MES-Engineering als Grundlage für die Industrie 4.0

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1 MES-Engineering als Grundlage für die Industrie 4.0 MES Whiteboard Jobangebote, Jobzustände I4.0 Schnittstelle (TCP/IP) CPPS Modul Repräsentation der Anlage innerhalb des CPPS Verbunds Industrie 4.0 MES Demonstrator MyJoghurt Modell von Produkt, Prozess und Ressource als Basis Systemverwaltung Nachbarschaftsbedingungen, Struktur der Anlage Kommunikationsmodul Nachrichten verteilen Steuerungsagent: Repräsentiert einen Steuerungsbaustein Anlagenteil, erstellt Scheduling Repräsentiert für Prozessagenten Anlagenmodul Scheduling für Jobs Prozessagent: Prozessverwaltung Informationen über den Informationen Prozess oder die über Fertigung den Prozess (Rezepte, oder Fertigungsschritte) die (Fertigungsschritte) Univ.- IEC Steuerungsprogramm Ordinaria, Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme (AIS) Fakultät für Maschinenwesen, Technische Universität München, 1

2 Technische Merkmale von CPPS = Industrie 4.0 Datenaufbereitung für den Menschen Kommunikation und Datendurchgängigkeit Assistenzsysteme für das Engineering Datenaufbereitung, Datenintegration für den Menschen Bereitstellung notwendiger Daten für Konfiguration, Produktion, Verhandlung Weltweite Verteilung von Daten, hohe Verfügbarkeit, Zugriffsschutz Datendurchgängigkeit über verschiedene Stakeholder in verschiedenen Engineeringphasen und -gewerken Digitale Netze und Schnittstellen für die Kommunikation (zwischen Geräten, Mensch und Anlage, Anlage und Anlage) CPPS Marktplatz der Produktionseinheiten Architekturmodelle (Referenzarchitektur) für eine Klasse von Aggregaten/Modulen in Bezug auf Eigenschaften, Fähigkeiten, Schnittstellen Intelligente Produkte und Produktionseinheiten Produktionseinheiten mit inhärenten Fähigkeiten Datenanalyse von Prozess- und Alarmdaten und Verknüpfung mit Engineeringdaten Flexible Produktionseinheiten, adaptierbar auf geänderte Produktanforderungen, erlauben auch strukturelle Änderungen Beschreibung von Produkt- und Betriebsmitteln, z.b. Ontologien, zur eigenständigen Analyse, Darstellung, Organisation und Ausführung eines Produktionsablaufes In Anlehnung: B. Vogel-Heuser, G. Bayrak, U. Frank: Forschungsfragen in "Produktautomatisierung der Zukunft". acatech Materialien

3 Von der Automatisierungspyramide zum Automatisierungsdiabolo Enterprise Resource Planning (ERP) Automatisierungspyramide Automatisierungpyramide Diabolo ab 2000 Schnittstelle/Anbindung Produktionsprozess Intelligente Feldgeräte: Integration E/A bezogener Funktionen von der Steuerungs- in die Feldebene Dezentrale Steuerung: Integration von Automatisierungsfunktionen in Feldgeräte eines Produktionssystems Ergebnis Steigende Flexibilität über die Vernetzung von modularen Gerätefunktionen innerhalb eines Produktionssystems Begrenzung auf einzelne Produktionssysteme 3

4 Intelligente Industrie Komponenten MES I4.0 Schnittstelle (TCP/IP) Whiteboard Jobangebote, Jobzustände CPPS Modul Repräsentation der Anlage innerhalb des CPPS Verbunds Systemverwaltung Nachbarschaftsbedingungen, Struktur der Anlage Kommunikationsmodul Nachrichten verteilen Steuerungsagent: Repräsentiert einen Steuerungsbaustein Anlagenteil, erstellt Scheduling Repräsentiert für Prozessagenten Anlagenmodul Scheduling für Jobs Prozessagent: Prozessverwaltung Informationen über den Informationen Prozess oder die über Fertigung den Prozess (Rezepte, oder Fertigungsschritte) die (Fertigungsschritte) IEC Steuerungsprogramm 4

5 AIS, IFAK, IFAT, AIS, TUM IAS My Joghurt Demonstrator an der TU München Beschreibung von Maschine und Ihrer Konfiguration: - Fähigkeiten (Operationen) - Status der Aggregate (bspw. OMAC/PackML) - relevante Datenpunkte bspw. für Tracking/Tracing MES Information Model I4.0 Schnittstelle (TCP/IP) CPPS-Agent Repräsentiert die Anlage im CPPS Netzwerk Komm.-Agent Weiterleitung und Verteilung von Nachrichten Ressourcen-Agent Repräsentiert ein einzelnes Anlagenmodul Prozess-Agent Steuert und überwacht den Prozess (bspw. Rezepte) Whiteboard Veröffentlichung von Job-Angeboten und Job-Aufträgen System-Agent Verwaltung des techn. Systems (Anlage) IEC Applikation Ein Wegweiser auf der roadmap Demonstrator: Roadmap: 5

