Sichten, Kennzeichnungssysteme

Transkript

1 Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik CAE in der Prozessautomatisierung Sichten, Kennzeichnungssysteme SS 2012, Dipl.-Ing. F. Doherr

2 Strukturierung: Sichten/Aspekte Ziel: Rationelles planen, herstellen, betreiben und warten von großen Systemen Wiederholte Untergliederung des Systems und den zugehörigen Informationen in Teile Struktur der Information (Aufteilung auf Dokumente) Struktur des Inhalts (innerhalb eines Dokuments) Aufbau eines Referenzkennzeichnungssystems Ein System oder ein Systembestandteil können auf verschiedene Weise betrachtet werden Sicht/Aspekt Was macht es? Funktionsaspekt Wie ist es zusammengesetzt? Produktaspekt Wo befindet es sich? Ortsaspekt Urbas/Doherr 2012 Folie 2

3 Sichten/Aspekte die Informationen und Struktur von Objekten innerhalb eines Systems können in Hinsicht auf die Aspekte sehr unterschiedlich sein daher sollte für jeden Aspekt eine eigene Struktur angelegt werden funktionsbezogene Struktur produktbezogene Struktur ortsbezogenen Struktur Urbas/Doherr 2012 Folie 3

4 Funktionsbezogene Struktur Wie sind die Funktionen des Systems in Teilfunktionen aufgeteilt? Wie erfüllen sie im Zusammenwirken den beabsichtigten Zweck? Beispiel: Walzstraße (DIN EN ) Urbas/Doherr 2012 Folie 4 (DIN EN )

5 Produktbezogene Struktur Art und Weise in der ein System aus Zwischen- und Endprodukten realisiert ist, zusammengesetzt oder geliefert wird Ein Produkt kann eine oder mehrere unabhängige Funktionen umsetzen und an mehreren Orten existieren Urbas/Doherr 2012 Folie 5 (DIN EN )

6 Ortsbezogene Struktur topographische Anordnung eines Systems (Objekts) und/oder seiner Umgebung: Gelände; Gebäude; Stockwerk; Raum / Koordinaten; Ort einer Einrichtung / Schrankreihe; Ort eines Schrankes; Tafel; Steckplatz Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 6 (DIN EN )

7 Kennzeichnungssysteme im Lebenszyklus eines Systems müssen deren Bestandteile für verschiedenste Zwecke gekennzeichnet werden Artikelnummern, Seriennummern, Auftragsnummern, Dokumentennummern, Identifikation von Typen, Instanzen und Individuen Urbas/Doherr 2012 Folie 7 (DIN EN )

8 Kennzeichnungssysteme der Umfang und die Komplexität von Engineeringprojekten in der Automatisierungstechnik können nur durch die enge Zusammenarbeit der beteiligten Gewerke bewältigt werden Arbeit mit Vorgehensmodellen Verwendung von gemeinsamen Kennzeichen für die Aspekte der Planungsobjekte ( Was meint der Kollege für ein Geräte? ) es muss möglich sein ein Planungsobjekt über alles Lebensphasen der tech. Anlage und über alle beteiligten Gewerke hinweg eindeutig identifizieren zu können Referenzkennzeichen (DIN EN ) - Kennung eines spezifischen Objektes in bezug auf das System, von welchen das Objekt Bestandteil ist. Es basiert auf einem oder mehreren Aspekten dieses Systems - Möglichkeit der eindeutigen Identifizierung eines Objektes im System Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 8

9 Kennzeichnungssysteme Einzelebenen-Referenzkennzeichen Referenkennzeichen eines Objektes in Hinblick auf das Objekt, von dem es ein Bestandteil ist Aufbau: Vorzeichen zur Aspektidentifikation Funktionsaspekt Vorzeichen: = Produktaspekt Vorzeichen: - Ortsaspekt Vorzeichen: + Buchstabe (codiert), einer Zahl oder beides in Kombination Beispiel: - ein Rad ist funktionaler Bestandteil eines Autos =R1 - Etage 6 ist ein Stockwerk eines Gebäudes +E06 - die CPU ist Produktbestandteil einer S7-400 Steuerung -CPU Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 9

