A methodology for real-time data population of asset administration shell for manufacturing systems

Within Industry 4.0 the communication between the physical and the cyber system is in ever growing rise in complexity within the manufacturing setting. Concepts and technologies for continuous digitization of output are being created as part of the Reference Architectural Model of Industry 4.0 (RAMI 4.0) to address the need of standardization and agility in the light of this complication. The Asset Administration Shell (AAS) is an information framework that describes an asset's technological features as well as its relationships to other assets, it was created to present data and information in a structured and semantically defined format, allowing for interoperability. It can be thought of as the data model for Digital Twin (DT). The thesis work addresses the industrial implementation of AAS by proposing a methodology for company teams to guide them through the process of creating AAS models and populating them with real-time data from the field for manufacturing systems. The aim of the designed methodology is to be user friendly and functional to be followed by non-IT experts in practical situations. It is also aimed at producing AAS models that could be utilized for the population of data into DT. The complex tools available for the creation of AAS models have been modified and re-scripted to be replaced by an off-the-shelf model that automatically populates the data, from an excel sheet, into the AAS without manual coding interference of the user. This not only saves time, but also effort and money for company teams. Through the work of this thesis, the usefulness of developing such kind of models in a manufacturing environment will be explored and evaluated. The proposed methodology has been applied within the Industry 4.0 Lab of the School of Management of Politecnico Di Milano to be validated. Finally, the work will present the significance that the developed methodology has both from the research aspects and from the industry aspects.

Nell’ambito dell'Industria 4.0, la comunicazione tra il sistemi fisici e cibernetici è un tema in continua crescita e di notevole complessità all'interno del contesto produttivo. I concetti e le tecnologie per la digitalizzazione continua dei sistemi vengono svilupati come parte del modello architettonico di riferimento dell'Industria 4.0 (RAMI 4.0) al fine di soddisfare le esigenze di standardizzazione e agilità nell'ottica di gestire la crescente complessità. L'Asset Administration Shell (AAS) è un framework informativo che descrive le caratteristiche tecnologiche di un asset e le sue relazioni con altre risorse. È stato creato per fornire dati e informazioni in un formato strutturato e semanticamente definito, consentendo l'interoperabilità tra differenti asset. Può essere pensato come il modello di dati per Digital Twin (DT). Questo lavoro di tesi affronta l'implementazione industriale di AAS proponendo una metodologia per i team aziendali che possa guidarli attraverso il processo di creazione dei modelli AAS e la loro popolazione con dati in tempo reale per i sistemi di produzione. Lo scopo della metodologia progettata è di essere facile da usare e adeguata a essere seguita da esperti non IT in situazioni pratiche. Ha anche lo scopo di produrre modelli AAS che potrebbero essere utilizzati come origine di dati per DT. I complessi strumenti disponibili per la creazione di modelli AAS sono stati modificati e riscritti per essere sostituiti da un modello standard che popola automaticamente i dati, partendo da un foglio Excel, nell'AAS senza la necessità di programmazione da parte dell'utente. Questo non solo fa risparmiare tempo, ma riduce la complessità e i costi per i team aziendali. Attraverso il lavoro di questa tesi, verrà esplorata e valutata l'utilità di sviluppare questo tipo di modelli in un ambiente di produzione. La metodologia proposta è stata applicata all'interno dell’Industry 4.0 Lab della School of Management del Politecnico Di Milano per essere validata. Infine, il lavoro ha presenta e analizza l’impatto che la metodologia sviluppata ha sia dagli aspetti di ricerca che da quelli industriali.