforderlich. Aber zuvor müssen die Standardisierungsorganisationen erst einmal vollumfängliche Spezifikationen abliefern. Entwickler müssen aber auf jeden Fall sicherstellen, dass ein 2017er Produkt mit den zuvor beschriebenen Minimalfunktionen zu einem späteren Zeitpunkt auf eine vollständige Verwaltungsschale aufgerüstet werden kann. Ein gemäß ZVEI-Leitfaden entwickeltes Produkt lässt sich in eine Domain-basierte Umgebung einfügen (siehe Bild). Die einzelnen Systeme sind hier in unterschiedlichen Kommunikations-Domains, zum Beispiel je eine OT-, IT- und CT-Domain, zusammengefasst.

Das Gesamtbild

Zwischen den Domains existieren verschiedene Verbindungen. Die gesamte Automatisierungstechnik wie etwa Sensoren, Aktoren, Steuerungen oder Edge Gateway ist in der OT-Domain (OT = Operational Technology) zu finden. ERP und MES befinden sich in der IT- (IT = Information Technology), externe Systeme in der CT-Domain (CT = Cloud Technology).

Die Verwaltungsschale beziehungsweise die per QR-Code-URI erreichbare produktspezifische Website eines 2017er-Produkts lässt sich an unterschiedlichen Stellen verorten. Im einfachsten Fall befindet sie sich direkt auf dem jeweiligen Produkt, zum Beispiel einer Steuerung mit den jeweiligen Ressourcen. Alternativ sind Implementierungen auf dem Edge Gateway einer Automatisierungslandschaft oder in einer x-beliebigen Cloud möglich. Zu einer Komponente können mehrere Verwaltungsschalen gehören, die bei Bedarf auch an unterschiedlichen Orten realisiert werden – beispielsweise eine Verwaltungsschale direkt im Sensor, die andere in der Cloud.

Autor:
Klaus-Dieter Walter ist Mitglied der Geschäftsführung bei SSV Software Systems.