Fraunhofer IOSB - Praxisworkshops: MES hands-on!

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OPC UA und internationale Data Spaces zur Datensouveränität in Industrie 4.0

Teil 1:
Digitale Zwillinge ermöglichen neue Geschäftsmodelle, doch die  Integration in die eigene Infrastruktur und mit Drittsystemen resultiert  in hohen Entwicklungsaufwänden. Ein wichtiger Baustein für  Interoperabilität in der Industrie 4.0 ist die Verwaltungsschale (Asset  Administration Shell »AAS«). Für Anlagen, Bauteile, Sensoren oder  Produkte kann eine Verwaltungsschale als digitale Repräsentation dienen.  Die Verwaltungsschale wird in verschiedenen standardisierten Formaten  spezifiziert und kann über fest definierte Protokolle übertragen werden.  Durch die vorgegebene Struktur und Kommunikation wird der  Entwicklungsaufwand reduziert und Kommunikation mit anderen Unternehmen  eröffnet. Das Fraunhofer IOSB entwickelt in diesem Umfeld die Tool-Sammlung »FAST« (Fraunhofer AAS Tools) für digitale Zwillinge. Ein  weiterer wichtiger Aspekt beim Austausch von Daten ist die Sicherheit  und Datensouveränität. Durch die International Data Spaces (IDS) können  Daten beim Empfänger mit zusätzlichen Bedingungen geschützt und  nachverfolgt werden. Der IDS stellt eine standardisierte Architektur mit  Informationsmodell bereit um interoperablen Austausch zu ermöglichen.

Zielsetzung
Einführung in Verwaltungsschale und IDS mit Beispielen

Zielgruppe
Softwareentwickler, Produkt-Manager, System-Administratoren, Business Analysten, Data Scientist

Teil 2:
Ein OPC UA Server ist nicht nur ein Instrument für reine Kommunikation, sondern beinhaltet ein objektorientiertes Informationsmodell in dem Maschinen, Produkte, Aufträge und vieles mehr abgebildet werden können. Sogenannte Companion Specifications beschreiben die Konzepte aus den unterschiedlichen Anwendungsdomänen und sorgen für Interoperabilität. In diesem Workshop wird ein Einblick in die Informationsmodellierung mittels OPC UA gegeben. Zunächst werden die Grundlagen der Informationsmodellierung vorgestellt. Darauf aufbauend werden mit graphischen Werkzeugen praktische Beispiele umgesetzt und in einen lauffähigen OPC UA Server überführt.

Der Workshop wird von den Autoren der open62541 Implementierung von OPC UA begleitet. Die Beispiele können Anhand von open62541 nachvollzogen werden, sind aber auf andere Implementierungen anwendbar.

Zielsetzung
Einführung in OPC UA und Companion Specifications mit Beispielen

Zielgruppe
Softwareentwickler, Produkt-Manager, System-Administratoren, Business Analysten, Data Scientist

Ihre MES-Coaches:

Friedrich Volz
Friedrich Volz hat 2018 seinen Master in Informationswirtschaft an dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) absolviert. Seit 2019 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Abteilung Informationsmanagement und Leittechnik (ILT) Gruppe: Smarte Fabriksysteme beim Fraunhofer IOSB.


Dr. Julius Pfrommer

Dr.-Ing. Julius Pfrommer leitet am Fraunhofer IOSB die Forschungsgruppe für „Cyber-physische verteilte Systeme“. Daneben ist er der wissenschaftliche Leiter des Kompetenzzentrums für KI-Engineering (CC-KING) in Karlsruhe und hat einen Lehrauftrag für mathematische Methoden der künstlichen Intelligenz. Dr. Pfrommer ist einer der Gründer und Autoren der open62541 Open Source Implementierung von OPC UA mit mittlerweile über 150 Beitragenden.

Fraunhofer IOSB

Für das Fraunhofer IOSB sind Aufgaben rund um die produktionsnahe Informationstechnik schon immer wichtige FuE-Themen: von der Mess- und Regelungstechnik über Embedded Systems bis zu komplexen Leit- und MES-Systemen konzipiert, entwickelt und liefert das IOSB wegweisende Beiträge für die industrielle Anwendung.

Das Geschäftsfeld steht für funktionierende Systemlösungen auf allen Ebenen der industriellen Automatisierung mit der Vision eines durchgängigen Managements von Daten und Informationen. Speziell ausgerichtet auf die Anforderungen produzierender Unternehmen bieten wir folgende Leistungen an:

  • MES und Leittechnik: Spezifikation, Auswahl, Einführungsunterstützung und ggfs. Implementierung von Komponenten für MES und Leitsysteme
  • Künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen für Prozessindustrie und diskrete Fertigung: Konzeption, Spezifikation und Implementierung von KI und ML von der Datengewinnung über ML-Algorithmen bis zur Verarbeitung in der Edge-Cloud
  • Industrielles Internet der Dinge: Architekturkonzepte für IIoT-Plattformen und –Komponenten, Beratung bei der Spezifikation und Auswahl vom IIoT-Plattformen bis hin zur Spezifikation von IIoT-Datenmodellen, Modellierung von Assets, IDS-Konnektoren, Asset Administration Shell-Teilmodelle und Schnittstellen sowie Kapazitätsmarktplätze für Manufacturing as a Service
  • Industrielle Kommunikation: Unterstützung bei der Spezifikation und Implementierung von Middleware-Konzepten, Selbstbeschreibung von Komponenten mit AutomationML, Aufbau mechatronischer Bibliotheken, OPC UA-Server und -Clients sowie OPC UA über TSN. Mit unserem open62541-Toolset entwickeln kommerzielle Anbieter eigene OPC UA-Komponenten.
  • IT-Sicherheit in der Produktion: Beratung und Spezifikation von IT-Sicherheitslösungen; Analyse und Tests von Automatisierungskomponenten, OPC UA-Sicherheitslösungen, sichere Kommunikation auf dem Feldbus; maßgeschneiderte Trainings im Cyber-Sicherheitslabor
  • Industrielle Mensch-Maschine-Interaktion: Spezifikation, Auswahl und Einführung von Technologien zur industriellen Mensch-Technik-Interaktion für Maschinen, verkettete Anlagen und Handarbeitsplätze, z.B. Körperposenerkennung, Gesteninteraktion, Personenidentifikation und –tracking, Projektion von Benutzeroberflächen auf beliebige Objekte, etc.
          
Aufgrund der Erfahrung aus Automatisierungstechnik und Fertigungssteuerung gibt es am Markt eine Vielzahl von Anwendungen des Instituts, z.B. Produktionsleitsysteme in Rohbau, Lackierung und Montage der Daimler AG, Steuerungssysteme für Tieföfen der ThyssenKrupp Steel AG oder Kernkomponenten für marktführende Leitsysteme der Siemens AG.

Mit seinem standortübergreifenden Industrie 4.0-Demo-Produktionsnetzwerk (Karlsruhe, Ilmenau, Lemgo) verfügt das IOSB über eine einzigartige Testumgebung für dezentrale Automatisierung.

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