SUCCESS STORY

Digitaler Zwilling in der Mess- und Steuerungstechnik

 

Ob in der Chemieindustrie, in der Biotechnologie, im Anlagenbau, in der Automatisierungstechnik oder bei der Energieerzeugung, überall trägt Messtechnik zur Steuerung von Prozessen, Effizienz und Produktqualität entscheidend bei. Dabei haben Messumformer eine wichtige Aufgabe, sie wandeln die Messwerte in von Steuerungen und Analysegeräten verarbeitbare Signale um. Diese Messtechnik entwickelt und produziert die Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG mit Sitz in Berlin seit mehr als 75 Jahren. Das Familienunternehmen vertreibt weltweit hochwertige Produkte für die elektrische Messtechnik und ein breites Portfolio für die Flüssigkeitsanalyse.

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Smartes Datenmanagement durch Digitale Zwillinge auf Basis von Verwaltungsschalen

Smartes Datenmanagement ist in der Mess- und Steuerungstechnik unerlässlich. Das digitale Verfügbarmachen der richtigen Informationen zum richtigen Zeitpunkt ist die Grundlage für viele Anwendungsfälle und passt damit hervorragend in die Nachhaltigkeits- und Digitalisierungs-Roadmap von Knick. Basis für den übergreifenden Datenaustausch ist der digitale Zwilling. Technisch realisiert wird dieser durch die sogenannte Verwaltungsschale oder auch Asset Administration Shell (AAS) genannt. Diese bietet eine wesentliche Grundlage für Interoperabilität und gilt als zentrales Element im Zuge von Industrie 4.0..

Hintergrund des Vorhabens

Als End-2-End-Partner für digitale Transformation und Innovationen begleitet und unterstützt die conplement AG Unternehmen im Bereich Digitaler Zwillinge ganzheitlich. Gemeinsam mit Knick entwickelten wir ein Konzept für die etappenweise Realisierung des Digitalen Zwillings und setzten dieses schrittweise um. In der ersten Phase entwickelten wir in enger Abstimmung mit Knick den Aufbau von Digitalen Zwillingen für ausgewählte Produkte und visualisierten die Verwaltungsschalen in einem prototypischen Web-Demonstrator.

Für den Demonstrator wählte Knick zwei verschiedene Messumformer aus dem umfangreichen Produktspektrum aus:

  • Der P42000D2TRMS-0008 ist ein Hochspannungs-Messumformer zur Messung von Wechsel- und Gleichspannungen, der auch bei verzerrten Wechselspannungssignalen einen korrekten Echt-Effektivwert ausgibt.
  • Der MemoRail A1401B-P1-21 ist ein äußerst kompaktes, digitales 4-Leiter-Analysenmessgerät für die Messung von pH/Redox, Leitfähigkeit, Sauerstoff und Temperatur mit Memosens-Sensoren in wässrigen Flüssigkeiten.

Der cloud-basierte Verwaltungsschalen-Demonstrator ermöglicht einen direkten Zugriff auf den Digitalen Zwilling. Dafür wurde die Norm zum Digitalen Typenschild berücksichtigt und umgesetzt. So wird der Einstieg zu den Informationen einer Verwaltungsschale zum Kinderspiel.

Die Digitalen Zwillinge der beiden Messumformer wurden auf Basis von Verwaltungsschalen mit Instanz und Typ ausgeprägt. Neben der Verwendung der Digitalen Zwillinge im neuen hauseigenen Demonstrator konnten die Verwaltungsschalen auch im ZVEI-Show-Case "PCF@Control Cabinet" auf der Hannover Messe 2022 genutzt werden. In dem gezeigten Demonstrator des ZVEI-Show-Cases konnten die Besucher beobachten, wie der CO2-Fußabdruck (Product Carbon Footprint) eines Schaltschranks, der aus vielen verschiedenen Produkten von beteiligten Unternehmen bestand, automatisiert berechnet wurde. Dazu wurden die Digitalen Zwillinge um Informationen zum Product Carbon Footprint über ein definiertes Teilmodell angereichert. Neben diesen Informationen wurden weitere Informationen über Teilmodelle abgestimmt und ergänzt.

