FernUniversität Hagen

Transkript

1 Einsatz von Echtzeitstrategien in der MES-Automatisierung Michael Roth TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Software Engineering: Dependability 1

2 Agenda Motivation Modellierungssprache Geschäftsprozessnetz Software-Engineering Framework Evaluation Zusammenfassung 2

3 Motivation Unternehmensführung Betriebsleitebene (ERP) meist klassische EDV MES-Ebene Steuerungsebene (z. B. SPS) Echtzeittechnik Feldebene Bessere Verschmelzung MES mit prozessnahen Ebenen Profit aus Gemeinsamkeiten ziehen Erfahrungsaustausch 3

4 Motivation Eine detaillierte Prozessanalyse/-beschreibung ist eine unabdingbare Voraussetzung für die erfolgreiche Implementierung von Geschäftsprozessen. Gemeinsames Verständnis von Abläufen über Gewerk-Grenzen hinweg muss vereinheitlicht werden (oder zumindest leicht verständlich übertragbar sein). Beschreibung soll zum eigentlichen Know-How Träger verlagert werden. Geeignete triviale Beschreibungssprachen dafür sind nur teilweise vorhanden. Hierarchie BPMN sehr umfassend komplex Swimlane keine standardisierte Sprachdefinition (bzgl. Nebenläufigkeit, Trigger) Werkschutz Verladebau Disposition disponieren Einfahrt laden SFC Petri-Netz (geeignet) (geeignet) Verwiegung wiegen Zeit 4

5 Modellierungssprache Anforderung Eigenschaften grafisch leicht verständlich wenig komplex } Einfachheit Nebenläufigkeitsbetrachtungen Anlehnung an bekannte Echtzeitprogrammiersprachen anwender-/bedienerfreundlich geringer Funktionsumfang } Akzeptanz Strukturierungsmöglichkeit hierarchisch übersichtlich 5

6 Modellierungssprache Ansatz Ablauf-Funktionsplan (SFC) S12 Vorteile Nachteile T12 in der Industrie bekannt nur lineare Nebenläufigkeit (syntaxgesteuert) S13 D 10s Pumpe ein bewährt in der Echtzeittechnik T13 Parallelitäten abbildbar (sofort ersichtlich) S14 wenig komplex 6

7 Modellierungssprache Ansatz Petri-Netz (PN) PN = ( S, T, F, K, W, m0) S12 Vorteile Nachteile T12 viele Subklassen kann sehr komplex werden S13 S13-1 bewährt in der Echtzeittechnik Verklemmungen können entstehen t=10sec S13-2 Pumpe ein sehr gut geeignet für Nebenläufigkeitsbetrachtungen T13 S14 T13 formale Verifizierungsmöglichkeiten Unterklasse klassischer Petri-Netze zur Geschäftsprozessmodellierung Geschäftsprozessnetz 7

8 Geschäftsprozessnetz (GpN) Definition GpN = ( S, T, F, s INIT, SENDE ) S Ø S T s INIT = s ENDE = Ø F ( S T ) ( T S) Ø = Ø mit s INIT S endliche/nicht leere Menge aller Stellen (Stellenkapazität = 1) Transitionen Kanten (Kantengewichtung = 1) Startmarkierung Endeschritte für s ENDE S ENDE mit S ENDE S 8

9 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik S T Schritte gelten erst als aktiv, wenn sie abgearbeitet sind. Bedingt durch EDV Schritte können nur aktiv oder inaktiv sein ähnlich einer Ressource im realen Prozess Aktivierungssemantik Konfliktbeherrschung Beschreibungssyntax Schnittstellen Strukturierungsmittel 9

10 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik Aktivierungssemantik Transition Vorgänger Transition Abschwächung der klassischen Aktivierungssemantik Weiterschaltung hängt nur noch von der Vorbedingung ab verständlichere Semantik Nachfolger Konfliktbeherrschung Beschreibungssyntax Schnittstellen Strukturierungsmittel 10

11 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik Aktivierungssemantik Konfliktbeherrschung zyklisch wechselnde implizite Priorisierung aktiv inaktiv Beschreibungssyntax Schnittstellen Strukturierungsmittel 11

12 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik Aktivierungssemantik Konfliktbeherrschung Beschreibungssyntax Transition Vorgänger Nachfolger Syntax angelehnt an Ablauf- Funktionsplan Nebenläufigkeiten beliebig komplex strukturierbar, da Petri-Netz Verzweigungsregeln Schnittstellen Strukturierungsmittel 12

13 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik Aktivierungssemantik Konfliktbeherrschung Beschreibungssyntax Schnittstellen Meldung (Nachricht 1) INIT Nachfolger Prozesseinstieg (Initialschritt) Prozessausstieg (Endeschritte) Nachrichtenaustausch zwischen verschiedenen Geschäftsprozessen geeignet für Spezifikationszwecke (ähnlich Swimlane Diagramm) Meldung (Nachricht 2) Strukturierungsmittel ENDE 13

14 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik Aktivierungssemantik Konfliktbeherrschung Beschreibungssyntax Schnittstellen Strukturierungsmittel Sprünge vermeidet unübersichtliche Kreuzungen ermöglicht definiertes Ende (Endeschritte) J : S1 unstrukturiertes Element Hierarchie 14

