Bericht

Nachhaltigkeit durch Digitalisierung mit dem digitalen Zwilling

Für eine Kreislaufwirtschaft werden viele Informationen benötigt, z.B. muss das Recyclingunternehmen wissen, aus welchen Materialien ein Produkt besteht. Auch die Verbraucher werden zunehmend Kaufentscheidungen aus Gründen der Nachhaltigkeit treffen und wollen z.B. über den Energieverbrauch oder den CO2-Fußabdruck informiert werden. Auch die Berichtspflicht zur Klassifizierung von nachhaltigen Wirtschaftsaktivitäten stützt sich auf Daten, die sich über den gesamten Lebenszyklus erstreckt und die derzeit dezentral in verschiedenen Systemen abgelegt sind oder gar nicht zur Verfügung stehen.

Der digitale Zwilling der Industrie 4.0-Plattform, auch Verwaltungsschale oder Asset Administration Shell, schafft die Infrastruktur, um diese Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts, einer Maschine oder eines Prozesses abzubilden.

Je nach Anwendungsfall liefern verschiedene Teilmodelle der Verwaltungsschale die notwendigen Daten. Diese Infrastruktur überzeugt, weil sie den gesamten Lebenszyklus begleitet, ausschließlich auf offenen Schnittstellen basiert. Damit ermöglicht sie Interoperabilität über Unternehmensgrenzen hinweg sowie eine sichere und belastbare Infrastruktur für statische und dynamische Daten, die zuverlässig und nur an einer Stelle gepflegt werden.

Der digitale Zwilling

Der Begriff „digitaler Zwilling“ transportiert die Idee gut, greift aber vor allem in der globalen Umsetzung nicht weit genug. Daher hat die Plattform Industrie 4.0 die Bezeichnung „Verwaltungsschale“ definiert, die ein exaktes und weltweit gleiches Verständnis ermöglicht. Dieser Begriff wird häufig synonym zur Bezeichnung „digitaler Zwilling“ genutzt.

• Das Tagebuch der Dinge: Von der ersten Konstruktionsidee bis zur Verschrottung begleitet die Verwaltungsschale das Objekt. Das Objekt bekommt dafür eine eindeutige Zuordnung zu seiner Verwaltungsschale. Der gesamten Lebenszyklus wird wie in einem Tagebuch mitgeschrieben. Informationen werden angereichert und können dort editiert werden.

Einerseits sind dort statische Informationen hinterlegt, z.B. Artikel- oder Seriennummer, Maße und technische Nennwerte. Aber auch dynamische Zustände wie die aktuelle Motorleistung oder Energieverbräuche sind eingebunden. So ist das physische Objekt immer aktuell und vollständig beschrieben.

Die Verwaltungsschale dient als Schnittstelle zwischen Komponenten wie Sensoren und Aktoren und der Industrie-4.0-Welt. Dank ihr integrieren sich Gegenstände wie Maschinen, Komponenten oder Abläufe wie Bestellungen in die vernetzte Welt. Die standardisierte Kommunikation in Wertschöpfungsnetzwerken ist möglich, und das über Unternehmensgrenzen hinweg.

• Informationen wie Zwiebelschalen: In der realen Produktionsumgebung entstehen aus einzelnen Bauteilen und Komponenten funktionsfähige Schaltschränke, die zu Maschinen und vernetzten Anlagen zusammengeführt werden. Hat jede Komponente eine Verwaltungsschale setzt sich diese ebenso zu einem Gesamtbild aller Einzelteile zusammen. So ergibt sich das Gesamtbild einer Anlage aus den digitalen Zwillingen der installierten Hard- und Software sowie aus den zusätzlichen Informationen der in der Anlage ablaufenden Prozesse. Maximale Transparenz und der Zugriff auf Prozesse sind in jeder gewünschten Tiefe möglich.

Verwaltungsschalen entstehen basierend auf definierten Standards, so dass Daten in gleichen Formaten abgelegt sind. Auch die Kommunikation der Teilnehmer ist vorgegeben. So fügt jedes Bauteil, unabhängig vom Hersteller, sich mit seinem digitalen Zwilling ins Gesamtbild ein.

Der digitale Produktpass ist eine Basis, um das Klima zu schützen. Er unterstützt die Kreislaufwirtschaft mit den notwendigen Informationen und liefert Daten, um Rohstoffe zu sparen und die Produktion so nachhaltig wie möglich zu gestalten.

Der digitale Produktpass

Über den gesamten Lebenszyklus werden Informationen zu Materialien und Bestandteilen, Produktionswegen oder Recycling-Möglichkeiten zusammengestellt. Umweltrelevante Daten können als Teilmodelle der Verwaltungsschale in standardisierten und damit vergleichbaren Formaten abgelegt werden. Nachhaltigkeit wird mess- und vergleichbar.

Das Konzept der Verwaltungsschale etabliert sich für die Vernetzung der industriellen Wertschöpfungsnetzwerke. Auf diesen Standards basiert das digitale Typenschild: Es stellt einen definierten Datensatz bereit, der unsere Umwelt durch den Verzicht auf Papierdokumentation schützt.

Auch der digitale Produktpass soll die Vernetzung zwischen allen Beteiligten erlauben. Allerdings werden hier deutlich mehr Informationen für Produkte völlig unterschiedlicher Natur hinterlegt sein, als es beim digitalen Typenschild der Fall ist. Um z.B. die Ökobilanz von Dingen vergleichbar zu machen, muss vieles standardisiert und harmonisiert werden. Wie groß diese Aufgabe ist, wird klar, wenn man sich vor Augen führt, wie unterschiedlich allein die Bedeutung des Wortes „Produkt“ je nach Branche, Land und persönlicher Erfahrung verstanden wird.

Nachhaltige Kreislaufwirtschaft, Beispiele

• Umweltgesetze verlangen bestimmte Dokumentationen zu Materialien und Gefahrstoffen. Ein Produzent muss dafür die vorgefertigten Bauteile der Zulieferer kennen und deren Konformität sicherstellen. In der realen Produktionsumgebung entstehen aus einzelnen Bauteilen und Komponenten funktionsfähige Schaltschränke, die zu Maschinen und vernetzten Anlagen zusammengeführt werden. Hat jede Komponente eine Verwaltungsschale setzt sich diese ebenso zu einem Gesamtbild aller Einzelteile zusammen. So ergibt sich das Gesamtbild einer Anlage aus den digitalen Zwillingen der installierten Hard- und Software sowie aus den zusätzlichen Informationen der in der Anlage ablaufenden Prozesse.
• Der Verkauf und die Rücknahme von Elektro- und Elektronikgeräten müssen nachgehalten werden. Dies und auch die passende Demontageanleitung sind über den digitalen Zwilling schnell und einfach zu finden.
• Nationale Gesetzgebung birgt hinsichtlich der Dokumentation und Kennzeichnung große Herausforderungen. Mit Einsatz der Verwaltungsschale ist die eindeutige Zuordnung automatisch gegeben. Die entsprechenden Dokumente sind in der Verwaltungsschale abgelegt, Versionen können zuverlässig nachverfolgt werden.