Die Industrie 4.0-Komponente als Schlüssel zur Umsetzung von Industrie 4.0 Referenzmodelle und Industrie 4.0-Komponente Dr. Michael Hoffmeister Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 1
Dr. Michael Hoffmeister Mitglied und Sprecher von Arbeitskreisen des ZVEI für Industrie 4.0 Obmann des VDMA Einheitsblatts 66415 Portfolio Management Software für Festo AG & Co. KG Diplom Informatik (Karlsruhe KIT) Promotion Maschinenbau (Fraunhofer IPA) Echtzeitsysteme, IT Beratung, SPC / Big Data, Intelligente Produktion,Semantik, Mechatronisches Engineering Disclaimer: Dieser Vortrag verweist auf Ergebnisse der Plattform Industrie 4.0 und des VDI/ VDE GMA FA 7.21. Weiteres Material bezieht sich auf aktuell diskutierte Ansätze in den Gremien des ZVEI. Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 2
Inhalt Vorbemerkungen Was ist Industrie 4.0? Mit welcher Produkt- und Innovationsstrategie agiert Festo? Wie entwickeln wir unsere Standards? Wie sehen die nächsten Herausforderungen aus? Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 3
Industrie 4.0 beschreibt den grundlegenden Wandel der Wertschöpfungsketten und des Lebenszyklus von Produkten, bei dem reale und virtuelle Welt zusammen wachsen. [ ] Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 4
Quelle: pixabay, unsplash Warum eine Vernetzung aller Dinge? + Auto + Navigation + Netz Keine Unfälle Energieeffizienz: Ihr Auto bremst optimal Adaption: Ihr Auto wählt eine andere Route Geschäftsmodell: Was würden Sie für Ihre "grüne Welle" zahlen? Vernetzung: Alle Ampeln passen sich der Verkehrssituation an Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 5
Industrie 4.0 in der Welt neuer Geschäftsmodelle und Märkte Internet der Dinge und Dienste (IoT&S) B2C B2B = Industrielles Internet Technologische Ebene: All-IP Konnektivität / Dienste&Plattformen / Big data&analytics Quelle: T-Systems, 14.4.2015 Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 6
Industrie 4.0 stellt uns vor neue Chancen und Herausforderungen Technologietreiber für die Produktion kommen aus verschiedenen Bereichen Kunden Kundenspezifische Lösungen/Produktion Kunden- und Marktvielfalt Bedarf an neuen Dienstleistungen Gesellschaft Demographischer- und Technologiewandel Fokus Ausbildung auf höher qualifizierten Bereichen Interaktion zwischen Mensch und Technik Interdisziplinäres Denken und Handeln Nachhaltigkeit Energieeffizienz und Emissionsreduktion Wiederverwendung von Maschinen und Equipment Corporate Social Responsibility Technik Digitale Vernetzung von Produktionsanlagen und Wertschöpfungsketten Dezentrale Intelligenz Innovative Technologien Digitale & Virtuelle Fabrik Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 7
Die Produktion der Zukunft wird weltweit diskutiert und gestaltet Schulterschluss mit den Industrieverbänden, der Wirtschaft und der Politik Collaboration of technology innovators, vertical market leaders, researchers, universities and governments. Verband der Maschinen- und Anlangenbauer Verband der Elektroindustrie Plattform I 4.0 Allianz aus Politik, Wirtschaft, Gewerkschaften und Forschung Verband der Informationswirtschaft, Telekommunikation und neue Medien Verzahnung zwischen BMWi und der chinesischen Initiative Made in China 2025 Ziele: Standardisierung Pilotprojekte/praktische Umsetzung Entwicklung von Technologien Geschäfts und Organisationsmodelle Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 8
Das Plattformprojekt wirkt heute und morgen als Klammer für Industrie-4.0-relevante Aktivitäten in D Digitale Agenda der Bundesregierung Bundesministerium für Wirtschaft und Energie Bundesministerium für Bildung und Forschung Plattform Industrie Plattform I4.0 4.0AG2 AG1 Normung und Referenzmodelle AG2 Innovation und Forschung AG3 Sicherheit vernetzter Systeme AG4 Rechtliche Rahmenbedingungen AG5 Arbeit, Aus- und Weiterbildung VDI/VDE BITKOM ZVEI VDMA DIN/ DKE Fokusprojekt Industrie 4.0 GMA 7.21 uvm. Cyber Physical Systems I4.0 Interoperabilität I4.0 Markt & Strategie Dialogplattform Führungkreis I4.0 SG Strategie SG Modelle SG Forschung SG Sicherheit Forum Industrie 4.0 Steuerkreis Quelle: Roland Heidel, SIEMENS
