Medienbrüche zwischen Engineering-Tools führen zu hohem manuellen Aufwand und erschweren die Wiederverwendbarkeit von Entwicklungsdaten.
Fluid 4.0 schafft eine durchgängige, maschinenlesbare Systembeschreibung auf Basis der Verwaltungsschale (AAS). Komponenten und Systeme lassen sich strukturiert verknüpfen, automatisch parametrieren und über verschiedene Engineering-Werkzeuge hinweg nutzen.
Die Entwicklung fluid-mechatronischer Systeme in mobilen und stationären Maschinen erfolgt heute in einem hochgradig kollaborativen Umfeld. Unterschiedliche Disziplinen – von Hydraulik über Mechanik bis zur Steuerungstechnik – arbeiten parallel mit eigenen Werkzeugen und Datenmodellen. Gleichzeitig sind mehrere Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette beteiligt.
Ein zentrales Problem besteht darin, dass relevante Produkt- und Systemdaten meist nicht in standardisierter, maschinenlesbarer Form vorliegen. Technische Informationen werden häufig in Datenblättern oder Diagrammen bereitgestellt und müssen manuell interpretiert und übertragen werden. Dies führt zu erheblichem Aufwand und erhöht die Fehleranfälligkeit im Entwicklungsprozess.
Zudem fehlt eine konsistente, durchgängige Datenbasis über alle Entwicklungsphasen hinweg. Änderungen in einem Teilmodell (z. B. Simulation) lassen sich nur eingeschränkt auf andere Domänen (z. B. Konstruktion oder Steuerung) übertragen. Bestehende Lösungen sind meist domänenspezifisch und unterstützen keine unternehmensübergreifende Interoperabilität.
Im Use Case „Kollaboratives Engineering“ wird eine durchgängige, digitale Datenbasis für die Entwicklung fluid-mechatronischer Systeme geschaffen. Grundlage bildet die Verwaltungsschale (AAS) als standardisierte, semantisch beschriebene Repräsentation von Komponenten und Systemen.
Zentrales Element ist eine sogenannte Machine AAS, die die Struktur eines Gesamtsystems beschreibt und die einzelnen Komponenten über ihre jeweiligen AAS referenziert. Damit entsteht ein konsistentes, maschinenlesbares Abbild des Systems inklusive Topologie, technischer Eigenschaften und Beziehungen zwischen den Komponenten.
Ergänzend wird ein Datenraum genutzt, um komponentenspezifische AAS verschiedener Hersteller auffindbar und zugänglich zu machen. Auf dieser Basis können geeignete Komponenten automatisiert identifiziert und in das System integriert werden. Die resultierende Systembeschreibung dient als gemeinsame Datenbasis für nachgelagerte Engineering-Schritte wie Simulation oder Steuerungsentwicklung.
Reifegrad: DEMO
Durch die Nutzung der Verwaltungsschale als durchgängige Datenbasis wird der Engineering-Prozess strukturiert, beschleunigt und weniger fehleranfällig. Insbesondere die Verfügbarkeit standardisierter, maschinenlesbarer Daten ermöglicht eine weitgehende Automatisierung bislang manueller Arbeitsschritte.
Der Use Case basiert auf dem Zusammenspiel von Datenmodellen, Infrastruktur und Anwendungen.
Im Zentrum steht die Verwaltungsschale (AAS), die als standardisierte digitale Repräsentation von Komponenten und Systemen dient. Komponentenhersteller stellen ihre Produkte in Form von AAS bereit, die technische Eigenschaften, Klassifikationen und weitere relevante Informationen enthalten.
Der Zugriff auf Komponenten-AAS erfolgt über einen Datenraum. Hersteller betreiben eigene AAS-Repositories, die über Datenraum-Konnektoren angebunden sind. Engineering-Anwendungen können diese Daten gezielt abfragen, beispielsweise zur Auswahl geeigneter Komponenten anhand technischer Anforderungen.
Ein Beispiel ist die automatische Parametrierung von Steuerungssoftware: Statt Kennlinien manuell aus Datenblättern zu übertragen, werden diese direkt aus der AAS übernommen.
Am Beispiel eines Mini-Radladers wird gezeigt, wie eine Machine AAS die Struktur eines hydraulischen Antriebssystems abbildet. Komponenten wie Ventile oder Zylinder werden über ihre AAS eingebunden und ihre Parameter automatisch für die Steuerungsentwicklung genutzt.
Die Tiefziehpresse von Bosch Rexroth veranschaulicht wie dank Asset Administration Shell (AAS) Maschinen und deren Subsysteme einfach in den Kontext der Fertigung, der Überwachung und dem Energiemonitoring eingebunden werden. Dank dem Submodel (SM) Hierarchical Structures (IDTA 02011) lassen sich Subsysteme wie Oberkolben, Ziehkissen und Hydraulikaggregat ebenso einfach einbinden und orchestrieren.
Der Plug-and-Produce-Prüfstand (siehe Abbildung 1) im Projekt Fluid 4.0 dient als Demonstrator für eine durchgängige, AAS-basierte Entwicklung hydraulischer Regelungssysteme. Ziel ist es, reale Komponenten, insbesondere Ventile und Aktuatoren, in Form von Verwaltungsschalen (Asset Administration Shell, AAS) digital abzubilden und deren Daten direkt für die Systemauslegung nutzbar zu machen.
Kern des Demonstrators ist ein hydraulisches Zwei-Achsen-System mit servo-hydraulischen Ventilen und Differentialzylindern, das realitätsnahe Lastfälle ermöglicht. Aufbauend auf in der AAS verfügbaren Herstellerdaten werden automatisch lokale Systemmodelle abgeleitet, die eine modellbasierte Berechnung von Vorsteuerungen sowie betriebspunktabhängigen Reglerparametern (z. B. PI-Regler) erlauben.
Der gesamte Entwicklungsprozess (siehe Abbildung 2) folgt dabei einem strukturierten Workflow: vom Import der Komponenteninformationen über die Modellbildung und Parametrierung bis hin zur experimentellen Validierung auf dem Prüfstand. Durch die Rückführung von Messdaten können die Modelle iterativ verfeinert und die Regelgüte kontinuierlich verbessert werden.
Die Ergebnisse aus Abbildung 3. zeigen, dass sich bereits aus initialen Herstellerdaten leistungsfähige Regler ableiten lassen, deren Performance durch datenbasierte Nachschärfung deutlich gesteigert werden kann.
Damit demonstriert der Prüfstand exemplarisch, wie eine durchgängige, lebenszyklusorientierte Systementwicklung in der Fluidtechnik umgesetzt werden kann.
Anhand ausgewählter Fluidtechnikprodukte zeigen wir exemplarisch, wie Informationen für Kollaboratives Engineering strukturiert in Teilmodellen der Verwaltungsschale abgelegt werden. Die Beispiele sind bewusst typisiert, sodass sich die gezeigten Konzepte auf unterschiedliche Produkte, Anlagen und Workflows übertragen lassen.
