Softwareagenten für die flexible Kopplung von Automatisierungssystemen
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- Mina Böhmer
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1 Universität Stuttgart Institut für Automatisierungs- und Softwaretechnik Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. P. Göhner Softwareagenten für die flexible Kopplung von Automatisierungssystemen Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. P. Göhner Expertenforum en im Umfeld von Industrie 4.0 1
2 Gliederung Motivation: Ein Tag in Deutschland heute / morgen Kooperative Applikationsszenarios Realisierung von Cyber-Physical Systems en zur äußeren Kooperation en zur inneren Kooperation Zusammenfassung 2
3 Ein Tag in Deutschland: heute Köln Logistik 15:00 16:00 18:00 19:00 12:00 11:30 11:00 Beladung Frankfurt a. M. Würzburg Nürnberg Fehler Stau LKW Stuttgart: Ausfall Neuer startet wird erreicht bei Auftrag in der Frankfurt. beladen. selben in Richtung Fahrer München. Energiekosten Produktionsanlage kommt gleicht informiert rein. München. Ladung Empfänger Produktion während in Komponenten München. Stuttgart mit der kann in wie aus in Ladungspapieren Weiterer gefunden. fortgesetzt Mittagszeit München. Stuttgart Verzug müssen steigen werden. der ab. Produktion. telefonisch. an. bestellt werden. Produktion gerät ins Stocken. Betrieb Stuttgart Fertigung München Instandhaltung Produktion 3
4 Ein Tag in Deutschland: morgen Köln Automatisierte Beladung Energieoptimierter Betrieb CPS LKW Fehler Neuer Stuttgart: Stau Ausfall Selbstdiagnose erreicht wird startet bei Auftrag in der Frankfurt. beladen. in München. Produktionsanlage kommt Selbständige Richtung energieoptimierter Automatische ergibt hohe rein. München. Produktion Erkennung Betrieb Meldung Wahrscheinlichkeit München. startet. an kann der direkt gefunden, Kooperation Ladung Entlastung Empfänger Automatische für Ausfall. beginnen. durch Meldung des von mit Stuttgart Nutzung Energienetzes München. Anpassung Vorbeugende Fehlerursache von und der RFID. zur an München Mittagszeit. Automatische Produktion Wartung Partneranlage. wird beginnt. zur Umstellung Kompensation geplant. der der Produktionsreihenfolge. Anlage. Selbstorganisierende Logistik CPS CPS Frankfurt a. M. CPS CPS Würzburg Stuttgart Nürnberg Flexible Fertigung CPS CPS 12:00 15:00 16:00 18:00 19:00 11:00 11:30 München Intelligente Instandhaltung Kooperierende Produktion 4
5 Gliederung Motivation: Ein Tag in Deutschland heute / morgen Kooperative Applikationsszenarios Realisierung von Cyber-Physical Systems en zur äußeren Kooperation en zur inneren Kooperation Zusammenfassung 5
6 Kooperative Applikationsszenarios Szenario 1: Energieoptimierter Betrieb Ziele: Ressourcenproduktivität und effizienz steigern Reduktion von Energiespitzen Abschaltung in produktionsfreien Zeiten Entlastung der Umwelt Herausforderungen: Kooperation mit Produktionsleitsystem Abstimmung des Produktionsablaufs Kooperationspartner: Produktionsteilsysteme Produktionsleitsystem Kooperationsart: statisch IAS: Demonstrator Automatisiertes Energiemanagement [HWH04] 6
7 Kooperative Applikationsszenarios Szenario 2: Automatisierte Beladung Ziele: Selbstständige Erkennung von Ladung Abgleich mit Auftrag und Routenplanung Herausforderungen: Kooperation mit Verwaltungssystemen Erkennung unterschiedlicher Güter Kooperationspartner: Verwaltungssysteme LKW Ladung Kooperationsart: statisch IAS: Demonstrator Automatisierte Beladung [GYLG13] 7
8 Kooperative Applikationsszenarios Szenario 3: Selbstorganisierende Logistik Ziele: Benachrichtigung bei Abweichungen vom Plan Verbesserung der Planung Herausforderungen: Kooperation mit Verwaltungssystemen Wechselnde Qualität der Netzwerkanbindung Kooperationspartner: Verwaltungssysteme LKW Produktionsanlagen Kooperationsart: dynamisch IAS: Demonstrator Automatisierte Logistik-Produktionskooperation 8
9 Kooperative Applikationsszenarios Szenario 4: Flexible Fertigung Ziele: Flexible Produktion Selbstständige Reaktion auf auftretende Probleme Beachtung individueller Kundenwünsche Bessere Ausnutzung der Produktionsstätten Herausforderungen: Flexible Rekonfiguration von Produktionsanlagen Fähigkeitsbasierte Beschreibung der Produktionsschritte Kooperationspartner: Verwaltungssysteme Produktionsanlagen Kooperationsart: dynamisch IAS: Demonstrator Flexible Fertigung [Badr11] 9
10 Kooperative Applikationsszenarios Szenario 5: Kooperierende Produktion Ziele: Erhöhte Flexibilität Individuelle Produktvarianten Bessere Ausnutzung der Produktionsstäten Herausforderungen: Flexible Rekonfiguration von Produktionsanlagen Abstimmung der Produktion Integration von individuellen Produktionsschritten Planung der Logistik Kooperationspartner: Produktionsanlagen Logistiksystem Kooperationsart: dynamisch IAS: Demonstrator myjoghurt in Kooperation mit AIS (Frau Prof. Vogel-Heuser) 10
