15.11.2021

Identifikation im Zeitalter von Industrie 4.0

Im Zuge von Digitalisierung und Industrie 4.0 werden immer grössere Datenmengen generiert und in Zusammenhang gebracht, was zeitgemässe Methoden zur Identifikation erfordert. Betriebliche Nummernsysteme in Entwicklung, Produktion und Service sind auf Industrie-4.0-Tauglichkeit zu prüfen, um Nutzenpotenziale zu erschliessen sowie Auto-Ident-Technologien zur Identifikation und Lokalisierung einsetzen zu können.

Benummerung wozu?

Im normalen Leben sprechen wir Dinge beim Namen an, aber schon eine Behörde benötigt einen Ausweis mit eindeutiger Nummer zur Identifikation. In der Betriebsorganisation sind Nummernsysteme die Grundlage zur Abbildung produktionstechnischer Daten und Ablaufstrukturen. Innovationen entstehen in der Produktentwicklung zunächst mit Bezeichnungen und erhalten bei Weiterverfolgung eine Sachnummer. Auch unternehmensübergreifend muss identifiziert werden, da Unternehmen mit Lieferanten, Händlern etc. kooperieren und bei Mergern und Acquisitions müssen bestehende Nummernsysteme integriert werden.

Im Zuge von Industrie 4.0 erhalten Produkte vermehrt digitale Fähigkeiten mit datentechnischer Vernetzung. Hierfür muss zunächst das physische Asset (verkauftes Produkt oder Maschine) identifiziert werden, wofür Seriennummern verwendet werden. Zur Nutzung von IoT- und Auto-Ident-Technologien (z. B. RFID) ist eine Verknüpfung der System-Identifikatoren mit der betriebsorganisatorischen Benummerung erforderlich. Weil in der Praxis mehrheitlich immer noch Verbundnummern eingesetzt werden (vgl. Bild 1) ist eine Kernfrage, ob damit I4.0-Nutzenpotenziale realisierbar sind.

Konzepte der Nummerungstechnik

Prinzipiell sind vier grundlegende Konzepte zu unterscheiden:

  • Aufgaben einer Nummer
  • Aufbauprinzipien
  • Bereichsbildung
  • Kombinationsprinzip

Bei den Aufgaben stehen die Hauptaufgaben identifizieren und klassifizieren im Vordergrund. Das Identifizieren dient dem eindeutigen Zugriff auf ein Objekt mit unveränderlicher Nummer über die Lebensdauer. Das Klassifizieren dient dem Ordnen von Objekten in Gruppen, um über gemeinsame Eigenschaften effizient zugreifen zu können (z. B. alle Sensoren). Daneben kann eine Nummer Nebenaufgaben erfüllen wie informieren oder kontrollieren, was hier nicht weiter interessiert.

Häufig erfüllen Nummern mehrere Aufgaben. Aus dem Schweizer Auto-Kennzeichen kann man z. B. ablesen, aus welchem Kanton das Fahrzeug stammt. Oftmals sind solche klassifizierenden Aussagen erwünscht und hilfreich, aber die Aufnahme klassifizierender Elemente in die Identifikation kann Probleme aufwerfen, da zwischen Identifikation und Klassifikation ein funktioneller Widerspruch besteht. Eine Ident-Nr. muss ein Einzelobjekt eindeutig identifizieren (-> trennen), wogegen eine Klassifizierungs-Nr. für eine Gruppe von Objekten steht (-> zusammenfassen).

Weiterhin sind Klassifizierungssysteme stark änderungsgefährdet, da sich im Laufe der Zeit die Merkmale, die Beziehung zueinander sowie deren Interpretation ändern können. Bei einer Kombination der Hauptaufgaben muss daher stets sorgfältig abgewogen werden, ob die Vorteile überwiegen.

Beim Aufbauprinzip geht es um die Verbindung zwischen Nummernteilen, die aus aufeinanderfolgenden, logisch zusammenhängenden Nummernstellen bestehen, die entweder hierarchisch oder unabhängig sein kann.

Der Anwendungsfall bestimmt, welcher Aufbau sinnvoll ist. Bei Abhängigkeit der Merkmale kann ein hierarchischer Aufbau gewählt werden (z. B. Vorwahl beim Telefon). Als Folge davon hat das abhängige Merkmal (Durchwahl) keine eigenständige Aussagekraft und kann nur unter Kenntnis des übergeordneten Merkmals abgefragt werden (sinnvoll bei Telefon-Nr.).

