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Konstruktion So verändert Manufacturing-X die Konstruktion

Von Martinus Menne konstruktionspraxis 12 min Lesedauer

Die zunehmende Digitalisierung von Maschinen und Anlagen erfordert einen standardisierten Austausch von Daten zwischen Unternehmen. Manufacturing-X stellt ein entsprechendes Konzept bereit. Was verbirgt sich dahinter, welche Standards sind wichtig und wie verändert es die Arbeit von Konstrukteuren?

Manufacturing-X ist ein Konzept für einen gemeinsamen, föderierten „Datenraum Produktion“, in dem Unternehmen der Fertigungsindustrie standardisiert Produktions‑ und Maschinendaten austauschen können.(Bild: anak – stock.adobe.com_KI-generiert)
Manufacturing-X ist ein Konzept für einen gemeinsamen, föderierten „Datenraum Produktion“, in dem Unternehmen der Fertigungsindustrie standardisiert Produktions‑ und Maschinendaten austauschen können.
(Bild: anak – stock.adobe.com_KI-generiert)

Manufacturing-X ist ein von VDMA und ZVEI initiiertes Konzept beziehungsweise Programm für einen gemeinsamen, föderierten „Datenraum Produktion“, in dem Unternehmen der Fertigungsindustrie standardbasiert Produktions‑ und Maschinendaten austauschen können.Der VDMA vertritt hierbei vor allem den Maschinen‑ und Anlagenbau, ZVEI die Elektro‑ und Digitalindustrie. Beide Verbände treiben gemeinsam die Architektur, Standards und Leitfäden voran, wobei sie etwa in Studien und „Bauplänen“ Referenzarchitekturen, Use Cases und die Verzahnung mit bestehenden Industrie‑4.0‑Standards beschreiben.

Das lesen sie in diesem Artikel

  • Was ist Manufacturing-X?

  • Die Funktionsweise des Datenraums in Manufacturing-X

  • Existieren bereits verbindliche Protokolle und Standards? 

  • Auswirkungen von Manufacturing-X auf die Arbeitsprozesse von Konstrukteuren

  • Zusammenfassung

  • Glossar

Worauf Manufacturing-X aufbaut

Manufacturing-X setzt bewusst auf bestehende Standards wie

  • die Verwaltungsschale (AAS: Asset Administration Shell) als Hülle für Asset‑ und Produktdaten und Digitale‑Zwillinge sowie auf offene Maschinenschnittstellen wie OPC UA
  • Gaia-X wiederum liefert den Infrastruktur‑ und Vertrauensrahmen für branchenspezifische Datenräume
  • Catena-X schließlich dient als erste große Branchenumsetzung im Automotive-Bereich mit konkreter EDC‑/Connector‑Technik.

Manufacturing-X wird oftmals als Infrastruktur- und Ökosystem‑Baustein gesehen, auf dem auch Anwendungen wie Digitales Typenschild oder Digitaler Produktpass (DPP) aufsetzen können. Für OEMs und Zulieferer soll es damit leichter werden, etwa DPP‑Daten über Unternehmensgrenzen hinweg sicher auszutauschen (z.B. CO2‑Daten, Materialdaten, Betriebsdaten).1

Wie funktioniert der Datenraum von Manufacturing-X?

Konzipiert ist der Datenraum von Manufacturing-X als föderierter, dezentraler Datenraum in dem Unternehmen ihre Daten über Konnektoren und Vereinbarungen teilen, ohne sie in einen zentralen Datenhub hochzuladen. Ziel ist ein interoperables Datenökosystem, das eine horizontale (lieferkettenweite) und vertikale (Shopfloor‑zu‑Cloud) Vernetzung der Industrie ermöglicht.2

