Open-Source-Middleware mit digitalen Zwillingen
Industrie 4.0 in den Mittelstand bringen
Wie kann die Industrie 4.0 auch für kleinere und mittlere Unternehmen realisiert werden? Antworten darauf liefern die BMBF-Forschungsprojekte BaSys 4.0 und BaSys 4.2, die KMU auch eine Open-Source-Middleware zur Verfügung stellen. In geförderten Projekten können KMU die Technik adaptieren.

Die Digitalisierung der deutschen Industrie-Unternehmen nimmt allmählich Fahrt auf. Laut einer aktuellen Bitkom-Umfrage gaben 60 Prozent der produzierenden Gewerbe hierzulande zu Beginn dieses Jahres an, Industrie-4.0-Anwendungen zu nutzen. Noch zwei Jahre zuvor lag der Anteil bei 49 Prozent. Was auf der einen Seite nach Fortschritt klingt, muss jedoch differenziert betrachtet werden. Industrie 4.0 wird im herkömmlichen Sinne oftmals mit dem Sammeln von Daten gleichgesetzt. Dabei ist die vierte industrielle Revolution weit mehr als das: Will die Industrie ihre Produktionsweisen vollständig digitalisieren, ist eine durchgängige Vernetzung aller Maschinen entscheidend. Es genügt also nicht, die Daten einzelner Geräte zu erheben und zu sammeln – die Maschinen müssen vor allem systemübergreifend kommunizieren können. Und genau hier wird der Ansatz deutlich komplexer. Und damit haben vor allem kleine und mittelständische Firmen zu kämpfen.

Oft fehlen Ressourcen

Woran kann das liegen? Vielen Mittelständlern mangelt es oft an den finanziellen und personellen Ressourcen. Auch das prüfende und abwägende Verhalten sei bei einigen Familienunternehmern schlichtweg Teil ihrer DNA, so die Studie. Bevor investiert werde, müsse der Nutzen einer neuen Technologie erst genau im Verhältnis zu den Kosten abgewogen werden – ein Vorgehen, das oft viel Zeit in Anspruch nimmt und KMU ins Hintertreffen geraten lässt.

19 Projektpartner

Dabei gibt es Möglichkeiten, wie die Umstellung hin zu Industrie 4.0 für kleinere Unternehmen kostensparend und praktikabel gelingen kann. Genau dabei kommt das Forschungsprojekt ‚Basissystem Industrie 4.0‘ (BaSys 4.0) ins Bild, einer 2016 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung ins Leben gerufenen Kooperation unter Konsortialleitung des Fraunhofer-Instituts für Experimentelles Software Engineering IESE und 14 weiteren Partnern aus Wirtschaft und Forschung. Mittlerweile wird das Projekt in BaSys 4.2 fortgeführt und ist auf 19 Projektpartner angewachsen. Das Konsortium hat mit BaSys 4 eine Middleware entwickelt, die die Umstellung der Unternehmen auf eine wandelbare Produktion ermöglichen soll. Während physischen Geräten bestimmte Normen und Standards zu Grunde liegen, auf deren Basis gekoppelt werden kann, ist dies im Digitalen noch nicht der Fall. Typischerweise müssen die Daten unterschiedlicher Datenmodelle und Protokolle zunächst so aufbereitet werden, dass sie interoperabel sind.

Modular aufgebaute Middleware

Die modular aufgebaute BaSys-4-Middleware hält für Unternehmen eine Art Baukasten bereit. Je nach Fortschritt in Sachen Industrie 4.0 liefert BaSys 4 entsprechende Komponenten. Für Unternehmen, die bei der Digitalisierung noch am Anfang stehen, muss zunächst der Shopfloor mit dem Officefloor verbunden werden. Dafür hat das Forschungsprojekt den sogenannten Virtual Automation Bus (VAB) entwickelt – ein Konzept, das eine netzwerk- und protokollübergreifende Peer-to-Peer-Kommunikation zwischen den Produktionsmaschinen und der IT ermöglicht. Fehlt bei Maschinen die Unterstützung einer entsprechenden Kommunikation, können bei Bedarf beispielsweise Industrie-PCs eingesetzt werden. Somit ist auch eine Integration von Altgeräten möglich.

Digitaler Zwilling

In einem nächsten Schritt geht es darum, die verfügbar gemachten Daten in eine gemeinsame Form zu überführen. Dafür sieht BaSys 4 den Einsatz sogenannter Verwaltungsschalen vor. Dabei handelt es sich um standardisierte digitale Zwillinge. Die Verwaltungsschalen enthalten Teilmodelle, die beispielsweise den Zustand eines realen Assets virtuell abbilden und Live-Daten bereitstellen. Die Verwaltungsschalen können auf bestehende Produktionsprozesse aufsetzen. Zudem ist der Standard offen und jederzeit einsehbar. Will ein Unternehmen darauf aufbauend eine Losgröße-1-Fertigung realisieren, hat BaSys 4 das Konzept der Führungskomponenten entwickelt. Dieses verwirklicht einheitliche Dienstschnittstellen für Geräte, indem die Ausführung von Produktionsprozessen von Produktionsdiensten getrennt wird. Für jedes Gerät werden die entsprechenden Fähigkeiten dabei ausreichend genau definiert – ‚Fräse Loch‘ enthält dann beispielsweise Angaben über das Material oder den Lochdurchmesser. Dank der Fähigkeiten-Beschreibung können Fertigungsanlagen einfacher auf die Herstellung einer Sonderanfertigung umgestellt werden.

Anmelden bis zum 31. Januar

Um Anwendern einen möglichst niedrigschwelligen Zugang zu den benötigten IT-Lösungen zu bieten, stellt BaSys 4 die Open-Source-Referenzimplementierung Eclipse BaSyx zur Verfügung. Lizenzkosten fallen dabei nicht an. Entsprechend können die Firmen eigene Anwendungen selbst implementieren. Fehlen Ressourcen bzw. Know-how, vermitteln die Projektpartner auf Anfrage geeignete Dienstleister oder beraten bei offenen Fragen. In Satellitenprojekten soll die Erweiterung der Konzepte aus BaSys 4 sowie deren Umsetzung gefördert werden. Interessierte Konsortien können sich nun bis zum 31. Januar 2021 mittels einer Antragsskizze bewerben, aus der entweder hervorgeht, wofür sie die Middleware einsetzen wollen oder – falls sie diese schon nutzen – welche neuen Industrie-4.0-Anwendungen sie darauf aufsetzend realisieren möchten. Je Projekt ist eine maximale Zuwendung von 750.000 Euro vorgesehen.

www.iese.fraunhofer.de

Fraunhofer- Institut für Experimentelles

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