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Bahram Salimi
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Zwei Ingenieure verwenden einen digitalen Tablet-Computer
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11.09.2023 Projekt

Normintegration in die Verwaltungsschale B

Industrie 4.0 (I4.0) zielt ab auf die intelligente und autonome Vernetzung von Assets in der Industrie mit Hilfe von Informations- und Kommunikationstechnik. Die Verwaltungsschale (Englisch: Asset Administration Shell, AAS) ist ein Konzept für die I4.0-konforme Implementierung Digitaler Zwillinge. Der Digitale Zwilling eines Assets verbessert u. a. dessen Lebenszyklus-übergreifende Dokumentation und Interoperabilität. Bei Assets kann es sich z. B. um Komponenten, Maschinen oder Anlagen handeln, zu deren Dokumentation oder Zertifizierung, Normen/Standards (ebenfalls Assets) oder Teile von Normen/Standards herangezogen werden. Ein beliebter erster Anlaufpunkt mit Informationen zum Zusammenspiel von I4.0 und Digitalen Zwillingen ist der Reading Guide der Industrial Digital Twin Association (IDTA).

Online-Demonstration des Projekts

Projektziel

Nadel mit rotem Faden
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  • Modellierung und Umsetzung einer Demonstration "I4.0 Pre-Certification": Matching von Produktfähigkeiten und Normanforderungen auf Basis der Verwaltungsschalen eines Produktes und der Standards
  • Identifikation derzeit noch existierender und zu schließender Gaps bei SMART Standards, die in die Gremien eingebracht werden

Erwartete Benefits

Normintegration in die Verwaltungsschale B zielt darauf ab, zu demonstrieren, wie die Asset Administration Shell (AAS, dt. Verwaltungsschale) um Norminhalte oder gegebenenfalls relevante Normfragmente erweitert werden kann, um die Entwicklungsprozesse neuer Produkte signifikant zu vereinfachen und beschleunigen:

  • Integration von Normanforderungen in die Produktentwicklung
  • Matching von Produktfähigkeiten und Normanforderungen auf Basis der AASs des Produktes und des Standards
  • Bewertung der Normkonformität des jeweils aktuellen Produktentwicklungsstands

Umsetzung

Im Piloten NormAAS wurde erprobt, wie die Inhalte einer Norm und insbesondere relevante Normfragmente in die Verwaltungsschale einer Norm integriert werden können, um bspw. Prüf- und Zertifizierungsprozesse zu vereinfachen. So können Vorzertifizierungsservices auf Basis der Produktfähigkeiten und Anforderungen der Standards durch ein Matching der zugehörigen Verwaltungsschalen ermitteln, bis zu welchem Grad ein entwickeltes Produkt bereits nach einem Standard zertifiziert werden kann und welche Anforderungen in der weiteren Produktentwicklung noch erfüllt werden sollten.

I4.0 Pre-Certification

Demonstration der digitalen Vorzertifizierung: Die AAS eines Produkts links und die AAS einer Norm rechts.

| Fraunhofer IOSB-INA

Die Modellierung erfüllt insbesondere die folgenden Anforderungen:

  • Integration von Anforderungen in die Produktentwicklung
    • 1:N-Beziehung bei Produkt und Normen
    • L:M-Beziehung bei Produkt-Fähigkeiten zu Norm-Anforderungen
  • Bewertung der Normkonformität des jeweils aktuellen Produktentwicklungsstands

Wie in Abbildung 2 dargestellt, sind Anforderungen aus AAS-basierten SMART Standards im Demonstrator automatisch in Produktentwicklungsprozesse integrierbar. Nach der Auswahl der für ein Produkt relevanten Normen werden die zugehörigen AASs jener Normen von Plattformen der Normanbietenden heruntergeladen und in unternehmensinternen Servern bereitgestellt. Der digitale Produktentwicklungsservice verlinkt diese Anforderungen in der AAS des zu entwickelnden Produktes und die Anwendenden können die individuelle Umsetzungssignifikanz einer jeden Anforderung herunterstufen: CE-Anforderungen bleiben gewöhnlich verpflichtend, während Anforderungen aus weiterführenden, spezifischen Normen als optional betrachtet werden könnten.

Iterative Entwicklung des Produktes und Sicherstellung der Anforderungskonformität
Redeker, Fraunhofer IOSB-INA

Im Laufe der demonstrierten und in Abbildung 3 dargestellten Produktentwicklung wird das Produkt im Produktentwicklungsservice entwickelt: Fähigkeiten und technische Daten werden neu zum Produkt hinzugefügt oder entsprechend der Anforderungen weiterentwickelt. Zu jedem Produktentwicklungszwischenstand können die Produktentwickelnden den digitalen Vorzertifizierungsservice buchen, der eine Bewertung hinsichtlich der Anforderungserfüllung in Gänze über alle ausgewählten Normen und auf der anderen Seite norm- und anforderungsindividuell durchführt und in einem Testbook-Teilmodell in der AAS des Produktes dokumentiert. Der Produktentwicklungsservice übernimmt diese Bewertung und visualisiert den Produktentwickelnden, welche Anforderungen im aktuellen Produktentwicklungsstadium bereits erfüllt sind und an welchen Stellen das Produkt nachzuschärfen ist.

Iterative Entwicklung des Produktes und Sicherstellung der Anforderungskonformität (1)
Redeker, Fraunhofer IOSB-INA

Durch die dargestellte iterative Anwendung der Produktentwicklungs- und Vorzertifizierungsservices in Produktentwicklungsprozessen wird sichergestellt und frühzeitig dokumentiert, dass die entwickelten Produkte konform zu den jeweils als relevant eingestuften Normen sein werden. Darüber hinaus wird, durch die Reduzierung von Interpretationsvarianzen, das Risiko minimiert, dass ein Produkt beispielweise aufgrund abweichender Interpretationen von Auftraggebenden und Produktentwickelnden durch die Auftraggebenden nicht abgenommen wird, oder dass ein Produkt schlicht nicht zertifiziert wird.