Tagungsband. Normen für Industrie 4.0 grundlegende Methoden und Konzepte. 19. Februar 2015 BMWi, Berlin

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1 Tagungsband Normen für Industrie 4.0 grundlegende Methoden und Konzepte 19. Februar 2015 BMWi, Berlin 1

2 1 Agenda 2 Motivation und Ziel 3 Einführung in den Tag Industrie 4.0 Ohne Normung geht es nicht - Roland Heidel, Siemens AG 4 Session 1 Abstracts Engineering und Referenzarchitektur Die Entwicklung von Industrie 4.0-Referenzmodellen und Referenzarchitektur aktueller Status Prof. Dr. Ulrich Epple, RWTH Aachen Paralleles Engineering in einem gemeinsamen Engineering-Repository Florian Himmler, evosoft GmbH Das Modell für die digitale Fabrik Udo Döbrich, Siemens AG MES Produktionsplanung und Unternehmensmodelle Max Weinmann, Emerson Dienste in der Cloud Standardisierungsinitiative USDL und TOSCA Dr. Regine Gernert, Projektträger DLR für BMWi 5 Session 2 Abstracts Semantik Semantik als Schlüssel zu I.40 Dr. Michael Hoffmeister, Festo AG & Co Merkmale für Industrie 4.0 Henning Uiterwyk, e.v. AutomationML als universelles Datenaustauschformat Björn Grimm, Daimler AG PROSTEP ivip-merkmale für Industrie 4.0 Dr. Steven Vettermann, PROSTEP ivip Integration von Industrie 4.0-Komponenten in der Produktion Prof. Dr. Christian Diedrich 6 Session 3 Abstracts Kommunikation Kommunikationsaspekte bei Industrie 4.0 Dr. Günter Hörcher OPC-UA - die serviceorientierte Schnittstelle für Industrie 4.0 Ingo Weber, Siemens AG M2M-Normung in der Telekommunikation Roland Hechwartner, Deutsche Telekom AG / T-Mobile International Austria Informationssicherheit in der Industrie 4.0 Dr. Wolfgang Klasen, Siemens AG 2

3 Agenda 09:00 Uhr Registrierung und Kaffee 09:30 Uhr Begrüßung Dr. Ulrich Sandl, BMWi, Leiter des Referats VIB5, Standardisierung und Urheberschutz in der IKT Prof. Dr. Ulrich Epple, Vorsitzender des Industrie 4.0 Steuerkreises Dr. Adolphs, Vorsitzender AG2 Plattform Industrie 4.0 Einführung in den Tag Industrie 4.0 Ohne Normung geht es nicht Roland Heidel, Siemens AG, IEC / TC 65 Chairman 10:05 Uhr Session 1 - Engineering und Referenzarchitektur Moderation: Dr. Bernhard Thies, VDE DKE, Sprecher der Geschäftsführung Die Entwicklung von Industrie 4.0-Referenzmodellen und Referenzarchitektur aktueller Status (Einführung) Prof. Dr. Ulrich Epple, RWTH Aachen, Leiter GMA-AK 7.21 Industrie 4.0 Blitzlicht: Paralleles Engineering in einem gemeinsamen Engineering- Repository Florian Himmler, evosoft GmbH Blitzlicht: Das Modell für die digitale Fabrik (IEC/TC65 WG 16) Udo Döbrich, Siemens AG, IEC/TC 65, WG 16 Digital Factory, Convenor Blitzlicht: MES Produktionsplanung und Unternehmensmodelle Max Weinmann, Emerson, Vorsitzender DKE AK : Unternehmensmodelle Exkurs: Dienste in der Cloud Standardisierungsinitiativen USDL und TOSCA Dr. Regine Gernert, Projektträger DLR für BMWi Podiumsdiskussion Session 1 Engineering und Referenzarchitektur Referenten der Session 1, Fragen und Diskussionsbeiträge aus dem Publikum 12:10 Uhr Session 2 - Semantik Moderation: Roland Heidel, Siemens AG, IEC / TC 65 Chairman Semantik als Schlüssel zu I.40 (Einführung), Dr. Michael Hoffmeister, Festo AG & Co. 13:00 14:00 Uhr Bitzlicht: Merkmale für Industrie 4.0 Henning Uiterwyk, Leiter Geschäftsstelle e.v. Blitzlicht: AutomationML als universelles Datenaustauschformat Björn Grimm, Daimler AG Mittagspause 3

4 Agenda 14:00 Uhr Blitzlicht: PROSTEP ivip-merkmale für Industrie 4.0 Dr. Steven Vettermann, Geschäftsstellenleiter PROSTEP ivip Blitzlicht: Integration von Industrie 4.0-Komponenten in der Produktion Prof. Dr. Christian Diedrich, ifak - Institut für Automation und Kommunikation e.v. Podiumsdiskussion Session 2 Semantik Referenten der Session 2, Fragen und Diskussionsbeiträge aus dem Publikum 15:00 Uhr Session 3 - Kommunikation Prof. Dr. Christian Diedrich Kommunikationsaspekte bei Industrie 4.0 (Einführung), Dr. Günter Hörcher, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Convenor IEC/TC 65/JWG 14 und IEC/SC 65C/WG 15, Leiter DIN/DKE AK Normungsroadmap Industrie 4.0 OPC-UA - die serviceorientierte Schnittstelle für Industrie 4.0 Ingo Weber, Siemens, Convenor IEC/SC 65E WG8 OPC Blitzlicht: M2M-Normung in der Telekommunikation Roland Hechwartner, Deutsche Telekom AG / T-Mobile International Austria GmbH Blitzlicht: Informationssicherheit in der Industrie 4.0 Dr. Wolfgang Klasen, Siemens AG Podiumsdiskussion Session 3 Kommunikation Referenten der Session 3, Fragen und Diskussionsbeiträge aus dem Publikum 16:50 Uhr Zusammenfassung und Ausblick Dr. Ulrich Sandl, BMWi Prof. Dr. Ulrich Epple, RWTH Aachen 4

