Die Entwicklung von Industrie 4.0- Referenzmodellen und Referenzarchitekturen - aktueller Status

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1 Die Entwicklung von Industrie 4.0- Referenzmodellen und Referenzarchitekturen - aktueller Status Ulrich Epple, RWTH Aachen Folie 1 /29

2 Bedeutung der Referenzmodelle für Industrie 4.0 Verständnis in Fachdisziplin funktionale Beschreibung Standardisierung Normung Referenzmodelle Systemarchitektur Softwareentwicklung epple2014 Folie 2 /29

3 DKE Deutsche Normungs-Roadmap Industrie 4.0 Bedarf an normierten Referenzmodellen in den Bereichen: SA: Systemarchitektur (Referenzmodell für die Gesamtarchitektur) RT: Referenzmodelle der technischen Systeme und Prozesse RL: Referenzmodelle der leittechnischen Funktionen RB: Referenzmodelle der technisch-organisatorischen Prozesse Mensch: Referenzmodelle zu Aufgaben und Rollen des Menschen in Industrie 4.0 Folie 3 /29

4 Merkmale eines Referenzmodells Referenzmodelle Merkmale eines Referenzmodells: - Allgemeinheit - Relevanz: - Konsistenz - Bekanntheit - Akzeptanz beschreibt einen allgemeinen Sachverhalt, spielt in den Systemen eines Anwendungsbereichs eine wichtige Rolle, ist konsistent, ist explizit beschrieben und veröffentlicht, wird in der Fachwelt als die am besten geeignete Variante angesehen. epple2014 Folie 4 /29

5 Gliederung der Landschaft der Referenzmodelle Referenzarchitekturen Referenzmodelle Kernmodelle konzeptionelle Modelle Implementierungsmodelle epple2015 Folie 5 /29

6 Beispiel zur Einordnung Referenzmodelle zur Beschreibung von Lebenszyklen Kernmodell DIN SPEC Referenzmodell TAS-Life-cycle Referenzmodell IEC alle Dinge technische Dinge Dinge der industriellen Leittechnik spezieller, ausdruckstärker Kernmodelle konzeptionelle Modelle epple2014 Folie 6 /29

7 Beispiele für konzeptionelle Referenzmodelle Referenzmodelle Gegenstände Assets Wertschöpfungsketten Produkte Prozeduren Lebenszyklen Merkmale I40-Komponenten Workstream Geschäftsprozesse Dienst-Plattform SelfX-Modelle Dienstmuster Dienstmodelle epple2014 Folie 7 /29

8 Beispiele für konzeptionelle Referenzarchitekturen Referenzarchitekturen RAMI4.0 Geschäftsmodelle IoT-SRA I40-Dienst-Systemarchitekturen I40-Integrations Topologiemodell epple2014 Folie 8 /29

9 Ausgearbeitete Referenzmodelle und Architekturen ZVEI SG2 Plattform I4.0 DIN SPEC IEC OPC-UA IEC Merkmale VDI/VDE GMA Kernmodelle konzeptionelle Modelle Implementierungsmodelle epple2014 Folie 9 /29

10 Beispiele für konzeptionelle Referenzmodelle Referenzmodelle Gegenstände Assets Wertschöpfungsketten Produkte Prozeduren Lebenszyklen Merkmale I40-Komponenten Workstream Geschäftsprozesse Dienst-Plattform SelfX-Modelle Dienstmuster Dienstmodelle epple2014 Folie 10 /29

11 Vorschlag der AG2 für eine I40-Funktionsebenenarchitektur RAMI 4.0 Folie 11 /29

12 Gegenstände der Betrachtung: Hier Fokus technische Gegenstände Technische Gegenstände: - sind produzierte materielle und nichtmaterielle Güter - werden gezielt hergestellt - haben alle prinzipiell den gleichen Lebenszyklusverlauf sind technische Assets epple2015 Folie 12 /29

13 Technische Assets Informationswelt Meta-Assets - Normen, Standards - allg. Prozeduren, Rezepte Planungs-Assets - Anlagentypen - Produkttypen, Produktfamilien - Produktionspläne, Projektpläne - Geschäftsprozesse Empirische Assets - Aktuelle Ist-Zustände - Lebenszyklusdokumentation - Projektverläufe - Prozessverläufe physische Welt physische Assets - Produkte - Hilfsmittel - Produktionsanlagen - Ausrüstungsgegenstände - Sensoren, Aktoren - IT-Anlagen, Leitsysteme, Programme - Datenträger, Leitungen - Schränke, Papier.. epple2015 Folie 13 /29

14 Ordnungsschema für die technischen Betrachtungsgegenstände im Umfeld I4.0 Informationswelt physische Welt Meta- Asset Planungs-Asset Anlagentyp Planungs-Asset Produkttyp physisches Asset Anlageninstanz physisches Asset Produktinstanz Produkt Anlage Empirisches Asset Primäre Assets epple2015 Folie 14 /29

