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Open Industry 4.0 Alliance - Referenzimplementierung

M&M Software hat in enger Zusammenarbeit mit anderen Alliance- Mitgliedern im Auftrag der Alliance eine Referenzimplementierung für wichtige Bausteine dieser Referenzarchitektur entwickelt und als Open-Source-Lösung allen Mitgliedern der Alliance zur Verfügung gestellt.

Open Industry 4.0 Alliance

Die Open Industrie 4.0 Alliance (OI4A) ist ein Netzwerk führender Anbieter von Lösungen für das produzierende Gewerbe. Dies umfasst Anbieter von Informationstechnologie, von Automatisierungstechnik und von Maschinen und Anlagen. Die Mitglieder der Allianz haben es sich zum Ziel gesetzt, den Betreibern von Produktionsanlagen den Einstieg in die Industrie 4.0 deutlich zu vereinfachen.

Dabei wird der Ansatz einer offenen und standardisierten Referenzarchitektur verfolgt, die auf bereits vorhandenen Technologien und Standards aufsetzt. Diese gemeinschaftliche Architektur soll wiederum die Basis für ein funktionsfähiges Ökosystem für die Industrie 4.0 bilden, das die firmenübergreifende Kollaboration von Betreibern und Hersteller ermöglicht, ohne dass sich der einzelne Betreiber von einzelnen Anbietern komplett abhängig machen muss.

Die mehrschichtige Referenzarchitektur setzt sich im Wesentlichen aus den vier Schichten Open Edge Connectivity, Open Edge Computing, Open Operator Cloud (OOC) und Common Cloud Central zusammen. Ein sehr wichtiger Aspekt dieser Architektur ist die Nutzung der Konzepte der sogenannten Asset Administration Shell (AAS), die in der Plattform Industrie 4.0 spezifiziert wurde und weiter vorangetrieben wird. Die AAS ist der Ansatz von Industrie 4.0 für die Realisierung von digitalen Zwillingen.

Projektbeschreibung

Hauptziel der Referenzimplementierung war ein technischer Durchstich, der wichtige Komponenten auf allen Ebenen der Referenzarchitektur bereitstellt und diese miteinander zu einem funktionsfähigen Gesamtsystem verbindet. Damit sollte die generelle Funktionsfähigkeit der Architektur unter Beweis gestellt und eine Vorlage geschaffen werden, auf deren Basis zukünftig weitere Implementierungen und Erweiterungen erfolgen können.

Bei der Referenzimplementierung wurde der Fokus auf die beiden wichtigen Anwendungsfälle „Automatic Onboarding“ und „Health Data Exchange“ gesetzt. Beim Automatic Onboarding geht es um die initiale Registrierung von Assets (z.B. Automatisierungskomponenten) in der Cloud des Betreibers. Beim Anwendungsfall Health Data Exchange werden Daten über den Gesundheitsstatus der registrierten Assets fortlaufend erfasst und in der Operator Cloud weiterverarbeitet. Die beiden Anwendungsfälle erfordern Funktionalitäten aus allen Schichten der Referenzarchitektur und boten sich daher als Basis für einen belastbaren Proof-of-Concept an.

Die Kernaufgaben von M&M Software in diesem Verbundprojekt bestanden darin, funktionsfähige Prototypen für Softwarekomponenten zu realisieren, die typischerweise ein Hersteller von Automatisierungskomponenten dem Betreiber einer Anlage bereitstellen würde. Mit diesen Komponenten kann der Anlagenbetreiber die Produkte des Herstellers nahtlos in seine cloudbasierte IT / OT-Infrastruktur integrieren und dabei auch Mehrwertdienste des Herstellers in Anspruch nehmen. Unter anderem wurden folgende Komponenten in Form von Docker-Images bereitgestellt:

  • Datenerfassung und Vorverarbeitung der Daten im Edge-Knoten, unter Nutzung der durch die OI4A vorgegebenen Kommunikationsmechanismen (OPC-UA, MQTT, offene Feldbuskommunikation, …)
  • Bereitstellung eines standardisierten OOC-Connectors für den Edge-Knoten, der die spezifikationsgemäße Kommunikation mit der Operator-Cloud abhandelt.
  • Plug-In-fähige Logikmodule zur Auswertung von Asset-spezifischen Nachrichten in der Operator Cloud, die aus der Edge-Schicht gemeldet und zur Weiterleitung in die AAS-Infrastruktur in kompatible AAS-Submodelle transformiert wurden.


Neben den notwendigen Spezifikations- und Implementierungsaufgaben wurde auch eine grundsätzliche Projektstruktur für zukünftige Erweiterungen der Referenzimplementierung auf Basis der GitHub-Plattform eingerichtet. Dort ist in den jeweiligen Repositories für die einzelnen Komponenten nicht nur der Quellcode abgelegt, sondern es sind auch alle DevOps-Mechanismen für das automatisierte Bauen und Verteilen der Komponenten (CI /CD) eingerichtet. Alle Mitglieder der Alliance haben Zugriff auf die Projektergebnisse und können diese für eigene Entwicklungen weiternutzen.

Wir bietet dazu begleitende Technologie-Workshops an, die den Einstieg in die vorgelegten Lösungen erleichtern. 

Nutzen für den Endkunden

Die Open Industry 4.0 Alliance bietet den Betreibern von Fertigungsanlagen eine überzeugende Strategie, wie sie den Umstieg auf die Industrie 4.0 gemeinsam mit den Anbietern schaffen können.

Mit der vorgelegten Referenzimplementierung konnte nicht nur die grundsätzliche Funktionsweise der Referenzarchitektur in wichtigen Teilen verifiziert werden, es wurde auch die Tragfähigkeit der Vision eines firmenübergreifenden Ökosystems auf der Basis von Offenheit und Kollaboration eindrucksvoll bestätigt.

Überblick

Branche(n): Automatisierungstechnik, Prozessindustrie, Fertigungsindustrie, Hybride Fertigung
Kunde: Open Industry 4.0 Alliance

„M&M ist ein sehr engagiertes Mitglied in der Open Industry 4.0 Alliance und vermittelt die offenen Ansätze unserer Arbeitsgruppen auch über den Mitgliederbereich hinaus in Kundenprojekten. Als Implementierungspartner im Referenzprojekt der Verwaltungsschale, haben wir gemeinsam mit anderen Partnern, eine prototypische Umsetzung der AAS mit diversen Teilmodellen als technischen Durchstich realisiert. M&M hat sich dabei als kompetenter Entwicklungspartner bewährt und in einem offenen Team die Zusammenarbeit unterstützt & gestärkt. Ich freue mich sehr, dass wir mit den Kollegen einen Impulsgeber der Realwirtschaft dabei haben und freue mich auf die weitere Zusammenarbeit im Rahmen unserer Arbeitsgruppen und Leuchtturmprojekten!“

Ricardo Dunkel, Technical Director bei Open Industry 4.0 Alliance 

Eingesetzte Technologien

  • .NET Core
  • Docker
  • Linux
  • OPC UA
  • MQTT
  • Rest API
  • Asset Administration Shell
  • GitHub
Volker Herbst

Group Leader Sales

Standort: St. Georgen
E-Mail: vht@mm-software.com
Tel.: +49 7724 9415-52

Dirk Stadtherr

Sales Manager

Standort: St. Georgen
E-Mail: dsr@mm-software.com
Tel.: +49 151 55334682