IEC Common Data Dictionary: Schlüssel für durchgängige und interoperable Produktdaten

In einer zunehmend digitalisierten und vernetzten Industrielandschaft ist der fehlerfreie und eindeutige Austausch von Daten entscheidend für den Erfolg. Insbesondere bei der Kommunikation zwischen Maschinen, Systemen und Unternehmen über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg sind einheitliche Standards unerlässlich.

Das IEC Common Data Dictionary (CDD) ist ein universelles, maschinenlesbares Wörterbuch für normierte technische Daten. Ursprünglich zur Unterstützung des elektronischen Handels konzipiert, ist das CDD heute eine essenzielle Grundlage für zukunftsweisende Konzepte wie Smart Manufacturing und Industrie 4.0.

Oft werden die Begriffe „Standard“ und „Norm“ synonym verwendet, doch es gibt einen wesentlichen Unterschied: Ein Standard wird typischerweise von einem Konsortium oder einer Interessengruppe entwickelt. Externe Parteien, die nicht am Entwicklungsprozess beteiligt waren, könnten Inhalte anders interpretieren. Eine Norm hingegen entsteht in einem transparenten Prozess, der auf einem Vollkonsens aller beteiligten Expert*innen beruht. Das IEC CDD ist eine solche Norm und gewährleistet damit ein Höchstmaß an Eindeutigkeit und globaler Akzeptanz.

Das Fundament des IEC CDD ist die Datenmodellierung. Dies ist ein strukturierter Prozess, bei dem fachliche Anforderungen in eine visuelle Darstellung oder eine Vorlage übersetzt werden. Ziel ist es, Datenstrukturen, deren Beziehungen zueinander (Entitäten), ihre Eigenschaften (Attribute) und die geltenden Regeln für Datenbanken, Data Warehouses und KI-Anwendungen präzise festzulegen.

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Im Kern ist das IEC CDD ein Online-Repository für Datenwörterbücher, das nach dem Prinzip “von Menschen für Maschinen” entwickelt wurde. Es ist das einzige maschineninterpretierbare Wörterbuch in der Elektrotechnik, das auf einer internationalen Norm basiert.

Zuständig für das IEC CDD ist das IEC SC 3D. Im Scope des SC 3D ist die Standardisierung zur Darstellung technischer Informationen über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts hinweg, einschließlich Dienstleistungen, Geräten, Systemen, Software oder Anlagen, unter Einbeziehung von Regeln, Grundsätzen und Methoden im Zusammenhang mit der maschinengerechten Darstellung der technischen Informationen. Dies umfasst:

• Definition, Strukturierung und Identifizierung von Klassen und Eigenschaften
• strukturelle Gestaltung von Produktdatenwörterbüchern und Ontologien
• konsistente Methodik zum Zweck der Strukturierung technischer Informationen und ihres Austauschs
• Unterstützung bei der Gestaltung von Klassen und Eigenschaften in allen Bereichen/Branchen und deren Veröffentlichung im IEC Common Data Dictionary (IEC CDD)
• Pflege und Qualitätskontrolle des IEC Common Data Dictionary (IEC CDD)
• Unterstützung der semantischen Interoperabilität

SC 3D ist somit für das IEC CDD und für ihre technischen Grundlagen (u. a. Datenmodell) verantwortlich. Andere technische Komitees sind für fachspezifische Inhalte verantwortlich, zum Beispiel:

• SC 65E ist für das Dictionary IEC 61987 verantwortlich
• SC 121A ist für das Dictionary IEC 62683 verantwortlich
• TC 85 ist für das Dictionary IEC 63213 verantwortlich

Die Inhalte stammen nicht nur aus der Elektrotechnik (IEC), sondern decken alle industriellen und technischen Domänen der Internationalen Organisation für Normung (ISO) ab. Grundsätzlich ist das CDD offen für alle Inhalte, solange diese innerhalb eines offiziellen Normungsgremiums konsensbasiert bearbeitet werden. Ein Beispiel hierfür sind Maßeinheiten (Units of Measurement) – festgelegte, eindeutige Vergleichswerte, die zur Messung physikalischer Größen, wie Länge, Gewicht und Zeit, dienen. Diese Maßeinheiten wurden mit denen der Metrologie, in Zusammenarbeit mit der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB), abgeglichen.