Durchführung & konkrete Umsetzung des Vorhabens

Im März 2022 startete die conplement gemeinsam mit Knick die Konzeption und Umsetzung der ersten Phase. Im Rahmen unserer agilen Entwicklung ist permanente Transparenz und das Einbinden und Abstimmen mit unseren Kunden ein hohes Gut. Unser interdisziplinäres Team aus Entwicklern, Architekten, Product Owner, UX Designern und Digital Twin Spezialisten realisierte für alle Projektbeteiligten für Knick ein Rundum-sorglos-Paket.

Uns war es wichtig, für dieses Projekt einen kontinuierlichen Fortschritt in kleinen Schritten zu erreichen, um Anforderungsänderungen kontrolliert in das Projekt einfließen lassen zu können. Deshalb arbeiten wir bei der conplement AG seit vielen Jahren nach Methoden der agilen Softwareentwicklung. Den Kunden immer eng mit einzubeziehen und sein Feedback direkt zu erhalten, hat für uns Priorität. Das gewählte Kanban-basierte Vorgehen ermöglichte uns, mit einem kleinen Team schnell vorwärtszukommen und die nötigen Abstimmungen schnell zu erledigen. In wöchentlichen Meetings fand ein geregelter Austausch zwischen dem Team von Knick und unserem Team statt. So wurde der Projektfortschritt transparent gemacht, Erfolge kommuniziert und Herausforderungen diskutiert und gelöst. Gemeinsam mit Knick erarbeiteten wir ein dreistufiges, iteratives Konzept, um den Ist-Zustand aufzunehmen, Anforderungen abzuleiten und die Lösung umzusetzen.

Zunächst eruierten wir gemeinsam mit Knick, wo die Herausforderungen in der Firma liegen, was gelöst werden soll und was den meisten Mehrwert für Knick bietet. Wir arbeiteten im Detail heraus, was Knick im Rahmen der Digitalisierungsjourney wichtig ist und wie der Digitale Zwilling dazu passt. Am Ende entstand eine abgestimmte Roadmap und ein Backlog, mithilfe dessen wir in der Lage waren, mit dem Kunden in die nächste Phase zu gehen.

Das Besondere am Konzept der Verwaltungsschalen ist, dass es einen geregelten Prozess zur Entwicklung von abgestimmten Teilmodellen gibt. Unter dem Dach der IDTA werden so neue Informationsmodelle von der Idee zur fertigen Spezifikation und neuen Versionen geführt. So wird die Verwaltungsschale zum „Living Standard“ und kann schnell auf gesetzliche Vorgaben, Normen und Änderungen reagieren. Durch den Open Source Anspruch und die breite Akzeptanz, ist der Einstieg besonders einfach, so dass man sich auf die Integration und das Etablieren von digitalen Mehrwertdiensten konzentrieren kann.

IMG20220601131852Der Meilenstein Hannover Messe 2022 hat für den ZVEI Showcase die Umsetzung des Informationsmodells Product Carbon Footprint erfordert. Obwohl sich das Teilmodell PCF erst in einer frühen Spezifikationsphase befunden hat, konnten wir zusammen mit Knick den Kontakt zum Arbeitskreis der ZVEI aufbauen und als Mitglied der IDTA die Spezifikation noch vor deren Veröffentlichung abbilden. So war es die größteHerausforderung im Team, das Abhängigkeitsmanagement durchzuführen und stetige Veränderungen im Modell zeitnah in das Projekt einfließen zu lassen.

Technologisch setzten wir Komponenten des Eclipse BaSyx Projektes ein. Dieser Open Source Ansatz, der vom Wirtschaftsministerium gefördert wurde, erleichtert durch vorgefertigte Komponenten und Libraries den Umgang mit Verwaltungsschalen und Digitalen Zwillingen. Für den Knick-Demonstrator entschieden wir uns, die Infrastruktur komplett Cloud-basiert auf Basis von Micosoft Azure abzubilden. Durch unsere Cloud-Kompetenzen und Services wurden alle notwendigen Komponenten in einem verwalteten Kubernetes Cluster aufgebaut. Durch die Abbildung in der Cloud wurden eine sehr schnelle Realisierbarkeit, Flexibilität und Kosteneffizienz sichergestellt. Zur Umsetzung des Web-Frontends wurde Angular verwendet. Im Back-End wurde .NET und C# eingesetzt.

