Vom Internet der Dinge zur effektiven Fabrik Cyber Physische Mikrosysteme in Produktionsanlagen

Vom Internet der Dinge zur effektiven Fabrik Cyber Physische Mikrosysteme in Produktionsanlagen Dr.-Ing. Jochen Schlick Stellv. Forschungsbereichsleiter Innovative Fabriksysteme Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, DFKI GmbH WissenschaftlicherKoordinatorTechnologie-Initiative SmartFactory KL e.v. Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-1

Übersicht I4.0 - Das Internet der Dinge im Produktionsumfeld Technologieparadigmen Das Intelligente Produkt Digitale Produktgedächtnisse für produktbezogene Informationen Die Intelligente Maschine Mit vernetzten mechatronischen Systemen zur vertikalen Integration Mikrosysteme Übertragungselemente zur Cyber-Welt? Der Markt - Von Anbietern und Anwendern Zusammenfassung Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-2

Internet of Things Ursprung einer Vision In the 21st century the technology revolution will move into the everyday, the small and the invisible. 1 1991: Mark Weiser prägt mit seinem Aufsatz The Computer for the 21st Century den Begriff Ubiquitous Computing Vision: Der Personal-Computer wird als Gerät verschwinden und durch intelligente Gegenstände ersetzt werden. Statt wie derzeit selbst Gegenstand der Aufmerksamkeit zu sein, sollen die intelligenten Gegenstände den Menschen bei seinentätigkeitenunmerklichunterstützen 2. [1] M. Weiser, The computer for the 21st century, Scientific American, vol. 272, 1995, S. 78 89. [2] F. Mattern und C. Flörkemeier, Vom Internet der Computer zum Internet der Dinge, 2009. Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-3

Paradigmen des Internet of Things Allgegenwärtige Vernetzung - Digitalisierung von Alltagsgegenständen http:// Datenerfassung in High Resolution Auslesen/ Filtern/ Interpretieren/ Allgegenwärtige Intelligenz - Proaktive autonome Regelung - Regler/ Wissen Prozess Allgegenwärtige Assistenz Information/ Feedback Interaktion Datenerfassung Auswertung Erfassung Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-4

Der Mensch im Zentrum des IoT http:// Aktuelle und umfassende Information Vision / Mission /Strategie Entscheidung - Optimierte Prozesse Controller/ Knowledge Process Data Acquisition Aufbereitung und Interpretation Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-5

Anwendungspotenziale eines durchgängigen Informationszugriffs Horizontale Integration Effektiver Informationsaustausch im Wertschöpfungsnetzwerk Effektiver Informationszugriff im produzierenden Unternehmen Produkt Anlage Vertikale Integration Vernetzte Produktions- und IT-Systeme Digitale Durchgängigkeit des Engineerings Informationszugriff über Lebenszyklus und Wertschöpfungsketten Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-6

Vernetzte Produktions-und IT-Systeme Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-7

Übersicht I4.0 - Das Internet der Dinge im Produktionsumfeld Technologieparadigmen Das Intelligente Produkt Digitale Produktgedächtnisse für produktbezogene Informationen Die Intelligente Maschine Mit vernetzten mechatronischen Systemen zur vertikalen Integration Mikrosysteme Übertragungselemente zur Cyber-Welt? Der Markt - Von Anbietern und Anwendern Zusammenfassung Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-8

Anwendungsbeispiele für intelligente Produkte mit Digitalen Produktgedächtnissen Informationen zur Geräteintegration Medienbruchfreie Wartungsdokumentation Monitoring Produkt- und Betriebsdaten Vorbeugende Instandhaltung Bild: Wittenstein AG Automatische Kompatibilitätsprüfung Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-9

Zugriff auf Digitale Produktgedächtnisse Applikation Infrastruktur (Hard und Software für Zugriff und Auswertung) SmartCard Autonomes Embedded system Referenz Speicher z.b. Barcode alsreferenzauf Produktionsauftragin SAP ERP Daten auf dem Tag, z.b. Data Matrix Code oder RFID Diensteangebot über schlankes Embedded-System, z.b. SmartCard Autonome komplexe Verarbeitung basierend auf standard Embedded-System, z.b. Industrie-PC Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-10

