Was ist FabOS?

Das Projekt "FabOS" verfolgt das Ziel ein offenes, verteiltes, echtzeitfähiges und sicheres Betriebssystem für die Produktion zu entwickeln. Betriebssystem ist hier nicht im Sinne von PC-Betriebssystemen oder vergleichbaren dedizierten Betriebssystemen zu verstehen, sondern als ein System abgestimmter Komponenten und Dienste zum Betrieb einer vernetzten Fabrik, die aus Cyber-physischen Produktionssystemen besteht, die in ihrer Summe die Fabrik als Cyber-physisches Produktionssystem bilden.

• FabOS ist eine Plattform zur durchgängigen Virtualisierung, die eine Abbildung sämtlicher Betriebsmittel und Infrastruktur in der Fabrik durch virtuelle Repräsentationen (vgl. Digitaler Zwilling) darstellt.
• FabOS ermöglicht einheitliches Management des Ökosystems durch vereinheitlichte Beschreibung.
• FabOS ist ein Enabler (dt. Befähiger) für KI-gestützte Anwendungen durch Verschmelzung von operativen Technologien (OT) und Informationstechnik (IT) mit Unterstützung von KI.

Virtualisierung ist im doppelten Sinn zu verstehen:

• 1. sollen mittels Verwaltungsschalen virtuelle Repräsentationen aller notwendigen Assets (Gegenständen die für das Unternehmen einen Wert) dargestellt werden, um eine vereinheitlichte Beschreibung zu ermöglichen.
• 2. nutzt FabOS die Virtualisierung von Funktionen und Baugruppen von OT-Komponenten nach IT-Vorbild, um die Flexibilität und Wandelbarkeit des Systems zu verbessern.

FabOS soll als offenes, verteiltes, echtzeitfähiges und sicheres Betriebssystem für die Produktion in einer Industrie 4.0 Smart Factory die Basis für ein leistungsfähiges Ökosystem für KI-Anwendungen bilden.

Dabei steht ein modularer Ansatz mit wohldefinierten Schnittstellen, analog zu einer Mikrokernel-Architektur im Vordergrund. Bspw. werden durch den modularen Ansatz diverse „South-Bound“ Schnittstellen bspw. zu Sensoren oder H/W Komponenten ermöglicht. Durch den modularen Ansatz stellt FabOS einen domänenspezifischen Enabler für Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) für die Smart Factory dar. FabOS baut auf fundierten Vorarbeiten der Projektpartner auf und nutzt diese als Katalysator, um unmittelbar die Anforderungen für die effiziente Entwicklung, Bereitstellung und Nutzung von KI-Anwendungen in der Produktion zu adressieren.

Hierzu setzt FabOS auf den Ergebnissen und Vorarbeiten der Projektpartner auf, insbesondere die Projekte BaSys 4.0 (Wandelbare Produktion, Integration der Verwaltungsschale), IC4F (Industrial Communication for Factories) und Virtual Fort Knox (Cloud-Plattform mit Edge-Fähigkeit).

Was bedeutet offen, verteilt, echtzeitfähig und sicher im FabOS-Kontext?

• Offen
  • FabOS baut auf einer offenen Architektur mit offenen Schnittstellen auf. In FabOS eingebundene Komponenten sollen Quelloffen sein, können aber auch mit proprietärer Technologie dargestellt werden. Zumindest aber müssen sie durch ihre kompatiblen offenen Schnittstellen austauschbar sein.
• Verteilt
  • Moderne und zukünftige IT-Architekturen, Systeme und Infrastruktur bestehen aus modularen Komponenten, die oft logisch und örtlich verteilt sind. FabOS zielt primär auf diese offene und flexible Architektur ab, bietet jedoch auch Lösungen, um bestehende Systeme und Betriebsmittel zu integrieren.
• Echtzeitfähig
  • FabOS integriert Technologien, die sowohl die Echtzeitnähe bestehender Anwendungen verbessern und die harte Echtzeitfähigkeit und den Determinismus von Echtzeitsystemen in einer modernen und flexiblen Infrastruktur ermöglichen und gewährleisten.
• Sicher
  • FabOS sieht auf allen Ebenen entsprechende Sicherheitsmechanismen und Vorkehrungen vor, die durch den modularen Charakter von FabOS stets dem Stand der Technik entsprechen und so die statistische Sicherheit und die Betriebssicherheit (Safety) der Anwendungen auf dem technisch höchstmöglichen Niveau halten.