  • Föderierter Datenraum als Grundprinzip: Jeder Teilnehmer betreibt seine eigenen Datenquellen und einen Data‑Space‑Connector (Datenraum-Konnektor) (z. B. EDC/Tractus-X), Als „Policy Enforcement Point“ stellt dieser sicher, dass die Nutzungs- und Zugriffsregeln für Daten tatsächlich eingehalten werden.Die Daten verbleiben beim Unternehmen, wobei nur selektiv freigegebene Datenansichten, abgesichert durch Verträge und technische Zugriffskontrollen, geteilt werden.
  • Architekturbausteine: Digitale Zwillinge von Maschinen und Produkten werden über die Verwaltungsschale (AAS) und Protokolle wie OPC UA beschrieben und mit Datenraum‑Konnektoren verbunden. Unternehmen und technische Clients werden über einen gemeinsamen Identitäts‑ und Vertrauensrahmen (z. B. föderierte Identity Provider, Zertifikate) eindeutig identifiziert, bevor sie Datenangebote überhaupt sehen.
  • Datenzugriff und -steuerung: Unternehmen definieren, wer welche Daten für welchen Zweck, in welchem Umfang und Zeitraum nutzen darf. Der Connector setzt diese Regeln technisch durch, z. B. in Form von Sicherheitsmechanismen wie verschlüsselte Kommunikation (TLS), Signaturen und Token‑basierte Authentifizierung (z. B. OAuth2/OpenID Connect).
    Der Zugriff erfolgt rollenbasiert. Typische Rollen wie „Operator“, „Partner“ oder „Supplier“ erhalten klar definierte Berechtigungen, die in Policies und Verträgen hinterlegt sind. Zugriffe und Datentransfers werden hierbei protokolliert und sind somit stets nachvollziehbar, wodurch rechtliche Anforderungen unterstützt werden.
    Über die klassische Zugriffskontrolle hinaus werden Nutzungsrichtlinien definiert, die bspw.  festlegen, ob Daten nur lesend genutzt, ob sie weitergegeben oder für KI‑Trainings verwendet werden dürfen. Diese Nutzungsrichtlinien werden in maschinenlesbarer Form mit den Daten verknüpft und vom Konnektor bei Transfers mitübertragen, sodass Vertrag und Technik deckungsgleich sind.
    Teilnehmer, Konnektoren und Dienste werden in einem Governance‑Rahmen von Manufacturing-X zertifiziert, um ein Mindestniveau an IT‑Sicherheit und Datenschutz (z. B. DSGVO, NIS2) sicherzustellen.
  • Zusammenspiel und Use Cases: Manufacturing-X ist als Datenraum generisch angelegt, konkrete Domänen‑Ökosysteme wie Factory‑X oder Projekte wie SCALE‑MX setzen darauf auf und definieren branchenspezifische Datenmodelle und Anwendungsfälle. Typische Anwendungsfälle reichen von vernetzten Lieferketten und die Rückverfolgbarkeit über Wartungs‑ und Performance‑Services bis hin zum Digitalen Produktpass (DPP) und einem Nachhaltigkeitsreporting (CSRD – Corporate Sustainability Reporting Directive).3

Gibt es bereits verbindliche Protokolle und Standards für Manufacturing-X?

Bislang existiert kein vollständig „verbindlicher“ Normenkatalog für Manufacturing-X, aber die Kernbausteine sind in den Verbands‑ und Studienpapieren vorgezeichnet:

  • Die Datenräume basieren auf Gaia‑X‑ und der International‑Data‑Spaces‑Referenzarchitektur, inkl. IDS‑Connector‑Framework und dem IDS/Dataspace Protocol als Standard für den Datenaustausch zwischen Datenraum‑Teilnehmern.
  • Für den technischen Zugang werden Eclipse Dataspace Connector (EDC) bzw. kompatible IDS‑/Datenraum‑Konnektoren als Referenztechnologie genannt.
  • Als Standard für den industriellen Digitalen Zwilling ist explizit die Verwaltungsschale (AAS) vorgesehen, inklusive Teilmodelle als semantische Träger.
  • Für die Anbindung von Maschinen und Anlagen wird der OPC UA‑Standard als zentrale, offene Schnittstelle zur Umsetzung von Industrie‑4.0‑Kommunikation und ASS‑Anbindung präferiert.
  • Weiterhin ist die Nutzung von föderierten Identitäten, Self‑Descriptions, Credential‑Mechanismen und Trust‑Services (Registry, Clearing House) gemäß Gaia‑X‑Spezifikationen vorgesehen, mit standardisierten Policy‑Sprachen und Nutzungsbedingungen (etwa in IDS/Dataspace‑Kontext, Anlehnung an ODRL: Open Digital Rights Language“), um die Datennutzung und die Datenzugriffsrechte maschinenlesbar zu steuern.
  • Als Referenzarchitektur wird RAMI 4.0 (Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0) zur Zuordnung der genannten Standards zu Ebenen und Lebenzyklusphasen positioniert.

Sowohl VDMA als auch ZVEI betonen, dass Manufacturing-X explizit auf vorhandenen Standards aufsetzt (AAS, OPC UA, Gaia‑X, IDS/EDC), anstatt neue Protokolle zu definieren. Eine Verbindlichkeit entsteht vor allem über Governance und Referenzimplementierungen, nicht über ein neues Normenwerk.4

Diese nicht-verbindliche Tabelle liefert einen Überblick:

Ebene / BereichStandard / ProtokollRolle in Manufacturing-XVerbindlichkeit / Status*
Datenraum‑InfrastrukturGaia‑X Architektur & Trust FrameworkRahmen für föderierte, souveräne Datenräume (Identität, Trust, Self‑Descriptions).Leitend, als konzeptionelle Basis vorgesehen.
Datenraum‑InfrastrukturInternational Data Spaces (IDS) / Dataspace ProtocolReferenzarchitektur und Protokoll für den gesicherten Datenaustausch zwischen Teilnehmern.Kern‑Baustein, faktischer Standard für Konnektoren.
Datenraum‑Zugangs‑KomponentenEclipse Dataspace Connector (EDC) / IDS‑ConnectorReferenztechnologie für Datenraum‑Konnektoren, Policy‑gesteuerter Zugriff, Logging.Empfohlen / de‑facto‑Standard in den Bauplanstudien.
Digitaler ZwillingAsset Administration Shell (AAS)Standardisierter Industrie‑4.0‑Zwilling, Träger von Stammdaten, Zuständen, Services.Klar als zentraler Zwilling‑Standard adressiert.
Shopfloor‑KommunikationOPC UA (inkl. Companion Specs, umati)Semantische, echtzeitnahe Maschinenschnittstelle; Bindeglied Shopfloor ↔ AAS/Datenraum.Bevorzugter Standard für Maschinenanbindung.
Architektur‑EinordnungRAMI 4.0Referenzmodell zur Zuordnung der o.g. Standards zu Ebenen und Lebenszyklusphasen.Orientierungsrahmen, keine technische „Pflichtnorm“.
Identität & SicherheitFöderierte Identitäten nach Gaia‑XIdentitäts‑, Credential‑ und Trust‑Services für Teilnehmer und Services.Konzeptionell verpflichtend für Gaia‑X‑konforme Räume.
Policies / NutzungsbedingungenPolicy‑Sprachen im IDS‑Kontext (ODRL‑nah)Maschinell auswertbare Beschreibung von Nutzungsrechten und Zugriffspolitiken.Vorgesehen, konkrete Sprache noch teils im Fluss.
 

Wie verändert Manufacturing-X die Arbeitsprozesse von Konstrukteuren?

Wie etwa der digitale Produktpass (DPP), verschiebt Manufacturing-X die Arbeit von Konstrukteuren entscheidend in Richtung datengetriebene, lebenszyklusorientierte Entwicklung. Aspekte wie Digitaler Zwilling und Datenräume müssen somit von Anfang an mitgedacht und mitmodelliert werden.

