07.05.2015

Industrie 4.0:

Das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (Rami 4.0)

Auf der Hannover Messe war das Referenzarchitekturmodell der Industrie 4.0 eines der wichtigen Themen. Es bildet die verschiedenen Perspektiven der unterschiedlichen Nutzen in einer dreidimensionalen Darstellung ab und soll als Basis eines gemeinsamen Verständnisses und einer gemeinsamen Sprache dienen. Wie es genau aussieht und wie es angewendet werden kann, damit befasst sich der folgende Beitrag.

Autor: Martin Hankel, Bosch Rexroth


Bereits in den 'Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0' aus dem Jahr 2013 wurde es als Herausforderung beschrieben, "die 'Weltbilder' der Disziplinen

• Produktionstechnik, Maschinenbau, Verfahrenstechnik

• Automatisierungstechnik

• Informatik und Internet

zusammenzubringen und eine gemeinsame Sichtweise zu entwickeln." Dieser Herausforderung hat sich die Verbändeplattform Industrie 4.0 gestellt. Herausgekommen ist das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0, kurz Rami 4.0, bestehend aus einem dreidimensionalen Koordinatensystem, das die wesentlichen Aspekte von Industrie 4.0 beinhaltet. Die drei Achsen bilden alle wesentlichen Aspekte von Industrie 4.0 ab. Sie ermöglichen es, einen Gegenstand wie beispielsweise eine Maschine im Modell einzuordnen. So können mit dem Rami 4.0 hoch flexible Industrie-4.0-Konzepte beschrieben und umgesetzt werden. Frei nach der Devise 'Ein Bild sagt mehr als 1.000 Worte' können die Akteure der Industrie 4.0 nun erstmals anhand eines Modells darüber sprechen, an welchen Stellen bestehende Standards genutzt bzw. fehlende Standards erarbeitet werden müssen. Komplexe Zusammenhänge können so in kleinere, überschaubare Pakete aufgegliedert werden. Die Beschreibung des Models basiert im Wesentlichen auf einer Veröffentlichung des ZVEI (ZVEI-Faktenblatt Industrie 4.0: Das Referenzarchitekturmodell Rami 4.0). Autor des Papers ist Martin Hankel (Bosch Rexroth). Das Dokument ist zur Hannover Messe erschienen und steht auf der Webseite des Verbandes zum kostenlosen Download bereit.

Beschreibung des Rami-3D-Modells

Die Achse 'Hierarchy Levels': Auf der rechten horizontalen Achse sind die Hierarchiestufen aus der IEC62264, der internationalen Normenreihe über die Integration von Unternehmens-EDV und Leitsystemen, angeordnet. Diese Hierarchiestufen stellen die unterschiedlichen Funktionalitäten innerhalb der Fabrik oder der Anlage dar. Die Funktionalitäten wurden um das Werkstück (Product) und den Zugang in das Internet der Dinge und Dienste (Connected World) ergänzt, um die Industrie-4.0-Umgebung abzubilden.

Die Achse 'Life Cycle & Value Stream': Die linke horizontale Achse stellt den Lebenszyklus von Anlagen und Produkten dar. Grundlage hierfür ist die IEC62890 zum Life-Cycle-Management. Unterschieden wird zusätzlich zwischen Typ und Instanz. Aus einem 'Typ' wird eine 'Instanz', wenn die Entwicklung und Prototypenfertigung abgeschlossen ist und in der Fertigung das eigentliche Produkt hergestellt wird.

Die Achse 'Layers': Mithilfe der sechs Schichten, sogenannten Layers, auf der vertikalen Achse des Modells wird die IT-Repräsentanz, das heißt das digitale Abbild von beispielsweise einer Maschine Schicht für Schicht beschrieben.

Der Nutzen von Rami 4.0

Das Modell vereint die unterschiedlichen Nutzerperspektiven und schafft ein gemeinsames Verständnis für Industrie-4.0-Technologien. Anhand von Rami 4.0 können die Anforderungen der Anwenderbranchen - von der Fertigungsautomatisierung über den Maschinenbau bis hin zur Verfahrenstechnik - in den entsprechenden Gremien der Verbände und Normungsgremien diskutiert werden. Das Modell schafft so ein gemeinsames Verständnis für Standards, Normen und praktische Fallstudien. Rami 4.0 ist eine Art 3D-Landkarte für Industrie-4.0-Lösungen: Das Modell gibt eine Orientierung, auf der die Anforderungen der Anwenderindustrien gemeinsam mit national und international vorhandenen Standards aufgetragen werden, um Industrie 4.0 zu definieren und weiterzuentwickeln. Überschneidungen und Lücken in der Standardisierung werden auf diese Weise sichtbar und können geschlossen werden.

Nächste Schritte

Mit dem Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 ist die Basis für weitere Arbeitsschritte geschaffen. Diese sind beispielsweise:

Identifikation: Die Identifikation ist eine notwendige Voraussetzung dafür, dass sich Dinge selbstständig in der vernetzten Produktion finden können. Hier existieren bisher unterschiedliche Standards und Normen. Eine einheitliche Lösung muss gefunden werden.

Semantik: Um die Kommunikation zwischen Maschinen oder Werkstücken und Maschinen zu ermöglichen, ist ein herstellerübergreifender Datenaustausch notwendig. Dafür wird eine einheitliche Semantik inklusive Syntax für die Daten benötigt.

Quality of Services: Wichtige Dienste wie Zeitsynchronisation, Echtzeitfähigkeit oder Ausfallsicherheit von Industrie 4.0-Komponenten müssen definiert werden.

Industrie-4.0-Kommunikation: Kommunikationsverbindungen und Protokolle gibt es bereits viele. Bekannte Beispiele sind Ethernet-basierte Feldbusse oder OPC-UA. Es muss geprüft werden, ob sie sich für Industrie-4.0-Kommunikation eignen. Überschneidungen werden dabei sichtbar, Vorzugsprotokolle definiert und eventuelle Lücken geschlossen. (kbn)

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