Publikationen
Nachfolgend finden Sie eine Auswahl der Veröffentlichungen aus dem Projekt i-Twin:
- System Design der i-Twin Middleware (Projektbericht, 2024)
- Semantic Integration Patterns for Manufacturing (Projektbericht, 2024)
- Semantic Integration Patterns for Artificial Intelligence (Projektbericht, 2024)
- Implementierung der i-Twin Middleware (Projektbericht, 2024)
- Bericht über die i-Twin ExpertInnen-Workshops (Projektbericht, 2024)
- Interoperabilität in Produktionsnetzwerken (White Paper, 2024)
- Industrial Communication with Semantic Integration Patterns (Conference Paper, 2023)
Für weitere Informationen kontaktieren Sie bitte das Projektteam (i-Twin-Office).
System Design der i-Twin Middleware
Der Bericht beschreibt das System Design für die im Projekt i-Twin entwickelten Plattform für die Interoperabilitätskonzepte und den Datenaustausch zwischen Herstellern, Betreibern und Instandhaltern in Fertigungsnetzwerken. Das vorliegende System-Design basiert auf der im Projekt i-Asset erarbeiteten System-Architektur und erweitert diese Architektur um den Begriff der Semantic Integration Patterns. Das Ziel des System Designs ist ein Software-Stack, der auf standardisierten Schnittstellen und Architekturen, Sicherheit, Quelloffenheit und nicht-invasiver Integration von IT-Systemen für das Asset-Management beruht. Das konzeptionelle System Design verwendet das Informationsmodell der Asset Administration Shell (AAS) als zentrales Konzept für die Modellierung von Assets und Anwendungen (auf der Basis einer Typ-Instanz-Relation) und schafft damit neuartige Interoperabilitätskonzepte für Digital Twins.
Der Bericht gibt einen Überblick über die Bausteine der i-Twin Plattform als zentralen Datendrehscheibe für Digital Twins sowie der erforderlichen Client Connectivity zur Anbindung von Industrie 4.0 (I4.0) Komponenten auf der Basis der AAS. Er erörtert die erforderlichen Schritte zum Aufbau und Betrieb der Plattform sowie auch erste Methoden für die semantische Definition Anbindung von höherwertigen Funktionen der angeschlossenen Anwendungen. Mit Hilfe von Semantic Integration Patterns werden funktionale Aspekte definiert, die von konkreten Anwendungen (ERP Systeme, CMMS, Analytics Tools etc.) abgedeckt werden. Abschließend sind jene Anwendungsszenaren aufgeführt, welche die Anforderungen für das in diesem Bericht erarbeitete System-Design definieren.
Download: Dietmar Glachs, Georg Güntner (Hrsg.): „System Design der i-Twin Middleware“ (Januar 2024)
Semantic Integration Patterns for Manufacturing
Moderne Fertigungs-Netzwerke sind durch eine hohe Vernetzung der Anlagen und der IT-/OT-Systeme gekennzeichnet. Die Heterogenität der Systeme und die Verwendung einer Vielzahl von industriellen Kommunikationsprotokollen und Standards stellen komplexe Anforderungen an die Integration der Anwendungen. Im Kontext der Digitalisierung bilden digitale Zwillinge ein technologisches Schlüsselkonzept für die Sammlung und Weitergabe von Anlagen- und Prozessdaten. Sie bieten daher eine geeignete Basis für die Standardisierung der Anwendungsintegration. Wenn es gelingt, hier durch die Entwicklung von Patterns die Komplexität zu reduzieren, kann der Integrationsaufwand erheblich reduziert werden. Dies bildet die Hypothese des Forschungsprojekts i-Twin und der dort propagierten Semantic Integration Patterns.
Der Bericht beschreibt das Konzept der Semantic Integration Patterns: Diese Patterns beruhen gemäß dem System-Design auf einer Middleware Plattform für die semantische Anwendungsintegration. Der Bericht stellt daher zunächst die wesentlichen Komponenten der Plattform vor und entwickelt darauf basierend die Kennzeichen und Design-Prinzipien für die Semantic Integration Patterns. Dabei wird auf die Rolle der Application Connectors bei der semantischen Anwendungsintegration über Datenobjekte eingegangen. Die Datenobjekte beruhen auf dem Informationsmodell der Asset Administration Shell bzw. deren Teilmodellen und deren Prozess-Modell. Der letzte Teil des Berichts ist der Umsetzung der Semantic Integration Patterns gewidmet. Beispielsweise wird ein Pattern zum Senden und Bearbeiten von Störmeldungen („Alert Messages“) vorgestellt.
