Gemeinsames Forschungsprojekt

Transkript

1 1 Dipl.-Ing. André Scholz Gemeinsames Forschungsprojekt Helmut-Schmidt Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg & Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg & ecl@ss e.v. & Rösberg Engineering Ingenieurgesellschaft mbh

2 Agenda Motivation Semantik SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell Beispiele Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe 2 Auftragsgesteuerte Produktion Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl Zusammenfassung

3 Agenda Motivation Semantik SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell Beispiele Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe 3 Auftragsgesteuerte Produktion Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl Zusammenfassung

4 Motivation Semantik Definition: Bedeutung, Inhalt sprachlicher Ausdrücke Kontext! Ich fahre einkaufen, brauchen wir noch etwas? Spülmittel, Kannst du einen Schwamm mitbringen? Badeschwamm, Spülschwamm,

5 5 Motivation Anwendungsszenario Value -based Services der Plattform Industrie 4.0 Ein Anlagenbetreiber wählt manuell geeignete Asset-Management- Dienstleistungen aus Anlagenbetreiber übergibt Daten an Plattform-Provider, der Daten anonymisiert Daten werden zu statischen Zwecken genutzt, für Betreiber und Hersteller

6 Motivation 6 Kunde? gibt Daten frei Anlage ModVA/Module Plattform-Provider Service-Provider Produkt-Provider bestellt Überwachungsservice Pumpe? sendet Daten Sammelt Daten zu unterschiedlichen Anlagen Ausfallprognose für Pumpe fragt Daten an liefert Daten Auswertung Auswertung Was passiert, wenn jeder Anlagenbetreiber ein selbst entwickeltes Datenmodell versendet? Das Zusammenführen heterogener Datenmodelle erzeugt Integrationsaufwand.??

7 7 Motivation Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0 zeigen Nutzungspotentiale für praktischen Einsatz auf z.b.: Auftragsgesteuerte Produktion Wandlungsfähige Fabrik Value-based Services Durchgängiges Engineering

8 Agenda Motivation Semantik SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell Beispiele Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe 8 Auftragsgesteuerte Produktion Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl Zusammenfassung

9 SemAnz 4.0 Datenmodell im Workflow sd Model Interaction Automation E. Electric E. function model structure model behavior model Mechanic E. function modeling() effect modeling() design() behavior constraints() update() design() update() signals() design() 9 update() update() update()

10 SemAnz 4.0 Datenmodell Nutzung von zwei Meta-Modellen, basierend auf Industrie-Standards Systemmodell (IEC 62264, VDI 3682, IEC 61131) Beschreibung der Bedeutung von Objekten Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Objekten Eigenschaftsmodell (IEC 61360) Beschreibung der Eigenschaften von Objekten Verbindung der Meta-Modelle in einem Datenmodell class Konzept class Systemmodel Strukturmodell class Eigenschaftsmodell realisiert implementiert Modellelement * wird beschrieben durch * Eigenschaft Funktionsmodell Systemmodell 10 realisiert Objekt * wird beschrieben durch * Datenelement Verhaltensmodell

11 11 SemAnz 4.0 Systemmodell Das Verhaltensmodell enthält Abläufe und Variablen Das Strukturmodell enthält alle real vorliegenden Elemente Das Grundsystem beschreibt das Ziel des Systems in funktionaler Sicht Verhaltensmodell IEC Strukturmodell (u.a. IEC 62264) Quelle: VDI 2206 Funktionsmodell VDI 3682

12 SemAnz 4.0 Eigenschaftsmodell Ein Objekt wird durch Datenelemente beschrieben Datenelemente können Merkmale, Parameter und Zustände darstellen Datenelemente werden durch Typ- und Instanzbeschreibungen beschrieben Typbeschreibung: IEC Instanzbeschreibung: Angelehnt an Arbeiten von Prof. Epple class Eigenschaftsmetamodell Merkmal Parameter Objekt wird charakterisiert durch Instanzbeschreibung Aussageziel Qualität Zustand Datenelement Typbeschreibung Ausprägungslogik 12 Wert Identifizierende Attribute Semantische Attribute Werteattribute Relationale Attribute

13 Agenda Motivation Semantik SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell Beispiele Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe 13 Auftragsgesteuerte Produktion Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl Zusammenfassung

14 Beispiel Value-based Services Erstellung der Modelle im Engineering Nutzung der modellierten Informationen zur Laufzeit Nutzung von AutomationML für Systembeschreibung und Merkmale für Eigenschaftsbeschreibung Beispiel: Laufzeitüberwachung der Pumpe Vorplanung Entwurfsplanung Detailplanung Value-based Services Typ Instanz <AutomationML/> class Eigenschaftsmetamodell class Eigenschaftsmetamodell 14 class Eigenschaftsmetamodell Merkmal Parameter Zustand Objekt wird charakterisiert durch Datenelement Instanzbeschreibung Typbeschreibung Instanzbeschreibung Typbeschreibung Aussageziel Qualität Ausprägungslogik Merkmal Parameter Zustand Objekt wird charakterisiert durch Datenelement Aussageziel Qualität Ausprägungslogik Merkmal Parameter Zustand Objekt wird charakterisiert durch Datenelement Instanzbeschreibung Typbeschreibung Aussageziel Qualität Ausprägungslogik Service Provider Identifizierende Attribute Semantische Attribute Werteattribute Relationale Attribute Wert Identifizierende Attribute Semantische Attribute Werteattribute Relationale Attribute Wert Identifizierende Attribute Semantische Attribute Werteattribute Relationale Attribute Wert