Eine weltweite Vernetzung ist wichtig Andere strategische Initiativen Die Welt des Internet ofthings Nationale Initiativen Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 10
Wir lassen uns von vier "Haupt-Aspekten der Industrie 4.0" leiten Horizontale Integration Vertikale Integration Wertschöpfungskette Lebenszyklus-Kosten Kundenindividualisierte Produkte Durchgängiges Engineering Rekonfigurierbarkeit Losgröße 1 Apps Stetiger Wandel Mensch als Dirigent der Wertschöpfung Systems Engineering entlang der Lieferbeziehungen Digitale Fabrik Orchestrierung Skill-Sets Wissensarbeit Schulung & Training
Enabler: IT Technologien ermöglichen vernetzte Produktion Nutzer (Mrd) Dinge (Mrd) Cloud Speicherplatz (ZB) Wachstum 0,9 Mrd 2004 2,9 Mrd 2014 2 Mrd 2009 26 Mrd 2019 12 ZB 2009 44 ZB 2019 Die letzte Dekade war die Dekade der sozialen Netzwerke und Nutzer Die nächste Dekade sieht eine Explosion der verbundenen Dinge (CPU, Sensoren, Komm.) Die verfügbaren Daten für Analyse und Vorausschau wachsen um Faktor 4 Daten, CPU-Leistung und Kommunikation werden ubiquitär Quelle: http://de.statista.com/statistik/daten/studie/186370/umfrage/anzahl-der-internetnutzer-weltweit-zeitreihe/; BI Intelligence, Connected Devices Installed Base Forecast; IDC, Digital Universe Forecast, 2014; Gartner Forecast, IoT, Worldwide, 2013; Microsoft, Paris, OPC Day 2015 Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 12
Nutzen der Industrie 4.0 zum Beispiel für Maschinenbauer VERFÜGBARKEIT & PRODUKTIVITÄT 9 MARKTREAKTION 6 WARTUNG 5 QUALITÄT 4 KOSTEN 2 Industrie 4.0 vergrößert signifikant die operativen Stärken eines Unternehmens Darüber hinaus werden die Entwicklungskompetenzen (Marktreaktion, Wandelbarkeit, Vorlaufzeit) sowohl von Zulieferer als auch Unternehmen verbessert Qualität und Kosten aller Partner der Wertschöpfungskette verbessern sich (Kosten, die nicht anderen obigen Kategorien entsprechen) Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 13
Inhalt Vorbemerkungen Was ist Industrie 4.0? Mit welcher Produkt- und Innovationsstrategie agiert Festo? Wie entwickeln wir unsere Standards? Wie sehen die nächsten Herausforderungen aus? Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 14
Zahlen und Fakten eines unabhängigen Familienunternehmens 300.000 Kunden weltweit 2,45 Milliarden Euro Umsatz (2014) 18.000 Mitarbeiter, davon >8.000 in D Über 30.000 Katalogprodukte 9,0 % vom Umsatz fließen in F&E Dienstleistung in 176 Ländern Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten
Fabrik- und Prozessautomatisierung für die gesamte Steuerungskette Technologieneutral: elektrisch pneumatisch servopneumatisch Motion Linear und rotativ Drehen und Schwenken Greifen und Klemmen Steuerungen Positionen erkennen Prüfen und überwachen Bearbeiten Prozessautomatisierung Mischen und Dosieren Abfüllen Trennen Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 16
Wir schaffen Komponenten mit dezentraler Intelligenz Energieeffizienz-Modul Durchflusssensor und Drucksensor für die Prozessüberwachung 2/2 Wege-Absperrventil ermöglicht Auto-Stopp-Funktion Feldbusknoten mit Feldbusschnittstelle für eine online Datenübertragung Keine Druckluftverschwendung bei Anlagenstillstand Selbstständige Leckagen-Erkennung Online Prozessüberwachung, Fernwartung sowie regulieren der Parameter über PROFIBUS Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 17
