In vielen gewachsenen Fertigungen lassen sich neue Maschinen nur mit hohem Aufwand in bestehende Linien integrieren. Linien-Steuerungen (SPS) sind meist starr programmiert, und Daten aus einzelnen Maschinen und Subsystemen liegen in unterschiedlicher Semantik vor. Die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS) adressiert diese Aufgabe als standardisierte Datenschnittstelle – innerhalb eines Werks und über Unternehmensgrenzen hinweg.
In der Modellfabrik von Bosch Rexroth in Ulm wird gezeigt, wie aus diesem Standard konkrete Produktionsflexibilität entsteht. Bosch Rexroth stellt mit ctrlX Automation und der Factory Orchestration Platform (FOP) die Automatisierungs- und Orchestrierungsbasis bereit und betreibt die Modellfabrik als dauerhaft zugängliche Anwendungsumgebung. XITASO unterstützt als Software-Dienstleister bei der Erstellung der Verwaltungsschale und bietet dafür unter anderem einen Funktionsbaustein für Brownfield-Maschinen an. Die folgenden Anwendungsfälle zeigen, wie die Verwaltungsschale in unterschiedlichen Konstellationen eingesetzt wird.
Die Herausforderung: Maschinen und Module in Brownfield-Linien integrieren und Daten durchgängig verfügbar machen
Neue Maschinen in bestehende Linien einzubinden, ist in der Praxis aufwendig. Linien-SPS sind einmal programmiert und über die Zeit schwer nachvollziehbar; wird eine Maschine ausgetauscht oder ergänzt, entstehen häufig über Monate Integrationsaufwände. Anders als in einem strukturierten Automobilmontagewerk, in dem Daten entlang des Wertstroms selbstverständlich transferiert werden, ist die durchgängige Vernetzung in mechanischen Fertigungen vielfach noch nicht gegeben.
Erschwerend kommt hinzu, dass Anwendungsfälle und Anlagenkonfigurationen sich laufend ändern. Daten müssen dabei durchgängig mitgeführt werden – über Maschinen, Module und Subsysteme hinweg, die ihre Informationen in unterschiedlicher Semantik bereitstellen. Werden gleiche Felder wie eine Artikelbezeichnung unterschiedlich befüllt, entstehen Inkompatibilitäten, und Daten müssen erst normiert werden, bevor sie unternehmensübergreifend nutzbar sind.
Für die Fertigung ist die daraus resultierende fehlende Datengrundlage besonders mit Blick auf die Gesamtanlageneffektivität (OEE) relevant. Ohne kontinuierlich verfügbare Zustands- und Prozessdaten lassen sich Verluste an einzelnen Maschinen nur schwer transparent machen, und Wartungs- oder Rekonfigurationsentscheidungen beruhen stärker auf Erfahrungswissen als auf belastbaren Daten. Gesucht wurde daher ein Weg, Maschinen und Module standardisiert anzubinden, Linien flexibler zu (re-)konfigurieren und die dafür nötige Datentransparenz zu schaffen.
Die Lösung: Verwaltungsschale als standardisierte Datenschnittstelle und Basis für die Linienorchestrierung
Die Verwaltungsschale ist eine standardisierte Form, Daten eines Assets aufzubereiten und bereitzustellen. Sie enthält Subsysteme (Submodelle), die von der Standardisierungsorganisation definiert werden – etwa das Nameplate-Submodell (digitales Typenschild) oder das Submodell Skills and Capabilities. Ziel ist, Daten so verfügbar zu machen, dass andere Unternehmen und Anwender sie in gleicher Form lesen und befüllen können.
In der Modellfabrik erhält jede Maschine und jedes Modul eine Verwaltungsschale – bis hin zu Boden und Beleuchtung. Auf dieser Basis modelliert Bosch Rexroth die Linie über die Factory Orchestration Platform per Businesslogik, statt Abläufe fest in die Linien-SPS zu programmieren. Sind alle Maschinen beziehungsweise Maschinenmodule als Verwaltungsschale verfügbar, lassen sich Prozesse flexibel gestalten und die Linie kann zwischen AGV-/AMR-Systemen und stationären Maschinen rekonfiguriert werden.
XITASO unterstützt bei der standardisierten Erstellung der Verwaltungsschale, die in der Praxis für viele Anwender die erste Hürde darstellt. Für Brownfield-Maschinen bietet XITASO einen SPS-Funktionsbaustein an, der eine Standard-Verwaltungsschale erzeugt: Die Signale werden mit einem Gateway verbunden, auf dem der Funktionsbaustein läuft; damit lässt sich ohne aufwendige Vorarbeiten eine Standard-Verwaltungsschale bereitstellen. Reicht diese nicht aus, lässt sie sich um weitere Submodelle erweitern.
