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Whitepaper Industrie 4.0
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Impressum eCl@ss e.V.
Konrad-Adenauer-Ufer 21
50668 Kln
+49(0)-221 4981-811
eCl@ss-Vorstand
Friedhelm Hausmann (AUDI AG, Vorstandsvorsitzender), Markus
Reigl (Siemens AG, stellv. Vorstandsvorsitzender), Patrick Bernard
(Schneider Electric GmbH), Dr. Gunther Kegel (Pepperl+Fuchs GmbH),
Claude Pichot (afim), Dr. Matthias Fankhnel (BASF SE)
Bildquellen
eCl@ss-Datenbank, Elektromotor-Fotolia_56382693_L (
pgottschalk) jpg, Triebwerksteil 3-Fotolia_22916858_L( dradius.de)
jpg, White truck-Fotolia_40501504_L ( tbob j. affelwoolf) jpg,
Robotik-Fotolia_79777098_L ( Patrick P. Palej) jpg
eCl@ss-Whitepaper Industrie 4.0
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Inhalt
Vorwort 6
Vision Industrie 4.0 8
eCl@ss die Semantik im Industrie 4.0-Referenzmodell 10
eCl@ss-Roadmap Industrie 4.0 17
Statements 20
Der eCl@ss-Standard: Weltweit bewhrt 23
Der eCl@ss e.V: Eine Erfolgsgeschichte 26
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Vorwort
Von Friedhelm Hausmann, Vorstandsvorsitzender des eCl@ss e.V.
Industrie 4.0 ist die Vision der digitalen Zukunft unserer Wirtschaft.
Als vierte industrielle Revolution definiert sie den Begriff Industrie
neu. Produkt-, Fertigungs- und Prozessdaten systematisch zu sam-
meln und aufzubereiten, wird zur Kernkompetenz von Industrieun-
ternehmen, um jederzeit optimale Entscheidungen treffen zu kn-
nen.
Die Basis dafr sind Informationen, die von einem Objekt oder einem
Service bereitgestellt oder bergeben werden. Parallel zum Entste-
hungs- oder Veredelungsprozess lassen sie sich in einer sogenannten
virtuellen Verwaltungsschale zusammenfhren, in der alle hier re-
levanten Daten prozessbegleitend abgebildet sind. Der Empfnger
nimmt die Informationen aus der Verwaltungsschale auf, um das
Objekt zielgerichtet dem nchsten Schritt in der Prozesskette zufh-
ren zu knnen ein vollautomatischer Vorgang in der Fabrik der
Industrie 4.0.
Unabdingbare Voraussetzung fr die digitalen Fertigungsnetzwerke
Industrie 4.0 ist eine standardisierte Datenstruktur, die prozessorien-
tiert nach definierten Regeln gestaltbar, aber IT-systemorientiert
neutral ist. Diese semantische Referenz muss formal definiert,
standardisiert, inhaltlich widerspruchsfrei und eineindeutig sein.
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Ausgehend vom klassischen PIM liefert der eCl@ss-Standard fr die
Klassifikation und Beschreibung von Produkten und Services eine
bewhrte Logik, die bereits jetzt ber die Konsolidierung von Daten-
strukturen im Engineering Data Management hinausgeht. ISO/IEC-
konforme Merkmalsbeschreibungen ermglichen ber eCl@ss-
bestimmende IRDIs eine eindeutige Identifikation jeder Entity im
System und liefern somit die unabdingbare Voraussetzung zur Ver-
wendung in Industrie 4.0-Szenarien.
Zwei Beispiele aus der Praxis, die den aktuellen Einsatz von eCl@ss in
zwei themennahen Referenzlsungen zeigen:
Im PLT-Bereich werden ingenieurwissenschaftliche
Anforderungen an Gerte ber eCl@ss-Merkmale definiert
und elektronisch an einen Konfigurator bertragen, der dann
mit eigenen Algorithmen geeignete Produkte auswhlt und
das konkrete Produkt mit seiner eCl@ss-Merkmalsvollauspr-
gung zurckliefert.
Im Elektro-Engineering werden Produkte, deren 3D-Detail-
geometrie ber eCl@ss-Merkmale beschrieben wird, automa-
tisiert angeordnet und ein vollautomatisiertes Kabelrouting
inklusive Konfektion von Kabelbumen durchgefhrt.
Das vorliegende Whitepaper beschreibt die Sicht des eCl@ss e.V. auf
Industrie 4.0 und stellt Zusammenhnge zwischen objekt- und
servicedefinierenden Stammdaten und einer Prozesssteuerung dar.
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Vision Industrie 4.0
Die Industrie 4.0 bildet physische Produkte und Prozesse in soge-
nannten Cyber Physical Systems (CPS) virtuell ab. Gleichzeitig ver-
netzt sie alle Partner im Wertschpfungsverbund miteinander. Ein
ungehinderter, medienbruchfreier Informationsfluss ist notwendige
Erfolgsvoraussetzung einer durchgngig datengetriebenen
und -gesteuerten Produktionswelt. Grundlage fr den reibungslosen
Austausch von Daten: Eine qualittsgeprfte, informatorische
Wissensarchitektur.
