Ergebnis

Praxisbezogene Referenzarchitektur für den Digitalen Zwilling

Die Mitglieder des CBA Lab verfügen nach Abschluss des Workstreams Digital Twin über eine Referenzarchitektur des Digitalen Zwillings, die industrieübergreifend einsetzbar ist. Dieses Ergebnis wurde erreicht, weil die am Workstream teilnehmenden Unternehmen aus so unterschiedlichen Branchen kommen wie Automobil, Hausgeräte oder Optik.

Alle können mit der Referenzarchitektur arbeiten, das bestätigt auch Workstreamteilnehmerin und Enterprise-Architektin in der Volkswagen Konzernlogistik Britta Boldt: „Wir werden diese Referenzarchitektur einsetzen.“ Ohne den cross-industriellen Ansatz des CBA Lab und die sehr gut funktionierende industrie-übergreifende Zusammenarbeit der Teilnehmer wäre das Arbeitsresultat des Workstreams nicht so gut ausgefallen, ist sich die Architektin sicher. 

Die entwickelte Referenzarchitektur (siehe Grafik) besteht aus den drei vertikalen Ebenen (Levels) Physical, Integration und Model sowie einer gesonderten Ebene mit „Overall Capabilities“. In ihr befinden sich Capabilities wie Lifecycle Management, Mobile Device Management, AI, Machine- und Deep Learning sowie Big Data und andere übergreifende Funktionalitäten. Letztere stehen der gesamten IT eines Unternehmens zur Verfügung und nicht nur dem Digitalen Zwilling. 

Quer zu den vertikalen Ebenen liegen die Layer Capabilities, Application/Data und der Physical Layer. Im Layer Capabilities finden sich beispielsweise auf dem Physical Level Fähigkeiten wie Diagnostik, Status Lebenszyklus oder Edge Logic/Analytics. Diese reagieren auf der Ebene Integration mit bzw. werden kontrolliert von den Capabilities wie Daten-, Workflow- oder API-Management. Ein vierter Layer, der 3rd Party Ecosystem Tier, sorgt über die verschiedenen Ebenen hinweg für Security und das API-Management.

„Die besondere Qualität der Referenzarchitektur liegt darin, dass sie nicht nur im eigenen Unternehmen zur Entwicklung von Digital Twins und zum Vergleich von Lösungskomponenten unterschiedlicher Anbieter verwendet werden kann, sondern auch die Basis für die Zusammenarbeit im Partner-Ökosystem bildet“, erklärt Dr. Verena Schmidtmann, Workstreamleiterin und Partnerin bei Detecon. 

Kaufe ein Unternehmen beispielsweise für seine Produktionslinie eine Maschine, so werde diese heute in der Regel mit einem Digitalen Zwilling ausgeliefert und müsse in die vorhandene Digital-Twin-Landschaft integriert werden. Hierbei fungiere, so Schmidtmann weiter, die Referenzarchitektur als neutraler Abstimmungsrahmen, der die Integration der Digital Twins in ihre Umgebung erleichtere.

„Allerdings lösen die Ergebnisse des Workstreams natürlich nicht alle Integrationsaufgaben. Vor allem in der Semantik fehlen noch Puzzleteile, insbesondere Standards von Protokollprovidern wie OPC Foundation und von Semantikprovidern wie eClass, umati oder die Verwaltungsschale der Plattform Industrie 4.0. Klar ist aber jetzt schon, dass die Enterprise-Architektur strukturgebende Disziplin bei dieser Integrationsaufgabe sein wird“, sagt Workstreamleiterin Schmidtmann.

Neben der Referenzarchitektur entwickelte der Workstream einen Demonstrator. Mit seiner Hilfe gelang es, die Referenzarchitektur nicht nur als theoretisches Konstrukt, sondern auch praktisch auf ihre Vor- und Nachteile hin zu untersuchen. Außerdem konnten mit dem Demonstrator auch Laien die Vorteile der Architektur verdeutlicht werden. Umgesetzt wurde der Demonstrator mit Hilfe von zwei Raspberry PI (einfache Einplatinen-Rechner) und der IoT Cloud von Bosch. Er zeigt, wie der Digitale Zwilling eines in einem elektrisch angetriebenen Campingbus verbauten Kühlschranks das Energiemanagement des Gesamtsystems verbessert.

Ein Dashboard erlaubt es zudem, die Regelkreise und Aktoren abzulesen und zu steuern.

„Dieser Demonstrator hat uns sehr geholfen, aus der Abstraktion herauszukommen, weil er den Digitalen Zwilling und seine Auswirkungen haptisch wahrnehmbar macht“, schildert Boldt die Vorteile dieses Vorgehens.

Der Workstream hat mit seiner Arbeit das Konzept des Digitalen Zwillings für die Teilnehmer und die Mitglieder im CBA Lab greifbar und zugänglich gemacht. 

Britta Boldt sieht vor allem drei Take Aways, die die Arbeit im Workstream gebracht hat:

• Die Referenzarchitektur – sie macht den Digitalen Zwilling branchenübergreifend einsetzbar.
• Den Demonstrator – er macht die Vorteile des Digitalen Zwillings greif- und nachvollziehbar.
• Industrieübergreifende Zusammenarbeit – sie funktioniert im CBA Lab hervorragend, weil sich die Teilnehmer sehr ernsthaft auf die Aufgaben des Workstreams einlassen und sich sehr stark engagieren.

Lesen Sie zu diesem Thema auch den Fachartikel "Standards für den Digitalen Twin".

Download der Studie "Digitale Zwillinge – Wegbereiter für Ökosysteme von morgen"