10 Kennzeichnungssysteme Mehrebenen-Referenzkennzeichen Referenzkennzeichen, welches durch die strukturierte (hierarchische) Zusammensetzung von Einzelebenen-Referenzkennzeichen entsteht (DIN EN ) das Mehrebenen-Referenzkennzeichen ist der Pfad der Objektstruktur Bsp.: +Welt+Europa+Deutschland+Sachsen+Dresden+TU+Barkhausen- Bau+H213 ist der Aspekt bei zwei aufeinanderfolgenden Einzelebenen- Referenzkennzeichen eines Mehrebenen-Referenzkennzeichens gleich, kann das Vorzeichen zwischen Ihnen weggelassen werden oder durch einen Punkt ersetzt werden Bsp.: +Welt.Europa.Deutschland.Sachsen.Dresden.TU.Barkhausen- Bau.H213 Urbas/Doherr 2012 Folie 10

11 Kennzeichnungssysteme Mehrebenen-Referenzkennzeichen die Verwendung mehrere Aspekte zur Objektidentifizierung ist möglich Urbas/Doherr 2012 (DIN Folie EN )

12 Kennzeichnungssysteme Normen DIN EN DIN EN DIN V DIN DIN DIN EN Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 12

13 Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik CAE in der Prozessautomatisierung CA-Systeme SS 2012, Dipl.-Ing. F. Doherr

14 CA-Systeme Gestern Heute Urbas/Doherr 2012 Folie 14

15 Warum CA-Systeme? Bewältigung der steigenden Effizienz-, Zeit- und Qualitätsanforderungen an die Unternehmen (Planungsingenieure) Urbas/Doherr 2012 Folie 15

16 Warum CA-Systeme? der Computer soll den Menschen nicht ersetzen technisches System CA-Systeme sollen die menschlichen Fähigkeiten und Qualitäten ergänzen und erweitern sie sollen helfen die menschlichen Schwächen auszugleichen bzw. abzufangen unsystematisches Vorgehen Vergessen von Einzelheiten mangelnde Übersicht über die Zusammenhänge und Fakten, die sich während des Engineeringprozesses auch noch ändern CA-Systeme Der Mensch muss noch immer die maßgeblichen Arbeiten selber vollführen und sollte die letztendliche Verantwortung nicht an den Computer abgeben (können)! Urbas/Doherr 2012 Folie 16

17 Warum CA-Systeme? Ziele Vermeidung und Erkennung von Fehlern, die zwangsläufig entstehen, wenn viele Einzeldaten und Kohärenzen verstanden und verarbeitet werden müssen ( Einzelfehler Gruppenfehler ) Fehlererkennung und prävention; Qualitätssicherung Erstellung, Haltung, Verwaltung und Aktualisierung der gesamten Dokumentation (ohne Computer bzw. Datenbanken heute kaum noch denkbar und beherrschbar) Dokumentenmanagement und Rückdokumentation Erhalt eines schnellen und weitreichenden Überblickes über den aktuellen Stand des Engineeringvorhabens und Vergleich aller vorhandenen Varianten von Komponenten, Teilsystemen und Konfigurationen Bewältigung und Erfassung der zunehmenden Komplexität und Hilfsmittel beim Projektmanagement Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 17