15 Geschäftsprozessnetz (GpN) Entwurf Ausführungssemantik Aktivierungssemantik Konfliktbeherrschung Beschreibungssyntax Schnittstellen Strukturierungsmittel Sprünge Hierarchie Schritt 1 T1 T2 Schritt 2 übersichtliche Prozessstruktur Aufteilung in unterschiedliche Abstraktionsebenen (LH, Spezifikation, ) 15

16 Geschäftsprozessnetz (GpN) Eigenschaften Beschränktheit Ein GpN ist im Sinne klassischer Petri-Netze immer 1-beschränkt, da Stellen nur aktiv oder inaktiv sein können. Sicherheit Ein GpN ist im Sinne klassischer Petri-Netze immer sicher, da 1-beschränkt. Konfliktfreiheit Ein GpN kann aufgrund der zyklischen impliziten Priorisierung der Transitionen grundsätzlich als konfliktfrei bezeichnet werden. Kontaktfreiheit Ein GpN kann aufgrund seiner Aktivierungssemantik als kontaktfrei bezeichnet werden. 16

17 Geschäftsprozessnetz (GpN) versus Echtzeittechnik Modellierung Geschäftsprozessnetz Petri-Netz/GpN (grafisch) SFC Syntax Echtzeitstrategie SFC (grafisch) Schnittstellen Initialschritt / Endeschritte Initial-/Endeschritt Aktionen Funktionen vordefinierte Binäroperationen Übergangsbedingungen Verifikation Validierung Funktionen mit boolescher Rückgabe Syntaxprüfung Erreichbarkeitsanlayse Rückübersetzung Simulation Schritttest / Pfadtest betriebsbewährte Hardware boolesche Ausdrücke verklemmungsfrei durch Syntax validierte Hardware Determinismus (zyklische Transitionsabfrage) zyklisch 17

18 Software-Engineering mit GPN en Verteilung des Arbeitsaufwands in Projekten, denen ein Geschäftsprozess zugrunde liegt Ablaufmodell GUIs Algorithmik < 5 % Datenhaltung 25 %-30 % 40 %-50 % 15 %-20 % Verifikation/Validierung 10 %-15 % 18

19 Software-Engineering mit GPN en Spec.-Erstellung mit GpN Revision Entwurf Analyse der Spec. Revision Revision Erstellung Prozessablauf Erstellung des Ablauf Implementierung Revision automatisierte Verifikation Revision Verifikation Testplangenerierung Spec.- Erstellung Revision Modulerstellung Entwicklung Revision Test Validierung Test 19

20 stepup Framework standardisiertes Entwicklungs-, Projektierungs- und Programmierframework stepup CAD Grafische Spezifikation (Schritte/Transitionen/Verzweigungen/Plausibilität/ ) Exportfunktionen (XML) unvalidierter Workflow stepup Intelligrator Verifikation Syntaxkontrolle Erreichbarkeitsanalyse Rückübersetzer Validierung Simulator Codegenerierung validierter Workflow stepup Test Testplangenerierung stepup Core Ablaufkontrolle (quasideterministisch) Objektorientierte Integration in.net Framework Schrittbeschreibung ausführbares Programm 20

21 Evaluation Logistik Großprojekt BASF SE Verwendung vom Rückübersetzer zum Verständnis implementierter Prozesse 21

22 Evaluation Logistik Großprojekt BASF SE Verwendung vom Rückübersetzer zum Verständnis implementierter Prozesse Neustrukturierung der Prozesse mittels verschiedener Abstraktionsebenen 22

23 Evaluation Logistik Großprojekt BASF SE Verwendung vom Rückübersetzer zum Verständnis implementierter Prozesse Neustrukturierung der Prozesse auf verschiedene Abstraktionsebenen Definition neuer Geschäftsprozesse für Lastenheft mit stepup Framework Beispielhafte Umsetzung von definierten Prozessen als Demonstrator zur besseren Prozessverständnis in Managementebene Verwendung von stepup Test zur initialen Testplangenerierung 23

24 Zusammenfassung Geschäftsprozessnetz Bereitstellung von verständlichem und anwendbarem Spezifikationsmittel. Petri-Netz ist ein etabliertes und ausgereiftes Beschreibungsmittel. Software-Engineering Zeitersparnis von bis zu 30 % durch teilautomatisierte Verfahren zu Erstellung und Verifikation von Geschäftsprozessen. Benutzung von kostengünstigen und etablierten CAD-Werkzeugen zur professionellen Prozessmodellierung. Verschmelzung von BPMA- und BPMS-Werkzeugen. Schließt den Kreislauf von der Prozessanalyse zur Konzeption bis hin zur Umsetzung. BPMA Business Process Modeling and Analysis Tools BPMS Business Process Management System 24

25 Fragen?»Die Visualisierung eines Prozesses ist nicht dann abgeschlossen, wenn man keine Informationen mehr abbilden kann, sondern wenn keine Informationen mehr weggelassen werden können.«[ Michael Roth TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Software Engineering: Dependability 25