Fachspezifische Datenwörterbücher werden von den entsprechenden Fachgremien (TCs in IEC und ISO) definiert und entwickelt. Diese Fachgremien sind für die Inhalte verantwortlich.

Das IEC CDD fungiert zusammen mit den enthaltenen Datenwörterbüchern als ein genormtes Referenzwörterbuch. Ähnlich wie der Duden die deutsche Sprache regelt, schafft das CDD eine gemeinsame Referenz für technische Begriffe und deren Eigenschaften. Datenaustauschformate für einzelne Domänen können sich auf dieses Referenzwörterbuch beziehen, was sie untereinander interoperabel macht. Diese durchgängige Nutzbarkeit auf Basis einer Norm ist der Schlüssel für einen reibungslosen, systemübergreifenden Datenaustausch.

Die Inhalte eines Datenwörterbuchs sind klassifiziert und stellen Metadaten-Definitionen für Produktbeschreibungen bereit. 

Die Klassifikation strukturiert die Inhalte der Datenwörterbücher nach Kriterien (zum Beispiel nach Produkttyp oder Messprinzip).

Die Metadaten-Definitionen legen die Basis für die Verwendung. Jeder Eintrag enthält mindestens:

• einen maschinenlesbaren Code (IRDI – International Registration Data Identifier),
• den Meta-Type, der die Art der Information beschreibt (zum Beispiel Klasse, Property),
• eine für den Menschen verständliche Definition.

Durch diese Struktur unterstützt das CDD die semantische Interoperabilität, also die Fähigkeit verschiedener Systeme und Anwendungen, Daten nicht nur auszutauschen, sondern auch deren Bedeutung einheitlich zu interpretieren.

Das IEC CDD und die Norm IEC 61360

Das IEC CDD basiert vollständig auf der internationalen Normenreihe IEC 61360 und der damit harmonisierten ISO 13584-42.

Diese Normen legen die methodischen und technischen Grundlagen fest:

• IEC 61360-1: Definition der Methodik und allgemeinen Prinzipien für die Definition von Klassen, Properties und anderer Wörterbuch-Einträgen,
• IEC 61360-2: spezifiziert das detaillierte formelle Informations- und Datenmodell,
• IEC 61360-6: Leitfaden für Anwender des CDD.

Wörterbücher im IEC CDD sind:

• IEC 61360-4: Datenwörterbuch für elektrische und elektronische Komponenten,
• IEC 61360-7: domänenübergreifendes Datenwörterbuch (Cross-Domain Dictionary).

Unterschied zwischen dem IEV-Wörterbuch und dem IEC-CDD

Das IEV-Wörterbuch (International Electrotechnical Vocabulary) ist eine Norm, die Begriffsdefinitionen für Menschen in allgemein verständlicher Sprache bereitstellt. Es dient dem menschlichen Verständnis.

Das IEC CDD hingegen ist ein maschineninterpretierbares Wörterbuch, das für die automatisierte Datenverarbeitung konzipiert ist. Beide ergänzen sich: Das IEV sorgt für ein gemeinsames Verständnis unter Expert*innen, während das CDD dieses Verständnis in eine für Maschinen lesbare Form bringt.

COMDO-Projekt ermöglicht eindeutige Produktbeschreibungen

Eindeutige Produktbeschreibungen sind notwendig, wenn technische Produkte für den Weltmarkt geeignet und bestenfalls interoperabel sein sollen. Die Grundlage dafür sind genormte Merkmale und Definitionen, die sich digitalisiert und maschinenlesbar in sogenannten semantischen Data Dictionaries finden. Da aktuell verschiedene Wörterbücher existieren, sind sie auch nicht durchgängig nutzbar, was Ineffizienz zur Folge hat. ISO, IEC und ECLASS haben sich im COMDO-Projekt zusammengeschlossen, um schrittweise ein gemeinsames, umfassendes und modernes semantisches Dictionary zu schaffen.

Die Anwendungsbereiche des IEC CDD sind vielfältig und wachsen stetig. Ein praktisches Beispiel ist der Einsatz in einem Labor: Messergebnisse können automatisch von Geräten übertragen und dank der Normbezüge im CDD direkt mit gesetzlichen Regularien oder Qualitätsstandards in Verbindung gebracht werden.

Die Wörterbuch-Einträge der IEC CDD werden von Datenpunkten in standardisierten Datenformaten wie Automation ML, OPC UA und AAS referenziert, um die Bedeutung der übertragenen Daten zu definieren. Diese Daten werden typischerweise in Planungsmethoden verwendet.

