Hintergrund
In einer wandlungsfähigen Produktion gehören die Nebenzeiten für die Erweiterung, Umrüstung und Wartung einer Maschine zu den Schlüsselstellen der Produktivität. Im kompletten Lebenszyklus einer Anlage, vom Engineering und technischen Vertrieb über die Produktion bis zu Umrüstungen und Wiederverwendung von Anlagenmodulen stellt die bisherige zentralistische Steuerungsarchitektur hohe zeitliche Anforderungen an die Durchführung der einzelnen Schritte.
Stattdessen sollen vollständig vernetzte, in Echtzeit kommunizierende Mehrkomponentensysteme entwickelt werden, bestehend aus intelligenten Automatisierungskomponenten. Diese bieten eigene Fähigkeiten (Skills) in Form von herstellerübergreifend standardisierten Automatisierungsfunktionen an. Diese Skills werden im Engineering von Maschinen-Integratoren zu höherwertigen Skills komponiert. An die Stelle von zentralisierten Steuergeräten treten verteilte Kleinsteuerungen oder intelligente Automatisierungskomponenten. Die Art der Kommunikation unterscheidet sich dabei grundsätzlich von der Feldbuskommunikation mit klassischen Prozessabbildern. Die Kommunikation ist eventgesteuert und Skill-basiert.
Problemstellung
Dieser Vision stehen allerdings Hemmnisse in der industriellen Praxis gegenüber, die vor allem an ungelösten Fragen des stark verteilten, in Echtzeit kommunizierenden Netzwerkes und in der mangelnden Durchgängigkeit im Engineeringprozess liegen. Heutige industrielle Kommunikationssysteme erfüllen zwar anspruchsvolle Echtzeitanforderungen, sind für die Verwendung in serviceorientierten, Skill-basierten Ansätzen aber nicht geeignet, da die heutigen Protokolle nicht auf diese Art von Kommunikation ausgerichtet sind. Es werden echtzeitfähige Kommunikationslösungen als Basis für eine Skill-basierte Kommunikation untersucht. Die Ergebnisse dieser Analysen sollen in geeignete Protokolle, Informationsmodelle und Standards eingearbeitet werden. Ebenso muss die Orchestrierung höherwertiger Skills wie zum Beispiel verteilte Interpolation konzeptioniert und standardisiert werden.
Ein weiterer wichtiger Aspekt für durchgängiges und effizientes Engineering wird der Einsatz von 3D-Technologien sein um Fach-Disziplinen zu verbinden und um die erzielte Automationslösung schnell und früh zu verifizieren. Alle im Projekt erarbeiteten Lösungen sollen ständig auf Ihre Industrie4.0-Konformität überprüft werden.
Ergebnisse
Gesamtkommunikationslösung für echtzeitfähige, verteilte, serviceorientierte Mehrkomponentensysteme
Ausgangslage dafür waren hochentwickelte, echtzeitfähige, deterministische und sichere Kommunikationssysteme in der Industrie, optimiert für die Feldbuskommunikation. Demgegenüber wurde eine starke Entwicklung hin zu vernetzten, serviceorientiert kommunizierenden Systemen mit demselben Bedarf an Echtzeitfähigkeit, Determinismus und Sicherheit erkannt. Es wurden bestehende Kommunikationslösungen im industriellen Umfeld recherchiert und für Industrie 4.0 geeignete Lösungen verglichen. Daraufhin wurden die Anforderungen an die Kommunikation innerhalb des Anwenderclusters überprüft und dann die geeignete Kommunikationslösung für eine durchgängige skill-basierte Kommunikation mit Unterstützung von Microservices auf dezentralen Steuerungskomponenten umgesetzt.
Industrielle, herstellerunabhängige und verteilte Mehrkomponentensysteme
Der Ansatz zur Erschaffung von Durchgängigkeit im Engineering war eins der Hauptziele bei DEVEKOS. Es basiert auf einen universellen Datenmodell, wobei jede Domäne mit ihren spezifischen Engineering Tools in dieses Modell schreiben darf, oder aus diesem Modell vorhandene Daten entnehmen. Um zusätzlich Durchgängigkeit auch auf diesem Gebiet zu erhalten ist es notwendig, auch die Beschreibung des zu produzierenden Produktes zu standardisieren um einen Abgleich zwischen Produktbeschreibung und Fähigkeitsbeschreibung der Maschine zu erhalten.
Das ISW nahm sich vor mit verteilten, dezentral gesteuerten Komponenten eine Interpolation in mehreren Dimensionen zu ermöglichen und dadurch eine durchgängige Engineering-Lösung zu unterstützen. Hierfür wurde geeignete Algorithmen analysiert, die sowohl die Positionsregelung einzelner Komponenten, als auch die Synchronisierung zwischen mehreren Komponenten ermöglichen, mit Sicherstellung der Verfahrbewegung aller Komponenten. Die entstandene Lösung zur dezentralen Interpolation ermöglicht eine gleichwertige Verteilung der Rechenleistung im System durch das vorgeschlagene Synchronisationsmechanismus. Die Forschungsergebnisse unterstützen auch die Umsetzung von rekonfigurierbaren Produktionssystemen durch geringere Aufwände bei der Umgestaltung des Systems.
3D-Engineering für herstellerunabhängige Mehrkomponentensysteme
DEVEKOS baute auf Ergebnissen aus dem Vorgängerprojekt OPAK auf und nahm sich vor das gewerksübergreifende 3D-Engineering im CODESYS Depictor von 3S um eine logische Simulation und virtuelle Inbetriebnahme zu erweitern. Innerhalb der 3D-Engineering-Umgebung sollen auch spezielle Anwenderinteraktionen zur Verfügung stehen. Das ISW beteiligte sich bei Workshops in der Konzeptionsphase und identifizierte dabei die Anforderungen des Anwenders and die 3S-Umgebung.
Projektpartner
- afag Automation AG
- ASYS Automationssysteme GmbH
- CODESYS GmbH
- elrest Automationssysteme GmbH
- eps GmbH
- Festo AG & Co. KG
- fortiss GmbH
- Häcker Automation GmbH
- Harro Höfliger Verpackungsmaschinen GmbH
- inIT – Institut für industrielle Informationstechnik, HS OWL
- NewTec GmbH
- Softing Industrial Automation GmbH
- TBK GmbH
Ihr Ansprechpartner
Armin Lechler
Dr.-Ing.Stellvertretende Institutsleitung
Geschäftsführender Oberingenieur