Flexibles Management einer dezentralen Automatisierungsverbundanlage als Beispiel für Industrie 4.0

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Aspekte der Systemmodellierung und dezentralen Architektur Flexibles Management einer dezentralen Automatisierungsverbundanlage als Beispiel für Industrie 4.0 Industrie 4.

1 Aspekte der Systemmodellierung und dezentralen Architektur Flexibles Management einer dezentralen Automatisierungsverbundanlage als Beispiel für Industrie 4.0 Industrie 4.0 Demonstration Juli 2014 Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich, Prof. Dr.-Ing. Christian Diedrich, Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay, Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger, Prof. Dr.-Ing. Stefan Kowalewski, Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Peter Göhner, Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser

-Ing. Michael Weyrich, Prof. Dr.-Ing. Christian Diedrich, Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay, Prof. Dr.-Ing. habil.

2 Agenda Motivation Anforderungen Ansatz und Konzept Szenario Modellierung und Koordination Realisierung mit Agenten Zuteilung und Kundenportal Status und Ausblick WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

Zuteilung und Kundenportal Status und Ausblick WEYRICH,

3 Bildquellen: IAS Uni Stuttgart, AIS TU München, IFAK Uni Magdeburg Motivation INDIVIDUELLE PRODUKTION AUF KUNDENWUNSCH +++ schnell neue Produkte am Markt platzieren +++ Produktionsanlagen optimal auslasten +++ Spitzenlast abfedern +++ Schwierigkeiten in Zulieferkette rasch beheben +++ Kundenwünsche berücksichtigen +++ Produktion anpassen und flexibilisieren +++ > Dezentrale Steuerung der dynamischen Produktion > Automatische Zuteilung von Aufträgen mit Variantenmix > Ad hoc Vernetzung von Teilanlagen > Einfach rekonfigurierbar > Apps zur Auftragsvergabe WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

+++ Produktion anpassen und flexibilisieren +++ > Dezentrale Steuerung der dynamischen Produktion > Automatische Zuteilung von Aufträgen mit Variantenmix > Ad

4 Anforderungen SCHWERPUNKT AUF DIE KONFIGURIERBARKEIT, DIE ZUVERLÄSSIGE KOMMUNIKATION UND DAS AUTOMATISCHE AUFTRAGSMANAGEMENT Anforderung Auftragsplanung und Zuteilung möglichst automatisch Anforderung Kein Verlust an Planungsinformation, falls Internet nicht verfügbar Anforderung Einfaches An- und Abmelden von Komponenten / Anlagen Anforderung Berücksichtigung von Kriterien, z.b. Energieverbrauch, Wegstrecken Anforderung Bildung von Clustern mit autonomem Auftragsmanagement und Untervergabe Anforderung Auftragsvergabe per Handy-App / Internet Weitere Anforderungen Diagnose-Funktionen, IT-Sicherheit, betriebssichere Kommunikation WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

5 I4.0 Komponente I4.0 Komponente I4.0 Komponente Ansatz IT-ZUSAMMENSCHLUSS EINZELNER ANLAGEN ZU VIRTUELLEM PRODUKTIONSVERBUND Einsatz best. Steuerungen durch Quasi- Kapselung mit Schnittstelle Teil- Anlage Institut 1 Forschungsverbundanlage Teil- Anlage Institut Teil- Anlage Institut n Kopplungsansätze zur ad-hoc- Vernetzung dezentrale Steuerungsarchitekturen I4.0 Cloud-Services zur Auftragsplanung und Zuteilung der Teilanlagen (I4.0 Komponenten) Aufträge HMI Intelligente Zuteilung (Scheduling) der Teilanlagen WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

Kopplungsansätze zur ad-hoc- Vernetzung dezentrale Steuerungsarchitekturen I4.0 Cloud-Services zur Auftragsplanung und Zuteilung der Teilanlagen (I4.

6 Konzept MARKTPLATZ MIT VERBINDUNG DER RESSOURCEN UNTEREINANDER Broker erlaubt einfache Realisierung bei zentraler Stellung des Marktplatzes Tn Virtueller Marktplatz mit Broker T1 Punkt-zu-Punkt- Verbindungen zwischen I4.0 Komponenten und Marktplatz Kommunikationskanäle erlauben > Nebenabreden > Unterbeauftragungen > Störsicherheit T4 T3 T2 Zentrale Informationsverwaltung ist Schwachstelle bei Ausfall WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

0 Komponenten und Marktplatz Kommunikationskanäle erlauben > Nebenabreden > Unterbeauftragungen > Störsicherheit T4 T3 T2

Institutslaboren > unterschiedliche Steuerungstechnik (SPS, µcontroller etc.

