Automationskolloquium. Wie integriert ist die Automation? Integrationsprozesse in der Automation eine Bestandsaufnahme. Martin Wollschlaeger

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1 Automationskolloquium Wie integriert ist die Automation? Integrationsprozesse in der Automation eine Bestandsaufnahme Martin Wollschlaeger

2 Enterprise Systems Der Weg zur integrierten Automation Prozessinformationssystem Büro- Ethernet Prozesssteuerungssystem Feldbus, Ethernet Marketing PC Control Management Fabriknetz (backbone) Fabrikdatenserver Geschäftsdaten Statist. Daten Qualitätskontrolle Parameter Prozessdatenmangmt. Integration von Prozesssteuerungssystem und Bürosystem zum Prozessinformationssystem Echtzeitdaten nur im Prozesssteuerungssystem verteilte Managementfunktionen hierarchische Struktur Sensor-/ Aktor-Bus, Feldbus SPS Visualisierung Messtechnik, Sensoren, Aktoren, Controller Technischer Prozess Folie 2

3 Automation 2015? Trends in der Automation wirken global (neue) Märkte Product-to-service-shift Innovationsdruck sind branchenabhängig Roadmapping Quelle: Integrierte Technologie-Roadmap Automation des ZVEI Fachverband Automation ZVEI - Zentralverband Elektrotechnik und Elektronikindustrie e.v. Fachverband Automation Lyoner Straße Frankfurt am Main Fon +(49) Fax +(49) Folie 3

4 Trends in der Automation Folie 4

5 Was ist eigentlich integrierte Automation? Automatisierungslösungen als integraler Bestandteil von Wertschöpfungsprozessen. Integration als Herausforderung Dimensionen der Integration Modelle, Beschreibungsmittel, Methoden, Werkzeuge Beispiele Ausblick Folie 5

6 Trends in der Informationstechnik Herausforderung und Mittel Entwicklung der Elektronik Miniaturisierung Embedded Systems System on Chip Entwicklung der Informatik, insbesondere Softwaretechnik Modellgetriebene Konzepte Objektorientierung mit Standardnotation UML Aspektorientierung Metamodellierung Explizite Definition von Semantik Entwicklung des Internet Internet-Technologien auf Anwendungsebene Kommunikationstechnologien Service-Orientierung (SOA) Folie 6

7 Strukturmodell Automatisierungspyramide Ebene 4 - ERP Business Logistic System Ebene 3 - MES Ebene 2 - Steuerung/Leitsystem Definitions MES Operations Horizontale Integration Equipment Data Commands Capability Vertikale Integration Request Equipment Procedure Response PLC / DCS Request / Response Ebene 1 - Feld Quelle: SIEMENS Folie 7

8 Dimensionen der Integration vertikale Integration Integration über die Lebenszeit horizontale Integration Folie 8

9 Wie wird integriert? Für die Integration wird benötigt: Anwendungsszenarien Modelle Beschreibungsmittel Informationstechnische Repräsentation Methoden Integrationstechnologien Werkzeuge Folie 9

10 Anwendungsszenario: Geräteherstellung Geräteprofil Auswahl Kombination Spezialisierung Anforderungen Spezifikationen andere Festlegungen? Gerätestruktur Parameter ISO Erzeugung? Handarbeit Bibliotheken herstellerspezifische Erweiterungen Toolintegration Dokumentationen Gerätebeschreibungen Softwarekomponenten Bestellinformationen CANopen FDCML GSD/GSDML EDD Automation Framework TCI FDT NE100 Folie 10

11 Anwendungsszenario: Planung / Systemintegration CAEX Auswahl Beschaffung Inventarisierung Anforderungen Spezifikationen? Planungsunterlagen Applikationsund Funktionsentwurf NE100 Bestellunterlagen Inventarunterlagen IEC S95? Geräte Systemtopologie Anwendungsprogramme Ger.Beschr. Doku Tools Geräteinformationen Topologieinformationen Systembeschreibung OPC Programminformationen IEC IEC IEC 61512/S88 Embedded Doku Tools, Folie 11

