Referenzarchitektur für Industrie 4.0 harmonisiert: Forschungsprojekt PERFoRM

In Kürze

Im EU-Forschungsprojekt arbeitete das Fraunhofer IPA an einer offenen Plattform mit, die die Umsetzung von Industrie-4.0-Anwendungen gewährleistet. Sie stellt sicher, dass Produktionssysteme miteinander interagieren können und dadurch flexibler und rekonfigurierbarer werden.

Das Fraunhofer IPA trug im Wesentlichen dazu bei, die Referenzarchitektur der PERFoRM-Plattform zu formulieren und diese mit den geeigneten Technologien auszustatten. Dabei deckten die Forscher Lücken in den Technologien auf, die nun bei der Verbesserung von Standards berücksichtigt werden.
 

Im Detail

Das EU-Projekt PERFoRM zielt darauf ab, die Produktionsprozesse flexibler und rekonfigurierbarer zu machen. Das ist notwendig, weil immer mehr maßgeschneiderte Produkte nachgefragt werden, die möglichst günstig und schnell produziert werden sollen. Dafür ist es wichtig, cyberphysische Systeme (CPS) in Bezug auf diese Anforderungen weiter zu erforschen.

Die Projektmitarbeiter entwickelten eine Plattform mit einer Referenzarchitektur, die harmonisiert vier Use Cases abdeckt und alle beteiligten Systeme einschließt (Bild1). Auf der Plattform können dann die Produktionssysteme, Geräte, Roboter, Maschinen und Produktionsanwendungen schnell und mit geringem Aufwand über eine Vermittlungsinstanz verknüpft werden. Diese sogenannte Middleware konsolidiert die Daten und bringt sie auf ein Kommunikationsformat, sodass alle Systeme miteinander kommunizieren können. Dafür sind geeignete Standardschnittstellen notwendig, die das Fraunhofer IPA mit dem Konsortium untersucht und definiert hat.

© PERFoRM

Diese Referenzarchitektur von PERFoRM löst die klassische Automatisierungspyramide ab und steigert die Flexibilität durch Vernetzung verschiedener, unabhängiger Produktionssysteme. Sie wurde auf Basis vier unterschiedlicher Use Cases zu einem harmonisierten Architektur-Ansatz entwickelt.

Analyse eingesetzter Technologien für CPS

Zusammen mit den Konsortialpartnern hat das Fraunhofer IPA die Vision eines flexiblen, rekonfigurierbaren Produktionssystems erarbeitet und auf der technologischen Ebene analysiert. Das schwierigste am Projekt ist es, die Konformität zwischen heterogenen Produktionssystemen und deren Technologien herzustellen. Um Informationen aus unterschiedlichen Datenquellen zu extrahieren, haben die Forscher z.B. Plug-and-Produce-Methoden angewendet und harmonisiert.

Die Technologieanalyse wurde als Leitfaden für die Use Cases angewendet und deckte dabei die technologischen Lücken auf. Diese Erkenntnisse lieferten die Grundlage für unsere Standardisierungsaktivitäten.
 

Fehlende Standards aufgedeckt

Durch fehlende Standards in Industrie 4.0 ist es schwierig, die Konformität zwischen heterogenen Systemen zu erreichen. Standards sollen helfen, CPS schneller und besser miteinander zu verknüpfen. Das Fraunhofer IPA untersuchte deshalb alle Elemente, die bei Produktionssystemen vereinheitlicht und standardisiert werden müssen. Das sind sowohl Technologien, wie z.B. Kommunikationstechnologien, Devices oder Services als auch Konzepte wie etwa Migrationskonzepte oder die Rolle des Menschen in Industrie 4.0 (Bild 2). Die Forscher ermittelten, welche Standards es bereits gibt und sammelten Lücken, die noch geschlossen werden müssen.

© Fraunhofer IPA

Diese Elemente zur Standardisierung wurden im PERFoRM-Projekt fokussiert und Lücken aufgedeckt.

Ein primäres Ziel dabei war es, nicht nur die fehlenden Standards aufzudecken, sondern die relevanten Standardisierungsgremien auf Handlungsbedarf im Bereich Industrie 4.0 aufmerksam zu machen. Die Standardisierungsorganisationen wie DIN, ISO oder IEC, können sich auf diese Informationen nun berufen und arbeiten mit dem Fraunhofer IPA weiter an der Standardisierung für Industrie 4.0 zusammen.

Um den schnellen und einfachen Transfer von Forschungsergebnissen auf den europäischen und internationalen Markt zu ermöglichen, setzte PERFoRM auf den RAMI4.0-Standard. In Bild 3 sieht man wie die angewendeten Technologien auf unterschiedlichen Architekturebenen eingesetzt wurden.

© A. W. Colombo, M. Gepp, J. Barata, P. Leitao, J. Barbosa and J. Wermann. 2018. Digitalized and Harmonized Industrial Production Systems. The PERFoRM Approach.

PERFoRM Technologie-Framework.