Smarte Serviceplattform für elektrische Antriebssysteme

Im Zuge der fortschreitenden Digitalisierung und Automatisierung in der Industrie 4.0 ist die Nachfrage nach intelligenten, effizienten, kostengünstigen und umweltverträglichen Antriebslösungen rapide gestiegen. Vor allem Daten werden zunehmend als Instrument genutzt, um einen kundenspezifischen und zielgruppengerechten Nutzen sowie ökologische und soziale Mehrwerte zu generieren. Digital gesteuerte und vernetzte elektrische Antriebe sind durch die Verbindung von Kommunikation und Aktorik zur zentralen Schnittstelle zwischen der realen und digitalen Welt geworden und sind in vielen industriellen Anwendungen wie dem Maschinenbau, der Produktion und der Logistik nahezu unersetzbar.

Bislang ist es jedoch nur durch hohen Aufwand möglich, Antriebe unterschiedlicher Hersteller sinnvoll datentechnisch zu kombinieren und ihr gesamtes Nutzenpotenzial zu entfalten. Durch die Etablierung eines interoperablen Zugriffs auf Informationen und Funktionen für Antriebshersteller, Maschinen- und Anlagenhersteller sowie Maschinen- und Anlagenbetreiber lassen sich neue zukunftsweisende Use Cases entwickeln und bisherige Geschäftsmodelle revolutionieren.

Für die Verwirklichung der Vision eines »Antriebs 4.0« ist neben der technischen bzw. datenbasierten Evolution auch die Etablierung eines angemessenen digitalen Ökosystems erforderlich. Daher stellt die Integration verschiedener Akteure und Objekte innerhalb des Ökosystems einen wichtigen Treiber für eine ganzheitliche Digitalisierung der Produktion und die Schaffung neuer Wertschöpfungspotenziale durch zukunftsweisende datenbasierte Services dar.  

Dazu wurde im Projekt Antrieb 4.0 ein föderierter Datenraum erarbeitet, der neben einer zentralen Komponente (Einstiegspunkt für Nutzer, Daten- und Servicekatalog) durch vollständig dezentrale Datenhaltung beim jeweiligen Data Owner (Betreiber, Anlagen- und Antriebshersteller) in Verbindung mit feingranularer Rechteverwaltung die Datenhoheit der Beteiligten bereits ab der Konzeptionsphase des Datenraums mitdenkt. Die Daten selbst verbleiben bei den jeweiligen Beteiligten. Im Datenraum werden lediglich Metadaten und Links zum eigentlichen Datensatz frei ausgetauscht; die Zugriffsberechtigungen werden dezentral verwaltet. Im Projekt wurden dabei antriebsseitig dynamische Daten und (statische) Typverwaltungsschalen (englisch: Asset Administration Shell, AAS) der lokalen Antriebe, Verwaltungsschalen der Anlagenbauer und die der Antriebshersteller mit einer gemeinsamen Semantik beschrieben und in den Datenraum eingebunden, sodass herstellerunabhängige Services diese nutzen können. Ein solcher Service kann beispielsweise ein Tool zur energieeffizienten Auslegung von Antrieben sein.

1. Demonstrator 

Ein Reallabor-Demonstrator mit horizontaler und vertikaler Vernetzung und einem modularen Hardwarekonzept, welches an verschiedenen Standorten kooperativ betrieben wird, ermöglichte es, die mehrwertstiftenden Use Cases und smarten Services erlebbar zu machen. Der Demonstrator zeigt nun Wege einer vertikalen Vernetzung vom Feld über die Edge in die Cloud mit Zugriffsberechtigungen für die verschiedenen Akteure auf. Zunächst kann sich der Anlagenbetreiber an der Edge einloggen und den Motor über den OPC UA-Client eines bestimmten Antriebssystems zu einem gewünschten Zeitpunkt starten und stoppen. In dieser Zeit werden wichtige Daten des Motors im Feld generiert und ausschließlich lokal in der Datenbank der Edge gespeichert. Dort verbleiben die Daten auch im weiteren Verlauf, und der Anlagenbetreiber behält zu jedem Zeitpunkt die Datensouveränität. Darauf aufbauend, können die generierten Daten nun über den Datenraum »Antrieb 4.0« weiteren berechtigten Instanzen für eine definierte Nutzungsart- und -dauer zur Verfügung gestellt werden. Mit einer entsprechenden Authentifizierung an der Cloud kann sich beispielsweise der Antriebshersteller im Datenraum einloggen. Dort erhält er Zugriff auf die Daten der in der Anlage verbauten Antriebe und Komponenten, die während des Betriebs gesammelt wurden. Somit kann er Rückschlüsse auf den Energieverbrauch, die Energieeffizienz und mögliche Optimierungspotenziale aus der Anlage ziehen. Der physische Demonstrator zeigt Antriebssysteme verschiedener Hersteller, die standortübergreifend miteinander kommunizieren können.

Zum Demonstrator-Überblick

2. Veröffentlichungen

Im Projekt sind unterschiedlichste Whitepaper, Studien und Werkzeuge entstanden, in denen die einzelnen Forschungsfragen vertieft beschrieben werden. Zum Projektende werden sie nun kostenfrei zur Verfügung gestellt:

Whitepaper: Antrieb für datengetriebene Wertschöpfung

Geschäftsmodelle, Mehrwertservices und Handlungsempfehlungen aus dem Reallabor Antrieb 4.0

Zur Veröffentlichung

Studie: Vom Maschinenraum in den Datenraum

Eine Machbarkeits- und Umsetzungsstudie zu Architektur und Implementierungen interoperabler Antriebssysteme in einem föderierten Datenökosystem

Zur Veröffentlichung

Handbuch: Toolbox Antrieb 4.0

Erfahrungen und Werkzeuge zur Gestaltung datengetriebener Wertschöpfung 

Zur Veröffentlichung