Download: Dietmar Glachs, Georg Güntner: „Semantic Integration Patterns for Manufacturing“ (Januar 2024)
Semantic Integration Patterns for Artificial Intelligence
Sollen im Rahmen eines Fertigungsbetriebes analytische Services zur Überwachung oder Optimierung des Produktionsprozesses in die bestehende Produktionsumgebung integriert werden, ergeben sich verschiedene Problemstellungen. In der Regel handelt es sich bei den auf den Steuereinheiten anfallenden Sensordaten um sehr hochauflösende Zeitreihen, welche häufig aufgrund beschränkter Ressourcen in voller Auflösung nicht übertragen werden können, bzw. ist eine derartig hohe Abtastrate für die nachgelagerten analytischen Services auch gar nicht erforderlich.
Häufig werden von solchen Services nicht die vollständigen rohen Sensordaten benötigt, sondern bestimmte Merkmale, welche aus den Rohdaten berechnet werden können. Die Definition, Berechnung und Bereitstellung solcher Merkmale sollte idealerweise von einem zentralen Modul übernommen werden, welches Zugriff auf die Rohdaten der Produktionsmaschinen hat. Handelt es sich bei den analytischen Services um Machine-Learning-Anwendungen, ist eine einfache Übertragbarkeit zuvor trainierter Modelle ebenfalls wünschenswert. Der Bericht stellt Lösungsansätze der genannten Problemstellungen in Form von Methoden zur effizienten Sensordatenkomprimierung, einem zentralisierten Modul zur Merkmalserzeugung und -verwaltung sowie Rahmenwerken zur Übertragung erzeugter Modelle auf andere Laufzeitumgebungen vor.
Download: Christian Borgelt, Sebastian Baron: „Semantic Integration Patterns for Artificial Intelligence“ (März 2024)
Implementierung der i-Twin Middleware
Der vorliegende Bericht ist ein Begleitdokument zu den im Projekt i-Twin entwickelten Software-Komponenten der Middleware Plattform für die semantische Anwendungsintegration durch Semantic Integration Patterns („i-Twin Middleware“). Der Bericht umfasst eine Momentaufnahme des Entwicklungsstands im Januar 2024 und beschreibt den Zugang zu den Software-Repositories der im System-Design definierten Hauptbausteine sowie der unterstützenden Komponenten der Middleware.
Das Hauptaugenmerk des Berichts liegt auf der Beschreibung Zugangs zu den Repositories der Software-Bausteine, die im Projekt i-Twin auf Basis des konzeptionellen System-Designs entwickelt wurden. Die Summe aller genannten Bausteine repräsentiert den i-Twin Data Integration Layer. Alle Bausteine sind als Open-Source-Projekt unter dem Github-Organisationsnamen https://github.com/i-Asset verfügbar und können hier eingesehen bzw. heruntergeladen werden.
Download: Dietmar Glachs: „i-Twin Middleware“ (Januar 2024)
Bericht über die i-Twin ExpertInnen-Workshops
Der Bericht beschreibt den Zweck, die Zielsetzungen und die Zusammensetzung einer Gruppe von externen ExpertInnen, welche die im Projekt getroffenen Designentscheidungen und Lösungsansätze in zwei Workshops kennenlernten und aus ihren jeweiligen Erfahrungen und Blickwinkeln dazu Feedback gaben. Dabei ging es auch um die Vorstellung von ergänzenden Anwendungsfällen, den Stand der Standardisierung und Verbreitung, sowie um alternative bzw. komplementäre Lösungsansätze.