18 Warum CA-Systeme? Ziele Durch die Möglichkeit der Vernetzung von Computersystemen wird die Kommunikation unter den Projektbeteiligten erleichtert und es können mehrere Personen parallel und u.u. auch örtlich verteilt eine Aufgabe mit einem konsistenten Datenstand bearbeiten. Kommunikationsverbesserung und Concurrent Engineering Wenn Daten und Ergebnisse eines Engineeringvorganges in digitaler Form vorliegen, so können sie bzw. Teile daraus für Folgeprojekte schnell und ohne viel Aufwand wiederverwendet werden. Wiederverwendbarkeit von Daten Durch den Einsatz von Rechentechnik ist es bereits in frühen Planungsphasen möglich die Funktionen und das Verhalten einer technischen Anlage oder eines bestimmten Anlagenteils nachzubilden und sich zu verdeutlichen. Anlagenmodellierung und Simulation Urbas/Doherr 2012 Folie 18

19 Warum CA-Systeme? Weiterführende Ziele Nutzung der erstellten Planungsdaten über die IBS einer Anlage hinweg Abgleich zwischen geplanter und errichteter Anlage (built as planned) Instandhaltung (Wartung, Inspektion) Asset Management Operator Training virtuelle Begehung Fehlersuche und analyse Optimierung (Prozess, PLT-Einrichtungen) Ein über alle Lebensphasen einer technischen Anlage zu verwendendes CAE-System. Urbas/Doherr 2012 Folie 19

20 Überblick - CA-Systeme Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 20 (nach Lauber, R. u. Göhner, P. 1999)

21 CAD (CAE) Der Anfang 1963 entwickelte Ivan Sutherland am MIT (Massachusetts Institute of Technology) das Programm Sketchpad, mit dem über ein Lichtgriffel einfache Zeichenobjekte erzeugt und in ihrer Größe verändert werden konnten Video Fototransistor Auslöser Elektronik konventionell Nutzung Urbas/Doherr 2012 Folie 21 Lichtpistole

22 CAD (CAE) Der Anfang Ende der 60er bis Mitte der 70er Jahre entstehen vor Allem im Flugzeugbau erste kommerzielle CAD-Systeme (2D), die mit Hilfe von IBM-Großrechnern liefen CADAM (Computer Augmented Design And Manufacturing) der Fa. Lockheed Weiterentwicklung von CADAM durch Fa. Avions Marcel Dassault CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application) Forschung an der Universität Cambridge zur Nutzung einfacher 3D-Körper PDMS (Plant Design Management System) der Fa. Aveva Im Laufe der 80er Jahre ist mit dem Programm AutoCAD das rechnergestützte Konstruieren auch auf Heimrechner möglich Urbas/Doherr 2012 Folie 22

23 CAD CAE Der Übergang CAD-Systeme wurden konzipiert, um den Menschen bei der Erzeugung von technischen Zeichnungen zu unterstützen (sauberes Zeichnen, Änderungsanpassungen, Symbolbibliotheken, Wiederverwendbarkeit, Reproduzierbarkeit) im Laufe der Zeit war es notwendig, mehr und mehr Informationen zu den einzelnen Zeichnungsobjekten bereitzustellen und zu interpretieren Werden neben dem eigentlichen Design- (Entwurf, Zeichnung) auch Projektierungsaufgaben durch diese Systeme übernommen, spricht man nicht mehr von CAD- sondern CAE-Systemen. Urbas/Doherr 2012 Folie 23

24 CAD CAE Der Übergang Steht hinter einem CAD-System ein Datenmodell für die Objekte, welches die Objekte selber, ihre Eigenschaften und ihre Relationen abbildet, und existiert eine Komponente für die Datenhaltung, so handelt es sich um ein CAE-System. die Eigenschaften sind vor Allem nichtgrafische Aspekte das E bedeutet nicht nur Datenhaltung in Formularen, sondern stellt im wesentlichen die Informationsbasis für alle Meilensteine beim Engineering einer technischen Anlage dar (notwendig für die Generierung von Planungsdokumenten wie Listen, Datenblättern, Angebotsanfragen u.a.) Urbas/Doherr 2012 CAE@PA Folie 24