Welche Schnittstellen unterstützt FabOS?

FabOS unterstützt die gängigen industriellen Kommunikationsstandards. Durch die Offenheit des Systems und das Modulkonzept ist die Möglichkeit der Integration zusätzlicher oder neuer Schnittstellenstandards gewährleistet.

Was ist der Mehrwert von FabOS zu bestehenden Systemen?

FabOS bietet erstmals eine durchgängige Betrachtung der OT und IT, also der Betriebsmittel und der IT-Infrastruktur als Gesamtsystem, um die zusätzlichen Anforderungen von datengetriebenen Technologien wie ML oder KI-gestützte Anwendungen zu erfüllen. Außerdem ist FabOS kein geschlossenes System eines einzelnen Anbieters, sondern ein offenes System das einfache Erweiterbarkeit bietet.

Ist FabOS ein zentrales System oder läuft FabOS auf jeder einzelnen Komponente?

FabOS ist logisch ein zentrales System, welches aus verteilten Komponenten besteht. Betriebsmittel und Infrastrukturkomponenten können über offene Schnittstellen einfach integriert und in das FabOS eingebunden werden.

Wie sieht die Architektur von FabOS aus?

FabOS setzt auf eine netzartige Architektur der Komponenten nach Industrie 4.0-Vorbild. Einzelne Komponenten können innerhalb dieses Netzes jedoch auch hierarchisch oder horizontal organisiert sein.

Was hat FabOS mit Künstlicher Intelligenz zu tun?

FabOS ist ein Enabler für KI-gestützte Anwendungen mittels KI. Aktuell besteht in der Fläche im Produktionsumfeld eine starke Diskrepanz im Hinblick auf das Thema der Data Governance.
Zuverlässige KI-Anwendungen sind auf Daten in ausreichender Qualität und Menge angewiesen, was ohne ausreichende Data Governance ohne erheblichen Zusatzaufwand nicht möglich ist.

Zusätzlich haben verschiedene Anwendungen in der Produktion, die für spezifische Anwendungsfälle eingesetzt werden sollen, auch unterschiedliche Anforderungen an die Architektur der Anwendung und somit Anforderungen an Infrastruktur und Deployment: Wo beispielsweise muss ein Dienst bereitgestellt werden, um deterministisch oder zumindest Echtzeit-nah mit möglichst kleiner Latenz oder ausreichender Bandbreite seine Aufgabe zuverlässig erfüllen zu können? Wie viel “Edge-Anteil“ und wie viel “Cloud-Anteil“ braucht eine Anwendung um effizient zu arbeiten? Kann eine Anwendung in der avisierten Form überhaupt eingesetzt werden und wie muss die Infrastruktur dafür konfiguriert sein?

Welche KI-Anwendungen bietet FabOS?

FabOS bietet sogenannte FabOS-Basisdienste an, die die wichtigsten wiederkehrenden Funktionen erfüllen, die KI-Anwendungen nutzen. Fachlich spezifische KI-Dienste für spezielle Anwendungen sind nicht Kernbestandteil von FabOS, da FabOS das Ziel hat die Entwicklung und das Deployment dieser Anwendungen zu ermöglichen und zu beschleunigen, sodass die Aufwände für die produktive Tätigkeiten rund um KI-gestützte Anwendungen genutzt werden können.

Welche KI-Anwendungen unterstützt FabOS?

FabOS hat zum Ziel Enabler für datengetriebene Technologien, beispielsweise ML und die Ausprägung von KI-gestützten Anwendungen zu sein. Hierzu bietet FabOS selbst Komponenten und Basisdienste, die durch KI-befähigt sind.

