Zukünftige Entwicklungen der industriellen Kommunikation

Transkript

1 DFAM-Symposium Stand und zukünftige Entwicklungen von Mikroelektronik und 19th IEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation Zukünftige Entwicklungen der industriellen Kommunikation Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite

2 Agenda 1. Die Anfänge und die Gegenwart 2. Die Zukunft hat begonnen! 3. Konzept Industrielles Internet

3 Ostwestfalen-Lippe (OWL) Gestalter der Industrie 4.0 (Auswahl)

4 Industrial Communications Industrial Image Processing Artificial Intelligence in Automation User Experience and Interaction Design Industrial Internet Intelligent Automation Usability Engineering CIIT II CIIT I SmartFactoryOWL

5 Die Anfänge und die Gegenwart

6 1985: Seriell statt parallel Ein schlankes Buskabel statt zentnerschwerer Kabelbäume! Quelle: Phoenix Contact

7 Basistechnologien Industrielle Kommunikation ng + Industrielle Kommunikation 2G Industrielle Kommunikation 1G OPC Zeitsync. FDT/ DTM Funk? Safety Echtzeit Ethernet Security Feldbus.. Zeit

8 Die Zukunft hat begonnen!

9 Selbstoptimierung, Selbstkonfiguration, Selbstdiagnose

10 Smart Factory ist ein intelligentes sozio-technisches Produktionssystem basierend auf. Quelle: SmartFactoryOWL informierten Menschen informierten Produkten informierten Maschinen

11 Bspl.:Selbstkonfigurierende Systeme

12 Was tut sich bei den Basistechnologien?

13 Ethernet: Schicht 1 Quelle: init/fraunhofer IOSB-INA Ziel: Automobiltauglicher PhL (EMV, Temperatur, mind. 15 m) für 100 Mbps über ungeschirmte Single-Twisted-Pair-Kabel BroadR-Reach; OPEN Alliance SIG : BMW, Broadcom, Freescale, Harman, Hyundai, NXP (2013: 160 Unternehmen) Anfang 2014 wurde IEEE IEEE Twisted Pair 100 Mbit/s Ethernet Study Group gegründet.

14 Echtzeit-Erweiterungen von Ethernet in der IEEE Residential Ethernet Study Group seit 2003: explore additional application of Ethernet to time sensitive consumer Audio/Video Devices IEEE Audio/Video Bridging (AVB) Task Group Initiatoren: Broadcom, Pioneer, Samsung, Nortel seit 2010 Standards für Echtzeiterweiterungen : ( Credit-Based Shaper, Reservierungsprotokoll ) Ziel: 2ms über 7 100Mbps Quelle: Wikimedia commons z.b.: J. Imtiaz; J. Jasperneite; L. Han: A performance study of Ethernet Audio Video Bridging (AVB) for Industrial real-time communication in: IEEE Conference on Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA 2009), 2009

15 Echtzeit-Erweiterungen von Ethernet in der IEEE seit 2012 in IEEE Time-Sensitive Networking (TSN) Task Group umbenannt. verstärkt Firmen aus der Industrieautomatisierung sowie Automobilhersteller und -zulieferer. 2014/2015 Standards für Echtzeiterweiterungen erarbeitet IEEE 802.1Qbv ( Time-Aware Shaper ), scheduled applications IEEE 802.1Qbu, Frame Preemption IEEE 802.1CB, Stoßfreie Redundanz. Quelle: Beckhoff

16 Zuverlässige drahtlose Kommunikation in der Industrie BMBF-Programm zur Entwicklung neuer Funktechnologien für Industrieanwendungen Neue Anforderungen an Mobilität, Flexibilität und Wartbarkeit erfüllen. regelungstechnische (Echtzeit)-Anwendungen unterstützen. Projekt Hiflecs entwickelt neue PHY und MAC, z.b. auf Basis kognitiver Verfahren. Quelle:

17 OPC-UA seit 2008 verfügbar als Plattform-unabhängige Service-orientierte Architektur Technologiekandidat im Bereich der Middleware aus Sicht der Industrie 4.0 Plattform Hohe Skalierungsfähigkeit von einfachen Sensoren bis zu Cloudbasierte- Anwendungen, flexible Informationsmodelle Erweiterung um Publish/Subscriber-Modell und Abbildung auf Ethernet TSN in Arbeit Weltweit kleinster OPC-UA Server OPC-UA als Middleware für durchgängige Kommunikation vom Chiplevel bis zur App nutzbar Benötigt 5 kb RAM and 10 kb ROM Auf kleinsten Embedded Systems lauffähig.

18 Software-Defined Networking (SDN) IT-Netze erfordern mehr Flexibilität Idee: Trennung von Data- und Control-Plane Ein SDN-Controller vermittelt dem Administrator eine "ganzheitliche" Sicht auf die Anwendungen, Netzelemente und Datenströme (Flows). Virtualisierung Anwendungen und neue Netzdienste können schneller bereitgestellt werden. Nicht jedes Netzelement muss manuell rekonfiguriert werden. Quelle:

19 Konzept: Industrielles Internet

20 Konzeptionelles Modell: Industrielles Internet CD Maschine Assets FD Product

21 Konzeptionelles Modell: Industrielles Internet Integration & Abstraction CD FD Product

22 Konzeptionelles Modell: Industrielles Internet Services Ressourcen Management Real-time Security Management Auto Configuration CD FD Product

23 Konzeptionelles Modell: Industrielles Internet Applications Controls Services Data Analytics Maintenance QoS Management z.b. Ethernet TSN Real-time Security Management Auto Configuration CD FD Product

24 Konzeptionelles Modell: Industrielles Internet SDN Applications Controls Services Real-time z.b. Ethernet TSN Data Analytics Maintenance QoS Management Auto Configuration OPC-UA Ethernet TSN CD weitere Vielfalt FD Product BMBF-Ausschreibung: 5G Industrielles Internet

25 Zusammenfassung Ursprüngliche Anforderungen der industriellen Kommunikation haben weiterhin Bestand Zuverlässigkeit, Echtzeitfähigkeit, Safety. Zunehmende Vernetzung von Mensch, Produkt und Maschine erhöht die Komplexität Aufgaben sind: Management von großen heterogenen Netzen, auch Kopplung mit Telekommunikationsnetzen Gewährleistung der Sicherheit und Interoperabilität Intelligente Mehrwert-Dienste Komplexität beherrschbar halten informierte Menschen informierte Produkte Industrielles Internet informierte Maschinen

26 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite Fraunhofer IOSB-INA Langenbruch 6, D Lemgo Institut für industrielle Informationstechnik Hochschule Ostwestfalen-Lippe Liebigstrasse 87, D Lemgo