15 Vorschlag der AG2 für eine I40-Funktionsebenenarchitektur RAMI 4.0 Folie 15 /29

16 Referenzmodelle der Asset-Ebene Asset RAMI 4.0 Wertschöpfungsnetzwerk der primären Assets () Folie 16 /29

17 Referenzmodelle der Asset-Ebene Asset RAMI 4.0 Lebenszyklusverkopplung aggregierter Assets (ZVEI SG2) Zulieferteil Teiletyp in der Auswahl Bestellte Teile Planung Entwicklung Konstruktion Virtuelle Inbetriebnahme Inbetriebnahme Produktion Nutzung & Optimierung Planen mit möglichen Teiletypen Maschine Geplanter Maschinentyp Planung Entwicklung Konstruktion Auslieferung von Teilen Bestellte Maschinen eines Typs Produktion Wartung & Optimierung Planung/ Beauftragung einer Maschine Auslieferung einer Maschine Fabrik Mögliche Fabrik (Investitions-) Planung Engineering Tatsächliche Fabrik Virtuelle Inbetriebnahme Virtuelle Inbetriebnahme Inbetriebnahme Inbetriebnahme Produktion Wartung & Optimierung Quelle:: Hoffmeister Festo ZVEI SG Folie 17 /29

18 Vorschlag der AG2 für eine I40-Funktionsebenenarchitektur Was ist über ein Asset in der Informationswelt bekannt? Folie 18 /29

19 Bekanntheitsgrad in der Informationswelt Informationswelt Bekanntheitsklassen: - unbekannt - anonym bekannt - individuell bekannt - als Entität verwaltet Asset Ding an sich epple2015 Folie 19 /29

20 Bekanntheitsgrad in der Informationswelt Informationswelt Bekanntheitsklassen: - unbekannt - anonym bekannt - individuell bekannt - als Entität verwaltet Ablage im digitalen IT-System digitales IT-System Asset Ding an sich epple2015 Folie 20 /29

21 Bekanntheitsgrad in der Informationswelt Asset Informationswelt Bekanntheitsklassen: - unbekannt - anonym bekannt - individuell bekannt - als Entität verwaltet Ablage im digitalen IT-System digitales IT-System Kommunikationsfähigkeit: - nicht - passiv - aktiv - dienstsystemkonform Ding an sich epple2015 Folie 21 /29

22 CP-Klassifikation des Bekanntheitsgrads und der Kommunikationsfähigkeit Bekanntheitsgrad im Informationssystem Kommunikationsfähigkeit als Entität verwaltet individuell bekannt anonym bekannt CP24 CP34 CP P-Klasse unbekannt C-Klasse diesner2013 Folie 22 /29

23 Das Konzept der Verwaltungsschalen* Verwaltungsschalen Datensätze Resource Manager als Entität verwaltet * Aufbauend auf einem Vorschlag von Hoffmeister (Festo) in einem Arbeitspapier der SG2 (ZVEI) Gegenstand CPx4 epple2015 Folie 23 /29

24 Verwaltungsschalen Merkmale einer Verwaltungsschale - verwaltet die in einem Systemumfeld vorhandenen, zu einem Gegenstand gehörenden Informationen. - die Verwaltung ist in diesem Systemumfeld zusammenhängend und konsistent - besitzt genau einen Resource Manager. - In verschiedenen Systemumgebungen kann es verschiedene Verwaltungsschalen zum selben Gegenstand geben. epple2015 Folie 24 /29

25 Resource Manager Merkmale eines Resource Managers - ist ein vollwertiger Teilnehmer im I40-Dienstsystem - organisiert den Zugriff von extern auf die Informationen in der Verwaltungsschale - organisiert die interne Informationsverwaltung - organisiert im online-modus den Datenaustausch mit der kommunikationsfähigen Entität (nur für CP24,CP34 und CP44-Entitäten) - unterstützt den Abgleich mit anderen Verwaltungsschalen derselben Entität epple2015 Folie 25 /29

26 I40-Komponente mit extern und onboard realisiertem Resource Manager Alle Resource Manager sind extern im IT-System realisiert Ein Resource Manager ist onboard auf dem Gegenstand realisiert, den er selbst verwaltet extern onboard Gegenstand Gegenstand epple2015 Folie 26 /29

27 Die I40-Komponente I40-Komponente: I40-Komponente digital verbundene Einheit aus einer Verwaltungsschale und ihrem Gegenstand I40-Komponente physischer Gegenstand CP-Klasse: CP24, CP34, CP44 digitale Verbindung steht Gegenstand der Informationswelt epple2015 Folie 27 /29

28 Stand und Ausblick Innerhalb des letzten Jahres wurden signifikante Fortschritte in der Konsolidierung der Referenzmodelle erzielt. Die Arbeitsgruppen der GMA (FA7.21), der DKE (K931), des ZVEI (SG2) und der Plattform I40 (AG2) sind personell eng verzahnt, die Arbeiten sind aufeinander abgestimmt. epple2015 Folie 28 /29

29 Stand und Ausblick Herausforderung an die Normung und Standardisierung - Weiterentwicklung der Konzeptnormen - einfach, intuitiv verständlich, präzise - Spezifikation von Anwendungsprofilen - Implementierungshilfe, automatische Testbarkeit - Konsensbasierte Entwicklung von OpenSource-Basislösungen - Bereitstellung einer minimalen, jedoch in sich konsistenten, vollständigen und industrietauglichen Plattform. epple2015 Folie 29 /29