Wir erfüllen Kundenanforderungen auf jeder Skala: Individuelle Lösungen, die System haben! Innovativ 10% R&D Budget Umfassend Breites Angebot von Antrieben, Controllern und Steuerungen Kompetent von Komponente bis zur fertigen Lösung Individuelle Konfigurationen Einzelne Komponente Standard Produkte Installationsfertige Lösungen Wertschöpfung Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 18
Wir schaffen Horizontale und vertikale Integration Standards für Softwarearchitektur und Datenaustausch entlang der Wertschöpfungskette Konfiguration & Angebot Engineering Produktion Inbetriebnahme Wartung Service I4.0-Standards Beschreibungssprache im Engineering-Prozess IO Link / Feldbusse Kommunikation auf Shop Floor Ebene OPC UA Schnittstellen-Standard um Daten zwischen Systemen verfügbar zu stellen Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 19
Durchgängigkeit für Pneumatik und Elektrische Automation Intuitiv Flexible Bestellung & Individualisierung Software und Daten unterstützen alle relevanten Lebenszyklusphasen Wiederverwendung wird gestärkt Integrativ Entsprechend Industrie 4.0 Standards Digitale Modelle (AutomationML..) Viele Feldbusse und offene Schnittstellen Festo ProductKey -> Tracking & Tracing Hohe Parametrier- und Programmierbarkeit Selbstdiagnose, Autotuning Sicherheitsfunktionen, Datensicherheit Tools für Energy Efficiency Intelligent Industrial Ethernet, OPC-UA, Web Services Selbstbeschreibung (Semantik) Unterstützt durch Festo Cloud Lösungen Internet-fähig Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 2
Disruptive Ansätze: Produktions-Stationen direkt verbunden mit ERP-System Motivation für Hersteller von ERP-Systemen Optimierung Produktion, Ressourcen, Energie Tiefes Verständnis von Abläufen, Varianten, Qualität Nur eine einzige Quelle für alle "master data" Konsequenzen Aktivitäts-Verlagerung Systemintegrator IT-Hersteller Direkte Anbindung von SPSen und modularen Subsystemen Beherrschung der Komplexität durch Informations-Modelle Anteil von Festo Festo "Transfer Factory" mit modularen Stationen Produkt-Tracking, Qualitätsmessung, komplexe Rezepte, verschiedene Routen Siemens SPSen und OPC-UA Integration Firmenzentrale Hannover Messe, 2014 Hannover Messe, 2015 Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 21
Volle Prozesskontrolle durch nahtlose Integration von ERP bis zur SPS OPC UA Round-trip < 200ms! Beispielhafter Ablauf: 1) Alle relevanten Automatisierungsdaten liegen in der Domäne ERP und SAP ME: Routen, Rezepte für einzelne Stationen, Qualitätsziele 2) Start Produktion - Material kommt zur Station - SPS wird beschrieben (Material/ Operation spezifisch) 3) Material wird datenabhängig bearbeitet - Resultate und Messungen werden zurück in SAP ME aufgenommen 4) Qualitäten und Toleranzen durch SAP ME geprüft - Entscheidungen über nächste Operation -> Maschine 5) Routing erfolgt basierend auf dieser Entscheidung (z.b. Ausschuss-Weiche, nächste Operation ) 6) Material zur nächsten Station, Schreiben der SPS- Parameter Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 22
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Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI4.0) (2) Lebenszyklus/ Wertschöpfung (1) Moderne Architektur: Schichten (3) Hierarchie- Ebenen Quelle Plattform Industrie 4.0
Beispiel: Servohydraulische Achse in RAMI4.0 Energy management as Business Process Business Function P O S 4 E E Position control combined with central control unit in the Functional Layer Position control with position setpoint, Collection and analysis of all energy data Information Data: Position, Energy Ethernet with OPC-UA, Open Core Interface (OCI) Communication Integration Asset Control for: Torque, Speed, Additional loadable functions : Safety, Condition Monitoring, PLC, Anti-Slosh, Energy save mode, Drive converter: WebServer, converting all sensor information System: Cylinder block with pump, Servo motor, valves,... 25