25 CAE-Systeme Vergleich von CAE-Systemen in der AT (2002) Urbas/Doherr 2012 Folie 25 (nach Rauprich u. a. (2002))

26 CAE-Systeme Vergleich von CAE-Systemen in der AT (2002) Urbas/Doherr 2012 Folie 26 (nach Rauprich u. a. (2002))

27 CAE-Werkzeugvielfalt in allen Lifecycle-Phasen kommen eine Vielzahl unterschiedlichster CAE-Systeme zum Einsatz (Je nach Gewerk, eigene, auf ihre Umgebung optimierte CAE- Systeme) Einsatzgründe: hist. großer Marktanteil und weite Verbreitung Speziallösungen; besondere Funktionen (features) Zwang (z.b. teilweise bei Entwicklungsumgebungen von Steuerungen) Verfahrensentwicklung Apparate- und Rohrleitungsplanung Instrumentierung (PLT-Hardware) Instrumentierung (PLT-Software) Elektroplanung weitere für bspw. die Konfiguration der Feldgeräte und Steuerungen und die Instandhaltung der Anlage Urbas/Doherr 2012 Folie 27

28 CAE-Systeme für die Verfahrensauslegung Aufgabe: Verfahren in Grobstruktur konzipieren Anlagenteile dimensionieren Energieverbrauch und Sicherheit optimieren Zielgruppe Verfahrenstechnik Methoden Modellierung Stationäre und dynamische Simulation Simulationswerkzeuge zur Prozessmodellierung wie z.b. Aspen-Hysys, UniSim, Matlab Urbas/Doherr 2012 Folie 28

29 Aufgabe: CAE-Systeme für die Fließbilderstellung Erstellen von Fließbildern nach EN ISO (Grundfließbild, Verfahrensfließbild, Rohrleitung & Instrumentenfließbild (RI) Zielgruppe Verfahrenstechnik, MSR Werkzeuge: SmartPlant P&ID, Comos, weitere CAD-Systeme Urbas/Doherr 2012 Folie 29

30 CAE-Systeme für die Aufstellung-, Apparate- und Rohrleitungsplanung Aufgabe: Planung der räumliche Anordnung von Apparaten und Maschinen in einem dafür konzipierten Anlagengerüst Bestimmung Platzbedarf, Abschätzung Mengengerüste, Optimierung von Investitions- und Montagekosten, Instandhaltung, Bedienung, Wege, Sicherheit, Instandhaltung durch Bestimmung von Ort und Lage Zielgruppe Stahlbau, Apparatebau Bsp.: z.b. AutoCAD, MicroStation, PDS 3D Urbas/Doherr 2012 Folie 30

31 CAE-Systeme für die Aufstellung-, Apparate- und Rohrleitungsplanung Stahlbau Virtuelle Begehung Urbas/Doherr 2012 Folie 31 Rohrleitungen

32 CAE-Systeme für die Aufstellung-, Apparate- und Rohrleitungsplanung Rohrleitungsisometrie Urbas/Doherr 2012 Folie 32

33 Aufgabe: CAE-Systeme für die Instrumentierung (PLT- Hardware) Feldinstrumentierung, Verkabelung, Schalträume Für Elektrotechnische Aufgaben: Stromlaufplan Für MSR-Aufgaben: PLT-Stellenplan Zielgruppe MSR z.b. SmartPlant Instrumentation, Comos, PRODOK, E-PLAN Urbas/Doherr 2012 Folie 33

34 Aufgabe: CAE-Systeme für die Instrumentierung (PLT- Software) Planung und Entwicklung der Logik von MSR und PLT-Aufgaben (Steuerungs- und Regelungsprogrammentwurf) IEC , VDI/VDE 3696 Systemneutrale Programmierung Zielgruppe MSR, PLT z.b. logidoc, Comos Urbas/Doherr 2012 Folie 34

35 Arbeitsplätze für das Engineering Wo liegt die Wahrheit? Papier oder im CA-System? CA-Systeme Urbas/Doherr 2012 Folie 35