Der Traum eines digitalen Labels oder auch Typenschildes genannt, existiert schon länger, auf der Suche nach einer global gültigen Methodik, wird schnell erkennbar, dass für eine erfolgreiche Umsetzung, noch zahlreiche Hürden zu meistern sind.
Digitales Typenschild – Traum oder schon Realität?
Die Vision des Digitalen Typenschildes
Aktuell gibt es zwei Normungsprojekte zum Digitalen Typenschild.
1. Projekt: Digital Product Passport
Der digitale Produkt-Ausweis, genannt DPP (Digital Product Passport). Ziel ist es, mehr Daten in den maschinenlesbaren Codes (2D-Barcodes oder RFID) unterzubringen, anstatt diese auch in menschlich lesbarer Schrift anzudrucken.
Das Projekt ist von Herstellern explosionsgeschützter Produkte initiiert. Der Grund dafür: die zunehmenden Kennzeichnungsanforderungen für den Explosionsschutz nimmt auf den Typenschilder zu viel Platz in Anspruch. Zudem werden diese Daten auch elektronisch benötigt.
Der Vorteil dieser Variante ist, dass Daten offline ausgelesen werden können. Andererseits ist der Platz auch in einem 2D-Code beschränkt. Alternative Datenträger wie RFID, oder die Speicherung solcher Daten in der Firmware des Produktes, erfordern wiederum spezielles Equipment.
2. Projekt: Produktidentifikation über URI
Das digitale Typenschild als Produktidentifikation ist das zweite Normungsprojekt. Dabei enthält der 2D-Code lediglich einen Identifizierungslink (URI – Unique Ressource Identifier) der auf eine Produktseite verweist. Auf dieser Seite sind alle Informationen zum Produkt und Services für die verschiedenen Stakeholder in zugewiesenen Kategorien abgelegt.
Aufbau des Identifizierungslink (URI)
Der Aufbau der URI (Unique Ressource Identifier) kann frei gewählt werden, muss aber weltweit eindeutig sein! Die «Open Industry 4.0 Alliance» empfiehlt die URI in folgender Form:
<HerstellerUrl/typ/BestellNr/SerialNr>
Darstellung auf dem Typenschild
Der 2D-Code (Datamatrix oder QR-Code) und das RFID-Symbol, werden von einem Rechteck umrandet. Die untere Ecke rechts auf dem Rechteck ist dreiecksförmig und schwarz auszufüllen. Die genauen Parameter bezüglich Code-Einstellungen, Ruhezone, Linienstärke etc. sind in der DIN SPEC 91406 genauer beschrieben.
DIN SPEC 91406
Sie wollen einen Blick in die DIN SPEC 91406 werfen?
Warum braucht es überhaupt Digitale Typenschilder?
Wer sich mit der Kennzeichnung von Produkten befasst, stellt schnell fest, dass nie genügend Platz auf dem Etikett vorhanden ist, um alle Anspruchsgruppen von Informationen zufrieden zu stellen. Deshalb verfolgen viele Kennzeichnungsverantwortliche den Minimal-Ansatz. Dieser beschränkt sich auf die Identifizierung, Rückverfolgbarkeit und andere zwingend erforderliche Angaben.
Auch mit dem digitalen Typenschild verändert sich die bisherigen Produkte-Kennzeichnungen nicht drastisch. Dahingegen können nun alle Stakeholder, die bisher auf ihre Informationen auf dem Label verzichten mussten, mit dem digitalen Typenschild bedient werden.
Was haben Klimaziele mit dem Digitalen Typenschild zu tun?
Unter dem Konzept “Europäischer Grüner Deal” will die Europäische Union der erste klimaneutrale Kontinent werden und bis 2050 keine Netto-Treibhausgase mehr ausstossen. Um dieses ehrgeizige Ziel zu erreichen, werden in den nächsten Jahren neue Verordnungen erlassen, die unter anderem auch die Kennzeichnung betreffen.
Beispielsweise ist hier der Entwurf der Ökodesign-Verordnung zu nennen. In Artikel 8 findet man die Anforderungen, der Informationsbereitstellung in Verbindung mit dem digitalen Produktpass. Weiterführend hat die Europäischen Kommission, in ihrer Mitteilung vom 11.03.2020, “Ein neuer Aktionsplan für die Kreislaufwirtschaft | Für ein saubereres und wettbewerbsfähigeres Europa” angekündigt.
In der Mitteilung nennt die EU ihre Absicht, unter anderem den CO2-Fussabdruck von Produkten, zu regulieren, sowie das Potenzial der Digitalisierung von Produktinformationen, mit Lösungen wie digitale Produktpässe, Markierungen und Wasserzeichen zu nutzen.
