Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0

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RAMI 4.0 ist ein dreidimensionales Schichtenmodell zur Darstellung des Industrie 4.0 Lösungsraumes. Es spannt mit den drei Achsen Produktlebenszyklus, funktionale Hierarchie und Architekturhierarchie einen Rahmen auf in den Industrie 4.0 Technologie systematisch eingeordnet und weiterentwickelt werden kann. Referenzarchitekturmodelle stellen eine essentielle Grundlage für eine Ordnungsstruktur und die Terminologie komplexer Technologien dar. Industrie 4.0 ist ein interdisziplinäres Themenfeld, in dem Normen und Standards sowie die zur Umsetzung notwendigen Technologien aus Maschinenbau, Elektronik, Elektrotechnik, Kommunikations- und Informationstechnik zusammengeführt werden müssen. Im September 2015 wurde hierzu von Mitgliedern der Plattform Industrie 4.0 das Projekt „DIN SPEC 91345 Referenzarchitektur Industrie 4.0“ gestartet. Im April 2016 wurde der technische Bericht hierzu veröffentlicht.

Dimensionen

Auf der rechten horizontalen Achse ist die Architekturhierarchie in Anlehnung an die Hierarchiestufen aus der IEC 62264, der internationalen Normenreihe über die Integration von Unternehmens-EDV und Leitsystemen, angeordnet. Sie dient der funktionalen Einordnung eines Anwendungsfalls in die formale Struktur technischer Assets. Im Einzelnen sind das die Produkte, die Betriebsmittel, gegliedert in ihre unterschiedlichen Funktionalitäten innerhalb einer Fabrik, sowie die miteinander vernetzte Welt außerhalb der Fabrik. Hierzu wurde die IEC um das Werkstück,

Dimensionsmodel

„Product“, und den Zugang in das Internet der Dinge und Dienste, „Connected World“, ergänzt, um die Industrie-4.0-Umgebung abzubilden [2]. Auf der linken horizontalen Achse ist die Zeitachse des Lebenszyklus abgebildet. Grundlage hierfür ist die IEC 62890 zum Life-Cycle Management. Die Eigenschaften eines technischen Assets können also je nach Phase des Lebenszyklus unterschiedlich sein. Eine Instanz ist vergleichbar mit einer Kopie des deklarierten Typs für einen speziellen Anwendungsfall mit spezifischen funktionellen Anforderungen. Mit Beginn der Fertigung eines Produkts werden dem digitalen Typ bei der Instanzdeklaration funktionale Eigenschaften zugewiesen. Auf der vertikalen Achse wird die funktionale Hierarchie eines technischen Assets abgebildet. Die Darstellung in Schichten stammt aus der Informations- und Kommunikationstechnologie. Dort ist es üblich, komplexe Produkte in Schichten aufzugliedern. Über der eigentlichen Asset-Schicht befindet sich zur Umsetzung einer virtuellen Repräsentation die Integrationsschicht. Sie sichert den Zugriff der Informationssysteme auf die Eigenschaften der physischen Assets. Die Kommunikationsschicht enthält Protokolle zur Übertragung von Daten und dient als Bindeglied zwischen der Integrationsschicht und Informationsschicht. Die Informationsschicht beinhaltet eine Beschreibung aller notwendigen funktionsbezogenen Daten und Dienste von technischen Assets sowie die Semantik als gemeinsame Sprache und ist damit Quelle und Ziel der zu übermittelnden Daten. Die Funktionsschicht enthält alle formal beschriebenen Funktionen und in der Geschäftsschicht ist der relevante Geschäftsprozess abgebildet. Mit Hilfe der sechs Schichten, sogenannten Layers, auf der vertikalen Achse des Modells wird die IT-Repräsentanz, das heißt das digitale Abbild von beispielsweise einer Maschine, strukturiert Schicht für Schicht beschrieben.

Normen und Standards

  • IEC PAS 63088:2017 Smart Manufacturing – Reference Architecture Model : Beschreibt eine Referenzarchitektur in Form eines kubischen Schichtmodells welche technische Objekte (Assets) in Schichten abbildet und es erlaubt diese über ihren Lebenszyklus zu beschreiben und zu verfolgen und technischen und organisatorischen Hierarchien zuzuordnen.
  • IEC 62890 Lebenszyklus & Wertschöpfungsketten : Life-cycle-Management von Systemen und Produkten der Mess-, Steuer- und Regelungstechnik der Industrie
  • IEC 62264 Hierarchielevel : Integration von Unternehmensführungs- und Leitsystemen – Teil 3: Aktivitätsmodelle für das Betriebsmanagement
  • IEC 61512 Hierarchielevel : Chargenorientierte Fahrweise – Teil 4: Aufzeichnungen zur Chargenproduktion

Die Nutzung von Merkmalen als Typen und Instanzen sind in dem IEC-Standard Digital Factory – IEC 62832 beschrieben. Die Definition zur Nutzung der Merkmalbeschreibung als Instanzbeschreibungen sind im Rahmen von IEC 61987 vorhanden.

Nachweise und Literatur

  • VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik: Statusbericht; Referenzarchitekturmodel Industrie 4.0 (RAMI 4.0). Düsseldorf: VDI e.V., April 2015
  • Umsetzungsstrategie Industrie 4.0: Ergebnisbericht der Plattform Industrie 4.0. Berlin: Bitkom, Frankfurt am Main: VDMA, ZVEI, April 2015
  • DIN SPEC 91345:2016-04 Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI4.0). Berlin: Beuth Verlag, April 2016

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