6 Intelligente vernetzte Produktionsanlage my Joghurt Anlagenproduktion Joghurterstellung Deckelgravierung Simulierte Produktion Joghurtveredelung Abfüllung Webseite: 6

7 AIS, IFAK, AIS, IFAT, TUM IAS Produkt, Prozess und Ressource Kunde erteilt Auftrag Auftrag in Teilaufträge aufteilen Kosten und Termine für Teilaufträge von Anlagen einholen Ablaufplan (neu) erstellen Teilaufträge (neu) vergeben P3 P4 P10 Formalisierte Prozessbeschreibung - VDI/VDE 3682 P1 P2 Joghurtherstellung O11 P7 Joghurtveredelung O12 P8 Abfüllung O14 P6 B11 B12 Gäranlage T11 Mischanlage T12 P5 Deckelgravierung O13 P9 B13 Fräsmaschine Fräsanlage T13 Befüllungsanlage Abfüllanlage T14 Produkt B14 Handhabung und Veredelung, Verpackungsmaterialien Gemäß UNSPSC z.b. Produktion beobachten (Operator und Kunde) Automatische Störungsbehandlung Statusinformationen versenden Flaschen Deckel oder Korken Gravierter Deckel

8 Zusammenstellung eines CPPS mit MES-ML I4.0 Schnittstelle (TCP/IP) Modellierungselemente CPPS Modul Repräsentation der Anlage innerhalb des CPPS Verbunds Liste aller Prozess- Diagramme Eigenschaften des ausgewählten Prozesses 8

9 Integration des Wissens der Anwender im AutoMES-Modell Prozess- Modell Anlagen- Modell AutoMES- Projekt MES- Modell Berichts- Modell Endanwender MES- Anbieter Vier Teilmodelle und Verknüpfungen zwischen Modellen Bereitstellung von Informationen für spätere Codegenerierung des MES Standardisierung (Weihenstephaner Standards) Quelle WS Logo: Quelle Bild: Danone Werk Rosenheim 9

10 Modellierung und Konsistenzprüfung im Prozess- und Anlagenmodell AIS, TUM Prozess- Modell 1. Prozess 2. Subprozess 3. Prozessoperation Konsistenzprüfung: Ein Endanwender möchte auf seiner Anlage den Prozess Bier brauen" durchführen. Welche Maschinen sind dafür geeignet Sind auf allen bereits zugeordneten Maschinen die nötigen Datenpunkte vorhanden Welche Datenpunkte werden zusätzlich benötigt Anlagen- Modell 10

11 Überführung der Modell-Informationen in die MES-Spezifikation für die Codegenerierung AIS, TUM Transformation des Modells in Schnittstellen- Format Prüfung auf Kompatibilität mit der Schnittstelle Bereinigung der Datenbank um inkonsistenten Stand zu vermeiden Einfügen der Modell- Information in Datenbank DB-Inhalte 11

12 Verbundprojekt AutoMES Bibliothekskonzept MES- Bibliothek MES-Modellierung Anlagen- Bibliothek Anlagenmodell MESmodell Prozess- Bibliothek Berichtsmodell Berichts- Bibliothek Datenprofilmodell Prozessmodell Generische MES- Spezifikation ProLeiT- Codegenerator Modellierungstool mit integriertem Spezifikationsgenerator A&K- Codegenerator 12

13 Overall Equipment Effectiveness (OEE) Mögliche Produktionszeit Tatsächliche Produktionszeit Verluste durch ungeplante Stillstände Verfügbarkeitsverluste Theoretische Ausbringung / Leistung Tatsächliche Ausbringung / Leistung Verluste durch Werkzeugwechsel, Chargenwechsel Leistungsverluste Mögliche Ausbringung / Qualität Tatsächliche (einwandfreie) Ausbringung / Qualität Verluste durch Nacharbeit, Ausschuss Qualitätsverluste Effektivitätsverlust 13

14 Visualisierung von Prozesszusammenhängen Prozessparameter Golden Batch Einfluss von Prozessparametern auf Qualitätszielgrößen 14

15 Industrie 4.0 Puzzleteile- offene Problemstellungen Datenaufbereitung für den Menschen Datenaufbereitung, Datenintegration für den Menschen Architekturmodelle Agent Agent Agent Bereitstellung notwendiger Daten für Konfiguration, Produktion, Verhandlung Datendurchgängigkeit über verschiedene Stakeholder in verschiedenen Engineeringphasen und gewerken Marktplatz der Produktionseinheiten Wir unterstützen Sie gerne dabei: durch Forschungsprojekte direkte Zusammenarbeit Workshops, Trainings Intelligente Produkte und Produktionseinheiten Rekonfiguration, Wiederherstellung, Neustart von Produktionseinheiten I4.0-Plattform Datenanalyse von Prozess- und Alarmdaten und Verbindung mit Fertigungsdaten Beschreibung von Produkt, Prozess, Ressource und übergeordneten Funktionen (MES) 15