15 Beispiel Value-based Services Laufzeitüberwachung einer Pumpe Das Systemmodell stellt Bedeutung der Objekte dar und die Beziehung zwischen diesen Objekten Am Beispiel einer Pumpe kann dargestellt werden: Was fördert die Pumpe? (Funktion) Welche Variable ist dafür notwendig? (Verhalten) Wie und wo ist die Pumpe verbaut? (Struktur) Die Daten der Pumpe können somit in einen Zusammenhang gesetzt werden 15 Aber: Wie können die Eigenschaften eines Informationsobjektes so beschrieben werden, dass dieselbe Eigenschaft in zwei Modellen als solches erkannt wird? Ansatz: Merkmalsbeschreibung nutzen

16 16 Beispiel Value-based Services Modellierung der Eigenschaften Jedes Objekt im Systemmodell kann mit Eigenschaften beschrieben werden Beispiel: Welche Drehzahl hat eine Pumpe? Abbildung in AutomationML über Attribute und Strukturierung dieser: RefSemantic: Referenzierung externer Informationsquellen über das Merkmal Value: Wert Beispiel in AML

17 Beispiel Value-based Services Laufzeitüberwachung einer Pumpe Bestimmung der Leistung der Pumpe über die Zeit Nutzung des Füllstandsensors im nachgelagerten Tank Dieser muss identifiziert werden 17 Auslesen der Füllstandswerte Bestimmen der Förderleistung über die Zeit Förderleistung im Verhältnis zur Drehzahl Abgleich mit einem Verschleißmodell Ausfallprognose

18 Agenda Motivation Semantik SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell Beispiele Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe 18 Auftragsgesteuerte Produktion Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl Zusammenfassung

19 19 Beispiel Auftragsgesteuerte Produktion Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion. Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Das Strukturmodell bestimmt den Kontext (Logistik, Handhabung) Merkmale Das Verhaltensmodell bestimmt Ablauf und nimmt Parameter auf Merkmale Konstruktionsteil: Spritzguss mit Bohrung Bohrung: Durchmesser Tiefe Ausführung Kaufteil: Schraubendruckfeder:

20 Beispiel Auftragsgesteuerte Produktion Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion. Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Beschreibung der Funktion Bohrung mit Bohrer herstellen: Mögliche Werkstoffe Verfügbare Durchmesser Maximale Tiefe Ausführung P_Cylinder P_Lid P_Spring P_Piston O_Distribute Cylinder P_Cylinder O_Distribute parts B_MPS500 - Level 1 T_Cylinder_Distributer T_Part_Distributer O_Create hole T_Manufacturing_System P_Cylinder_intermediate P_Lid P_Spring P_Piston 20 O_Assemble parts T_Assembly_System P_Pneumatic_Cylinder O_Distribute finished good P_Pneumatic_Cylinder T_Finished_good_Distributer

21 Beispiel Auftragsgesteuerte Produktion Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion. Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Das Strukturmodell bestimmt den Kontext (Logistik, Handhabung) Merkmale Greifer Rundschalttisch 21 Maximale Bauteildimensionen Maximales Bauteilgewicht Material des Bauteils

22 22 Beispiel Auftragsgesteuerte Produktion Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion. Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Das Strukturmodell bestimmt den Kontext (Logistik, Handhabung) Merkmale Das Verhaltensmodell bestimmt Ablauf und nimmt Parameter auf Merkmale Ablauf des Bohrungsvorganges Parameter: Anzahl der Bohrvorgänge

23 Agenda Motivation Semantik SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell Beispiele Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe 23 Auftragsgesteuerte Produktion Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl Zusammenfassung

24 Zusammenfassung Zusammenfassung SemAnz40 Systemmodell enthält: Funktionsmodell Strukturmodell Verhaltensmodell SemAnz40 Eigenschaftsmodell setzt auf Merkmale, welche in das Systemmodell integriert werden Wo möglich werden hier verwendet SemAnz40 nutzt für die Anwendungsszenarien relevante Industriestandards, sodass alle Metamodelle auf Industriestandards basieren Ausblick Weitere Beiträge und Diskussion auf: Automationskongress 2017 Emerging Technologies in Factory Automation (ETFA) 2017 Konzept zur Kommunikation der AutomationML-Modelle über OPC-UA Handlungsempfehlungen basierend auf identifizierten Lücken in den Standards 24 AutomationML-Vorlage kann Online bezogen werden:

25 25 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit class Konzept class Systemmodel Strukturmodell class Eigenschaftsmodell realisiert wird beschrieben durch Modellelement implementiert * * Funktionsmodell Systemmodell wird beschrieben durch realisiert Objekt * * Eigenschaft Datenelement Verhaltensmodell