Klassifikationssystem für Merkmale Digitaler Zwillinge auf Basis der Industrie 4.0-Verwaltungsschale

Ein grundlegendes Konzept von Industrie 4.0 ist die Vernetzung aller Objekte (Produktionsmaschinen, Produkte …), die für einen Betrieb von Wert sind, über das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT). Für die notwendige digitale Repräsentation dieser sogenannten „Assets“[a] wurde das Konzept der Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS) entwickelt. AAS beschreiben alle relevanten Informationen ihres Assets auf Basis eines standardisierten Metamodells über Submodelle mit Merkmalen.[1] Der Zugriff auf AAS erfolgt ebenso über standardisierte Schnittstellen.[2] Im Hinblick auf die Nachrichten-basierte Kommunikation zwischen (sogenannten aktiven) AAS wurde das Konzept der Industrie 4.0-Sprache (I4.0-Sprache) entwickelt.[3] Damit AAS interoperabel sind und von allen Akteuren entlang der Wertschöpfungskette verstanden werden, werden Templates für Submodelle und ihre Merkmale spezifiziert und standardisiert.[4]

Aktuell werden Submodell-Templates durch Beispiele [5] zusammen mit Spezifikationsdokumenten [6] beschrieben. Die Semantik der enthaltenen Merkmale wird dabei häufig über Klassifikationssysteme wie insbesondere ECLASS [7.1] oder IEC CDD [7.2] spezifiziert. Alternativ können z.B. existierende W3C-konforme Ontologien genutzt werden. Eine Variante bieten Ontologie-Technologien wie das Semantic Aspect Meta Model (SAMM) [7, 8]. Existieren für Szenarien und Domänen noch keine semantischen Merkmalsbeschreibungen, so müssen sie mit entsprechenden Technologien beschrieben werden. Diese semantische Beschreibung von Merkmalen bietet insbesondere die Grundlage für das Merkmals-basierte Auffinden Digitaler Zwillinge.

Im Rahmen dieser Arbeit soll zunächst der Stand der Technik hinsichtlich der Spezifikation von AAS-Submodellen selbst sowie insbesondere der semantischen Definition von Submodell-Merkmalen und der zugehörigen Technologien erarbeitet werden. Auf Grundlage der so gewonnenen Erkenntnisse soll eine Methodik erarbeitet werden, mit der für AAS-basierte Digitale Zwillinge neue semantische Merkmalsdefinitionen spezifiziert werden können. Sie soll exemplarisch anhand zweier Use Cases durchgeführt und erprobt werden, die außerhalb der klassischen produzierenden Industrie liegen: Im Use Case 1 geht es um einen bestehenden Ansatz zur vernetzten Holzernte, [10] der aktuell auf die AAS überführt wird. Im Use Case 2 geht es um die Vernetzung von Talsperren [11]. In beiden müssen domänenspezifische Merkmale beschrieben werden, für die semantische Definitionen neu erstellt oder existierende recherchiert werden müssen.

Im zweiten Schritt soll ein Konzept sowie eine prototypische Implementierung zur Entdeckung bzw. zum Auffinden von AAS mit bestimmten Klassifikationen und ggf. zugehörigen Werten mithilfe einer geeigneten Query-Sprache (z.B. SPARQL) entwickelt werden. Insgesamt sollen so Digitale Zwillinge mit bestimmten Merkmalskombinationen gesucht und gefunden werden können. Dabei soll das entwickelte Klassifikationssystem zum Einsatz kommen. Eine geeignete UI soll dem Anwender die intuitive Nutzung ermöglichen.

Die Erkenntnisse und Ergebnisse sollen in einer schriftlichen Ausarbeitung zusammengefasst und mündlich präsentiert werden.

[a] „entity owned by or under the custodial duties of an organization, which has either a perceived or actual value to the organization“ [1]

 

Quellen

Betreuer: Hoppen