7 Bildquellen: IAS Uni Stuttgart, AIS TU München, IFAK Uni Magdeburg Szenario ANWENDUNG : BESTELLUNG VON JOGHURT IN VERSCHIEDENEN GESCHMACKSVARIATIONEN UND MENGEN Beispielhafte Umsetzung: > existierende Anlagen aus den Institutslaboren > unterschiedliche Steuerungstechnik (SPS, µcontroller etc.) > Kommunikation über Internet > kein verfahrenstechnischer Anspruch WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

8 Modellierung PRODUKT, PROZESS UND RESSOURCE (PPR) Einteilung: Produkt (P), Prozess bzw. Prozessoperatoren (O), technische Ressource (T) sowie Bilanzgrenze (B) P1 P2 P5 Joghurtherstellung O11 Gäranlage T11 Deckelgravierung O13 Fräsanlage T13 P3 P7 B11 Joghurtveredelung O12 Mischanlage T12 P4 P8 Abfüllung O14 B12 P9 B13 Abfüllanlage T14 P6 B14 nach VDI-Richtlinie 3682 Die Prozessschritte unterliegen auch Reihenfolgen-Restriktionen P1 - P8: Vor- und Zwischenprodukte des Joghurts wie Geschmacksstoffe und Verpackungsmaterialien. WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

P3 P7 B11 Joghurtveredelung O12 Mischanlage T12 P4 P8 Abfüllung O14 B12 P9 B13 Abfüllanlage T14 P6 B14 nach VDI-Richtlinie 3682 Die Prozessschritte

9 Koordination AUSWAHL UND ZUTEILUNG DER TECHNISCHEN RESSOURCEN ERFOLGT ÜBER EINEN VIRTUELLEN MARKTPLATZ Tn Zentraler Marktplatz Virtueller Marktplatz T12 T21 T11 Mögliche Erweiterung: Zwei Marktplätze Tn Virtueller Marktplatz A T12 T21 T11 Virtueller Marktplatz B T32 T41 T31 Teilkomponenten bzw. Industrie 4.0 Komponenten sind in einem virtuellen Marktplatz gelistet und werden über einen Broker zugeteilt. > Jede I4.0 Komponente hat ein Leistungsprofil > Fähigkeiten und Dienste werden gelistet > Anfragen über Marktplatz > Zwei oder mehr Marktplätze notwendig, um Anlagen komplett auszulasten T11, T12, T21,, Tn, technische Ressource realisiert durch Industrie 4.0 Komponenten WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

0 Komponenten sind in einem virtuellen Marktplatz gelistet und werden über einen Broker zugeteilt. > Jede I4.

I4.0 Komponente I4.0 Komponente I4.0 Komponente I4.0 Komponente Realisierung mit Agenten AGENTENSYSTEM DER VERBUNDANLAGE KOORDINIERT DIE EINZELNEN INDUSTRIE 4.

10 I4.0 Komponente I4.0 Komponente I4.0 Komponente I4.0 Komponente Realisierung mit Agenten AGENTENSYSTEM DER VERBUNDANLAGE KOORDINIERT DIE EINZELNEN INDUSTRIE 4.0 KOMPONENTEN Gäranlage T11 Agent Web Socket Abfüllanlage T14 Agent Web Socket Mischanlage T12 Agent Web Socket Kundenagent Fähigkeitenverzeichnis App.- Mensch- Maschine- Schnittstelle Fräsanlage T13 Agent Web Socket Industrie-4.0-Cloud mit Agenten- Management und Koordination Agentenverzeichnis Diensteverzeichnis > Agenten kapseln Teilanlagen, um diese nach außen als I4.0 Komponente darzustellen > Industrie 4.0 Cloud verzeichnet alle wichtigen Fähigkeiten und Dienste > Verschiedene Agententypen verfolgen Ziele und Aufgaben und verhandeln untereinander WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

- Mensch- Maschine- Schnittstelle Fräsanlage T13 Agent Web Socket Industrie-4.