12 Anwendungsszenario: Systemintegration Geräte Konfigurierung Parametrierung Systemtopologie Adressierung, Timing? Anwendungsprogramme Implementierung Geräteinformationen Programminformationen Visualisierunsinformationen MES/ERP- Informationen IEC 62264/S95 OPC Systemintegration und Inbetriebnahme? Erzeugung OPC SVG?? MES/ERP Automatisierungskomponenten Dokumentation Visualisierung Installiertes System Folie 12

13 Anwendungsszenario: Maintenance ERP/MES Planung Abrechnung CMMS IEC S95 Inventarunterlagen NE 100 CAEX IEC S95 IEC S88 Planungsunterlagen Bestellunterlagen MESinformationen Geräteinformationen Automatisierungskomponenten Gerätebeschreibung EDD Dokumentation? Erzeugung Plan Ereignis Programminformationen IEC IEC Dokumentation Wartung / Instandhaltung Ausführung Folie 13

14 Szenario Geräteherstellung: Funktionales Gerätemodell 1 «FieldDevice» Device PhysicalDevice 1 0..* Hardware Module 0..* Resource «FB_Type» FunctionBlock 1..* * Functional_Element FBlock 1 «PB_Type» PhysicalBlock «TB_Type» TransducerBlock 0..* 1 1 Object ParameterList 0..* «FunctionType» Function «VariableType» Variable 1..* 0..* 1 Folie 14

15 Gleiches Modell unterschiedliche Interpretation GSDML Herstellerinformation Informationstext Gerätefamilie CANopen Informationen sind mit der gleichen Semantik im Modell enthalten FDCML aber: Informationen sind unterschiedlich repräsentiert (Struktur, Zuordnung) Folie 15

16 Horizontale Integration industrielle Kommunikation Information Technology Fieldbus Systems ARPANET MIL 1553 Ethernet ISO/OSI SQL Modbus MAP CIM Internet Bitbus MMS PROWAY FIP SNMP Fieldbus and Internet Profibus CAN Interbus WWW LDAP ISA SP50 OPC FF Industrial Ethernet Powerlink Ethernet/IP EtherCAT Modbus/TCP PROFINET ControlNet IEC61158 DeviceNet EN50254 IEC61784 EN50170 EN50325 Planning Tools MRP 1970 MES MRP II 1980 ERP SCM Folie 16

17 Funktionsintegration IEC Distributed System Architecture Event flow Application = Function Block Network Data flow Communication network Device 1 Device 2 Device 3 Device 4 Appl. C Application A Application B Controlled process/machines System = Communication Network + Devices + Process/Machines Folie 17

18 Vertikale Integration MES Aktivitäten nach IEC ZVEI-Broschüre Manufacturing Execution Systems (MES) Folie 18

19 Vertikale Integration OPC als universelle Schnittstelle OPC ist de-facto-standard Weiterentwicklung zu OPC UA Unified Architecture Überwinden der Technologie-Barriere (COM/DCOM, Microsoft) Vereinheitlichung der Spezifikation Herstellerspezifisches Informationsmodell Informationsmodell-Spezifikationen DA A&E HDA CMDs IEC, ISA, MIMOSA OPC Informationsmodell OPC UA Base Services Alle notwendigen Dienste Quelle: OPC Foundation Folie 19

20 Integration über den Lebenszyklus von Planung bis Betrieb Planung und Projektierung Beschaffung, Errichtung Inbetriebnahme Betrieb, Service Verfahrensentwicklung Anlagenplanung Gerätebeschaffung Inbetriebnahme Betrieb PLT- Engineering Elektroplanung Applikationsentwicklung *** Endkunde, Planer, Systemintegrator Lieferant, Hersteller Anforderungsprofil Gerätebeschreibung Herstellerdokumente Betriebsparameter Dokumentation Folie 20

21 CAEX Computer Aided Engineering exchange (IEC 62424) XML-basierte Metasprache für den Austausch von Engineeringdaten Rollenkonzept Basis für AutomationML Sehr abstrakt (herstellerspezifische) Bibliotheken notwendig z.b. PandIX Folie 21