Durchgängige Gedächtnislösung über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts Individuelle Montage Individuelle Befüllung Kontrolle Mehrwertdurch Speicherung von produktbezogenen PLC-Daten in open-loop -Prozessen durch das DPG Bereitstellung für den Endnutzer Überwachung der Logistik-Kette Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-11

ID-basierter Informationsaustausch durch EPC-Global und GS1 EPC-Global und GS1 bieten Lösungen für einen ID-basierten konsistenten Informationsaustausch in unterschiedlichen Domänen Lösungen zeichnen sich durch hohe Abhängigkeit von Backend- Server-Systemen aus Framework bietet vergleichsweise limitierte Möglichkeiten zur Speicherung und Nutzung von Produktlebenszyklusdaten Application A EPC Information Services (EPCIS) Application B Application... EPC-64, EPC-96, EPC-128 Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-12

Semantisches Datenformat Object Memory Model Vorschlag zur strukturellen Beschreibung eines erweiterbaren Datenmodells für Objekt-orientierte Informationssammlungen Metadaten zur Verwaltung von Inhalten Blöcke müssen keiner vordefinierten Semantik folgen, Inhalte werden über Metadaten beschrieben Es obliegt dem Autor, ob Inhalte in einem Block gebündelt oder über mehrere verteilt dargestellt werden Inhalt kann im Block oder außerhalb gelagert werden Object Memory Modeling XG http://www.w3.org/2005/incubator/omm/ Konzeptuelle Ausarbeitung des Object Memory Models Konkretisierung des Models zu einem Object Memory Format Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-13

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Die intelligente Maschine als vernetztes mechatronisches System Steuerungslogik Einkauf Produktionsplanung Rechenleistung wird virtualisiert Die Vernetzung der intelligenten Elemente ermöglicht die örtliche Trennung der Programmlogik und der physischen Interaktion Cloud Monitoring, Prognose, Prozessüberwachung Logistik Industrielle Steuerung Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-15

Case Study: SmartFactory KL CPPS Demonstration System DigiME 9210 asservice gateway Service b Service c Service z Service b Service b Service a Service a Service b Service b Service b Assembly unit Pneumatic assembly module Embedded Device + I/O board Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-16

Service-oriented Control Architecture (2013) Control services Service Grafchart Service Service Service Basic services Composed services Ethernet Service Service Service Service Service Service Service Service call Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-17

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MST in I4.0? Institut für Mikrotechnik Mainz, Germany mymotors& actuatorsgmbh, Germany QinetiQ Optronics Centre, UK Institut für Mikrotechnik Mainz, Germany Prof. D. Zühlke, TU Kaiserslautern Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-19

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Zentrale These zu I4.0 Die Abbildung des IoTin die industrielle Produktion erzeugt einen Nutzen durch die Optimierung von Prozessen sowie das Anbieten und Nutzen von Mehrwertdienstenauf Basis von umfassenden und aktuellen Informationenüber Produkte, Anlagen und Betriebsmittel, technische und organisatorische Prozesse! Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-21

Anwender Integratoren Hersteller Heute Traceability Wandlungsfähigkeit Werkstückidentifikation Anwender Realtime-Monitoring Selbstoptimierung Tools Engineering Virtuelle Fabrikplanung Baukasten Embedded Multi-Core SysML Komponentenhersteller Lastenheft Spezifikation Cyber OPC-UA Security FPGA Code-Generierung Systemintegrator Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-22

Voraussetzung für I4.0 Anwender Integratoren Hersteller - Stärkung des Wertschöpfungsnetzwerks Anwender Komponentenhersteller Gemeinsame Anwendungsprozess- Entwicklung Gemeinsame Nutzenoptimierung für Systemintegrator Systemintegrator Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-23

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Zusammenfassung Das Internet der Dinge Umfassender Zugriff auf aktuelle und hochauflösende Informationen Industrie4.0 Das Internet der Dinge in der industriellen Anwendung Umsetzung Technologie und Anwendungen müssen verschmelzen Basistechnologien Vorhanden und in der Standardisierung Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-25

Fragen, Kommentare VIELENDANK Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-26