BaSys 4.0 die neue IoT Lösung für die smart Factory

28. August 2019 in code IT, IoT, Shopfloor 4.0

BaSys 4.0 – die neue IoT-Lösung für die Industrie

Die Begriffe „Digitalisierung“ und „Vernetzung“ sind heutzutage in aller Munde und machen auch vor der Industrie nicht halt. Ganz im Gegenteil: Sie sind ein wesentlicher Bestandteil der aktuellen vierten industriellen Revolution. BaSys, ein Open-Source-Eclipse-Projekt, stellt hierzu die zentrale Technologie.

In diesem Artikel geht es um die Verwendung von BaSys 4.0 im Unternehmen, am Beispiel des Smart-Factory-Beratungsprodukts „Shopfloor 4.0“. Nach der Erläuterung dieser Einsatzmöglichkeit wird die Arbeit von BaSys 4.0 in der Produktion technisch erläutert.

Wie machen BaSys 4.0 und Shopfloor 4.0 eine Factory smart?

Wir können bereits unseren eigenen Körper tracken, in einem Smart Home wohnen und unseren Kaffeeverbrauch planen. Da verwundert es niemanden, dass auch in der Industrie ein ebenso guter Überblick über Produkte und insbesondere ihren Fertigungsprozess verlangt wird. Das Fraunhofer IESE, NetApp und objective partner leisten dafür mit Shopfloor 4.0 und dem darin enthaltenen Einsatz von BaSys einen wichtigen Beitrag.

Die Ziele, die dank Shopfloor 4.0 erreichbar werden, sind unter anderem eine Optimierung der Produktion, die bessere Nachverfolgbarkeit und eine effizientere Vorgehensweise. Es wird möglich, sogar Einzelstücke ohne großen Aufwand zu produzieren und den gesamten Produktionsprozess kontinuierlich in der UI von Shopfloor 4.0 zu betrachten. Auch betriebswirtschaftlicher Daten aus SAP werden inkludiert.

Um das zu erreichen, sollen nun die verschiedenen Maschinen in der Produktion verbunden, digital gesteuert und überwacht werden. objective partner bietet mit Shopfloor 4.0 die Lösung, alle Maschinen zu verknüpfen und zusätzlich unter anderem eine direkte Verbindung zum Office-Floor herzustellen. Dabei werden auch bereits im Unternehmen eingesetzte SAP Prozesse angebunden.  BaSys stellt die Middleware für die Verknüpfung der einzelnen Maschinen dar.

Wie funktioniert BaSys, die neue IOT-Lösung für die Industrie?

Shopfloor 4.0 verfolgt durch BaSys ganz konkret den Ansatz des digitalen Zwillings, das heißt eines genauen digitalen Abbildes jedes Produktes, jeder Maschine und jedes anderen am Prozess beteiligten Elements. Dadurch wird zum Beispiel realisiert, automatisch und möglichst effizient Materialien zu bestellen und zu lagern, sowie Maschinen sich selbständig als Reaktion auf kleine Schwankungen in den Werkstoffen regeln zu lassen. Die digitalen Zwillinge werden in Shopfloor 4.0 übersichtlich dargestellt. So ermöglichen sie die flexible Anpassung und Überwachung der Details in Produkten und den an ihrem Herstellungsprozess beteiligten Komponenten.

Die Bezeichnung digitaler Zwilling ist im Kontext von BaSys im Allgemeinen synonym zu der „Asset Administration Shell“ (AAS), oder in Deutsch „Verwaltungsschale“, zu verstehen. Eine Verwaltungsschale umfasst mehrere „Teilmodelle“ („Submodels“), die die jeweiligen Informationen zu dem repräsentierten Objekt strukturiert darstellen. Diese Informationen können beispielsweise ein Bauplan für das zu fertigende Produkt, aktuelle Messdaten wie die Temperatur oder der Energieverbrauch sein.

Wie arbeitet BaSys in der Produktion?