In der Modellfabrik wurden Verwaltungsschale, OPC UA und MQTT parallel eingesetzt und je Anwendungsfall gewählt: Für einzelne Bewegungskommandos eignete sich z. B. MQTT; Sensorsignale, etwa von einem Füllstandsensor, lassen sich gut über OPC UA übertragen. Die Verwaltungsschale eignet sich besonders für den standardisierten Datenaustausch über Unternehmensgrenzen hinweg, beispielsweise um beim Anmelden neuer Maschinen den Inbetriebnahmevorgang datenseitig zu beschleunigen.
Use Case A: Batteriemontage und -demontage in der Modellfabrik Ulm
Für die Batteriemontage- und -demontagelinie erstellten Bosch Rexroth und XITASO für jedes Modul eine Verwaltungsschale, um die Module flexibel ansteuern zu können. Über das Submodell Skills and Capabilities werden die Fähigkeiten der einzelnen Maschinenmodule abgebildet. So lässt sich nicht nur der Datenaustausch umsetzen, sondern auch der flexible Wechsel zwischen mobilen und stationären Stationen.
Use Case B: Flexibel konfigurierbare Linien in Serienwerken
Über die Modellfabrik hinaus rollt Bosch Rexroth die Factory Orchestration Platform intern aus. In Bosch-Werken, in denen bislang hohe Stückzahlen (etwa ABS-Systeme im Millionenbereich) auf starren Linien produziert wurden, entstehen auf Basis der Verwaltungsschale flexibel konfigurierbare Linien, um auf gestiegene Flexibilitätsanforderungen zu reagieren. Die Plattform ist zudem bei einem weiteren Anwender im Automotive-Tier-1-Bereich im Einsatz; auch Maschinenbauer, die halbe oder ganze Linien liefern, fragen rekonfigurierbare Lösungen nach.
Das Ergebnis: Standardisierte Anbindung, flexible Konfiguration und mehr Datentransparenz
Mit der Verwaltungsschale steht in der Modellfabrik eine standardisierte Datenschnittstelle bereit, über die Maschinen und Module einheitlich angebunden werden. Auf dieser Basis lässt sich die Linie über die Factory Orchestration Platform von Bosch Rexroth per Businesslogik modellieren und bei Bedarf umkonfigurieren. XITASO trägt dazu bei, indem es die Verwaltungsschale standardisiert erstellt und Brownfield-Maschinen über den beschriebenen Funktionsbaustein einbindet.
Der standardisierte Ansatz reduziert die Abhängigkeit von einzelnem Spezialwissen: Weil Schnittstellen und Datenmodelle dokumentiert und die Protokolle bestimmungsgemäß eingesetzt werden, ist die Konnektivitätslandschaft nachvollziehbarer als bei einer starr programmierten Linien-SPS. Für die Datentransparenz gilt: Über die standardisierte Auslese lassen sich Verluste an einer vermuteten Bottleneck-Maschine sichtbar machen – im einfachsten Fall über Parts in/Parts out je Schicht –, sodass Annahmen mit realen Daten unterlegt werden.
In der Modellfabrik wird nur während der Vorführungen produziert; der OEE wird dort daher nicht verbessert, sondern transparent gemacht. Der Nutzen zeigt sich zunächst in der standardisierten Anbindung, der flexiblen Konfiguration und der geschaffenen Datentransparenz.
Als Vorgehen aus den Projekten wird empfohlen, klein zu beginnen und die vermutete Bottleneck-Maschine zuerst mit einer Verwaltungsschale auszustatten, weil sich dort der schnellste Return on Invest und ein früher, im Management zeigbarer Erfolg erwarten lassen. Im ersten Schritt steht die Datentransparenz im Vordergrund, im zweiten Schritt die Orchestrierung der Linie. Die Einführung der Verwaltungsschale ist dabei nicht mit der Einführung eines MES- oder ERP-Systems gleichzusetzen und kann graduell erfolgen.
Ausblick: KI in der OT und verteiltes Wissen
Als nächste Entwicklungsschritte sehen Bosch Rexroth und XITASO den Einsatz von KI auf Basis von IoT-Daten entlang des Maschinenlebenszyklus – etwa die (teil-)automatisierte Erstellung der Verwaltungsschale durch KI-Agenten, den Einsatz von KI im Engineering sowie die Analyse von Zeitreihen während des Betriebs. Perspektivisch könnten Maschinen zunehmend KI-gestützt engineert, konfiguriert und betrieben werden.
Parallel wird ein Trend hin zu verteiltem Wissen erwartet: Einzelne SPS-Spezialisten werden durch Teams abgelöst, die mit unterschiedlichen Technologien an einem Projekt arbeiten. Dokumentation und Standardisierung bleiben dafür zentral, ebenso die Skalierung über Werke und Standorte hinweg. Über Technologie und Zielbilder hinaus bleibt entscheidend, die beteiligten Menschen mitzunehmen und ein gemeinsames Zielbild zu vereinbaren.