Die ExpertInnen stammen von Unternehmen, intermediären Organisationen, wissenschaftlichen Einrichtungen und Standardisierungseinrichtungen. Sie wurden in den Workshops von Mitgliedern des Konsortiums informiert. Der Bericht fasst die Erkenntnisse und Ergebnisse der beiden im Projektverlauf durchgeführten Workshops (am 17.02.2023 und am 12.12.2023) zusammen. Die beiden Workshops erfüllten und übertrafen zum Teil die gesetzten Ziele und schufen für das i-Twin Ökosystem ein Netzwerk von ExpertInnen, die im Bereich der Interoperabilität, der Architektur von Fertigungsnetzwerken, der Konzeption von digitalen Zwillingen oder auch in der Verbreitung der Asset Administration Shell (AAS) als Informationsmodell für industrielle Anlagen ihre Erfahrungen und Anwendungsfälle einbrachten.
Download: Georg Güntner: „Bericht über die i-Twin ExpertInnen-Workshops“ (Januar 2024)
Interoperabilität in Produktionsnetzwerken
Die Digitalisierung ist in der Industrie ein wesentlicher Treiber für die Optimierung der Produktivität, der Anlagenverfügbarkeit, der Nachhaltigkeit und der Ressourceneffizienz. Die steigende digitale Vernetzung der Produktionsanlagen mit den Softwaresystemen schafft jedoch nicht nur neue Potenziale, sondern sie führt auch zu komplexen Anforderungen an die digitale Kommunikation. Diese Hürde bewirkt häufig eine Zunahme an isolierten Datensilos, verbunden mit einer unzureichenden Hebung und Nutzung der Datenschätze. Parallel dazu explodieren die Integrationskosten für die Entwicklung von Schnittstellen zwischen den Anlagen und den Softwaresystemen.
Unter der Leitung von Salzburg Research entstand die Vision für eine Art „Esperanto“ (Universalsprache) der digitalen Kommunikation in industriellen Netzwerken, mit dem die Integrations- und Migrationskosten für Produktionsanlagen und Softwaresysteme erheblich reduziert werden: Mit den „Semantic Integration Patterns“ entwickelten die Projektpartner eine Middleware für die semantische Datenintegration und schufen die Voraussetzung für standardisierte Kommunikationskanäle zwischen Anwendungen und Produktionsanlagen. Der Bericht stellt die technologischen Grundlagen der Semantic Integration Patterns und deren Anwendungsszenarien vor.
Georg Güntner (Hrsg.): „Interoperabilität in Produktionsnetzwerken – Digitale Kommunikation mit Semantic Integration Patterns“, White Paper. Mit Beiträgen von Sebastian Baron, Nicole Bodmayer, Christian Borgelt, Martin Brugger, Michael Eitzinger, Dietmar Glachs, Fabian Hartleb, Oliver Hofbauer, Thomas Lehrer, Stefan Linecker, Erwin Spitaler, Felix Strohmeier. © Projektkonsortium i-Twin, Salzburg Research. März 2024.
Frei verfügbar auf der Download-Seite des White Papers: srfg.at/semantic-integration-patterns
Industrial Communication with Semantic Integration Patterns
Digital twins have emerged as a key technological concept in the manufacturing industry. They form an information hub for industrial equipment and interact with dedicated applications in the operational manufacturing network. Digital twins consume and deliver information from machines to basically all connected applications. This results in complex integration requirements. The paper builds on previously designed semantic interoperability concepts for data-driven digital twins. It gives an overview of semantic data integration standards and provides insights into the current implementation of semantic integration patterns. Based on the challenges of the underlying research project “i-Twin”, semantic integration patterns provide standardized communication channels for operational management systems and connected assets. They build on the services of the semantic data integration middleware and use semantic connectors to bridge the proprietary data objects with an I4.0 compliant information model based on the asset administration shell (AAS). Semantic integration patterns will reduce the integration effort for equipment manufacturers and software providers, thereby accelerating automation and digitalization processes.
Georg Güntner, Dietmar Glachs, Stefan Linecker, Felix Strohmeier (2023): Industrial Communication with Semantic Integration Patterns In: Terzi, S., Madani, K., Gusikhin, O., Panetto, H. (eds) Innovative Intelligent Industrial Production and Logistics. IN4PL 2023. Communications in Computer and Information Science, vol 1886. Springer, Cham. Print ISBN: 978-3-031-49338-6. eBook ISBN: 978-3-031-49339-3
Erschienen in den Conference Proceedings der „Innovative Intelligent Industrial Production and Logistics“, 2023 im Verlag Springer.