Das dreidimensionale Referenzarchitekturmodell RAMI 4.0

Übersicht

Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 (RAMI 4.0)  

Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 (RAMI 4.0)

  • Das Referenzarchitekturmodell des Zukunftsprojekts Industrie 4.0 (RAMI 4.0) wurde auf der Hannover Messe 2015 vorgestellt.
  • Aufgrund seiner Komplexität und der ungewohnten dreidimensionalen Darstellung erweist sich die Verwendung von RAMI 4.0 teilweise als Herausforderung.

Anwendung

Automatisierungspyramide RAMI 4.0  

Für RAMI 4.0 erweiterte Automatisierungspyramide

Gemäß Glossar des Fachausschusses VDI/VDE-GMA 7.21 Industrie 4.0 ist ein Referenzmodell als Modell definiert, das allgemein genutzt wird und als zweckmäßig anerkannt ist, um spezifische Modelle abzuleiten.

In der Technik gibt es viele Beispiele. Am bekanntesten erweist sich das siebenschichtige ISO/OSI-Modell als Referenzmodell für Netzwerkprotokolle. Der Vorteil, der aus dem Einsatz solcher Modelle resultiert, liegt im gemeinsamen Verständnis für die von jeder Schicht erbrachten Funktionalität sowie den definierten Schnittstellen zwischen den Schichten.

Bei der Entwicklung von RAMI 4.0 stand die industrielle Produktion als Anwendungsbereich im Fokus. Das Spektrum reicht dabei von der diskreten Fertigung bis zur Prozesstechnik. Die Konzentration auf die industrielle Produktion grenzt das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 vom weiter gefassten IoT-Ansatz (Internet of Things) des Industrial Internet Consortiums (IIC) ab.

Lösung

Rollenbasierte Darstellung in RAMI 4.0  

Rollenbasierte Darstellung in RAMI 4.0

Das Architekturmodell erfordert eine dreidimensionale Darstellung. Auf den drei Achsen von RAMI 4.0 werden die Hierarchiestufen einer über das Internet vernetzten Fertigungsanlage, der Lebenszyklus von Anlagen und Produkten sowie die IT-Repräsentanz einer Industrie-4.0-Komponente beschrieben. Die Hierarchiestufen gleichen im Wesentlichen den Stufen der Automatisierungspyramide.

Die Beschreibung des Lebenszyklus von Anlagen und Produkten mit den entsprechenden Wertschöpfungsketten orientiert sich am Entwurf der IEC 62890, die zwischen Typ und Instanz unterscheidet. Im Entwicklungsprozess entsteht in mehreren Phasen der Typ eines Produkts. Er wird mit der Freigabe einer speziellen Produktversion abgeschlossen. Auf Basis des für die Serienproduktion freigegebenen Typs stellt die Anlage anschließend Produkte her, die Instanzen des Typs sind. Bauteilabkündigungen oder Verbesserungen können Änderungen an den Produkten erforderlich machen. Sie werden am Typ vorgenommen und nach Abschluss und Freigabe der Anpassung als neue Produktversion in die Fertigung eingesteuert.

Schon heute stehen die in den Prozessketten generierten Daten weitgehend in digitaler Form zur Verfügung. Danach werden sie in PLM- und ERP-Systemen verarbeitet. Die Herstellung individueller Produkte verlangt hier die Möglichkeit Daten, die der Kunden zur Fertigung seiner Instanzen an den Produzenten übergeben hat, in geeigneter Form elektronisch in den IT-Systemen bei den instanzbezogenen Daten zu speichern. Sie müssen über den gesamten Lebenszyklus der Instanz vorhanden und mit dem zugehörigen Typ verbunden sein.

Die IT-Repräsentanz einer Industrie-4.0-Komponente ist auf der senkrechten Achse anhand von sechs aufeinander gestapelten Schichten (Layer) visualisiert. Die Layer verdeutlichen die Sichtweise von Geschäftsprozessen, funktionalen Beschreibungen, Datenabbildern, des Kommunikationsverhaltens inklusive Quality of Service (QoS) sowie der Anbindung der Assets über einen Integration Layer. Neben den physischen Bestandteilen wie Komponenten, Maschinen, Anlagen oder Kabel umfasst der Asset Layer auch Daten aus dem Entwicklungsprozess.

Die bei der Produktion anfallenden und zum Teil kundenindividuellen Daten zur spezifischen Instanz sind ebenso als Asset zu betrachten. Durch die eindeutige Kennzeichnung aller Industrie-4.0-Komponenten bietet die Anordnung sämtlicher Assets einen erweiterten Spielraum für ein Asset Management. Ein solches Szenario vereinfacht darüber hinaus eine aus Gründen der IT-Sicherheit durchzuführende Bedrohungsanalyse der Fertigungsanlage.

Fazit

Viele Anwender stellen sich im Zusammenhang mit Industrie 4.0 die Frage, wo die etablierten industriellen Kommunikationssysteme einzuordnen sind und ob sich deren Rolle zukünftig verändern wird.

Dazu bleibt festzustellen, dass die Protokolle wie bisher Assets (z. B. Feldgeräte) über den Integration und Communication Layer (z. B. Profinet) verbinden. Mit der weiteren Verfeinerung der Industrie-4.0-Komponente und der zugehörigen Verwaltungsschale werden 2016 erste Implementierungen einer Industrie-4.0-konformen Kommunikation sowie eine Darstellung der Informationen entstehen und in Testapplikationen erprobt werden können.

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