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Whitepaper Industrie 4.0

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Impressum eCl@ss e.V.

Konrad-Adenauer-Ufer 21

50668 Kln

info@eclass.de

+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)

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Robotik-Fotolia_79777098_L ( Patrick P. Palej) jpg

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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