Mit OPC UA PA DIM existiert eine Norm, mit der bereits Feldgeräte semantisch annotierte Daten bereitstellen können. Dies ermöglicht automatisierte Monitoring- und Wartungs-Methoden.

Typische Anwendungsfelder für das IEC Common Data Dictionary

• Industrie 4.0 / Smart Manufacturing: Das CDD ist die Basis für Teilmodelle der Asset Administration Shell (AAS), dem digitalen Zwilling eines Assets, und ermöglicht so die Interoperabilität in der intelligenten Fabrik.
• Digitaler Produktpass (DPP): Das CDD liefert die standardisierten Merkmale, die für produktbezogene Informationen über den gesamten Lebenszyklus benötigt werden. Es ist eine Schlüsselinfrastruktur für digitale industrielle Datenräume, in denen Zugriffsrechte, Datensouveränität, -sicherheit und -integrität entlang der Wertschöpfungskette sichergestellt werden.
• Digitales Typenschild: Es ermöglicht die elektronische Produktkennzeichnung mit weltweit eindeutigen, standardisierten Attributen.
• Produktdatenmanagement (PDM): In Product Lifecycle Management (PLM)-Systemen wird das CDD zur Verwaltung technischer Produktdaten verwendet.
• E-Commerce / Elektronische Produktkataloge: Es standardisiert den Austausch von Produktdaten zwischen Herstellern, Händlern und Kunden.
• OPC-UA-Integration: Das CDD wird zur semantischen Beschreibung von Datenmodellen in OPC UA genutzt, um deren Bedeutung eindeutig zu definieren.
• Industrieautomation: Es dient zur Beschreibung elektrischer und elektronischer Komponenten.
• Smart Grid: Im intelligenten Stromnetz hilft das CDD, die Kommunikation zwischen den verschiedenen Komponenten zu standardisieren.

Relevanz des IEC CDD für Hersteller und Betreiber in Deutschland

Für Unternehmen in Deutschland ist das CDD von hoher strategischer Bedeutung. Es unterstützt die Erfüllung von EU-Regulierungen wie der Ökodesign-Verordnung (ESPR) durch die Bereitstellung standardisierter Produktdaten. Zudem vereinfacht es die Erfüllung von Dokumentationspflichten, etwa für Konformitätserklärungen, Betriebsanleitungen oder Recyclinginformationen. Es ist die Grundlage für interoperable digitale Zwillinge in der Produktion und erleichtert den Datenaustausch in komplexen Lieferketten.

Schnittstellen zu anderen Klassifikationssystemen

Das IEC CDD agiert nicht isoliert, sondern ist bewusst auf Kompatibilität und durchgängige Nutzbarkeit mit anderen führenden Standards und Architekturen ausgelegt. Eine der wichtigsten Schnittstellen besteht zu ECLASS, einem internationalen Klassifikationssystem mit über 48.000 Produktklassen, das von mehr als 4.000 Unternehmen weltweit genutzt wird. Da ECLASS ebenfalls auf der Norm IEC 61360 basiert, ist eine technische Kompatibilität sichergestellt.

Die Definitionen für Kontakt-Informations-Daten wurden mit UN/EDIFACT NAD (name and address) abgeglichen, um eine Integration mit Logistik-Arbeitsabläufen zu gewährleisten.

Darüber hinaus wird eine Anbindung an weitere Systeme wie die GS1-Standards geprüft, um standardisierte Produktdaten mit globalen Identifikationsmerkmalen zu verknüpfen. Durch seinen normbasierten Aufbau ist das CDD zudem als grundlegender Baustein für Architekturen wie das Reference Architecture Model Industrie 4.0 (RAMI 4.0) konzipiert, was eine Integration in solche Systeme grundsätzlich ermöglicht.

Das CDD unterstützt die Kommunikation zwischen Maschinen verschiedener Hersteller, indem es eine gemeinsame Datenstruktur und einheitliche Begriffe bereitstellt. Aus Sicht der Programmiertechnik definiert es Datentypen, Eigenschaften, Einheiten, Symbole und die generelle Struktur der Daten.