5 Motivation und Ziel Industrie 4.0 ist in aller Munde und wird branchenübergreifend nicht nur in Deutschland, sondern weltweit diskutiert. Kaum ein anderer Begriff wird derzeit häufiger mit neuen Technologien und grundlegenden Änderungen in Entwicklung, Produktion, Nutzung, Wartung und Recycling von Produkten und Produktionsanlagen in einer zunehmend vernetzten Welt in Verbindung gebracht. Nun müssen die Visionen in die Realität überführt werden - die PS auf die Straße gebracht werden. In diesem Zusammenhang werden Normen und Standards immer wieder in der Fachöffentlichkeit als grundlegende Bausteine bei der Realisierung der heutigen Visionen zu Industrie 4.0 genannt. Die Tagung soll der Fachöffentlichkeit, den Experten und Normungsgremien sowie dem Industrie 4.0-Forschungsumfeld die Möglichkeit bieten, sich einen Überblick über bereits existierende Normen zu Industrie 4.0 im Bereich der Automatisierungsund Informationstechnik zu verschaffen und sich hierzu auszutauschen. Die Referenten bieten einen kompakten und aktuellen Überblick über Normen des Industrie 4.0-relevanten Umfeld. Die drei Themenblöcke ordnen die vorgestellten Normen in eine Normungslandschaft. Die derzeit in Diskussion befindlichen Referenzmodelle und Architekturen werden ebenfalls einbezogen. Die Ausführungen ergänzt durch Fragen und Diskussionen können eine rasche Umsetzung von Industrie 4.0 bei ersten Referenzimplementierungen, z. B. in den geförderten Forschungsprojekten, unterstützen, insbesondere wenn sie in der Praxis auch in bestehende Systemlandschaften integriert werden. Ausgehend von allgemeinen Modellen und Konzepten wie der Entwicklung einer Referenzarchitektur sowie grundlegenden Engineering-Normen (Session 1) wird das Thema einer gemeinsamen, übergreifenden und Medienbrüche vermeidenden Semantik adressiert (Block 2). Anschließend wird konkreter auf Normen zur Kommunikation (Block 3) eingegangen. Abgeschlossen wird jede Session mit einer Podiumsdiskussion unter Beteiligung der Referenten. Sie soll die Beiträge der Session untereinander vernetzen und diskutieren, aber auch Fragen und Diskussionsbeiträgen des Publikums Raum geben. Die Veranstaltung wird als Auftakt angesehen, da nicht alle relevanten Themen- und Normungsbereiche an einem Tag vorgestellt werden können. Im Ausblick werden weitere Themenfelder auch aus anderen Branchen angesprochen, die dann bei Interesse in Folgeveranstaltungen adressiert werden können. Darüber hinaus beleuchtet der Ausblick kurz die derzeitigen Industrie 4.0- Normungsaktivitäten in aller Kürze. 5

6 Industrie 4.0 Ohne Normung geht es nicht Telefon: / Eur. Ing. Roland Heidel Siemens AG, Automation & Drives Abteilungsleiter Standards&Regulations Roland Heidel begann nach dem Studium der Elektrotechnik im Jahr 1977 bei Siemens in der Abteilung zur Entwicklung industrieller Kommunikationssysteme. Er war technischer Projektleiter des Verbundprojekts Feldbus zur Realisierung des industriellen Feldkommunikationssystems PROFIBUS und Leiter mehrerer EU- Projekte zu Themen der industriellen Automatisierungstechnik, insbesondere auch im Umfeld des produktdatenbasierten Engineering. Er leitete die Vorfeldabteilung zum Thema Feldtechnik und ist heute als Abteilungsleiter Standards & Regulations für die Industrie- Divisionen der Siemens AG zuständig. Als Chairman im Normungsgremium TC65 Industrial-Process Measurement and Control der IEC ist er für eine Reihe von Industrie 4.0-relevanten Normen zuständig. Er ist Sprecher des ZVEI Spiegelgremiums 2 zu Industrie 4.0. Abstract: 1. Grundlegendes zum Inhalt Die Zukunftsinitiative Industrie 4.0 hat zum Ziel, Potenziale offensiv zu nutzen, die sich aus der massiven Nutzung von Internetmechanismen, der Integration technischer Prozesse mit Geschäftsprozessen, der Virtualisierung der realen Welt und der Möglichkeit intelligenter Produkte ergeben. Dazu ist in der industriellen Automation, ausgehend vom heutigen durch Normen repräsentierten Stand der Technik, auch die Entwicklung neuer Konzepte und Technologien erforderlich. Wenn sich künftig Maschinen weitgehend automatisch zu temporären Fertigungslinien zusammenfinden sollen, und das zu fertigende Teil sich aktiv an seiner Behandlung beteiligt, muss eine ganze Reihe von Voraussetzungen erfüllt sein. Neben einer zuverlässigen und sicheren Kommunikation ist eine computergerechte Beschreibung der Eigenschaften aller relevanten Bestandteile einer Anlage von besonderer Bedeutung. Die Übermittlung solcher Informationen erfordert neben einer genormten Datenübertragung eine gemeinsame, die Eigenschaften dieser Bestandteile beschreibende Semantik und zwar mindestens bezüglich Mechanik, Funktionalität, Örtlichkeit, Leistungsfähigkeit und geschäftlicher Rahmenbedingungen. Dies ist ein Normungsthema, dem sich IEC schon recht früh insbesondere in den Komitees IEC/SC3D und IEC/TC 65 zugewandt hat. Von herausragender Bedeutung ist dabei das Property Principle, d. h. die Beschreibung von Gegenständen mittels Merkmalen (properties). Gegenstände (Things) können dabei nicht nur physische Dinge, sondern auch Dienste, Programme und Ideen sein, solange sie mit einem Begriff eindeutig benennbar sind. 2. I40 Relevanz Auf Basis solcher Konzepte und bereits in Normen verfügbaren Technologien lässt sich eine sog. Industrie 4.0-Komponente (I4.0-Komponente) spezifizieren. Eine I4.0-Komponente ist dadurch gekennzeichnet, dass einem beliebigen Gegenstand eine Verwaltungsschale (Deputy) mit den für einen Rechner verwertbaren relevanten Informationen zugeordnet ist. 3. Anwendung in der Praxis Der Vortrag gibt einen Überblick über die potentiell zur Anwendung im Industrie 4.0-Umfeld anwendbaren Normen und zeigt die bei Industrie 4.0 vorhandenen Problemstellungen und Herausforderungen auf. Zu den sicher wichtigen Normen gehören IEC bzw. deren Schwesternorm ISO mit den grundsätzlichen Regeln zur Spezifikation von Merkmalen, IEC mit Regeln zur 6

