Condition Monitoring mit der Asset Administration Shell

Ein zentrales Thema bei Industrie 4.0 und IoT ist das Condition Monitoring. Vernetzte Geräte und Maschinen sollen Daten bereitstellen, die in Industrie 4.0 Anwendungsfällen, beispielsweise der Predictive Maintenance, sinnvoll verarbeitet werden können und so die Digitale Transformation unterstützen.

Also einfach alle Sensordaten, die gemessen werden können, sammeln und zentral in beispielsweise in eine Cloud IoT-Plattform hochladen? So schnell geht es dann leider doch nicht. Denn damit Rohdaten aus der Zustandsüberwachung sinnvoll verarbeitet werden können, muss geklärt sein, welches Datenformat sie haben, welche Semantik diese besitzen und in welchem Kontext sie stehen.

Wie diese Zusatzinformationen neben dem konkreten Messwert gestaltet sind, bleibt häufig den Expert:innen, die einen Industrie 4.0 Anwendungsfall umsetzen, überlassen. An diesem Punkt unterstützt die Asset Administration Shell und bietet eine flexible Struktur, um diese Zusatzinformationen einheitlich mit den Sensordaten zu verknüpfen.

Was ist AAS und wie passt sie zu Condition Monitoring?  

Die Asset Administration Shell, auch Verwaltungsschale genannt, ist der digitale Zwilling von beispielsweise einer vernetzen Maschine oder Anlage. Dabei bietet sie eine standardisierte semantische und technische Abbildung zwischen den Assets und den beteiligten Softwaresystemen. Das bedeutet, die Asset Administration Shell kann unterschiedliche Daten und Informationen einheitlich sammeln und wiedergeben.

Stark vereinfacht, verknüpft eine Shell der Verwaltungsschale ein Asset mit Submodels. Dabei sind in den Submodels die Daten, die zum Asset gehören, aufgelistet.

Informationen, die ausschließlich zu einer Shell gehören und nicht referenziert werden sollen, können als “AssetInformation” abgelegt werden. Alle anderen Daten zum Asset sind in den Submodels enthalten. Submodels sind Listen und die dazugehörigen Listenelemente heißen Submodel-Elements. Ein Submodel-Element besitzt eine ID, sowie eine Referenz zu einer semantischen Beschreibung (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1: Vereinfachter Aufbau einer Asset Administration Shell Quelle: eigene Darstellung

Ohne zu sehr ins Detail einzutauchen, bietet die AAS an den relevanten Stellen eine Semantik, um Daten zu hinterlegen und ermöglicht durch die Referenzen eine flexible Verknüpfung unterschiedlicher Informationen.

Beispielsweise können mithilfe der Asset Administration Shell Sensordaten mit Informationen aus einem ERP-System, Service-Portal oder Leitstand verknüpft werden. Dementsprechend ist die AAS eine sinnvolle Ergänzung zu OPC-UA und anderen herstellerspezifischen Technologien.

Für einen tieferen Einblick eignet sich die folgende Abbildung 2 aus der dazugehörigen Spezifikation mit der grundlegenden Struktur einer Asset Administration Shell. Darin ist zu sehen, dass die Asset Administration Shell zusätzlich ein Zugriffsrechtekonzept auf Informationen und Funktionen der Submodels bietet.

Außerdem wird abgebildet, wie die Daten in den Submodels zur Laufzeit eines Assets erzeugt werden können – wie es beim Condition Monitoring der Fall ist. Wichtig ist, dass die Informationen in einem strikten und zusammenhängenden Format, sowie in unterschiedlichen ergänzenden Datenformaten abgelegt werden können.

Für eine Event-Driven-Architektur beim Condition Monitoring bietet die AAS eine Schnittstelle für Events an. Dabei lassen sich sowohl Output- als auch Input-Events verarbeiten. Events können mit allen Bausteinen der AAS verknüpft werden, die eine ID besitzen, beispielsweise auch an ein Submodel-Element.

Abbildung 2: Grundstruktur einer Asset Administration ShellQuelle: https://www.plattform-i40.de/IP/Redaktion/DE/Downloads/Publikation/Details_of_the_Asset_Administration_Shell_Part1_V3.pdf?__blob=publicationFile&v=5#page=165

Wie lässt sich eine AAS und Condition Monitoring verknüpfen?

Mit dieser Frage haben wir uns als Mitglied der Open Industrie 4.0 Alliance (OI4 Alliance) durch Umsetzung dieser spannenden Technologie in verschiedenen Projekten bereits beschäftigt. Dabei nutzen wir die Norm NE107 aus Namur, die den Health Status von Geräten beschreibt. Dieser Health Status von Namur ist vergleichbar mit dem entsprechenden Abschnitt in OPC-UA Part 100. Mit dem Health Status werden allgemein die Verfügbarkeit bzw. Fehlerfreiheit beschrieben und wir als Teil der OI4 Alliance haben diese Informationen in einem Submodel einheitlich abgebildet und in verschiedenen Implementierungsprojekten eingebettet.

Ein Implementierungsprojekt der OI4 Alliance, welches wir gemeinsam mit anderen Mitgliedern umgesetzt haben und an dem wir einen großen Anteil hatten, war live auf der Hannover Messe 2022 zu betrachten. Dabei haben wir gezeigt, wie einfach Systeme von Herstellern in einen zentralen AAS Server der Open Industry 4.0 Alliance eingebunden werden können. Und wie daraufhin im Minutentakt Health Status Informationen der Systeme im AAS Server aktualisiert wurden.

Diese Health Status Informationen stellten aber nur den aktuellen Zustand dar. Soll das Submodel hingegen Zeitreihendaten beschreiben, wird ein neuer Aufbau des Submodels benötigt, in diesem Fall in Form des TimeSeries-Submodels. Dieses TimeSeries-Submodel befindet sich aktuell in der Überprüfungsphase der Industrial Digital Twin Association (IDTA), erste Umsetzungen sind aber bereits gestartet (Quelle: TimeSeries-Submodel).

Die Organisation Plattform Industrie 4.0 hat ein weiteres spannendes Beispiel für Condition Monitoring und AAS: das „Collaborative Condition Monitoring“ (Quelle: plattform-i40-aas-collaborative-data). In diesem Proof of Concept werden temperaturspezifische Informationen ausgetauscht. Die Asset Administration Shell stellt dabei sicher, dass zwischen der Fabrikhalle, der Anlage und den verbauten Komponenten eine einheitliche Kommunikationsbasis besteht.

Dank der AAS besitzen Komponentenlieferant, Maschinenlieferant und Fabrikleitung das gleiche Datenmodell und verständliche Schnittstellen. Dieser Proof of Concept für Collaborative Condition Monitoring kann die Basis einer GAIA-X Anbindung sein und Mehrwerte durch fachübergreifende Zusammenarbeit bieten.

Starten Sie jetzt mit Ihrer AAS

Auch wenn der Einstieg in die AAS zunächst als Hürde erscheint, bietet diese umfangreiche Technologie großes Potenzial, die Digitalisierungsvorhaben der Industrie 4.0 voranzutreiben. Aus diesem Grund ist es sinnvoll sich mit der AAS zu beschäftigen, ihre Vorteile zu erkunden und eigene Erfahrungen zu sammeln.