Bei Ranggleichheit von Merkmalen muss ein unabhängiger Aufbau gewählt werden. Als Beispiel können die Varianten bei Smartphones angeführt werden, um Merkmale wie Display, Speicher, Farbe etc. flexibel abfragen zu können.

Die Bereichsbildung dient der Strukturierung innerhalb eines Nummernteils und erfolgt über die Zuordnung von Eigenschaften zu Wertebereichen (z. B. 500-599 Zukaufteil). Dabei werden mehrere Merkmale in einem Nummernteil abgebildet, was kürzere Nummern ergibt, aber sehr konsistenzkritisch ist, weshalb hiervon abzuraten ist.

Die Bereichsbildung dient der Strukturierung innerhalb eines Nummernteils und erfolgt über die Zuordnung von Eigenschaften zu Wertebereichen (z. B. 500-599 Zukaufteil). Dabei werden mehrere Merkmale in einem Nummernteil abgebildet, was kürzere Nummern ergibt, aber sehr konsistenzkritisch ist, weshalb hiervon abzuraten ist.

Mit diesem Verständnis kann die Benummerung eines Unternehmens analysiert und hinsichtlich Ihrer I4.0-Tauglichkeit überprüft werden. Etwaige Defizite der Nummerung sollten ausgemerzt werden, bevor die informationstechnische Abbildung erfolgt.

Methoden und Modelle zur Digitalisierung

Ungeachtet der digitalen Maturität einer Sachnummer sollte in einem Informationssystem eine unabhängige, systeminterne Objekt-Identifikation (OID#) eingesetzt werden. Die OID# wird nur intern verwendet und nach dem Prinzip der Nummernumsetzung für den Anwender in die Sachnummer übersetzt. Da die OID# keine Semantik beinhaltet, kann nie ein Grund zur Änderung entstehen.

Für die Speicherung der Nummernsysteme auf Datenbankebene wird die Nummer meistens direkt in das Sachnummer-Attribut abgebildet (Standardweg 1 und 2 in Bild 2).

Im Falle einer Parallelnummer besteht alternativ auch die Möglichkeit, Identifizierung und Klassifizierung aufzuteilen (Weg 3) und lediglich die Identifizierung in das Sachnummer-Attribut zu übernehmen. Die Klassifizierung wird separat in ein reines Klassifizierungs-Attribut gespeichert. Der Vorteil ist, dass die identifizierende Funktionalität der Identnummer vom Datenbanksystem sichergestellt wird. Allerdings muss dafür das Informationssystem das Mapping unterstützen von der zusammengesetzten Sachnummer auf die beiden Attributfelder (vgl. Bild 2).

Bei Mehrfachfertigung nutzt man eine Produktdefinition (Master) mehrfach, um eine Stückzahl von Produkten herzustellen. Zur Unterscheidung der physischen Produkte benötigt man zusätzlich eine Seriennummer. Informationstechnisch besteht vom Master mit Sachnummer eine 1:n-Beziehung zu den physischen Produkten, den Assets (vgl. Bild 2). Zu deren Identifikation sollte wiederum eine interne AssetID# verwendet werden. Für vernetzte Produkte mit IoT-Datenerfassung, kann zusätzlich die Identifikation des IoT-Services und des Assets (Thing_Identifier) hinterlegt werden. Eine solche Modellierung ermöglicht sowohl IoT-Systemwechsel als auch den Einsatz mehrerer IoT-Systeme pro Asset (z. B. digitaler Zwilling der Produktion und IoT-Service eines Maschinen-Herstellers).

Resümee

Daten sind das Öl unseres 21. Jahrhunderts und die Sachnummer ist zentral für den Zugriff und somit die wichtigste Eigenschaft eines Objekts. Im Zuge der Digitalisierung nehmen Datenmengen, deren Vernetzung sowie Verfahren zur automatischen Generierung stetig zu. Historisch gewachsene Verbundnummern müssen nicht unbedingt abgeschafft werden, aber Schwachstellen müssen beseitigt werden. Zielsetzung im Hinblick auf Industrie 4.0 muss sein, mit einem flexiblen Informationsmanagement eine variantenreiche Produktion und Daten-getriebe Produkte und Services zu ermöglichen, um Wettbewerbsvorteile zu erschliessen für einen nachhaltigen Erfolg am Markt.

(Erstveröffentlichung: Aktuelle Technik 10/2021)