22 Interaktion der Teilmodelle Modellierung von Zusammenhängen erforderlich Abbildung unterschiedlicher Sichten Einheitliche Identifikationsmechanismen Identität von Objekten Eindeutige Identifizierung von Klassen (Typ) Eindeutige Zuordnungen (automatisch!) zu Entitäten (Instanzen) Beispiele: I&M-Funktionen bei PROFIBUS / PROFINET Merkmale nach IEC RFID-Tags Versionsmanagement (maschinenlesbare) Informationsbeschreibungen und Modellrepräsentationen Flexibilität als Kriterium! Derzeit nur singuläre Lösungen Werkzeugunterstützung Durchgängigkeit?? Folie 22

23 Herausforderung Life-Cycle-Management Life-Cycle-Management erhält zunehmende Relevanz angesichts kürzerer Entwicklungszeiten von Produkten und Technologien 30 Monate 30 Jahre Branchenkohärent Quelle: Leitfaden des ZVEI Fachverband Automation 30 Tage? Components off the shelf (COTS) Folie 23

24 Generisches Life-Cycle-Modell Produkt (Typ) Lebenszyklus Entwicklung Fertigung Pflege Vermarktung Nachsorge Produkt (Instanz) a b c d e f Lebenszeit Nutzzeit Entsorgung Gewährleistungszeit Standard-Service Service durch Sondervereinbarungen 1 Vertriebsfreigabe a Erzeugung Zeit 2 Lieferfreigabe b Beginn der Gewährleistungszeit für den Kunden 3 Vermarktungsende Produkt c Beginn der Nutzzeit 4 Fertigungsende d Ende der Gewährleistungszeit 5 Vermarktungsende Standard-Service e Ende der Nutzzeit (Außerbetriebsetzung) 6 Abkündigung f Ende der Lebenszeit (Ende Entsorgung) Folie 24

25 Was sind die Konsequenzen? konsequente Vereinheitlichung (Weltmodell) der heute bestehenden heterogenen Modelle und Sprachen ist eher von akademischen Interesse völligen Neudefinition der existierenden Modelle und Sprachen in der Praxis nicht umsetzbar (aus politischen, ökonomischen, technischen Gründen) Alternative: semantische Anreicherung durch Beschreibung der Relationen zwischen den Beschreibungselementen und den Modellelementen sowie zwischen verschiedenen Modellen (z.b. aus anderen Phasen des Lifecycle) Basis: abgestimmte Begriffsdefinitionen (Glossar) Ontologien Allgemeingültiges Informationsmodell als Basis CAEX IEC 62424?? CIM Common Information Model Folie 25

26 Nutzerintegration Nutzergerechte Gestaltung sichere und intuitive Bedienung Beachtung kultureller Anforderungen Informationsschutz Datensicherheit Die Qualifizierung der Ingenieure muss den veränderten Anforderungen angepasst werden Datensicherheitsmanagement Beherrschbarkeit komplexer und autonomer Systeme Verstärkung der interdisziplinären Aspekte der Automatisierung Folie 26

27 Künftige Informationsintegration - "Automation Google"? Nutzung von IT-Konzepten und -Werkzeugen für automationsrelevante Aufgaben Use Cases? Akzeptanz? Folie 27

28 Quo vadis Automation? IT-Durchdringung wird zunehmen Kombination mit Internet-Technologien wirkt als Katalysator Anwendungsdomänen werden breiter Problem: Automation ist in der IT eher kleine Anwendungsgruppe Wichtig: Anwendungsaspekt, nicht Technologieaspekt Notwendig: kritische Auseinandersetzung mit IT-Technologien übergreifende Definitionen Einfluss in Standards Folie 28

29 Kontakt Prof. Dr.-Ing. habil. Martin Wollschlaeger Prozesskommunikation Institut für Angewandte Informatik Fakultät Informatik TU Dresden Tel Fax: Folie 29