7 Spezifikation von Produktmerkmalen der Mess- und Regeltechnik, mehrere ISO bzw. IEC-Normen zur eindeutigen Identifikation von Gegenständen und deren Merkmale u.v.m. Die genannten Normen werden heute z. B. in den Merkmalsdatensätzen der Version 9.0 von im IEC Common Data Dictionary CDD u.a. eingesetzt. Als Lösung für die serviceorientierte Architektur (SOA) kommt die Norm IEC (OPC UA) infrage. 4. Kritische Anwendungen (Grenzen im Einsatz) Um mit diesen Informationen eine komplette virtuelle Darstellung einer automatisierungstechnischen Anlage erstellen zu können, müssen alle relevanten Gegenstände mit ihren Merkmalen beschrieben sein. Dies erfordert noch einige Anstrengungen, wobei es heute nicht mehr darum geht, die Regeln zur Spezifikation der Merkmale zu definieren, sondern diese gemäß IEC bzw. ISO anzuwenden. 5. Aktuelle Entwicklung Primäres Ziel ist die Nutzung der genannten Normen in der I4.0-Komponente, deren grundsätzliche Struktur im Vortrag beschrieben wird. Die Arbeiten zum Dokument über die I4.0-Komponente stehen kurz vor dem Abschluss. 7

8 Session 1 - Engineering und Referenzarchitektur Die Entwicklung von Industrie 4.0-Referenzmodellen und Referenzarchitektur aktueller Status Prof. Dr.-Ing. Ulrich Epple Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Systemdynamik und Regelungstechnik Universität Stuttgart, Mitarbeiter im Ressort Prozessleittechnik in der Bayer AG, Geschäftsführer der Gesellschaft für Prozesstechnik GmbH, seit 1995 Leiter des Lehrstuhls für Prozessleittechnik, RWTH Aachen. Hauptarbeitsgebiete: Modellbildung in der Leittechnik, formale Beschreibungsmethoden, Anwendung modellgetriebener Verfahren in der Prozessautomatisierung. Assistenzsysteme zur Unterstützung von Ingenieurprozessen. Gremienleitung: DKE FB9, DIN/DKE-Steuerungsgruppe I4.0, GMA FA7.21. RWTH Aachen, Lehrstuhl für Prozessleittechnik, Turmstraße 46, Aachen, Tel. +49 (0) Abstract Die Entwicklung von Industrie 4.0-Referenzmodellen und Referenzarchitektur aktueller Status. Referenzmodelle und Referenzarchitekturen ermöglichen eine systematische Beschreibung der begrifflichen und konzeptionellen Zusammenhänge in einem System. Im letzten Jahr wurden in den Arbeitsgruppen der Plattform Industrie 4.0 (AG2), der GMA (FA7.21) und des ZVEI (SG2) die Entwicklung von den Referenzmodellen, denen in Industrie 4.0 eine wichtige Rolle zugedacht wird, gemeinsam vorangetrieben. In der Zwischenzeit liegen für eine Reihe von Modellen abgestimmte und belastbare Arbeitsstände vor. In Bild 1 sind einige der entwickelten Referenzmodelle aufgelistet. Bild 1: Referenzmodelle Diese Modelle adressieren konzeptionelle Brennpunkte eines Industrie 4.0-Systems: Die Modellierung der Assets mit ihrem Life-cycle, die Integration der Entwicklungsprozesse, die flexible Gestaltung von Wertschöpfungsketten, die Gestaltung einer komponenten- und dienstorientierten Systemplattform und die Beschreibung der Prozesssteuerungsprozeduren. Zusätzlich zu den Referenzmodellen wurde eine Referenzarchitektur als Ordnungsrahmen festgelegt. In Bild 2 ist diese als RAMI 4.0 (Reference Architectural Model Industrie 4.0) bezeichnete Referenzarchitektur dargestellt. In diese lassen sich die 8

9 Referenzmodelle und Festlegungen systematisch einordnen. Bild 2: Das Reference Architectural Model Industrie 4.0 Referenzmodelle sind die Grundlage jeder technischen Verständigung und konsistenten Entwicklung. Ein Referenzmodell lässt sich durch folgende Eigenschaften charakterisieren: Es beschreibt einen allgemeinen Sachverhalt, es spielt in den Systemen eines Anwendungsbereichs eine wichtige Rolle, es ist konsistent und es ist explizit beschrieben und veröffentlicht. Die Bedeutung der Standardisierung und Normung wichtiger Referenzmodelle ist offensichtlich. Durch die konsensbasierte Standardisierung und Normung werden aus vielen möglichen Referenzmodellen die Referenzmodelle ausgezeichnet, die in der Fachwelt als relevant und als am geeignetsten angesehen werden. Die Standardisierung und Normung von Referenzmodellen schafft daher nicht nur eine verlässliche Entwicklungsgrundlage für die Anwendung, sie gibt auch Orientierung auf das, was in der Fachwelt als relevant angesehen wird und was nicht. Dies ist gerade in einem so unübersichtlichen Umfeld wie Industrie 4.0 ein nicht zu unterschätzender Nebeneffekt der Standardisierung und Normung. In den nächsten Monaten müssen zunächst die erzielten Ergebnisse in geeigneter Form veröffentlicht und erläutert werden. Dies ist eine aufwändige Aufgabe. Dabei ist insbesondere darauf zu achten, dass transparent gemacht wird, wie die unterschiedlichen Referenzmodelle zusammenpassen und was sie für die Praxis bedeuten. Parallel dazu ist zu entscheiden, in welcher Form diese Festlegungen in die bestehende Standardund Normenlandschaft eingebracht werden können. Dabei ist auch zu überlegen, wie sich IKT- Standards in Zukunft besser in die bewährten konsensbasierten Normungsprozesse integrieren lassen. 9