Was tut FabOS für KI-Befähigung?

FabOS möchte durch den durchgängigen Einsatz der Verwaltungsschale eine stark verbesserte Data Governance ermöglichen, also Datenqualität, Datenverfügbarkeit, Datenbenutzbarkeit, Datenintegrität und Datensicherheit sicherstellen. 

Sogenannte KI-Pattern oder Blueprints sollen die Anforderungen bestimmter datengetriebener Technologien abbilden und diese mit den fachlichen Anforderungen der Anwendungsfälle verbinden. 

Die Kapselung von Komplexität soll die Anwendbarkeit verbessern, indem verschiedene kontextuelle und fachspezifische Sichten auf das System ermöglicht werden.

So soll die Zusammenführung von Prozess- und Domänenwissen aus der Produktion mit den analytischen Fähigkeiten von Data Science Experten vereinfacht werden. Außerdem wird über bereitgestellte Basis-Dienste die Wandlung sowohl von OT als auch von IT unterstützt.

Bietet FabOS einen Digitale Zwilling?

FabOS setzt auf dem Informationsmodell der Industrie 4.0 Verwaltungsschale auf. Dieses stellt eine virtuelle Repräsentation eines Assets dar, die je nach Anwendungsfall und Detaillierungsgrad als ein Digitaler Zwilling betrachtet werden kann.

Soll FabOS ein MES und andere Produktions-IT Systeme ersetzen?

Grundsätzlich übernimmt FabOS nicht direkt Aufgabe einer Produktionssteuerung. Jedoch können einige FabOS Komponenten ähnliche Funktionen erfüllen, wie sie in den funktionalen Bausteinen eines MES zu finden sind. Ergänzt man FabOS durch weitere Dienste, die funktional weiteren Bausteinen eines MES entsprechen, könnte FabOS auch die Aufgabe eines MES erfüllen. Dies ist jedoch nicht Bestandteil des Projekts. Der Fokus liegt auf der Anbindung bestehender MES und weiterer Produktions-IT Systeme.

Wer implementiert FabOS?

Die Projektpartner implementieren zur Projektlaufzeit die Kernkomponenten von FabOS.

Was sind die Anwendungen?

In der Projektphase hat FabOS einen Fokus auf Anwendungen rund um “kognitive Werkzeugmaschinen“ und “kognitive Roboter“ und FabOS KI-Basisdienste. Grundsätzlich hat FabOS aber das Ziel Enabler für KI-gestützte Anwendungen für jede Art von Anwendungsfall in der Produktion zu sein.

Welche Voraussetzungen muss meine Fabrik für den Einsatz von FabOS erfüllen?

Um FabOS sinnvoll einsetzen zu können, ist eine Vernetzung der Maschinen und Sensoren notwendig. FabOS als Projekt selbst hat nicht als Ziel, eine weitere Digitalisierungsmöglichkeit zu schaffen. Die Einbindung der Vorarbeiten wie z. B. von BaSys 4.0 erlauben aber, auch sog. Legacy-Geräte über Vorschaltgeräte und Gateways in die Smart Factory mit einzubinden.

Wie unterscheidet sich FabOS von Cloud-Anbietern?

FabOS unterstützt nicht nur Cloud-basierte Dienste, sondern legt den Fokus auch explizit auf die maschinennahe Vorverarbeitung, also das Edge-Computing. Dadurch, dass Daten direkt On-Premise verarbeitet werden können, ist die Datenhoheit stets klar gesichert. Außerdem werden KI-Pattern zur Verfügung gestellt, die ein schnelles Deployment von KI-Anwendungen ermöglichen.

FabOS behandelt folgende Inhalte nicht oder tangiert diese nur oberflächlich:

• Digitalisierung von Altgeräten → Nutzung von Konzepten aus BaSys 4.0

• Bereitstellung einer KI-Toolbox → Einfache Einbindung bestehender Lösungen

• Firmware für Geräte