In der Praxis suchen sich Entwickler*innen die benötigten Strukturen (z.B. die Definition für “Spannung” mit Datentyp, Einheit und Wertebereich) aus der CDD-Datenbank und nutzen diese für die Programmierung ihrer Systeme und Applikationen. Die Maschinen verwenden diese vordefinierten Strukturen und Informationen, um Daten fehlerfrei und ohne Interpretationsspielraum untereinander auszutauschen.

Change Request und Aktualisierungen

Das CDD ist ein lebendes System. Es wird vom IEC-Komitee SC 3D kontinuierlich gepflegt und weiterentwickelt. Die fachspezifischen Datenwörterbücher werden durch die verantwortlichen technischen Komitees inhaltlich gepflegt und weiterentwickelt.

Fachgremien und Nutzer*innen können über einen formalisierten Prozess Änderungsanträge (Change Requests) einreichen. Die Datenbank wird durch regelmäßige Updates mit neuen Konzepten und Einträgen aktualisiert, wobei eine Versionierung die Nachverfolgbarkeit sicherstellt.

License Agreement

Der Lesezugriff („Free Access“) auf das Data Dictionary und die Nutzung innerhalb des eigenen Unternehmens ist kostenlos. Für die kommerzielle Nutzung und die Integration der Daten in Produkte ist eine Lizenzvereinbarung mit dem IEC erforderlich.

Die Daten können als Excel-Tabelle (entsprechend der Norm IEC 62656) heruntergeladen werden.

Vorteile:

• Interoperabilität: Nahtloser Datenaustausch zwischen verschiedenen Systemen, Herstellern und Domänen wird möglich.
• Datenkonsistenz: Einheitliche Definitionen verhindern Missverständnisse und Fehler in der Datenkommunikation.
• Wiederverwendbarkeit: Standardisierte Datenmodelle und Merkmale müssen nicht für jedes Projekt neu definiert werden.
• Zeit- und Kostenersparnis: Entwicklungsaufwand für Datenmodelle und Schnittstellen wird erheblich reduziert.
• Semantische Interoperabilität: Maschinen können die Bedeutung von Daten eindeutig und kontextunabhängig interpretieren
• Industrie 4.0-Readiness: Das CDD ist die Grundlage für AAS, digitale Zwillinge und durchgängige digitale Datenketten.
• Compliance: Es unterstützt die Erfüllung regulatorischer Anforderungen (zum Beispiel EU ESPR, DPP).
• Transparenz: Durchgängige Produktinformationen über den gesamten Lebenszyklus werden verfügbar.
• Internationale Standardisierung: Als weltweit anerkannter IEC-Standard bietet es Investitionssicherheit.

Herausforderungen

• Integration: Die Anbindung bestehender Altsysteme (Legacy-Systeme) an CDD-konforme Datenstrukturen kann aufwendig sein.
• Datenmigration: Die Überführung großer, historisch gewachsener Datenbestände in das standardisierte Format ist komplex.
• Bekanntheitsgrad: Außerhalb der Elektrotechnik und des Datenbank-Sektors ist die Bekanntheit des CDD noch begrenzt. Dies birgt das Risiko, dass neue, nicht interoperable Wörterbücher entwickelt werden.
• Aktualität: Es muss sichergestellt werden, dass das CDD mit der technologischen Entwicklung Schritt hält. Neben dem ausbaufähigen Bekanntheitsgrad besteht eine große Herausforderung darin, dass das IEC CDD teilweise von Nutzer*innen als nicht aktuell und veraltet wahrgenommen wird.
• Schulungsbedarf: Mitarbeiter*innen müssen in der Nutzung und Anwendung des CDD qualifiziert werden.
• Komplexität: Die erstmalige Anwendung des umfangreichen Datenmodells hat eine gewisse Lernkurve.
• Übersetzungen: Englisch ist die Basissprache; Übersetzungen sind teilweise lückenhaft, weshalb im Zweifelsfall die englische Version herangezogen werden sollte.

Digitaler Produktpass: Digitalisierung und Circular Economy durch standardisierte Daten

Digitalisierung ist gekommen, um zu bleiben. In der Welt der industriellen Produktion wurde dies bereits frühzeitig erkannt, sodass zahlreiche Entwicklungen vorangetrieben wurden, auch auf normativer Ebene. Eine Ausprägung ist der Digitale Produktpass, mit dem über digitale und standardisierte Informationen der nächste Schritt gemacht wird und der langfristig die industrielle Circular Economy unterstützt.