10 Paralleles Engineering in einem gemeinsamen Engineering- Repository Florian Himmler evosoft GmbH Consultant Seit 12/2009: Diplom Wirtschaftsinformatiker Seit 01/2010: Consultant (Engineering, Digitale Fabrik, Datenmanagement) Seit 07/2011: Promotion im Bereich Engineering in der Digitalen Fabrik Abstract: Bedingt durch die Globalisierung des Marktes, dem wachsenden Innovationsdruck sowie der steigenden Individualität und Dynamik der Märkte, sehen sich produzierende Unternehmen heute mit der zentralen Herausforderung konfrontiert, sowohl die Effizienz als auch die Qualität ihrer Engineering-Prozesse zu erhöhen. Um dieses Ziel langfristig erreichen zu können, ist die Umsetzung interdisziplinärer Engineering- Prozesse auf Basis integrierter Systemlandschaften notwendig. Dies wird aktuell jedoch durch eine Reihe von Problemfeldern erschwert: Die Zusammenarbeit der am Engineering-Prozess beteiligten Disziplinen (z.b. Mechanik, Elektrik, Software) ist meist nur unzureichend und führt sehr häufig zu unvollständigen und inkonsistenten Informationsflüssen. Die Systemlandschaften im Engineering-Umfeld sind häufig sehr heterogen, bei gleichzeitig geringem Integrationsgrad zwischen den Software-Tools. Dies führt zu redundanter Datenhaltung, Dateninkonsistenzen sowie hohen Entwicklungskosten im Falle von Änderungen. In diesem Beitrag wird ein Ansatz skizziert, wie die Effizienz im Anlagen-Engineering unter Verwendung einer zentralen Datenplattform als Engineering-Repository und unter Anwendung funktionsorientierter Standardisierungsstrategien gesteigert werden kann. Hierdurch lassen sich folgende Effekte erzielen: Verkürzung der Prozessdurchlaufzeiten im Engineering durch weitgehende Parallelisierung der Tätigkeiten. Verbesserung der interdisziplinären Zusammenarbeit durch Verwendung technologischer Objekte. Verbesserung der Datenqualität bei gleichzeitiger Verringerung der Datenredundanz durch Verwendung eines gemeinsamen Engineering-Repository. Verringerung der Aufwände im Falle von Änderungen in der Engineering-Toollandschaft durch Verwendung standardisierter Schnittstellen. 10

11 Das Modell für die digitale Fabrik Dipl.Inf. Udo Döbrich Siemens AG, Process Industries&Drives Key Experte Standards&Regulations Als Liaison-Officer ist er unter anderem für die Zusammenarbeit zwischen IEC/TC 65 und IEC/SC 3D und die Überführung der Produktmerkmale in die IEC Data Base zuständig. In dieser Aufgabe ist er u.a. Convenor für das Normungsprojekt IEC Digitale Fabrik. Herr Döbrich (61) ist im Bereich Process Industries&Drives bei Siemens Key Experte für Standards&Regulations. Telefon: Er leitet in verschiedenen Normungsgremien die Themen zu eprozessen, Anlagenengineering, verteilten Anwendungen, Systemaspekten, Beschreibungsmethodiken und die Digitalisierung der Automatisierungstechnik. 1. Grundlegendes zum Inhalt: Die IEC Digitale Fabrik enthält ein Modell für die Virtuelle Beschreibung einer Reallen Anlage (beliebige Installation). Es werden Geräte, Software als auch Kommunikationsanschaltungen (im Modell als Assets bezeichnet) in einer gemeinsame Zentrale Datenbasis (im Modell als Data Base Repository genannt) integriert. Dieses IEC Data Base Repository ist unabhängig von den bearbeitenden Softwarewerkzeugen über den gesamten Lebenszyklus der Anlage. Die Geräte bzw. Assets, die in das Data Base Repository eingebracht werden, müssen mit Hilfe von Eigenschaften formal beschrieben werden. Hierzu wird die IEC verwendet. Diese enthält neben der Identifizierung von Code (für Computer), die zugeordnete bevorzugte Benennung (Mensch) und die zugeordnete semantisch eindeutige Definition in einem Template. Die Daten von elektrischen Geräten sind digital im IEC Common Data Dictionary (IEC CDD) genormt hinterlegt. Dort sind Sensoren, Aktoren, Niederspannungsschaltgeräte und elektr. Bauteile spezifiziert. Die ISO (nicht elektrische Geräte) benutzt das Beschreibungsmodel ISO , das mit der IEC identisch ist. Auch Konsortien wie z.b. nutzen das IEC Datenmodell. Das bedeutet, alle in definierten Geräte können im IEC Data Base Repository verwendet werden. Eine Sammlung von elektronisch beschriebenen Geräten ist jedoch nur die Voraussetzung für eine Anlagenbeschreibung nach IEC Die Eigenschaften der Geräte werden klassifiziert nach funktionalen, konstruktiven Ortsinformationen, Performanceinformationen und Businessinformationen. Dies ist nur für die relevanten Informationen notwendig. Die Beziehungen der einzelnen elektronisch beschriebenen Geräte untereinander (im Modell Relationships) sind ebenfalls Bestandteil des Data Base Repository und damit auch Bestandteil der virtuellen Anlage. Das Modell erlaubt sowohl Gerätebeziehungen als auch Eigenschaftsbeziehungen. In einer virtuellen Anlage werden auch die installationsspezifischen Informationen abgelegt. Hierbei handelt es sich unter anderem um installationsspezifische Namen, Sicherheitskreise (Safety), Security Informationen, Explosionsschutz und Lebenszyklusinformationen. Die Informationen werden mittels eines Header zusätzlich zur Gerätebeschreibung Body hinzuge- 11