Die Rolle von Datenräumen und AAS: Produktdaten sind so zu strukturieren, dass sie in Asset Administration Shells (AAS) und Datenräumen entlang der gesamten Lieferkette interoperabel genutzt werden können. CAD/PLM‑Modelle werden stärker mit standardisierten Teilmodellen (Submodels) verknüpft, etwa für Stammdaten, Zustände, Services, CO₂‑Daten oder den DPP.

Auswirkungen auf das Tagesgeschäft: Manuelle Datentransfers (etwa eine Zeichnung plus Excel‑Stückliste) werden durch automatisierte, AAS‑basierte Bereitstellung von Informationen ersetzt, wodurch deutliche Zeit‑ und Kosteneinsparungen zu erwarten sind. Die Zusammenarbeit mit IT, Datenmanagement und Service wird intensiviert, weil Konstruktionsergebnisse direkt in datenbasierte Services, Condition Monitoring oder Remanufacturing einfließen.

Zukünftige Anforderungen an Kompetenzen: Über das klassische Know-how zum Maschinenbau hinaus, ist ein größeres Verständnis für Datenmodelle, Standard‑Submodelle, Semantik und Schnittstellen in Datenökosystemen notwendig. Kenntnisse zu regulatorischen Anforderungen (Lieferkettengesetz, Ökodesign, Digitaler Produktpass) sind zunehmend wichtiger, da Nachweisdaten bereits in der Konstruktion angelegt werden müssen.

Auswirkungen auf Prozesse und Organisation: „Simultaneous Engineering“ wird vertieft, weil eine Konstruktion bereits frühzeitig Daten von Lieferanten und Kunden aus Datenräumen einbezieht, etwa zur Wiederverwendung, Reparaturfähigkeit oder CO2‑Optimierung.Die Varianten‑ und Konfigurationslogik verlagert sich stärker in Richtung standardisierte, maschinenlesbare Modelle, wodurch Änderungsprozesse (Product Change Notification) beschleunigt und Fehlerquoten gesenkt werden.5

Hier die Veränderungen im Überblick:

BereichWas ändert sich konkret?Konsequenz für Konstrukteure
Datenmodell & ZwillingProduktdaten müssen von Anfang an AAS‑/Datenraum‑fähig strukturiert werdenStärkerer Fokus auf semantische Modelle, Teilmodelle, Lebenszyklusdaten
ArbeitsablaufÜbergaben per Zeichnung/Excel werden durch automatisierte, AAS‑basierte Bereitstellung ersetztWeniger manuelle Datentransfers, mehr Arbeiten in integrierten PLM/IT‑Workflows
ZusammenarbeitDie Konstruktion arbeitet enger mit IT, Datenmanagement, Service und Nachhaltigkeit zusammenInterdisziplinäre Abstimmung statt rein mechanikfokussierter Arbeit
KompetenzenVerständnis für Datenräume, Standards, DPP, CO₂- und Kreislauf‑Kennzahlen wird nötigAusbau von Daten‑, Prozess‑ und Regulatorik‑Know‑how neben klassischem Maschinenbau
 

Zusammenfassung

Manufacturing-X bietet einen sicheren Datenraum für den Austausch von Produkt- und Maschinendaten. Das Programm setzt hierbei auf bereits etablierte Standards, anstatt gänzlich neue Voraussetzungen zu schaffen. Die Hoheit der Daten bleibt durch Manufacturing-X stets beim Unternehmen, denn jeder betreibt seine eigenen Datenquellen und einen Datenraum-Konnektor. Weiterhin entscheidet jeder selbst, wer welche Daten für welchen Zweck, in welchem Umfang und Zeitraum nutzen darf. Entsprechende Sicherheitsmechanismen sowie in Policies und Verträgen hinterlegte, klar definierte Berechtigungen regeln und unterstützen den Datenzugriff sowie den Datentransfer. Zusätzliche Nutzungsrichtlinien legen zudem fest, ob Daten nur lesend genutzt, ob sie weitergegeben oder für KI‑Training verwendet werden dürfen. Alles wird protokolliert und ist somit stets nachvollziehbar.