Die Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik (DKE) spielt eine zentrale Rolle bei der Koordination der deutschen Beiträge zum IEC CDD und dessen Anwendung:

• DKE/K 113: Informationsstrukturen und Informationselemente, Grundsätze der Identifikation und Kennzeichnung, Dokumentation und graphische Symbole
• Im DKE/K 671 Schaltrelais: Electrical relays beschäftigt sich DKE/AK 671.0.1 CDD und IEV im Rahmen von Schaltrelais im IEC CDD und dem IEC-Wörterbuch. Der Arbeitskreis koordiniert deutsche Beiträge zum internationalen CDD sowie zur Pflege und Übersetzung der Terminologie.
• Für den Bereich Kommunikationskabel (DKE/K 412) beschäftigt sich DKE/AK 412.1.4 Digitaler Produktpass mit dem IEC CDD im Rahmen von CDD-Einträgen für symmetrische Kabel und der Entwicklung von CDD-Merkmalen für Kabelprodukte zur Unterstützung der DPP-Anforderungen für Kabelindustrie.
• DKE/GAK 226_311 IEC CDD: Merkmale für Umrichter und drehende elektrische Maschinen zur Standardisierung von Eigenschaften für Antriebstechnik, Datenmodelle für Power Electronics und Motoren.
• DKE/AK 432.0.1 Digitalisierung für übergreifende digitale Transformationsthemen.
• DKE/AK 931.0.1 Merkmale für Automatisierung.
• DKE/AK 191.0.2 Product Category Rules und Greenhouse Gases spiegelt die Arbeiten zur Definition von Merkmalen für die Beschreibung des CO2-Fußabdrucks und anderer Umwelt-Auswirkungen von Produkten.

Ziel ist es, das IEC CDD zunehmend in den Digitalisierungsstrategien der Industrie zu integrieren. Viele weitere Gremien diskutieren die Nutzung des CDD, da der Bedarf an semantischen Wörterbüchern branchenübergreifend wächst.

Die Bedeutung des CDD wird weiter zunehmen. Zukünftige Entwicklungen umfassen:

• EU Digital Product Passport: Die zunehmende regulatorische Verpflichtung ab 2026 kann die Nutzung des IEC CDD vorantreiben.
• Kreislaufwirtschaft: Das IEC CDD kann zur Grundlage für standardisierte Recycling- und Nachhaltigkeitsdaten werden.
• KI-Integration: Standardisierte Metadaten sind ideal für das Training von Machine-Learning-Modellen und KI-Anwendungen.
• Erweiterte Domänen: Das Ziel ist die Ausweitung auf alle genormten sicherheitstechnischen Daten, um Funktionalität für Menschen und Umwelt eindeutig zu beschreiben und Gefahren zu reduzieren.
• Cloud-Integration und SMART Standards: Verbesserte APIs und die direkte Exportierbarkeit in Formate wie XML oder JSON werden die Integration in Cloud-Anwendungen und die Nutzung im Rahmen von SMART Standards vereinfachen.

Das IEC Common Data Dictionary ist eine zentrale und unverzichtbare Infrastruktur für standardisierte Produktdaten, insbesondere in der elektrotechnischen Industrie und darüber hinaus. Es ist eine entscheidende Grundlage für die Realisierung von Industrie 4.0, dem Digitalen Produktpass und Smart Manufacturing, da es semantische Interoperabilität und durchgängige digitale Wertschöpfungsketten ermöglicht.

Deutsche Unternehmen, die in CDD-Kompetenz investieren, profitieren von erheblicher Zeit- und Kostenersparnis, verbesserter Datenqualität und der Fähigkeit, aktuelle und zukünftige regulatorische Anforderungen zu erfüllen. Die aktive Arbeit der DKE sichert dabei die Interessen der deutschen Industrie. Angesichts der fortschreitenden Digitalisierung und steigender Nachhaltigkeitsanforderungen ist die Auseinandersetzung mit dem IEC CDD eine strategische Voraussetzung für eine erfolgreiche digitale Transformation.

Industry befasst sich mit Systemen und Produkten aus dem industriellen Bereich. Zentrales Thema ist beispielsweise zunehmend die Automation, da es in Zukunft verstärkt zu einem intelligenten Austausch zwischen Maschinen und Objekten kommt. Weitere Inhalte zu diesem und anderen industriellen Fachgebieten finden Sie im