11 Auswahl Anmeldung Angebotsabgabe Beispiel Zuteilung ANMELDE- UND ANFRAGEZYKLUS ZUR BELEGUNG VON INDUSTRIE 4.0 KOMPONENTEN Virtueller Marktplatz in der I4.0 Cloud 1 2 Broker- Funktion Welche I4.0 Komponenten / Teilanlagen sind geeignet? Verzeichnis Dienste und Fähigkeiten Anfrage Abfüllen Welche Dienste und Fähigkeiten stehen bereit? Anmelden mit Fähigkeiten I4.0 Komponente Abfüllanlagen I4.0 Komponente Gäranlagen T14 T24 T11 T21 Liste mit Komponenten Anfragen an Anlage T14 Anfragen an Anlage T24 Abgabe von Angeboten Abgabe von Angeboten Auswahl des besten Angebots 6 Beauftragung WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

Verzeichnis Dienste und Fähigkeiten Anfrage Abfüllen Welche Dienste und Fähigkeiten stehen bereit? Anmelden mit Fähigkeiten I4.0 Komponente Abfüllanlagen I4.

Bildquelle ipad: Appel Realisierung Kundenportal MENSCH-MASCHINE-SCHNITTSTELLE ZUR AUFTRAGSVERGABE VON MYJOGHURT > Konfiguration über Web-App > Einholen von Angeboten und anschließende Auswahl

12 Bildquelle ipad: Appel Realisierung Kundenportal MENSCH-MASCHINE-SCHNITTSTELLE ZUR AUFTRAGSVERGABE VON MYJOGHURT > Konfiguration über Web-App > Einholen von Angeboten und anschließende Auswahl möglich > Individuell anpass- und erweiterbar > Individuelle Joghurtkonfiguration: Geschmack, Menge, Verpackung etc. WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

möglich > Individuell anpass- und erweiterbar > Individuelle Joghurtkonfiguration: Geschmack,

13 Status der Implementierung WAS IST VERFÜGBAR? WELCHE ANFORDERUNGEN WURDEN IMPLEMENTIERT? Anforderung Vergabe von Aufträgen auf Basis eines Web-Interfaces Einfaches Verfahren zur Zuteilung von Angeboten An- und Abmelden von Produktionsanlagen Untervergabe von Aufträgen Komplexe Kriterien zur Auftrags- Vergabe sicheres Zustellen von Botschaften Status Als Web-Interface umgesetzt Marktplatz / Broker-Struktur realisiert über Koordinations- Agenten auf Basis der Agentenarchitekturen Ansatzweise mit JADE- Agentenplattform realisiert noch zu implementieren derzeit nicht realisiert ( ) WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

von Aufträgen Komplexe Kriterien zur Auftrags- Vergabe sicheres Zustellen von Botschaften Status Als Web-Interface umgesetzt Marktplatz / Broker-Struktur realisiert

Ausblick WOMIT BEFASSEN SICH ZUKÜNFTIGE ARBEITEN? > Weitere Implementierung mit Bereitstellung des aktuellen Standes der Agenten als Open-Source-Lösung (http://i40d.ais.mw.tum.

14 Ausblick WOMIT BEFASSEN SICH ZUKÜNFTIGE ARBEITEN? > Weitere Implementierung mit Bereitstellung des aktuellen Standes der Agenten als Open-Source-Lösung ( zum Mitmachen > Nachrichtenübermittlung im Sinne einer sicheren Zustellung von Botschaften; Realisieren von Kommunikationsschnittstellen auf Basis von WBEM (web-based Enterprise Management) > Untersuchungen zur Verbindung der Agententechnologie mit OPC-UA, OASIS SOA und MQTT im VDI/VDE GMA Fachausschuss 5.15 Untergruppe Industrie 4.0 > Arbeiten an Anwendungsszenarien aus dem Bereich der Diagnose WEYRICH, DIEDRICH, FAY, WOLLSCHLAEGER, KOWALEWSKI, GÖHNER, VOGEL-HEUSER 02. JULI

de/) zum Mitmachen > Nachrichtenübermittlung im Sinne einer sicheren Zustellung von Botschaften; Realisieren von Kommunikationsschnittstellen auf Basis von WBEM

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