Ansatz der Industrie 4.0 - Komponente Wir schaffen eine weltweit eindeutig anzusprechende virtuelle Repräsentation für Typen und Instanzen. Jede I4.0-Komponente deckt ein Volumen im RAMI ab.. und integriert verschiedene Layer.. interagiert und koordiniert über I4.0-konforme Kommunikation Verwaltungs- Schale Gegenstand, z.b. Machine
Mit der I4.0 Komponente erfassen wir alle wichtigen Bestandteile der Maschine I4.0-konforme Kommunikation Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale Gegenstand, z.b. Maschine Gegenstand, z.b. Elektr. Achse Gegenstand, z.b. Klemmenblock (Gegenstand gibt Zugriff auf Verwaltungsschale) (Übergeordnetes System gibt Zugriff auf Verwaltungsschale) Beschreibungstiefe Die I4.0-Komponente ist die Basis der Vernetzung! Strategisch wichtige Bestandteile der Maschine werden ebenfalls vernetzt! Auch Bestandteile ohne aktive elektronische Schnittstelle werden erfasst 27
Die Vernetzung von I4.0-Komponenten ist für verschiedene Anwendungsfälle flexibel! 2 3 1 Verwaltungs- Schale Maschine IT-Systeme der Fabrik Verwaltungs- Schale FTS Verwaltungs- Schale Maschine Die Aktivierung des Betriebs geschieht für die ganze Funktionseinheit Asset-Management, Wartung und Condition Montoring sehen "in die Maschine hinein" Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale Teil Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale Teil Verwaltungs- Schale Maschinen-Kopplung und Anbindung an die Logistik können dynamisch und wechselhaft erfolgen Teil Teil Teil Die Mengengerüste ändern sich auf IT und AT Ebene! 28
Die I4.0-Komponente vernetzt Lebenszyklen von Komponenten, Maschinen und Fabriken! Typen als auch Instanzen verändern sich über die Lebenszeit! 29
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Wir sollten die Wissenspyramide beachten! Unsere Referenzmodelle sollten es erlauben, dass Modelle.. Aktion Wissen Information Daten Zeichen Die Wissenspyramide nach Fuchs-Kittowski. Abgelegte Daten liefern, wie z.b. Handbücher Aktuelle Daten liefern, wie z.b. Laufzeitdaten Informationen bereitstellen, etwa wie "Temperatur am Prozesspunkt X" Daten und Informationen zu Wissen vernetzen können, z.b. durch Semantik Handeln ermöglichen, etwa durch self-x Fähigkeiten Dr. Michael Hoffmeister, Festo I4.0 SG2 Folie 31
Was gehört in die I4.0-Komponente und die Verwaltungsschale?? Wir nehmen in die "Verwaltungs-Schale" auf: Verwaltungs- Schale Gegenstand, z.b. Elektr. Achse Daten ( Handbücher, Laufzeitdaten) Dezentrale Funktionen Wissen, in einer allgemein anerkannten Semantik. Z.B. Wissen über die Komponente Wissen über externe Beziehungen Merkmalsleisten Verweise auf Daten und Informationen Das Rad nicht neu erfinden! Etablierte internationale Standards! Industrie 4.0 = Industrie 3.0 + X!
Wir werden Standards nutzen für die Schaffung vieler "Teilmodelle" IEC TR 62794 & IEC 62832 Digital Factory Verwaltungsschale ISO 29005 oder URI Unique ID IEC 61784 Fieldbus Profiles Chapter 2 (Ethernet-Echtzeitfähig) IEC 61360/ISO13584 Standard data elem. IEC 61987 Data structures and elements ecl@ss Database with product classes IEC 61804 EDDL, IEC 62453 FDT EN ISO 13849 EN/IEC 61508 Functional safety discrete EN/IEC 61511 Functional safety process EN/IEC 62061 Safety of machinery IEC 62443 Network and system security IEC 62890 Lifecycle ISO/IEC 20140-5 VDMA 24582 Condition Monitoring Identifikation Communication Engineering Konfiguration Safety (SIL) Security (SL) Lifecycle Status Energie-Effizienz Condition Monitoring Weitere. Bohren Fräsen Tiefziehen Klemmen Schweissen Lackieren Montieren Inspizieren Validieren Weitere. 33