Die in Shopfloor eingesetzte Middleware bildet das Open-Source Eclipse-Projekt „BaSyx“ des Fraunhofer-IESE (Institut für Experimentelles Software Engineering), das die konzeptionelle Idee des Projektes BaSys umsetzt. Die Abbildung zeigt stark vereinfacht die wichtigsten Komponenten von  BaSyx und deren Verbindung zu den Elementen des Produktionsprozesses. Aufbauend auf und als Erweiterung dieser Architektur steht das System Shopfloor 4.0.

 

Die Funktionsweise von Basys im industriellen Umfeld
Abbildung 1- Übersicht der Umgebung und Komponenten von BaSys

Ganz unten stehen die realen Entitäten, also beispielsweise Arbeiter, Maschinen und Materialien. Diese werden in BaSyx in einer Verwaltungsschale, also einem digitalen Zwilling mit ihren Eigenschaften und Informationen in Form von Teilmodellen, abgebildet. In jedem Teilmodell selbst kann wiederum eine Reihe verschiedener Attribute mit zugeordneten Werten bestehen.

Der Vorteil der AAS ist die vereinheitlichte, analoge Darstellung. Diese übergreift Geräte und Hersteller und ist somit in jedem Unternehmen einsetzbar. Die Granulierung kann dennoch individuell durch die Submodels festgelegt werden.

Die einzelnen Verwaltungsschalen registrieren sich in einem „Directory“ in dem sie über einen „Discovery“-Service schnell und einfach wiedergefunden werden können.

All diese Elemente sind an den „Virtual Automation Bus“ (VAB) angebunden. Der VAB stellt die zentrale Kommunikationsmöglichkeit dar. Er ermöglicht zusätzlich den Anschluss von beispielsweise Application Runtime Environments für die Steuerung über BPMN.

Die interne Kommunikation über den VAB geschieht mittels HTTP-REST. Der große Vorteil des Virtual Automation Bus ist, dass der Übersetzungsaufwand für den Austausch zwischen verschiedenen Protokollen deutlich reduziert wird. In jedem Fall muss es nur ein Mapping des jeweiligen Protokolls nach HTTP und eins für die Gegenrichtung geben, statt eine direkte Übersetzung von jedem einzelnen zu jedem anderen Protokoll. Dabei fokussiert sich BaSyx auf die elementaren Operationen create, read, update, delete und invoke.

Wie kann man das Eclipse-Projekt BaSyx nutzen?

Da BaSyx ein Open-Source Projekt ist, kann sich jeder den Code aus dem Git-Repository klonen (git clone https://git.eclipse.org/r/basyx/basyx). Im Wesentlichen gibt es drei Teile: SDK, Komponenten und Beispiele. Die SDK gibt es für verschiedene Programmiersprachen, die Komponenten und Beispiele sind aktuell nur für Java verfügbar.

In der SDK sind alle wichtigen Elemente wie die Verwaltungsschalen, Submodels und das Directory zu finden. Außerdem auch „Connectors“, um die Elemente an den VAB anzuschließen.
In Components sind einige weitere vorgefertigte nützliche Bausteine, wie zum Beispiel Grundlagen für die Verwendung von SQL und XML.
Die Beispiele schließlich bieten in vielen Punkten eine sehr gute Orientierung für die konkrete Implementierung eines Systems.

Was macht objective partner mit BaSys?

Unser Ziel ist es, zusammen mit dem Fraunhofer-IESE und NetApp ein fertiges System, namentlich Shopfloor 4.0, anzubieten, welches die einfache Realisierung einer Industrie 4.0 im eigenen Betrieb ermöglicht. Mit diesem System schreitet der eigene Betrieb einen wichtigen Schritt im Bereich der Digitalisierung voran.

objective partner wird die Implementierung von Shopfloor 4.0, basierend auf BaSyx, für bestimmte Kunden bereitstellen. Wir werden auch für die Integration der von uns entwickelten Komponenten mit den Komponenten und Maschinen, die die Kunden in Betrieb haben, zuständig sein. Doch nicht nur die Entwicklung von verschiedenen Standardkomponenten, wie der „Asset Administration Shell“ für die Maschinen, sondern auch von spezifischen konfigurierbaren Komponenten, wie Front-End Anwendungen und die Anbindung von neuen und schon eingesetzten SAP Systemen, werden der Beitrag von objective partner für die Industrie 4.0 sein.

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