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Konstrukteure sind somit in der Lage, ihre Daten so zu strukturieren, dass sie in Asset Administration Shells (AAS) und Datenräumen entlang der gesamten Lieferkette interoperabel genutzt werden können. Manuelle Datentransfers werden durch die automatisierte, AAS‑basierte Bereitstellung von Informationen ersetzt, was zu deutlichen Zeit‑ und Kosteneinsparungen führen kann.

Da eine Konstruktion bereits frühzeitig Daten von Lieferanten und Kunden aus Datenräumen einbezieht, wird ein „Simultaneous Engineering“ nachhaltig unterstützt und vertieft.

Auch das „Change Management“ wird vereinfacht, da sich vieles zu diesem Thema in Richtung standardisierte, maschinenlesbare Modelle verlagert. Dies beschleunigt letztendlich Änderungsprozesse im Sinne von Produktänderungsmitteilungen (Product Change Notification) und senkt Fehlerquoten.

Das Netzwerk Plattform Industrie 4.0 und Verbände verfolgen das Ziel, Manufacturing-X mittelfristig als global genutzten Standard in einer datengetriebenen Industrie zu etablieren. Für Konstrukteure lohnt es sich daher in jedem Fall, sich mit dieser Initiative näher zu beschäftigen.

Glossar

EDC-/Connector-Technik: Im Datenraum-Kontext sind in der Regel die „Eclipse Dataspace Components“ (EDC) und deren Konnektoren gemeint. Das sind Software-Bausteine, mit denen Unternehmen sicher an Data Spaces wie Catena‑X oder Mobility Data Space andocken sowie Daten souverän austauschen können.

EDC/Tractus X: Die Datenraum‑Infrastruktur, mit der Catena‑X und weitere Datenräume reale Use Cases auf Basis der Eclipse Dataspace Components (EDC) umsetzen.

Policy Enforcement Point: Komponente in einer Sicherheits‑ oder Datenraumarchitektur, die Zugriffs‑ und Nutzungsregeln tatsächlich „durchsetzt“, also technische Maßnahmen ausführt, wie etwa Zugriffe erlauben, blockieren oder modifizieren.

Self‑Descriptions, Credential‑Mechanismen und Trust‑Services: Zentrale Bausteine, um in Gaia‑X‑ähnlichen Datenräumen Vertrauen technisch abzubilden und maschinenlesbar zu machen.

  • Self‑Descriptions: Standardisierte, maschinenlesbare Metadaten, mit denen Teilnehmer, Services und Ressourcen ihre Eigenschaften (etwa Standort, Zertifikate, Service‑Level, Nachhaltigkeitslabel) beschreiben.
  • Credential‑Mechanismen: Fassen diese Aussagen als kryptografisch gesicherte „Verifiable Credentials“ zusammen, also signierte Claims über einen Teilnehmer oder Dienst (etwa „dieser Provider ist ISO‑27001‑zertifiziert“)
  • Trust‑Services: Die technischen und organisatorischen Dienste, die dieses Vertrauensökosystem tragen: beispielsweise Registries für Self‑Descriptions, Validierungs‑Services für Credentials, Governance‑Prozesse und Compliance‑Prüfungen.

OAuth2/OpenID Connect: OAuth 2.0 ist ein Autorisierungs‑Framework, OpenID Connect (OIDC) eine darauf aufsetzende Identitätsschicht für die Authentifizierung.

ODRL, Open Digital Rights Language: Standardsprache zur Beschreibung von Nutzungsrechten und -bedingungen für Daten und digitale Inhalte.

RAMI 4.0, Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0: Dreidimensionales Architektur- und Ordnungsmodell, das als „Landkarte“ für Industrie‑4.0‑Lösungen dient. Es schafft einen gemeinsamen Rahmen, um alle Beteiligten Use Cases, Standards und Komponenten einheitlich einordnen zu können.

Quellen zur Recherche:

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Weiterführende Inhalte