工業4.0 產品之基礎-AAS 標準發展及實施介紹

摘要：資產管理殼（Asset Administration Shell, AAS）是數位孿生的一種形式，是工業4.0 的核心概念，主要提供製造系統內的資產(Asset) 一個標準的虛擬化表示，可用來做資產的資訊蒐集與交換、通訊互動等。近年來AAS 的相關規範與技術在不斷發展中，本文將針對德國ZVEI 發佈的資產管理殼規範、AAS文件打包工具AASX Package Explorer 等技術進行簡略介紹，最後以減速機作為智慧組件應用例來說明建構AAS 的可行策略與實施方案，並簡述實施成果。

Asset Administration Shell as the implementation of a digital twin is the core concept of Industry 4.0. It is used to provide digital representation in a standard way for the asset in manufacturing systems. Considerable research has been conducted regarding the implementation of AAS. Standards and information model to regulate the structure of AAS are under development. This paper gives a brief introduction to the specification of AAS details published by ZVEI and AASX Package Explorer as a development tool. An implementation example is presented based on gearbox to illustrate the strategies to create AAS.

關鍵詞(Keywords)資產、資產管理殼、OPC統一架構 Asset, Asset administration shell、OPC UA

前言
自德國於2013 年提出“ 工業4.0” 以來就推出了Asset Administration Shell（AAS）作為其核心概念，要用標準化、電子化的方式來表示製造系統中的各個資產（Assets），所謂資產涵蓋了製造系統中的零件、設備、產品、站乃至產線等等包含硬、軟體，甚至人在內的事物，其最終目的是為了實現資產間廣泛且靈活的資訊交換，而資產管理殼也成為工業4.0 製造系統內的基本元素。
這一概念提出的初期多為對概念及可能涉及技術的的描述，對如何實現缺乏明確說明，但是既然AAS 的主要目的是為了最大程度實現製造系統內的資訊交換以增強資產的互通性，必然離不開標準化的規範以減少溝通上的障礙。隨著各大公司、組織和研究機構如Bosch、Festo、ZVEI 等對AAS工業實現的開發和研究，在AAS 該如何架構，採用什麼技術，如何實現等方面有了越來越明確的
說明。德國ZVEI 於2018 年11 月，發佈了資產管理殼細節規範之一的初版（Details of the Asset Administration Shell, Part 1），作為工業4.0 價值鏈中資訊交換的標準，對AAS 如何構建有了規範性的說明，並在2019 年11 月發佈了更新後的第二版。隨著標準的逐步推出，目前也有多個公司、研究人員在開發AAS 的相關工具，同時還有OPC Foundation 下的I4AAS OPC UA 工作小組在起草AAS 相關的OPC 資訊模型規範，AAS 的技術實現將會更加明確與成熟。資產管理殼規範名爲Details of the Asset Administration Shell，其中Part 1由德國電氣與電子工業協會（ZVEI）與德國聯邦經濟事務和能源部（BMWi）于2018年11月合作發佈。規範的目的在於制定如何建置資產管理殼的規則，以使得工業4.0的產品和元件在製造系統甚至價值鏈中都可以跟合作的夥伴以標準化的形式進行資訊的交換。該規範也會作爲與國際標準化組織、OPC Foundation等合作制定AAS國際規範的雛形，與OPC Foundation合作的AAS規範由I4AAS工作組負責制定中。

資產管理殼主要用於價值鏈中需要互動的夥伴間的資訊交換，應用願景範例可以參考圖1,其中存在價值鏈中的兩個角色：供應商和整合商，供應商首先將組成設備的組件的資訊發給整合商，整合商收到這些資訊後基於這些資訊將組件結合設計為產品，到此階段，都還沒實體的產品產生，只是設計階段的虛擬產品。組件資訊的傳遞就是通過設計階段的資產管理殼，每個組件設計都有自己的管理殼，管理殼包含了組件的所有設計資訊，可以視作設備組件設計階段的“digital twin”,而整合商通過設計將組件的資訊結合為機器/設備的設計，這個設計的資訊也包含於設備資訊的管理殼内，該管理殼可視作設備設計資料的”digital twin”。當整合商通過設計階段的確認後向供應商訂購，供應商再將組件實體運送到整合商，由整合商組裝為設備，而這個過程中，實體的組件和實體的設備都通過自己的管理殼進行資訊交換，例如，實體元件/設備的序列號，質量相關訊息等等會包含在實體組件管理殼内。當設備投入使用之後，所有的工程數據、運行狀態都包含於設備的管理殼中，可以利用這些資訊產生加值服務。例如，可以透過這時候的管理殼所包含的運轉資訊進行遠程維護等等。這個例子只是產品在價值鏈中的一段，而管理殼技術的運用願景是可以覆蓋至整個價值鏈任意夥伴之間的資訊交換。

圖 1 價值鏈中AAS資訊交換的Use Case