Industrie 4.0
Die Idee von Industrie 4.0 haben sicherlich die meisten verstanden. Wo aber beginnen Sie mit der Umsetzung und welche Voraussetzungen müssen Sie schaffen, bevor an eine Umsetzung überhaupt zu denken ist?
Hier liefert das Digitale Typenschild ein wichtiges Teil vom Puzzle: Mit der standardisierten Digitalisierung von Produktdaten bildet man die Basis, um Informationen über das Produkt und seinen Lebenszyklus eindeutig zuzuweisen. Mit der Verwaltungsschale (engl. AAS Asset Administration Shell), einem Konzept der Plattform «Industrie 4.0» und weiteren Industrieverbänden (VDMA, ZVEI) soll ein maschineninterpretierbares Informationsmodell geschaffen werden, sowie die Realisierung eines digitalen Zwilling Ihres Produktes.
Der Nutzen des Digitalen Typenschildes, mit der Erweiterung von Informationen, zum Produkt an eine URL geknüpft mag zwar überzeugen, jedoch ist zu bezweifeln, ob dieses Nutzenversprechen ausreicht, um industrieübergreifend angewandt zu werden. – Genau hier setzt die Verwaltungsschale an und bringt zusätzlichen Nutzen, indem sie die Struktur für die digitalen Informationen vorgibt.
Die VWS kann alle Informationen zu einem Asset, wie Merkmale, Zustände, Parameter, Messdaten und Funktionen beschreiben. Diese Informationen können in Teilmodellen organisiert werden und es ist möglich, mehrere Assets in einer einzigen VWS zu verwalten. Damit lassen sich Produkte, mit einer Stückliste oder ein ganzes System mit Subsystemen in einer VWS charakterisieren.
Das Modell der VWS ist die Schlüsseltechnologie, um Produkte IoT fähig (I4.0-Komponente) zu machen und den Digitalen Zwilling für die Industrie 4.0 zu realisieren. Die VWS ist auch im Referenzarchitekturmodell für Industrie 4.0 (RAMI 4.0), im untersten Layer berücksichtigt und stellt damit das Fundament der ganzen Referenzarchitektur dar.
Aufbau der Verwaltungsschale
Der Header einer VWS beinhaltet das Manifest und den Komponenten-Manager um die Verwaltungsschale als Ganzes, seiner Assets sowie deren Unterkomponenten zu verwalten.
Das Manifest
Das Manifest ist als Inhaltsverzeichnis der VWS zu verstehen und beinhaltet zusätzlich:
- die Identifikation der Verwaltungsschale (AAS ID*)
- die Identifikation des Assets (Asset ID*)
- den Kurznamen
Der Komponenten-Manager (KM)
Der KM steuert die Identifikation und Adressierung innerhalb der Verwaltungsschale und sichert die Verbindung zu den Diensten, die auf die Verwaltungsschale zugreifen.
Das Digitale Typenschild als Teilmodell
Die «Nameplate», also das Digitale Typenschild, ist ein Teilmodell der Verwaltungsschale. In diesem Teilmodell sind die Angaben vom physischen Typenschild in digitaler Form verfügbar. Weitere Submodelle (SM) für Dokumente, Services, Identifizierung und Nachhaltigkeit können ergänzt werden. Die Submodelle für «Namplate», «Document» und «Identification» sind immer in einer Verwaltungsschale vorhanden. Je nach Bedarf, lassen sich weitere Teilmodelle anhängen.
Interoperabilität dank ECLASS
Damit Merkmale von Verwaltungsschalen interoperabel zwischen verschiedenen Systemen austauschbar sind, müssen die Merkmale wie beispielsweise Herstellername, Artikelnummer, Seriennummer usw. eine standardisierte Referenz bekommen, damit sie auch von allen Systemen richtig interpretiert werden. Eclass ist eine Bibliothek und beinhaltet ein Klassifikationssystem für Warengruppen und deren Merkmale. Systeme die Eclass-Referenzen, genauer gesagt die IRDI (International Registration Data Identifier), von Merkmalen verstehen, sind fähig, Daten untereinander auszutauschen.
| Eclass bevorzugter Name | IRDI |
|---|---|
| Herstellername | 0173-1#02-AAO677#002 |
| Produkt Ursprungsland | 0173-1#02-AAO841#001 |
| Herstellerartikelnummer | 0173-1#02-AAO676#003 |
| GTIN (Global Trade Item No.) | 0173-1#02-AAO663#003 |
Welche Normen sind zukünftig relevant?
