Gemeinsame Daten als Grundlage für bessere Entscheidungen

Produktionsanlagen, Baustellen und Montagesysteme erzeugen heute kontinuierlich große Mengen an Daten. Doch ihr eigentlicher Wert entsteht erst, wenn diese Informationen über System und Unternehmensgrenzen hinweg verfügbar sind und im richtigen Kontext genutzt werden können.

Hier setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer FF an: Sie nutzen die Technologien des Datenraums, die einen sicheren, standardisierten sowie souveränen Austausch von Informationen zwischen Unternehmen, Systemen und Anwendungen ermöglichen. Dies bildet die Basis für die Gestaltung resilienter Wertschöpfungsketten, effizientere Prozesse und bessere Entscheidungen. Daten entfalten erst dann ihren Wert, wenn sie nicht nur kontextualisiert und semantisch angereichert sind, sondern auch zwischen allen Beteiligten ausgetauscht werden können. Datenräume sorgen dafür, dass das möglich wird.

Durchgängige Digitalisierung ist eine zentrale Voraussetzung für die Automatisierte Manufaktur. Digitale Zwillinge, standardisierte Datenmodelle und ein integriertes IT-/OT-Systemdesign ermöglichen es, Daten entlang der gesamten Wertschöpfungskette konsistent nutzbar zu machen und redundante Datenpflege zu vermeiden. So entstehen effizientere, sichere und resilientere Prozesse, die Produktions- und Infrastruktursysteme flexibel orchestrieren.

Semiconductor X: Datenräume für eine hochkomplexe Industrie

Im Projekt Semiconductor X wird dieser Ansatz für die Halbleiterindustrie umgesetzt. Hier ist es das Ziel, ein durchgängiges Datenökosystem aufzubauen, das Unternehmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette miteinander verbindet, von Anlagenherstellern über Produzenten bis hin zu Zulieferern.

Die Halbleiterproduktion ist durch hochkomplexe, eng verzahnte Prozesse geprägt. Bereits kleine Störungen können große Auswirkungen haben. Gleichzeitig entstehen große Datenmengen, die häufig in getrennten Systemen vorliegen. Im dem Verbundprojekt wird hierfür die Technologie des Datenraums angewendet und es werden die hierfür notwendigen Schnittstellen sowie Datenmodelle entwickelt, um einen sicheren, standardisierten und interoperablen Datenaustausch zu ermöglichen.

Ein zentraler Aspekt ist der unternehmensübergreifende Datenaustausch. Daten werden entlang der Lieferkette verfügbar gemacht, ohne dass Unternehmen ihre Souveränität verlieren. So lassen sich beispielsweise Produktionsprozesse besser aufeinander abstimmen, Engpässe frühzeitig erkennen und Qualitätsabweichungen schneller analysieren.

Das Fraunhofer IFF bringt seine Expertise in der Integration und Nutzung von Produktions- und Logistikdaten in das Projekt ein und entwickelt Ansätze, um heterogene Datenquellen in einem gemeinsamen Datenraum nutzbar zu machen. Dabei liegt ein Schwerpunkt auf der Verknüpfung von Daten mit konkreten Anwendungsfällen wie Produktionssteuerung und Prozessoptimierung. So entstehen Lösungen, die Unternehmen eine direkte Nutzung der Daten für operative Entscheidungen ermöglichen. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Unterstützung und Begleitung von Unternehmen, die im Projekt entwickelten Technologien für den Datenaustausch zur Anwendung zu bringen. Neben der Anbindung an die Datenraum-Konnektoren für den Datenaustausch ist es auch erforderlich, zu evaluieren, ob die unternehmensinterne IT-Infrastruktur in der Lage ist, die benötigten Daten bereitzustellen oder verarbeiten zu können, sowie eine Unterstützung zu geben, wie dieses Ziel erreicht werden kann.

Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des Manufacturing-X-Förderprogramms mit EU-Mitteln (DARP)

Für Unternehmen entsteht dadurch ein klarer Mehrwert: höhere Transparenz über komplexe Zusammenhänge, verbesserte Planbarkeit und eine gesteigerte Resilienz der Lieferketten.

Dipl.-Inf. Tobias Kutzler

Logistik- und Fabriksysteme, Gruppenleiter Digitale Logistikinfrastrukturen und -systeme

Semiconductor-X am Fraunhofer IFF →

Semiconductor-X

Construct-X: Der digitale Datenraum für das Bauwesen

Mit Construct-X wird das Konzept auf die Bauwirtschaft übertragen. Ziel ist der Aufbau eines Datenraums, der alle relevanten Akteure entlang des Lebenszyklus eines Bauwerks direkt miteinander verbindet.