12 fügt. Gewerke werden mit Hilfe von View Elementen modelliert und erlauben die Gewerke übergreifende Darstellung der im Data Base Repository enthaltenen Geräte. Das Modell erlaubt die rekursive Schachtelung von virtuellen Beschreibungen. Die Digitale Fabrik ist in seinen Grundzügen bereits im IEC TR definiert. Das IEC Projekt Digitale Fabrik ist im Status CD. 2. I40 Relevanz Die Lösungen von IEC und Industrie 4.0 sind sehr ähnlich. Die Idee eine Fabrikanlage mit Hilfe von Daten zu beschreiben, die einzelnen Objekte zu verbinden und die anlagenspezifischen Informationen einzubringen ist in beiden Lösungen identisch. Die Unabhängigkeit von Werkzeugen wird auch bei beiden Ansätzen gleicher Maßen unterstützt. Auf Basis der genannten und anderer Technologien lässt sich eine sog. I40-Komponente spezifizieren. Eine I40-Komponente ist dadurch gekennzeichnet, dass einem beliebigen Gegenstand eine Verwaltungsschale mit den für einen Rechner verwertbaren relevanten Informationen zugeordnet ist. 3. Anwendung in der Praxis Dabei kann eine Reihe von Normen als Wegbereiter dieser Lösung betrachtet werden. Hierzu gehören die IEC bzw. die Schwesternorm ISO mit ihren Regeln zur Spezifikation von Merkmalen, die IEC mit Regeln zur Spezifikation von Produkten der Mess- und Regeltechnik, mehrere ISO bzw. IEC-Normen zur eindeutigen Identifikation von Merkmalen u.v.m. Die genannten Normen werden heute schon eingesetzt, z.b. in Datensätzen der Version 9.0 von im IEC Common Data Dictionary CDD u.a. 4. Kritische Anwendungen (Grenzen im Einsatz) Um mit diesen Informationen eine komplette virtuelle Darstellung einer relevanten automatisierungstechnischen Anlage erstellen zu können, müssen alle relevanten Gegenstände mit ihren Merkmalen beschrieben sein. Dies erfordert noch einige Anstrengungen, wobei es heute nicht mehr darum geht die Regeln zur Spezifikation der Merkmale zu definieren, sondern diese gemäß IEC bzw. ISO anzuwenden. 5. Aktuelle Entwicklung Das IEC Dokument ist in Arbeit und hat den Stand des Committee Drafts (CD) erreicht. Verbindung zu relevanten Normen: Projektnummer/Ausgabe: IEC / Ed.1 Titel: Industrial-process measurement, control and automation Reference model for representation of production facilities (Digital Factory) Erscheinungsjahr: erster Entwurf (CD) April

13 MES Produktionsplanung und Unternehmensmodelle Abstract: Max Weinmann Emerson Process Management Vorsitzender des DKE Arbeitskreises AK : Unternehmensmodelle Studium der Fachrichtung Maschinenbau, mit Schwerpunkt Automatisierungstechnik, an der Universität Stuttgart. 30 Jahre Erfahrung in der Automatisierung von Anlagen in der Prozessindustrie. Heute als Sen. Consultant / Deputy Director Operations bei Emerson Process Management, Deutschland tätig. Darüber hinaus langjährige Mitarbeit im ZVEI AG MES und seit 2012 Vorsitzender des DKE Arbeitskreises AK : Unternehmensmodelle. Im Jahr 1999 veröffentlichte Bill Gates sein Buch the Speed of Thought. Darin heißt es So wie jedes menschliche Wesen, hat auch ein Unternehmen einen internen Kommunikationsmechanismus, ein Nervensystem, um seine Aktionen zu koordinieren. Welches Nervensystem erfordert Industrie 4.0 und welche Grundlagen liefert die Norm IEC Integration von Unternehmensführungs- und Leitsystemen zu dessen Bestimmung? 13