Zurzeit entstehen viele neue Normen und die Standardisierung von Teilmodellen schreitet stetig voran. Für Sie haben wir die wichtigsten Normen zum Digitalen Typenschild und der Verwaltungsschale in untenstehender Tabelle aufgelistet.
| Was | Norm | Hinweis |
|---|---|---|
| Identifizierungslink | IEC 61406 | (ehemals DIN SPEC 91406) |
| Verwaltungsschale | IEC 63278-1 | Norm-Entwurf in Arbeit |
| Referenzmodell RAMI 4.0 | IEC PAS 63088 | (ehemals DIN SPEC 91345) |
Mögliche Anwendungsfälle für das Digitale Typenschild
Der Einsatz vom Digitalen Typenschild als Schlüssel zur Verwaltungsschale und die daraus resultierenden Möglichkeiten sind nahezu unbegrenzt. Neben den statischen Daten zu Produkten und Maschinen, sind sicher auch die aktiven Informations-Services ein sehr vielversprechender Ansatz, um die Interoperabilität zwischen Maschinen in der Industrie 4.0 zu realisieren.
Das Modell ist aber nicht nur auf Maschinen beschränkt. Denken Sie an die digitale Patientenakte oder Anwendungen für Smart-Grid Lösungen. Es ist nicht so, dass man diese Anwendungen ohne eine Verwaltungsschalen (VWS) nicht umsetzen könnte, aber wenn das Konzept hinter allen Anwendungen das gleiche ist, so sind enorme Effizienzgewinne und Synergieeffekte zu erwarten.
Die grössten Herausforderungen
Das Digitale Typenschild im Zusammenhang mit der Verwaltungsschalen (VWS) mag schon viele Unternehmen überzeugen und veranlasst solche, erste Prototypen zu realisieren. Schwieriger wird es, wenn in der VWS auch Daten abgelegt sind, die vor unberechtigtem Zugriff geschützt sein müssen.
Sobald personenbezogene Daten gespeichert sind, muss auch die DSGVO eingehalten werden. Bei «Whitelabel Produkten» ist die volle Transparenz der VWS auch eher ein Nachteil.
Ein weiterer Aspekt, den es zu beachten gibt, ist die Datenintegrität. Nur wenn man den Daten in der VWS vertraut, kann man damit auch arbeiten.
Damit die VWS eine richtige Industrie 4.0 Komponente wird, und den Digitalen Zwilling Realität werden lässt, sind einheitliche Standards für den Informationsaustausch vorausgesetzt. Nur so ist eine Interoperabilität über Systemgrenzen hinaus erreichbar.
An diesen Herausforderungen wird momentan intensiv mit Forschungsprojekten und einzelnen Initiativen gearbeitet. Hier finden sie eine Auswahl von vielversprechenden Projekten:
- Interopera Projekt für die standardisierte Umsetzung der Verwaltungsschale.
- GAIA-X Das Projekt beschäftigt sich mit der Sicherheit und Integrität von Dateninfrastrukturen.
Unser Fazit zum Digitalen Typenschild
Das Digitale Typenschild ist mittlerweile Realität geworden. Allerdings ist es nur der Schlüssel zur Welt von IoT und Industrie 4.0. Diese Welt hingegen ist noch keine Realität, da noch viele Themen wie die Interoperabilität, Datenintegrität und Autorisierung noch nicht restlos gelöst sind. Dennoch überzeugt das Konzept der Verwaltungsschale (VWS) und kann schon jetzt einen entscheidenden Mehrwert für die Verfügbarkeit von statischen Daten bieten.
Sollen Sie sich mit dem Digitalen Typenschild befassen?
Die Antwort hängt davon ab, ob Sie an die Zukunft der Konzepte von Industrie 4.0 glauben oder nicht.
Das klassische Typenschild wird nicht aussterben. Es wird lediglich mit einem Link zur digitalen Welt ergänzt. Der einfachere Teil der Aufgabe ist, den Platz auf dem Typenschild und die Technik (2D Code / RFID) des Identifizierungslink zu bestimmen.
Das Beschreiben der Verwaltungsschalen und deren Inhalte haben hingegen sehr viele Berührungspunkte mit dem Kennzeichnungsprozess. Viele Datenquellen und Zeitpunkte der Beschreibung sind identisch. Deshalb lohnt sich eine enge Zusammenarbeit zwischen Stammdaten- und Kennzeichnung-Verantwortlichen, sofern man sicherstellen möchte, dass die Daten in der Verwaltungsschale und dem Typenschild identisch sind.
Wir bei OPAL unterstützen Sie gerne, denn wir lieben innovative Konzepte umso mehr, wenn diese auf aktuellen Standards aufgebaut sind.
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Unsere Experten zeigen Ihnen gerne wie aus dem Traum Realität wird.