Der Erfolg

Entstanden ist ein Verwaltungsschalen-basierter Digital-Twin Demonstrator in der Cloud mit den für Knick wichtigsten Aspekten. Durch das sehr gute Zusammenspiel mit Knick und unseren End-2-End Kompetenzen (methodisch, fachlich und technologisch), war die Umsetzung der ersten Phase für alle Beteiligten ein voller Erfolg – Qualität & Funktion on-time und in-budget.

Durch die sehr gute Zusammenarbeit entstand eine vertrauensvolle Partnerschaft. Der Web-Demonstrator diente Knick dazu, interne Stakeholder im Rahmen der Digitalisierungsroadmap zu integrieren und Möglichkeiten und Mehrwerte zu spiegeln. Außerdem können nun mithilfe des Demonstrators gezielt Kunden informiert und Feedback in die Roadmap integriert werden.

Das spannende ist der Weg, mit dem der Web-Demonstrator präsentiert werden kann: Der Einstieg erfolgt über einen QR-Code, der nach der Norm DIN VDE 0170-100 bzw. IEC 63365 für das Digitale Typenschild aufgebaut ist und mit einem geeigneten QR-Reader gescannt wird. Durch den im Digitalen Typenschild enthaltenen Identification-Link (DIN-SPEC-91406 bzw. IEC 61406), gelangt man für das jeweilige Produkt in die Funktionswelt des Digitalen Zwillings.

In der zweiten Phase steht nun die vollautomatisierte Verwaltungsschalen-Generierung im Fokus. Dabei übernehmen wir die Konzeption, den Aufbau und den Betrieb einer hybriden Cloud-Lösung, bei der Teile On-Premise und Teile in der Cloud laufen werden. Diese Phase erlaubt den technischen Durchstich zur Automatisierung des Digitalen Zwillings und schafft die Grundlagen zur Produktivsetzung. Auch hier setzen wir auf ein partnerschaftliches Vorgehen, eine agile Entwicklung und hohe Transparenz, um gemeinsam erfolgreich zu sein.

„Es entstand eine vertrauensvolle Partnerschaft, die wir gerne weiterempfehlen.“

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"Der Erfolg der gemeinsamen Reise lässt sich auch daran erkennen, dass wir zusammen in die nächste Phase gehen. Mit der conplement als kompetenten Partner erschließen wir uns Schritt für Schritt den Digitalen Zwilling."
Tobias Schenk- Vice President Business Development, Knick Elektronische Messgeräte GmbH & Co. KG

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"Wir machen Digitalisierung nutzbar und schaffen damit Mehrwerte für Ihr Unternehmen. Dabei leisten wir mehr als professionelle Softwareentwicklung. Die conplement AG begleitet Sie end-2-end von der Geschäftsidee über die Architektur und Entwicklung bis zum Betrieb moderner Web-Services: vom Sensor über Edge-Devices bis in die Cloud. Möglich machen das die einzigartigen Menschen bei der conplement – sie verbinden technologische Kompetenz mit fachlichen Wissen und leben unsere Werte täglich in den Projekten. Mit Offenheit und Kommunikation auf Augenhöhe machen wir Ihr Digitalisierungsprojekt gemeinsam erfolgreich!"

Thomas Wahle

Vorstand
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"Wir unterstützen Sie dabei, Möglichkeiten der Digitalisierung in echten Nutzen zu wandeln. Die Besonderheit: Wir bieten Ihnen ein Rundum-sorglos-Paket. Unser Spektrum reicht von der Ideenfindung, über die Validierung und Umsetzung bis hin zum Betrieb. Dabei bilden Werte, wie Offenheit Transparenz und Authentizität unser starkes Fundament. Diese leben wir in der conplement tagtäglich und natürlich auch in der Zusammenarbeit mit Ihnen. Gemeinsam lassen wir Ihre Ideen Wirklichkeit werden!"

Britta Waligora

Vorstand