14 Dienste in der Cloud Standardisierungsinitiative USDL und TOSCA Dr.-Ing. Regine Gernert Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Internationalisierung und Vernetzung Frau Dr. Regine Gernert unterstützt mit ihrer Arbeitsgruppe in Berlin die EU- und Internationalisierungsstrategie des Referates Entwicklung konvergenter Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi). Neben dem Monitoring internationaler Entwicklungen und der Anbahnung von Kooperationen zählt dazu auch die Mitgestaltung von Rahmenbedingungen, die zum Beispiel durch Standards gesetzt werden. Frau Gernert war zuvor von 2006 bis 2013 als Projektleiterin für Forschungsfördermaßnahmen im Bereich IKT im BMWi tätig. Die Vernetzung von Wissenschaft und Wirtschaft im In- und Ausland gehörte dabei auch schon zu wichtigen Tätigkeitsfeldern. Seit 1999 gestaltet sie bereits IKT-Förderprogramme und -Projekte beim Projektträger im Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. aktiv mit, vor allem zum Nutzen der in Deutschland starken IKT-Anwendungsbranchen wie Automobil- und Maschinenbau oder Medizin- und Medientechnik. Frau Gernert hat Informatik studiert und promovierte an der TU Berlin zum Dr.-Ing. im Bereich Industrielle Informationstechnik. Abstract: Die Nutzung des Internet nimmt stetig zu. Gleichzeitig entsteht damit das Problem der Informationsüberflutung. So stieg zum Beispiel die Anzahl der.de - Domains in den letzten Jahren kontinuierlich linear an. Derzeit sind fast 16 Mio. Domains registriert. Auch die Anzahl der angebotenen Dienste nimmt stetig zu. Beispielweise enthält der App-Store für ios derzeit ca. 1,2 Mio. Angebote. Neue Wege zur Unterstützung des Menschen bei der Auswertung der Informationen werden benötigt. So wird erwartet, dass zum Beispiel durch die semantische Beschreibung von Daten und Dienste also gemäß ihrem Sinnzusammenhang zukünftig bessere Auswertungen möglich werden. Die Organisation World Wide Web Consortium (W3C) ist bekannt für die Forcierung des Einsatzes semantischer Technologien bei der zukünftigen Gestaltung des World Wide Web. Das W3C unterstützte eine Standardisierungsaktivität zur Beschreibung von Web-Services - eine universelle Beschreibungssprache für Web-Services. Unter der Bezeichnung Unified Service Description Language (USDL) wurde ein Standardisierungsvorschlag zur Vereinheitlichung der Beschreibung von Diensten entwickelt, der neben den technischen und operativen Merkmalen auch Informationen über Geschäftsprozesse beinhaltet. So können Dienste im Internet eindeutig identifiziert, leicht miteinander verknüpft und einfacher kombiniert werden. Letztendlich wird damit die kommerzielle Handelbarkeit angestrebt. USDL baut maßgeblich auf den Forschungsergebnissen der BMWi Forschungsförderung zum Internet der Dienste auf. Das W3C hat dem Antrag der Forschungspartner SAP AG, Siemens AG, Empolis GmbH und Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz e.v. (DFKI) zur Gründung einer so genannten Incubator Group stattgegeben. Die Incubator Group ist ein wertvolles Instrument des W3C. Das W3C bietet damit Unterstützung in technischer Hinsicht und im Globalisierungsprozess. Die Standardisierung über das W3C führt zu einer Offenlegung des Standards (royalty free). Die Standardisierung ist generell eine wichtige Verwertungsstrategie für öffentlich geförderte Ergebnisse aus Forschungsprogrammen. Die Arbeit in der Incubator Group wurde mit der Empfehlung für die Weiterentwicklung des Standar- 14

15 disierungsvorschlages zur Beschreibung von Diensten im Semantic Web beendet, insbesondere im Bereich Linked Data. Insgesamt 15 Unternehmen und Forschungseinrichtungen haben sich an dieser Entwicklung beteiligt. Die Sprache wird zurzeit im europäischen PPP Future Internet weiterentwickelt und ist unter Linked USDL als Open Source verfügbar (http://linked-usdl.org/). Industrielle Anwendungen gibt es derzeit beispielsweise im Bereich Logistik. Kritisch ist bisher die Anwendungsbreite zu sehen, vor allem auch vor dem Hintergrund der veränderten Schwerpunktsetzung vieler Unternehmen hin zum Cloud Computing. Nach den Prognosen der Analysten wird der Markt mit webbasierten Diensten (software as a service) insgesamt in den kommenden Jahren deutlich zulegen. Bis zum Jahr 2025 dürften die Umsätze mit Standardsoftware aus der Cloud auf etwa 11 Mrd. Euro ansteigen das entspricht dann einem Anteil von 90 Prozent aller Ausgaben für Standardsoftware in Deutschland. Im Forschungsprogramm Trusted Cloud des BMWi arbeiteten mehrere Projekte mit USDL (TRESOR, Value4Cloud, Cloud Cycle). Beispielsweise ist das Ziel von Cloud Cycle, ein flexibles Cloud-Ökosystem aus Anbietern, Nutzern und Dienstleistern zu schaffen. Mit einem neuen Standardisierungsvorschlag wird das Format von Cloud-Anwendungen vereinheitlicht, um einen Vendor Lock-In zu vermeiden. Der Kunde soll die Wahl zwischen verschiedenen Softwareherstellern und Cloud-Betreibern haben, welche die Software ausführen können. Mit einer standardisierten Ausführung von Cloud-Diensten wird die Wiederverwendbarkeit der Lösungen verbessert und die Umsetzung von Sicherheitsstandards vereinfacht. Die Standardisierungsinitiative nennt sich TOSCA und ist eine Topology and Orchestration Specification for Cloud Applications (TOSCA). TOSCA ist ein bei OASIS vorgeschlagener Standard, welcher die formale Beschreibung von Cloud Anwendungen erlaubt. Mit der so standardisierten Beschreibung können Cloud-Anwendungen installiert, verwaltet und überwacht werden kann. Cloud-Anwendungen werden dadurch portabel und können, nachdem sie in TOSCA modelliert wurden, bei verschiedenen Cloud-Betreibern installiert werden, sofern in deren Infrastruktur TOSCA vorhanden ist. Im Projekt Cloud Cycle wurden egovernment-dienste prototypisch erprobt. Der Standard selbst ist aber anwendungsunabhängig und daher auch für den Industriebereich interessant. Da TOSCA erst Ende 2013 (http://docs.oasis-open.org/tosca/tosca/v1.0/tosca-v1.0.html ) erschienen ist, ist die Prognose für deren Durchsetzung noch kritisch zu sehen. Immerhin haben 70 Mitglieder dafür votiert. Interessant ist aber, dass auch in der parallel entstanden Open TOSCA-Version eine hohe Entwicklungsdynamik zu erkennen ist (http://www.iaas.uni-stuttgart.de/opentosca/ ). 15