Ressourcen-Manager Deep dive: Ein diskutierter Ansatz für die Struktur der Verwaltungsschale Verwaltungs- Schale Sichten APIs Gegenstand, z.b. Elektr. Achse = Merkmale = Wissen! Daten und Funktionen werden vernetzt! aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa Identifikation Gegenstände Identifikation Verw.-schale DF Header.. und andere Vielzahl verschiedener Merkmale Merkmale Daten & Funktionen aus der Fachlichen Funktionalität "Inhaltsverzeichnis" Merkmale = "Atome von Semantik" Abbildung auf RDF o.ä. möglich. Teilmodelle, etwa für verschiedene Normen Ressource-Manager IT-Dienste für die lebenslange Aktualität von Merkmalen, Daten. Teil-Model 1 Teil-Model 2 Teil-Model 3 aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa aasasxs xasxasxx xasxa asxasxas x axas aas aa Strenges, einheitliches Format Laufzeit-Daten (vom Gegenstand) DF Body Unterschiedliche, sich ergänzende Datenformate Folie 34
Diskussion: Was bedeuten diese Entwicklungen für ihre Lieferkette? Komponentenhersteller Maschinen- und Anlagenbauer OEM Liefert Industrie 4.0- Komponenten Bietet Industrie 4.0- Dienstleistungen Verbessert ständig sein Angebot Nutzt schnelleres Engineering Optimiert ständig Qualität und Takt Integriert sich in Supply Chain Produziert in Losgröße 1 Optimiert sein Wertschöpfungsnetzwerk Asset-Management, Tracking/ Tracing, Re-Use Dr. Michael Hoffmeister, FESTO AG & Co. KG Auf dem Weg zur Lieferkette der Industrie 4.0 -- Referenzmodelle und Industrie 4.0 - Komponenten 35
Wo stehen wir mit der Industrie 4.0 Komponente? Nächste Konzepte der I4.0-Komponente Teilmodelle für Aspekte & Prozesse Identifikation Schritte Nächste Schritte Nächste Schritte Verwaltungsschale Bohren Sprache der Industrie 4.0 Verwaltungs- Schale Gegenstand, z.b. Maschine Verwaltungs- Schale Gegenstand, z.b. Klemmenblock Vorgaben für die IT-Implementierung und Netze Communication Fräsen Engineering Tiefziehen Konfiguration Safety (SIL) Klemmen Schweissen Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale Security (SL) Lifecycle Status Lackieren Montieren Gegenstand, z.b. Elektr. Achse Gegenstand, z.b. Standard-SW Energie-Effizienz Inspizieren Condition Monitoring Validieren Weitere. Weitere. I4.0-konforme Kommunikation Nationale und Internationale Normierung (DIN SPEC 91345) Laufend 36
37 Dr. Michael Hoffmeister miho@de.festo.com
Backup 38
Zentrales Modell: Vom Gegenstand zur I4.0-Komponente Hier trifft die Umsetzungstrategie Festlegungen im Sinne von Geschäftslogik und Automatisierungsfunktionen "Verwaltungsschale" Funktionen Repräsentation Kommunikationsfähigkeit Typ/ Instanz Hier ordnen wir uns in die Begrifflichkeiten der Industrie 4.0 ein Gegenstand/ Entität Einordnung 39
Verteilung: Die Daten & Funktionen können zentral gehostet werden Lebenszyklus der Fabrik Entwicklung Typ Nutzung/ Wartung Produktion Instanz Nutzung/ Wartung Engineering-Phasen/-Tools beim Betreiber Repository Zugriff auf Daten und Funktionen Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale Verwaltungs- Schale IT-Serverlandschaft beim Betreiber Shopfloor Identifizierbarkeit Gegenstand, z.b. Maschine 1 Gegenstand, z.b. Klemmenblock Gegenstand, z.b. Maschine 2 Komponenten von einzelnen Komponentenherstellern, Systemintegrator(en) 40
Internet of Things: Daten & Funktionen auf dem Gegenstand Lebenszyklus der Fabrik Entwicklung Typ Nutzung/ Wartung Produktion Instanz Nutzung/ Wartung Zugriff auf Daten und Funktionen Gegenstand, z.b. Elektr. Achse Verwaltungs- Schale I4.0-Komponente 41
= Schnittstelle/ Datenformate I4.0-konform ausgeführt Die I4.0-Kommunikation wird "kapselfähig" im Sinne der industriellen Kommunikation Kommunikationen können über einen Anschluss abgewickelt werden I4.0-konforme Kommunikation I4.0-Komponente Verwaltungs- Schale I4.0-Komponente Verwaltungs- Schale Gegenstand, z.b. Sensor Gegenstand, z.b. Steuerung Gegenstand, z.b. Elektr. Achse Deterministische, Echtzeit-Kommunikation 42
