Die Industrial Internet Reference Architetecture des Industrial Internet Consortium. 
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Die Industrial Internet Reference Architetecture des Industrial Internet Consortium. -Bild: Produktion/IIC

Die Industrial Internet Reference Architecture (IIRA) des IIC für das Internet of Things besteht aus drei Teilen. Der erste Teil ist ein Set aus Eigenschaften des Schlüsselsystems (Key System Characteristics), die beachtet werden müssen. Dazu gehören Erwartungen an Datenschutz, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit, Benutzerfreundlichkeit, Wartbarkeit, Übertragbarkeit und Zusammensetzbarkeit.

Der zweite Teil ist ein Set aus Gesichtspunkten (Viewpoints), das Diskussionen von verschiedenen Sichtweisen ermöglicht. Dazu gehören der Gesichtspunkt Geschäft (Business), Systemnutzung (System Usage), Funktionselemente (Functional Components) und Umsetzung (Implementation). Der dritte Teil ist ein Set aus Anliegen des Schlüsselsystems (Key Systems Concers), die das ganze System überspannen. Diese hängen mit den Eigenschaften des Schlüsselsystems zusammen.

Die Eigenschaften des Schlüsselsystems des Industrial Internet werden an drei Stellen adressiert. Zunächst muss es einen Kontext (Context) geben, in den das System passt. Als zweites existiert eine derzeitige Konstruktion, von der Konzeption bis zur Anwendung. Dritter Punkt ist die Zusicherung, dass das System die versprochene Leistung liefert. Dies umfasst sowohl Tests und Validierung als auch Demonstrationen der Konformität und des Konstruktionsprozesses.

An der Spitze des IIRA befinden sich die Anliegen Gefahrlosigkeit, Sicherheit und Widerstandsfähigkeit

An der Spitze dieser Punkte sind multiple Key System Characteristics, dargestellt als Schichten. Von diesen fungieren drei als Schlüssel für die Diskussion über Industrial Internet Systems, weil sie entscheidend für die Absicherung der Kernfunktionen, vielmehr der Effizienz dieser Funktionen des Systems, sind:

Gefahrlosigkeit (Safety): Der Zustand des Betriebssystems, der keine unakzeptablen Risiken wie körperliche Verletzungen oder Gesundheitsschäden als Ergebnis eines Schadens an Eigentum oder Umwelt verursacht.

Sicherheit (Security): Der Zustand des Betriebssystems, der keinen unerlaubten oder unbeabsichtigten Zugang erlaubt, Veränderungen oder Zerstörung des Systems, der Daten und der Informationen.

Widerstandsfähigkeit (Resilience): Der Zustand des Systems, der in der Lage ist, widrige Bedingungen zu vermeiden, abzudämpfen und zu managen, während festgelegte Aufträge abgeschlossen werden, und die betriebliche Leistungsfähigkeit nach Unfällen wiederherzustellen.

Die Key Systems Concerns sind Anliegen, die nicht einem bestimmten Gesichtspunkt oder einem Funktionsgebiet zugeordnet werden können. Um diese Anliegen zu adressieren, ist eine konsistente Analyse über Gesichtspunkte und aufeinander abgestimmte Systemeigenschaften erforderlich.

Die Referenzarchitektur für Industrie 4.0 der erweiterten deutschen Plattform Industrie 4.0: RAMI 4.0

Das Referenzarchitekturmodell der Plattform Industrie 4.0 soll alle wesentlichen Aspekte von Industrie 4.0 abdecken. Für die Einordnung innerhalb einer Fabrik orientiert sie sich an der internationalen Normenreihen IEC 62264 und IEC 61512. Das RAMI 4.0 genannte Modell erstreckt sich über drei Dimensionen: Hierarchy Levels, Life Cycle & Value Stream und Layers.

In den Hierarchiestufen (Hierachy Levels) sind die Ebenen der bisher verbreiteten Automatisierungspyramide wiederzufinden. Ergänzt wurden sie um die Stufe des Produkts beziehungsweise Werkstücks und über die Fabrik hinaus um die ‘Connected World’.

Im Life Cycle & Value Stream berücksichtigt RAMI 4.0 erstmals die Dimension der Lebenszyklen von Anlagen und Produkten. Denn die I4.0-Kommunikation betrifft nicht nur die Gegenwart, man kann auch in die Vergangenheit schauen. Beispielsweise entstehen bei der Entwicklung einer Industrie 4.0-Komponente Maße und CAD-Werte. Diese Daten über den Lebenszyklus dieses Produktes sind in der Verwaltungsschale der Komponente abgespeichert. RAMI 4.0 besitzt daher eine Achse, die den gesamten Lebenszyklus eines Produktes beschreibt.

Dabei wird das betrachtete Produkt zunächst als neuer Typ (Type) entwickelt. In der Serienproduktion erhält jedes hergestellte Produkt dann eine Seriennummer und fungiert als Instanz (Instance) zu dem einmal entwickelten Produkt.

Die Industrie 4.0-Komponente ist das Grundkonzept zur Nutzung der durch die Vernetzung verfügbaren Informationen. Sie besteht aus dem realen Asset und einer virtuellen Verwaltungsschale, die als unabhängiges Daten-Objekt ausgeführt wird. Diese Verwaltungsschale muss nicht notwendigerweise im Asset selbst liegen, sondern kann als virtuelles Objekt vorliegen.

Der Zugriff auf die darin enthaltenen Daten und Funktionen soll nach dem Prinzip ‘Separation of Concerns’ gestaltet werden, sodass eine Beeinflussung von für die Fertigung kritischen Abläufen nach dem Stand der Technik ausgeschlossen werden kann. Die Fähigkeit, diesen Kernbereich störungsfrei zu erhalten, selbst wenn die ‘äußere’ Vernetzung Störungen unterliegt, wird als kapselfähig bezeichnet und ist auch für die Migrationsfähigkeit hilfreich.

Durch die Definition standardisierter Semantiken können Industrie 4.0-Komponenten untereinander kommunizieren. Dabei ist auch eine Schachtelung der Industrie 4.0-Komponenten erlaubt, die es erlaubt, Funktionsblöcke zu definieren. Dabei können solche Funktionsblöcke aus Industrie 4.0-Komponenten und herkömmlichen Komponenten bestehen. Der gesamte Block wird nach außen durch eine gemeinsame Verwaltungsschale repräsentiert.

Gunnar Knüpffer