16 Session 2 - Semantik Semantik als Schlüssel zu I.40 Dr. Michael Hoffmeister Festo AG & Co. KG Mitglied SG1, SG2 des ZVEI, Obmann des VDMA Einheitsblatts Portfolio-Management Software - Studium der Informatik an der Technischen Universität Karlsruhe (KIT) - Arbeit als freiberuflicher Entwickler von Echtzeitsystemen - Forscher und Projektleiter am Fraunhofer-Institut IPA in Stuttgart - Consultant für die Industrie in großen IT-Projekten im Bereich Fabrikbetrieb, Maschinenintegration und Big-Data (SPC, APC) - Forschung im Bereich intelligente Maschinen, Semantischen Technologien, Big-Data und Integration von heterogenen Automatisierungssystemen - Seit 2012: Verantwortung für das Portfoliomanagement für Software-Tools des Komponentenherstellers Festo. Sein heutiges berufliches Interesse liegt auf Engineering-Plattformen für mechatronische Systeme Abstract: 1. Grundlegendes zum Inhalt: Dieser Vortrag gibt einen Überblick über Ergebnisse der Arbeitsgruppe SG2 des ZVEI im Rahmen der Verbandsplattform Industrie 4.0. Diese liegen in Form des Positionspapiers "Referenzmodell Industrie 4.0 Komponente" vor, welches von den entsprechenden Gruppen AG2 der Plattform Industrie 4.0 und GMA 7.21 des VDI/ VDE übernommen wurden. Dazu werden die Verbindungen zu den Arbeiten der GMA 7.21 aufgezeigt und weiterführende Festlegungen erläutert. Das vorgestellte Referenzmodell dient als Orientierungshilfe für Hersteller/ Systemintegratoren/ Betreiber, die individuelle Industrie 4.0-Komponenten ausprägen und mit Leben füllen wollen. Die dargestellten Festlegungen beziehen sich auf die Abgrenzung einer Industrie 4.0-Komponente, welche strategischen Elemente in einer Maschine oder Anlage sie verwirklichen könnte, wie eine Organisation in Repositories einer Digitalen Fabrik geschehen könnte und wie die Sichtbarkeit für externe Fabriksysteme beschaffen sein könnte. Weiterhin zeigt der Vortrag auf, welche weiteren Referenzmodelle entwickelt werden könnten und wie diese synergistisch in Bezug gesetzt werden könnten. Auf die notwendige Vernetzung von Standards wird eingegangen. Zum Schluss zeigen die Ausführungen, wie das vorgestellte Positionspapiers "Referenzmodell Industrie 4.0 Komponente" weiterentwickelt werden könnte, um erforderliche und sinnvolle Daten, Informationen und Wissensbestandteile in einer individuellen Industrie 4.0-Komponente zu organisieren und zu vernetzten. 2. I40-Relevanz: Die vorgestellte "Industrie 4.0 Komponente" bildet einen wichtigen Baustein für die Organisation von Daten und Funktionen in der Industrie 4.0. Die vorgestellten Ansätze können auf weitere wichtige Bausteine übertragen werden. Der Vortrag zeigt, wie Referenzmodelle in der Industrie

17 miteinander in Bezug gesetzt werden können. 3. Anwendung in der Praxis: Die vorgestellten Definitionen sind grundlegend und ermöglichen ein breites Spektrum von Anwendungen in der Praxis. 4. Grenzen im Einsatz: Das vorgestellte Positionspapier enthält zunächst nur einige wenige Festlegungen, die allerdings von hoher Relevanz sind. Weitere Festlegungen, und damit weitere Versionen des Positionspapiers, müssen folgen, bevor Anwender in der Praxis Industrie 4.0-Komponenten realisieren können. 5. Aktuelle Entwicklungen: Die nächsten Entwicklungsschritte der Industrie 4.0 benötigen eine Antwort auf die Frage, welche Daten, Informationen und Wissensbestandteile von einer Industrie 4.0 Komponente bereitgestellt werden sollten. Dazu müssen relevante Normen und Standards für jeweilige Teilbereiche dieser Daten, Informationen und Wissensbestandteile identifiziert werden. Eine semantische Beschreibung muss geschaffen werden, welche es erlaubt, die bereitgestellten Daten und Funktionen auch von außen zu nutzen. 17

18 Merkmale für Industrie 4.0 Henning Uiterwyk, Dipl.- Ing. (FH) e.v. General Manager e.v. Ausbildung/Studium 1992 bis 1998: Maschinenbau Fachrichtung Konstruktionstechnik Fachhochschule Köln Deutz Beruflicher Werdegang 1998 bis 1999: SMS-DEMAG AG, Düsseldorf, Projektierung Stranggusstechnik 1999 bis 2002: Freiberuflicher Softwareentwickler (u.a. für Audi/VW in Brasilien, Delphi Deutschland GmbH, SMS-DEMAG AG, Ortlinghaus-Werke GmbH, VHV-Versicherungen) 2003 bis 2008: Geschäftsführender Gesellschafter, PRACMA Ltd. Software und Beratung, Köln, (tätig u. a. für NZWL Neue Zahnradwerke Leipzig, Johnson & Johnson Health Care, Deutsche Post AG, Deutsche Telekom AG, ) 2009 bis 2012: Technischer Leiter e.v. Derzeitige Tätigkeit: 2012 bis heute: General Manager e.v. Abstract: liefert die Sprache der Industrie 4.0. Im Jahr 2000 wurde der e.v. von einem Konsortium gegründet. Ziel des Vereins: Die Etablierung eines Standards zum sicheren, elektronischen Machine-to-Machine-Austausch (M2M) von Produktdaten und -eigenschaften über Merkmale, Werte und Einheiten. Die Industrie 4.0 erfordert einen durchgängigen, reibungslosen und fehlerfreien M2M- Informationsaustausch. Produkte werden zu smarten Produkten, indem all ihre möglichen Eigenschaften in einem universell akzeptierten, informationstechnischen Backbone gespeichert sind. Das Backbone ist das Gehirn der digitalen Fabrik und die Grundlage für automatisierte, sich selbst steuernde intelligente Fertigungsabläufe. Jedes Produkt kommuniziert Informationen über seine Fertigung an die jeweiligen Maschinen autonom und elektronisch. Die in der Industrie 4.0 realisierte Machine-to-Machine-Kommunikation erfordert einen fehlerfreien und reibungslosen Datenaustausch. Neben der eineindeutigen Identifikation aller Merkmale ist die konsensuale Semantik der zentrale Key Enabler für ausgerollte Industrie 4.0-Prozesse. Als Sprache der Industrie 4.0 liefert der aktuell (Ende 2014) bereits über Merkmale, die sowohl kommerzielle als auch technische Produkteigenschaften beschreiben können. 18