Die Bauindustrie ist durch eine Vielzahl von Beteiligten und Systemen geprägt. Daten werden häufig mehrfach erfasst oder stehen nicht durchgängig zur Verfügung. Construct-X adressiert diese Herausforderungen, indem es eine Infrastruktur für einen sicheren unmittelbaren Informationsaustausch schafft, die auf offenen Standards basiert und bestehende Lösungen integriert.

Planungsdaten, Leistungsverzeichnisse, Baufortschritt und Nachhaltigkeitsinformationen können verknüpft und semantisch korrekt weitergegeben werden. Alle Beteiligten greifen direkt auf die aktuellen, konsistenten Daten zu, ohne ihre bestehenden Systeme ersetzen zu müssen. Daten werden bewusst genau in dem Umfang und an die Beteiligten gegeben, die sie auch weiterverarbeiten dürfen. Dadurch wird die Datensouveränität gestärkt und die Qualität der Prozesse verbessert.

Im Projekt Construct-X arbeiten die Forschenden des Fraunhofer IFF daran, Daten aus der Planung mit Produktinformationen anzureichern, um verlinkte konsistente Leistungsverzeichnisse bereitstellen zu können und Sensordaten auf der Baustelle on Edge vorzuverarbeiten, um die Baufortschrittskontrolle zu automatisieren. Damit unterstützt das Institut die Entwicklung praxisnaher Lösungen für eine effizientere Planung und besser koordinierte Bauabwicklung.

Gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Eingebettet in
Manufacturing X

Eingebettet sind diese Aktivitäten in die Initiative Manufacturing-X, die den Aufbau eines föderierten, offenen und interoperablen Datenökosystems für die Industrie vorantreibt. Ziel ist es, die digitale Zusammenarbeit entlang von Wertschöpfungsketten zu stärken, Datensouveränität zu sichern und Abhängigkeiten von einzelnen Plattformanbietern zu vermeiden.

Für Unternehmen bedeutet das weniger Abstimmungsaufwand, eine höhere Planungssicherheit und eine effizientere Umsetzung von Bauprojekten.

Dr.-Ing. Stefanie Samtleben

Logistik- und Fabriksysteme, Gruppenleiterin Integrale Fabrikplanung

Construct-X am Fraunhofer IFF →

Construct-X

Digitale Zwillinge als Anwendungsebene

Die Stärke von Datenräumen zeigt sich besonders in der Verbindung mit digitalen Zwillingen wie im Projekt KI-sy-Twin. Im Projekt KI-sy-Twin entwickelt das Fraunhofer IFF digitale Zwillinge für komplexe Energie- und Infrastruktursysteme, die kontinuierlich mit Echtzeitdaten aus unterschiedlichen Quellen versorgt werden. Dafür werden KI-Methoden mit physikalischen Modellen kombiniert, um Zustände präzise zu erfassen, Prognosen abzuleiten und Betriebsstrategien zu optimieren. Das Institut arbeitet insbesondere an der Integration heterogener Daten aus Energie-, Produktions- und Infrastruktursystemen sowie an skalierbaren Analyseverfahren, die eine vorausschauende Steuerung ermöglichen. Unternehmen erhalten so Werkzeuge, mit denen sie Energieflüsse transparenter machen, Betriebskosten senken und ihre Systeme resilienter betreiben können.

KI-sy-Twin: Digitale Zwillinge für die Prozessindustrie. Auf dem Weg zum Datenraum

Mit KI sy Twin wurde das Konzept des Datenraums auf die Prozessindustrie übertragen und mit digitalen Zwillingen verknüpft. Ziel war es, Bestandsanlagen effizient zu digitalisieren und über standardisierte Datenstrukturen, Verwaltungsschalen Asset Administration Shells, in den Datenraum Process X zu integrieren.

Die Prozessindustrie ist durch komplexe, über Jahrzehnte gewachsene Anlagen geprägt, deren Dokumentation häufig lückenhaft, veraltet oder in nicht digitaler Form vorliegt. Gleichzeitig erfordern steigende Anforderungen an Effizienz Instandhaltung und Compliance eine durchgängige digitale Datenbasis.

KI-sy-Twin adressierte diese Herausforderungen, indem mithilfe von künstlicher Intelligenz automatisiert Verwaltungsschalen aus vorhandenen Anlagendokumentationen, Typenschildern und R&I-Schemata erzeugt und über Datenraum-Konnektoren sicher mit Herstellern und produktionsnahen Systemen vernetzt wurden.