11 Kooperative Applikationsszenarios Szenario 6: Intelligente Instandhaltung Ziele: Reduktion von Stillstandzeiten Bessere Planbarkeit der Instandhaltung Erhöhte Produktivität Herausforderungen: Erkennung von Abnormitäten Austausch von Informationen zu Fehlern und deren Behebung Kooperationspartner: Produktionsanlagen Instandhaltung Kooperationsart: dynamisch IAS: Demonstrator Automatisierte Fehlerprävention [BoGö13] 11
12 Gliederung Motivation: Ein Tag in Deutschland heute / morgen Kooperative Applikationsszenarios Realisierung von Cyber-Physical Systems en zur äußeren Kooperation en zur inneren Kooperation Zusammenfassung 12
13 Realisierung von Cyber-Physical Systems Definition: Cyber-Physical Systems stehen für die Verbindung von physikalischer und informationstechnischer Welt. [GeBr12] Realisierung: Middleware SOA Apps en Cyber-Physical System Automatisiertes System Kommunikationsstruktur: Client - Server Peer to Peer Internet der Dinge Automatisiertes System 13
14 Realisierung von Cyber-Physical Systems Zentrales enmanagementsystem enplattform enverzeichnis Fähigkeitsverzeichnis Dezentrales enmanagementsystem [WiAl09][PeGö11] Internetbasiertes enmanagementsystem Internet enverzeichnis Fähigkeitsverzeichnis Heterogenes enmanagementsystem AMS 1 Ontologie AMS 2 14
15 Gliederung Motivation: Ein Tag in Deutschland heute / morgen Kooperative Applikationsszenarios Realisierung von Cyber-Physical Systems en zur äußeren Kooperation en zur inneren Kooperation Zusammenfassung 15
16 Konzept äußere Kooperation Grundarchitektur: en- Management-System Internet ATS - ATS ATS - ATS ATS - ATS 16
17 Konzept äußere Kooperation Erweiterungsarchitektur: Zusätzliche Service-en mit unterstützenden Fähigkeiten: z.b.: Kundenagenten Koordinationsagenten Kontrollagenten en- Management-System Internet Service- Service- Service- ATS - ATS ATS - ATS ATS - ATS 17
18 Gliederung Motivation: Ein Tag in Deutschland heute / morgen Kooperative Applikationsszenarios Realisierung von Cyber-Physical Systems en zur äußeren Kooperation en zur inneren Kooperation Zusammenfassung 18
19 Konzept innere Kooperation Architektur zentraler automatisierter Systeme Architektur dezentraler automatisierter Systeme Leitebene Prozessebene 1 Feldebene 19
20 Konzept innere Kooperation Grundarchitektur: direkte Kooperation über Feldbus Managementinformationen zentral dezentral Anlagen- als Schnittstellen nach außen en- Management-System innere Kooperation ATS- Komponenten- ATS- Komponente Feldbus Komponenten- ATS- Komponente Komponenten- ATS- Komponente 20
21 Konzept Gesamtkooperation Verknüpfung von innerer und äußerer Kooperation en- Management-System Kontroll- Internet ATS - Kunden- ATS - Applikations- ATS - ATS Stuttgart ATS 3 ATS München 21
22 Gliederung Motivation: Ein Tag in Deutschland heute / morgen Kooperative Applikationsszenarios Realisierung von Cyber-Physical Systems en zur äußeren Kooperation en zur inneren Kooperation Zusammenfassung 22
23 Zusammenfassung enbasierte Basistechnologie Flexible Kopplung heterogener Systeme Leichte Verbindung bestehender Systeme Realisierung vielfältiger Anwendungsszenarien Dezentrale und zentrale Möglichkeiten zur Koordination Datensicherheit durch verschlüsselte enkommunikation Selbstbestimmung bei der Weitergabe von Informationen und bei der Durchführungen von Handlungen Dynamische Kopplung 23
24 Ein Tag in Deutschland: morgen Köln Selbstorganisierende Logistik Automatisierte Beladung Frankfurt a. M. Würzburg Nürnberg Energieoptimierter Betrieb Stuttgart Flexible Fertigung München Intelligente Instandhaltung Kooperierende Produktion 24
25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 25
26 Quellen [HWH04] [GYLG13] [Badr11] [BoGö13] Heintel, B.; Wagner, T.; Hohn, G.: enorientiertes dezentrales Energie- und Funktionsmanagement für Kfz. In: Entwicklerforum Kfz-Elektronik, Gomes, C. Eduardo; Yazdi, F.; Lucena, V.; Göhner, P.: 2013 IEEE 15th International Conference on e-health Networking, Applications and Services (Healthcom 2013). Piscataway: IEEE, Badr, I.: -based dynamic scheduling for flexible manufacturing systems. Dissertation. Stuttgart: Shaker, 2011 (IAS-Forschungsberichte). Bordasch, M.; Göhner, P.: Fault prevention in industrial automation systems by means of a functional model and a hybrid abnormity identification concept. In: IECON th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, S [GeBr12] Geisberger, E.; Broy, M.: agendacps. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg, [WiAl09] [PeGö11] Wieland, P.; Allgower, F.: An internal model principle for synchronization. In: 2009 IEEE International Conference on Control and Automation (ICCA), S Pech, S.; Göhner, P.: Flexible dezentrale Automatisierungs- und Regelungssysteme auf Basis von Softwareagenten. Boppard, 2011 (Regelungstechnisches Kolloquium). 26
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