19 Aber: Die benötigten Merkmale zum M2M-Austausch für Prozesse dieser Informationen existieren zurzeit noch nicht jedenfalls nicht flächendeckend. An diesem Punkt greift die Praxiserfahrung der Denn: lebt einen klar definierten und transparenten Workflow zur Weiterentwicklung des Standards. So entwickelt seit vielen Jahren im Konsens mit zahlreichen Industrieunternehmen erfolgreich Klassen und Merkmale, die technische Produkteigenschaften abbilden. Die Weiterentwicklung des erfolgt auf Basis klarer Normvorgaben. Grundlage ist die ISO 22274:2013 Systems to manage terminology, knowledge and content Concept-related aspects for developing and internationalizing classification systems. Eine IT-basierte Abbildung des Entwicklungsprozesses garantiert hohe Qualität und eine lückenlose Nachverfolgbarkeit aller Modifikationen. Die Themen Semantik und Merkmalsentwicklung gehören in die Gesamtbetrachtung aller Überlegungen zur Industrie 4.0. Denn: Vor dem Hintergrund, dass Produkte und Fertigungsanlagen selbst konsequenter, technischer Weiterentwicklung unterliegen, sind auch konsequent neue Merkmale gefragt. Ein Problem, das über sogenannte Release Update Files (RUF) löst, die regelmäßig distribuiert werden. Vor dem Hintergrund entstehender Industrie 4.0-Prozesse ist künftig der Beweis anzutreten, dass die RUFs auch den Anforderungen der digitalen Fabrik genügen. Verbindung zu relevanten Normen: ISO 22274:2013 Systems to manage terminology, knowledge and content Concept-related aspects for developing and internationalizing classification systems ISO :2010 Industrial automation systems and integration -- Parts library ISO :2009: Exchange of characteristic data IEC Industrial-process measurement and control Data structures and elements in process equipment catalogues IEC Low-voltage switchgear and controlgear Product data and properties for information exchange IEC Standard data element types with associated classification scheme for electric components 19

20 AutomationML als universelles Datenaustauschformat Björn Grimm Daimler AG Obmann DKE AK AutomationML Convenor SC65 E WG 9 AutomationML Kurzer Werdegang: Bis 2003: Studium der Elektrotechnik und Informationstechnik an der Universität Karlsruhe (TH) : Entwicklung und Integration von Fertigungstechnologien Seit 2006: Einführung und Weiterentwicklung von Engineering-Werkzeugen sowie neuen Produktionskonzepten, unter anderem Virtuelle Inbetriebnahme und AutomationML Abstract: Über die Smart Factory findet das Internet der Dinge Eingang in die Produktionsanlagen der Fabrik diese Dinge sind unter anderem die Komponenten, aus denen die Fabrik und die Produktionsanlagen aufgebaut sind. Bei der Planung von Anlagen sind für die verschiedenen Engineering-Disziplinen unterschiedliche Aspekte und Relationen der Komponenten und Produktionsanlagen wichtig, zum Beispiel Anschlüsse und Verbindungen, Mechanik und Platzierung, Dokumentation oder auch Bestellinformationen. Die Beschreibung und Bearbeitung der Aspekte und Relationen findet in unterschiedlichen, für die Disziplinen spezifischen Software-Werkzeugen statt. Der Datenaustausch zwischen den Software-Werkzeugen geschieht teilweise manuell, teilweise mit Hilfe von individuell umgesetzten Schnittstellen. Dadurch entsteht ein großer Aufwand für die Pflege der vielen Schnittstellen sowie bei der Einbindung neuer Werkzeuge. AutomationML beschreibt das Datenformat, das die verschiedenen Aspekte über den kompletten Engineering-Prozess auf eine durchgängige Art und Weise abbildet. Durch das durchgängige Format können weitere Werkzeuge einfacher an den Prozess angebunden werden, manuelle Mehrfacheingaben werden eliminiert und die Zahl der zu pflegenden Schnittstellen reduziert sich. Damit bildet AutomationML das verbindende Datenformat für die Beschreibung der Komponenten und der Fabrik im Rahmen von Industrie 4.0 und der damit verbundenen Engineering-Prozesse. AutomationML bildet die verschiedenen Aspekte ab, indem es vorhandene Standards nutzt und miteinander verbindet. Die einzelnen Aspekte werden in separaten Teilen des Standards definiert. Der erste Teil, der inzwischen als IEC standardisiert ist, beschäftigt sich mit der Architektur des Formats, der zweite Teil steht kurz vor der Veröffentlichung und beschreibt Semantiken. Weitere Teile zu den Themen Geometrie und Kinematik, Logik, Kommunikation sowie Fertigungsprozesse befinden sich ebenfalls auf dem Weg der Standardisierung bzw. in Entwicklung. Erste Schnittstellen auf Basis von AutomationML sind bereits in der breiten Anwendung, zum Beispiel zwischen der Roboter-Simulation und der virtuellen Inbetriebnahme. Weitere Schnittstellen befinden sich in der Umsetzung. Eine aktuelle Herausforderung bei der Einführung von AutomationML ist die Vermeidung von Dialekten durch die unterschiedliche Interpretation des Standards oder die Ausweitung auf noch nicht fertig spezifizierte Umfänge. Da sich AutomationML auf die Festlegung von wenigen Semantiken beschränkt, um doppelte Definitionen zu vermeiden, wird an der Verknüpfung mit Semantik- Standards wie zum Beispiel mit gearbeitet. Eine weitere große Herausforderung ist die Motivation der Software-Hersteller, sich an dem Integrationsprozess zu beteiligen und Schnittstellen 20

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