Anlagendaten, Geräteinformationen und Dokumentationen werden so in einer einheitlichen, maschinenlesbaren Struktur zusammengeführt. Alle Beteiligten – vom Gerätehersteller über den Anlagenbetreiber bis hin zu CAE- und ERP-Systemen – greifen auf eine konsistente Datenbasis zu, ohne ihre bestehenden Systeme ersetzen zu müssen. Beim Tausch von Komponenten wird die gesamte Kette automatisiert aktualisiert und über den Datenraum mit den relevanten Systemen synchronisiert.

Im Projekt KI-sy-Twin arbeiteten die Forschenden des Fraunhofer IFF gemeinsam mit dem Fraunhofer IOSB-INA und Partnern aus dem Process-X-Konsortium daran, KI-Methoden mit dem Industrie-4.0-Standard der Verwaltungsschale zu verbinden. Ein besonderer Schwerpunkt lag auf der automatisierten Erstellung digitaler Zwillinge für Brownfield-Anlagen, der Integration des NOA-Informationsmodells sowie der Anbindung an den Datenraum Process-X. Der am Fraunhofer IFF entwickelte Demonstrator zeigt exemplarisch, wie Digitalisierung, Gerätetausch und Cybersicherheit in der Prozessindustrie praxisnah umgesetzt werden können.

Unternehmen profitieren von einer deutlichen Reduktion des manuellen Aufwands bei der Anlagendigitalisierung, einer stets aktuellen und durchgängigen Dokumentation sowie von der Grundlage für vorausschauende Wartung und neue datenbasierte Geschäftsmodelle.

M.Sc. Sven Schiffner

Energiesysteme und Infrastrukturen

KI-sy-Twin

Gefördert durch das Fraunhofer-Cluster of Excellence Cognitive Internet Technologies.

Flexible Montage durch vernetzte Daten

Auch in der Produktion zeigt sich der Nutzen durchgängiger Daten. Im Projekt DigiFlexMont entwickelte das Fraunhofer IFF gemeinsam mit Industriepartnern neue Lösungen für die Montageprüfung und die Assistenz bei eventuell erforderlichen Nacharbeiten in der Automobilproduktion auf Basis Digitaler Zwillinge und intelligenter Sensorik. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler setzten den Fokus dabei auf die Sicherstellung der Interoperabilität zwischen den verschiedenen Teilsystemen durch konsequenten Einsatz standardisierter Verwaltungsschalen. Eine modellbasierte Prüfplanung für die Inspektion variantenreicher Bauteile sowie AR-Assistenzsysteme, die Mitarbeitende in Montage, Nacharbeit und Qualitätskontrolle unterstützen, zeigen die Flexibilität des Ansatzes in der praktischen Umsetzung. An Demonstratoren in der Fahrzeugmontage eines großen Automobilherstellers sowie in den eigenen Versuchsfeldern zeigte das Fraunhofer IFF, wie sich Prüfprozesse automatisiert an bauteilspezifische Anforderungen anpassen und Prüfergebnisse durchgängig nutzen lassen. Ergänzend wurden Simulationsverfahren für optische Messdaten entwickelt und in übertragbare Softwarelösungen überführt, die Unternehmen bei der Einführung digitaler Assistenz- und Prüfsysteme unterstützen und eine flexible, qualitätsgesicherte Produktion bei stetig steigender Variantenvielfalt ermöglichen.

Das Projekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen der Förderrichtlinie »Digitalisierung der Fahrzeughersteller und Zulieferindustrie« gefördert.

Dipl.-Ing. Erik Trostmann

Abteilungsleitung Fertigungsmesstechnik und digitale Assistenzsysteme, Gruppenleitung Optische Messtechnik

DigiFlexMont

Datenräume ermöglichen neue Geschäftsmodelle

Die Projekte zeigen, dass Datenräume weit über den reinen Datenaustausch hinausgehen. Sie ermöglichen eine sichere und souveräne Zusammenarbeit über Unternehmensgrenzen hinweg und schaffen die Grundlage für neue, datenbasierte Geschäftsmodelle.

Unternehmen profitieren vor allem von mehr Klarheit und Geschwindigkeit. Sie können schneller reagieren und ihre Prozesse gezielt weiterentwickeln.

Damit werden Datenräume zu einem zentralen Baustein für die digitale Transformation. Sie verbinden Systeme, Unternehmen und Wertschöpfungsketten und schaffen die Voraussetzung für vernetzte, flexible und resiliente Produktions- und Infrastruktursysteme.