Mehrere Gegenstände können sinnhaft in eine I4.0-Komponente zusammengefasst werden I4.0-Komponente I4.0-konforme Kommunikation Verwaltungs-Schale, z.b. mit Verfahrsätze Verschleißdaten Auslegung Handbücher Condition Monitoring Gegenstände, z.b. für elektrisches Achs-System.. oder natürlich auch ganze Sub-Systeme! 43
Ein Netzwerk konsistenter Standards zeichnet sich ab! Security ISO/IEC 2700x ISO/IEC JTC1 Properties IEC 61987 Sensors IEC 62683 Switch Gears 30 Segments with product families PLC Open e.v. PLC Technologies IEC 61131 IEC 61360 Rules for Properties IEC 61387 Sensors Prop. IEC 62683 Switch Gears Prop. IEC 62832 Digital Factory IEC 62443 Security in Automation IEC/ISO ecl@ss e.v. AutomationML e.v. Engineering data AutomationML IEC 62714 Time Sensitive Networks Technologies for IoT IEEE ProSTEP e.v. Mechanics STEP + APxxx OPC Foundation Services IEC 62541 OPC-UA and Companions Dr. Michael Hoffmeister, Festo I4.0 SG2 Quelle: Heidel, SIEMENS, Hoffmeister, FESTO 44
Für Industrie 4.0 müssen wir große Mengen von Merkmalen bewältigen! "freie" Merkmalsmengen, unterschiedliche Dateiformate, Firmenstandards Maximale Flexibilität und Abbildung individueller USPs "kalte" Standards und "konsensuale" Findung von Merkmalen kontinuierliche Steigerung der Interoperabilität und des Kundennutzens für Beschaffung, Durchgängiges Engineering, Wartung, etc. Harte Standards (ISO/IEC..) Absicherung von Kernaufgaben einer Domäne (z.b. "Pneumatik", "Chemie") Dr. Michael Hoffmeister, Festo I4.0 SG2 Frankfurt, 22.01.2015 Folie 45
Wir werden auch auf Zusammenarbeit und das Mapping verschiedener Bereiche setzen müssen! A C "freie" Merkmalsmengen, unterschiedliche Dateiformate, Firmenstandards B A B D "kalte" Standards und "konsensuale" Findung von Merkmalen A B C D Wir könnten es zulassen und organisieren, dass verschiedene Partner Mappings zwischen Unterschiedlichen Domänen und zu Standards schaffen Skaleneffekt! A "I40 ready" S Harte Standards (ISO/IEC..) S Wir müssen die rechtliche Basis für die Abbildung von Standards in "konsensuale" Semantiken schaffen (z.b. ISO ecl@ass) Dr. Michael Hoffmeister, Festo I4.0 SG2 Frankfurt, 22.01.2015 Folie 46
Mehrere Lebenszyklen müssen in Industrie 4.0 berücksichtigt werden 47 Quelle: Martin Hankel, Bosch Rexroth
Merkmale einer I4.0-Komponente (I) Identifizierbarkeit Sie ist im Netzwerk eindeutig identifizierbar und ihre physischen Gegenstände werden mittels eines eineindeutigen Identifiers (ID) identifiziert. Ist sie eine CP43- oder CP44- Komponente, so ist sie über eine Kommunikationsadresse (z.b. IP-Adresse) erreichbar. I4.0-konforme Kommunikation Die I4.0 Komponenten kommunizieren untereinander mindestens nach dem SOA Prinzip (inkl. gemeinsamer I4.0-konformer Semantik). I4.0-konforme Dienste und Zustände Sie unterstützt die für ein I4.0-System allgemein standardisierten (auch nachladbaren) Dienstfunktionen und Zustände. Virtuelle Beschreibung Sie liefert ihre virtuelle Beschreibung einschließlich ihres dynamischen Verhaltens. Diese Beschreibung wird durch die Virtuelle Repräsentation und das Manifest erreicht ( 3.2.4). 48
Merkmale einer I4.0-Komponente (II) I4.0-konforme Semantik Sie unterstützt die für ein I4.0-System standardisierte I4.0-konforme Semantik. Security und Safety Sie bietet für Ihre Funktionalität und Daten einen der Aufgabe entsprechenden ausreichenden Schutz (Security). Zusätzlich können in Anwendungen auch Maßnahmen zur funktionalen Sicherheit, Maschinensicherheit notwendig sein (Safety). Quality of Services Sie besitzt die für ihre Aufgabe erforderlichen Eigenschaften als Quality of Services (QoS). Bzgl. der Anwendung in der Automatisierungstechnik sind dies Eigenschaften wie Echtzeitfähigkeit, Ausfallsicherheit, Uhrensynchronisation, u.a. Diese Eigenschaften richten sich nach einem Profil aus. Zustand Sie liefert jederzeit ihren Zustand. Schachtelbarkeit Jede Industrie 4.0 Komponente kann aus weiteren I4.0 Komponenten bestehen. 49