Die Verwaltungsschale AAS
Bei einem Produktionsrückgang von 20 % seit 2021 braucht es in der deutschen Chemieindustrie radikale Innovationen und schnelle Skalierung. (Quelle: VCI)
Im Forschungsprojekt KI-sy Twin – der KI-generierte digitale Zwilling – sollen Methoden und Technologien entwickelt werden, mit denen industrielle Bestandsanlagen unkompliziert digitalisiert werden können. An dem Projekt sind neben zwei Fraunhofer-Instituten auch zahlreiche Industriepartner beteiligt. (Quelle: panuwat – stock.adobe.com [M]; Hintergrund: Fraunhofer IFF; Screen: Fraunhofer IOSB-INA)
Die Verwaltungsschale oder Asset Administration Shell (AAS) wurde und wird im Rahmen einer Zusammenarbeit der Plattform Industrie 4.0 sowie einer Vielzahl von Forschungsinstitutionen, Industriepartnern und Standardisierungsgremien als digitaler Zwilling bzw. digitales Typenschild für industrielle Assets entwickelt. Die Industrial Digital Twin Association (IDTA) koordiniert die Beschreibung der AAS selbst und die Erstellung von sogenannten Teilmodellen, die für bestimmte Use-Cases die Interoperabilität der Daten sicherstellen. Ein gutes Beispiel ist
das Teilmodell „Digital Nameplate for Industrial Equipment“ des ZVEI, das auch im KI-sy-Twin-Projekt benutzt wird.
Wie das NOA-Informationsmodell PA-DIM nutzt auch die AAS semantische ID, wie IEC CDD (Common Data Dictionary) oder eCl@ss, um Daten eindeutig zu beschreiben, und kann etablierte Formate, wie JSON, XML und OPC UA, nutzen. Daher ist sie optimal geeignet, um auch Daten, die bisher in Prozessleitsystemen existierten, aber nicht ohne größeren Aufwand nach außen zugänglich gemacht werden konnten, als NOA-Daten aus der Automatisierungspyramide sicher auszuschleusen und dann auch unternehmensübergreifend über die Verwaltungsschale
auszutauschen – ohne Übersetzungen oder manuelles Datenmapping.
Das Projekt KI-sy Twin: Durchgängige Kommunikation vom Feldgerät zur Cloud
Im Projekt KI-sy Twin schaffen das Fraunhofer IFF und Fraunhofer IOSB-INA begleitet von Partnern aus der Industrie, einen Demonstrator für die Digitalisierung mittels Verwaltungsschale und Datenraum. Basierend auf einem mobilen Bestandsdemonstrator werden Sprachmodelle, Verwaltungsschale, Datenraum und produktionsnahe Systeme zusammengebracht. Die Schnittstelle stellt dabei die Verwaltungsschale dar.
Mittels eines Gateways werden die Informationen sowohl der Sensoren, die bereits Teil des ursprünglichen Steuerungssystems waren, als auch neu hinzugefügter Sensoren in das PA-DIM-Format übertragen und in die Verwaltungsschale gemappt. Für Komponenten, bei denen dies nicht automatisiert möglich ist, bzw. als zusätzlicher Abgleich erfolgt die Erstellung der Verwaltungsschalen der Komponenten mittels Large Language Models (LLM). Diese werden auch genutzt, um die Anlagenstruktur als Verwaltungsschale abzubilden. Die Einbindung aller Komponenten erfolgt sicherheitskonform mittels einer IEC-62443-zertifizierten Firewall von Moxa. Die Architektur der Demoanlage orientiert sich am NOA-Sicherheitskonzept. Basierend auf diesem digitalen Abbild werden produktionsnahe Systeme, wie CAE, ERP und Datahub, angebunden. Bei Änderungen der Verwaltungsschale, zum Beispiel durch Tausch eines Geräts, werden diese benachrichtigt. Anschließend entscheiden die Systeme selbst, inwieweit der Nutzer involviert werden muss oder ob die Änderungen automatisch übernommen
werden können. Sven Schiffner vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg erläutert: „Auf Basis der geplanten Entwicklungen in dem Projekt lassen sich digitale Werkzeuge auch bei Bestandsanlagen einfach und unkompliziert einsetzen. Wertvolle Personalressourcen können effizienter eingesetzt werden und es können leicht weitere Daten durch die Integration neuer Sensoren erfasst werden. Wir schaffen eine Sprache, die alle Systeme sprechen, die Asset Administration Shell.“ Auf der Namur-Hauptsitzung im November 2025 werden die Projektbeteiligten die Herausforderungen und Best-Practices vorstellen und wertvolle Hinweise für ähnliche Projekte geben. Der Demonstrator wird hier gezeigt und kann selbst ausprobiert werden.
