Der weit überwiegende Anteil der Industrieanlagen in Deutschland sind Bestandsanlagen, die seit mehreren Jahrzehnten bestehen. Die einzelnen Komponenten, wie zum Beispiel Pumpen, sind oft nur teilweise oder überhaupt nicht vernetzt. IT-Infrastrukturen sind über lange Zeiträume sukzessive entstanden und ausgebaut worden. Unübersichtlichkeit, fehlende oder redundante Strukturen sind die Folge. So können in diesen Brown Field-Anlagen die Potenziale der Digitalisierung nicht oder nur unzureichend genutzt werden. Dabei bietet die konsequente Vernetzung von Maschinen und Anlagen viele Vorteile. Anlagen können besser gesteuert und optimal ausgelastet werden, Prozesse verschlankt und notwendige Dokumentationen unkompliziert erstellt werden. Auch können neue Sensoren leicht integriert und somit weitere Anlagendaten erhoben und genutzt werden.

Das Forschungsprojekt KI-sy Twin setzt bei diesen nur gering digitalisierten Bestandsanlagen an. Das Projektteam aus den zwei Fraunhofer-Instituten IFF und IOSB-INA sowie zahlreichen assoziierten Partner aus der Industrie (NAMUR e.V., ABB, Bayer, Emerson, Endress&Hauser, Festo, Krohne, Moxa, Phoenix Contact, Planets Software, Rösberg Engineering, Siemens, WIKA, Yncoris GmbH, ZVEI e.V.) hat sich zum Ziel gesetzt, Methoden und Technologien zu entwickeln, mit denen diese Brown Field-Anlagen einfach und unkompliziert mittels einer Verwaltungsschale (AAS – Asset Administration Shell) digitalisiert werden können.

Unternehmen haben häufig Schwierigkeiten, ihre Daten AAS-konform bereitzustellen und somit neue Möglichkeiten der Digitalisierung zu nutzen. Gerade Bestandsanlagen stellen eine große Herausforderung dar. Hier fehlen einfache Tools und Methoden, um die Anlagendokumentation aktuell und konsistent zu halten, was sich negativ auf die Prozessoptimierung, Wartung, Instandhaltung und Prozessüberwachung auswirkt.

Der lange Lebenszyklus von Industrieanlagen schlägt sich auch in unterschiedlichen Normen und Standards, bezogen auf die gesamte Fabrik, nieder. Dies führt zu Problemen bei der Interoperabilität und somit Insellösungen. Erhöhte Kosten und ein größerer Aufwand sind die Folge.

Ein automatisierter und auf Standards basierender Ansatz reduziert Einzelkosten und sorgt für Interoperabilität. In Unternehmen müssen hierfür keine speziellen Abteilungen aufgebaut werden und Personal kann zielgerichtet an wichtigen Positionen in der Produktion eingesetzt werden.

Der Einstieg in die Digitalisierung von bestehenden Maschinen und Anlagen soll niedrigschwellig sein. Das Fraunhofer IOSB-INA entwickelt dazu eine Software zum Einscannen von Typenschildern von Anlagen. Dies spart das händische Erfassen und minimiert Fehler. Die so digitalisierte Anlage kann auch gleich mit weiteren Unterlagen, wie Handbüchern oder Dokumentationen verknüpft werden. Die Anlagen unterliegen oft hierarchischen Strukturen, die in einem Anlagen-Fließschema abgebildet werden. Auch diese sollen erfasst und in der Verwaltungsschale abgebildet werden, was eine Vorstrukturierung der Verwaltungsschale ermöglicht.

Das Fraunhofer IFF erweitert für dieses Projekt einen bereits bestehenden Demonstrator. Die automatische Generierung der Verwaltungsschale ist der integrale Bestandteil dieses Demonstrators. Durch diesen Ansatz wird die effiziente und Standard-konforme Digitalisierung von Bestandsanlagen ermöglicht. Mit Hilfe dieser digitalen Darstellung ist eine Einbettung in den Datenraum mit minimalem Aufwand möglich.

Durch die automatisierte Auswertung des Typenschildes einer Komponente kann eine erste Verwaltungsschale erstellt und neue Dokumente angefordert werden. Diese Dokumente können Datenblätter oder weitere Dokumente sein. Ebenso können Dokumente durch den Nutzer bereitgestellt werden. Dies kann manuell durch ein Hochladen in der Oberfläche geschehen wie auch durch die Anbindung an ein Dokumentenmanagementsystem. Anhand dieser Daten wird eine passive Verwaltungsschale (AAS) der Komponente erzeugt. Durch Angabe von Datenschnittstellen wird diese anschließend in eine aktive AAS überführt werden. Durch eine Verknüpfung aller Komponenten entsteht ein digitaler Zwilling der Anlagen. Mit Hilfe dieses digitalen Zwillings wird automatisch ein EDC-Connector (EDC = Eclipse Dataspace Components) der Anlage konfiguriert und steht dann bereit. Dieser ermöglicht einen sicheren Datenaustausch. Durch die AAS und den Datenraum gibt es einheitliche Standards, welche eine Interoperabilität zwischen Herstellern und Unternehmen ermöglichen.

Auf Basis der geplanten Entwicklungen in dem Projekt können digitale Werkzeuge auch bei Bestandsanlagen einfach und unkompliziert eingesetzt werden. Möglich soll dies bei der effizienten Digitalisierung von Produktionsanlagen sein, aber auch für eine konsistente und transparente Anlagendokumentation. Außerdem sollen die Einführung von Condition Monitoring und Predictive Maintenance durch die Verwaltungsschale vereinfacht werden. Wertvolle Personalressourcen können effizienter eingesetzt werden und es können leicht weitere Daten durch die Integration neuer Sensoren erfasst werden. Und schließlich soll das Forschungsprojekt zeigen, wie einfach eine automatische Digitalisierung erfolgen kann. Zudem verdeutlicht es den Nutzen und die Anwendung von Datenräumen.

Das Projekt ist am 01. April 2025 gestartet und läuft noch bis 30. November 2025. Es wird durch das Fraunhofer-Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies sowie die Fraunhofer-Allianz Big Data und Künstliche Intelligenz gefördert und durch das Process-X-Konsortium unterstützt.