Im Zentrum von Industrie 4.0 stehen vernetzte Fabriken mit intelli-
genten Produkten, die den Produktionsprozess ber komplette
Lebenszyklen hinweg aktiv steuern. Produkte, Maschinen, Anlagen
und sogar Werkzeuge sind ber intelligente IT aktiv ansteuerbar. Das
erlaubt nicht nur die vertikale und horizontale Integration von Wert-
schpfungsketten in ein Unternehmen, sondern auch ber Firmen-
grenzen hinweg.
Treiber dieser Entwicklung ist das Internet. ber das Internet der
Dinge (IoT) kommunizieren und kooperieren die Cyber-physischen
Systeme in Echtzeit untereinander und mit den Menschen. Die
zentrale Steuerung von Unternehmen wird durch dezentrale und
selbstlernende Organisationsformen abgelst. Im Zentrum der Ent-
wicklung: Der Mensch als entscheidender, kreativer Faktor. Noch
strker als heute wird er in die Informationssysteme integriert und
von ihnen untersttzt. Aus der vierten industriellen Revolution
erwchst eine Welt, in der den Menschen (und den Maschinen) zu
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jeder Zeit genau die Informationen zur Verfgung stehen, um eine
immer optimale Entscheidung treffen zu knnen sei es im Hinblick
auf Produkte oder den Fertigungsprozess.
Herausforderung Semantik
Industrie 4.0 bietet neue Chancen fr Unternehmen und Geschfts-
modelle. Die Vision ist berzeugend, aber der Weg dahin noch weit.
Denn: Um alle Welten miteinander verbinden zu knnen, sind
semantische Standards notwendig. Standards, die Informationen
strukturieren und bergreifend sicher, zuverlssig, eindeutig und frei
von Fehlinterpretationen organisieren, austauschen und verknpfen
knnen.
In der Praxis gibt es immer noch tiefe informatorische Gletscher-
spalten wie zum Beispiel zwischen Office Floor (Machine-to-
Business) und Shop Floor (Machine-to-Machine). Es fehlen
Standards zur bergreifenden Kommunikation und Steuerung von
Prozessen. Als Semantik liefert eCl@ss einen wertvollen Beitrag zur
Umsetzung der Vision der Industrie 4.0. Das bedeutet: Als qualitts-
geprftes System zur Darstellung virtueller Reprsentanzen bietet
eCl@ss Merkmale zur eindeutigen Beschreibung von Objekten,
Services und knftig auch Prozessen. Diese sind die Verbindungsteile,
die eine Vernetzung von Wertschpfungsketten erst ermglichen.
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eCl@ss die Semantik im Industrie 4.0-
Referenzmodell
Die intelligenten Fertigungsnetzwerke der digitalen Fabrik werden
nur mit maschinell austauschbaren Informationsformaten Realitt.
Informationsformate, die nicht nur einen sicheren, zuverlssigen
und fehlerfreien Datenfluss ber die verschiedenen Systeme hinweg
ermglichen mssen (ERP, PLM, MES, Logistik, Produktions-
automation etc.), sondern im Idealfall auch noch firmen- und
(sogar) branchenbergreifend zum Einsatz kommen sollen.
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Industrie 4.0 heit auch: Die Fertigung von Varianten der Losgre 1
wird in Serie mglich sein und das zu nahezu den Konditionen
industrieller Groproduktionen. Darber hinaus entstehen neue
Herstellungsnetzwerke und -beziehungen; auch ber Firmengrenzen
hinweg. Lieferanten und Kunden werden Teil der Vernetzung,
Wertschpfungsstrukturen verndern sich, neue Geschftsmodelle
entstehen.
Um dieses Ziel zu erreichen, streben Industrie 4.0-konforme Ferti-
gungsanlagen einen hchstmglichen Automatisierungsgrad an. Ein
Szenario, in dem das Werkstck selbst zum Datentrger wird und alle
Fertigungsschritte bestimmt. ber einen RFID-Chip kommuniziert das
smarte Produkt mit den Maschinen und navigiert sich unter Inan-
spruchnahme der Fertigungslogistik eigenstndig zur Anlage fr den
nchsten Produktionsschritt.
Die Versorgung mit den notwendigen Steuerungsparametern erfolgt
direkt ber das ERP-System im Office Floor (SOLL-Werte). Der Ab-
gleich mit den Live-Daten vom Shop-Floor (IST-Werte) ermglicht
einen SOLL-IST-Vergleich in Echtzeit und den darauf aufbauenden
Betrieb eines sich selbst steuernden Systems. Ein Beispiel: Wird in
einer Industrie 4.0-Produktion die Priorisierung der Auftrge ange-
passt, so kann das zentral ber das ERP-System erfolgen. Von hier aus
werden direkt alle Aktionen auf dem Shop-Floor ausgelst.
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Aber: In einer global vernetzten Produktion mssen sich Fertigungs-
informationen nicht nur innerhalb eines Unternehmens, sondern
auch zwischen seinen verschiedenen Standorten und (idealerweise)
auch firmenbergreifend austauschen lassen. Wird ein Produkt zu
einem anderen Fertigungsort verbracht, so muss auch die dortige
Infrastruktur in der Lage sein, die Produktion systemgesteuert
effizient fortzusetzen. Grundlage hierfr bilden die Info