Security als Möglichmacher
Die digitale Transformation der Prozessindustrie ist ohne ein durchdachtes Sicherheitskonzept nicht denkbar. Gerade die bisher weitgehend unbekannte Öffnung der Automatisierungspyramide durch Konzepte, wie NOA, die Integration von Verwaltungsschalen und die unternehmensübergreifende Vernetzung über Datenräume, erfordern neue Sicherheitsarchitekturen, die allen Beteiligten das Vertrauen geben, dass sie keine unkalkulierbaren Risiken für die Produktion eingehen. Das ist entscheidend für die Akzeptanz und damit die Verbreitung. Datenräume können sich nur etablieren, wenn diese auch von vielen Parteien genutzt werden.
Security wird an der Stelle vom „Verhinderer“ zum Enabler: Moderne Sicherheitskonzepte wie die NOA-Security-Zonen (gemäß Namur Empfehlung NE177) trennen die klassische Steuerungsebene (CPC) strikt von der M+O-Domäne. Daten werden nichtinvasiv und unidirektional bereitgestellt – ein Prinzip, das auch in kritischen Infrastrukturen Anwendung finden kann.
CRA und NIS-2 setzen den Rahmen
Mit dem Cyber Resilience Act (CRA) und der Network and Information Security Directive (NIS-2) sind Hersteller wie Betreiber aufgefordert, ihre IT-Sicherheitsrisiken genauer zu betrachten und geeignete Schutzmaßnahmen vorzusehen. Dabei können Standards wie IEC 62443 sowie darauf aufbauende moderne Netzwerkarchitekturen und -komponenten helfen, ein ausreichendes Sicherheitsniveau in Produktionsumgebungen zu erreichen, auch ohne alle Feldgeräte austauschen zu müssen. Moxa bietet hierfür ein breites Portfolio an IEC-62443-4-2- konformen Geräten mit wichtigen Sicherheitsmerkmalen, wie Authentifizierung, Autorisierung, Integrität und Vertraulichkeit.
Dabei sollten sich die vorgesehenen Maßnahmen am Use-Case und dem zugehörigen Business-Case orientieren. Zudem sollen Lösungen wann immer möglich Schritt für Schritt geplant sowie umgesetzt werden. Das reduziert das Risiko für Fehlschläge und schafft nach und nach Vertrauen bei allen Verantwortlichen. Security wird so zum Möglichmacher für digitale Souveränität, regulatorische Konformität und datengetriebene Innovation – und damit zu einem zentralen Baustein für Moonshot-Thinking in der Prozessindustrie.
Fazit und Ausblick
Die Kombination aus Technologien, wie NOA, AAS und standardisierten Informationsmodellen, bildet die technische und semantische Grundlage für die skalierbare Digitalisierung der Prozessindustrie. Sie ermöglicht signifikante Einsparungen von CO2-Emissionen, Energie und Ressourcen sowie die smarte Umsetzung regulatorischer Anforderungen. Zudem stellt sie Mitarbeitern eine Plattform für den automatisierten Austausch von Daten, Wissen und Innovationen zur Verfügung, die die Produktivität deutlich steigern kann.
Für die deutsche Prozessindustrie – von Chemie und Petrochemie über Pharma bis zur Nahrungsmittelproduktion – ist dies eine historische Chance. In Europa und speziell auch in Deutschland existiert ein Ökosystem von Verbänden, Forschungseinrichtungen und Unternehmen sowie ein Netzwerk aus Experten, die einen bemerkenswerten Einsatz zeigen, gemeinschaftlich neue Standards und Technologien zu entwickeln, die weltweit Maßstäbe setzen. Die Standardisierung und die Umsetzung erfordern weiterhin etwas mehr an Moonshot-Thinking. Dem Konjunkturbericht 2030 des VCI darf dann mit großer Erwartung entgegengeblickt werden.