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Ein CAEX-/OPC-UA-basiertes Engineering-Framework für die ProVis-Production Suite
Typ:

Diplomarbeit

Diplomandin:

Miriam Ebel

Betreuer:

Dr.-Ing. Olaf Sauer

Status:

abgeschlossen

Abgabedatum:

Juni 2007

Forschungsprojekt:

Produktionsleitsysteme

Adaptivität und Interoperabilität von Teilsystemen in Produktionsanlagen sind zwei der Hauptaugenmerke zukünftiger Entwicklungen in der Automatisierungs- und Leittechnik. Heutige automatisierte Produktionsanlagen sind sehr komplex, hochgradig verteilt und müssen häufig aufwändig angepasst werden, da neue Technologien verwendet werden oder sich neue Sachverhalte auf Grund von Kapazitäts- und Produktänderungen ergeben. Die erwähnten Änderungen führen nicht nur zum räumlichen 'Verschieben' von Anlagen innerhalb eines Werkes führen. Darüber hinaus müssen die steuernde Software von Maschinen und Anlagen, zum Beispiel speicherprogrammierbare Steuerungen (SPSen), angepasst werden. Ebenso ist es nötig die Informationstechnik entsprechend zu verändern, die den Anlagensteuerungen überlagert. Dies führt zu hohen Aufwendungen. Der relative Anteil an Engineering-Kosten steigt kontinuierlich, daher trägt er maßgeblich zur Effizienz von Anlagen bei. In Summe betragen die Kosten von Engineering-Aufgaben rund zwanzig bis fünfundzwanzig Prozent des Invests für eine Anlage in der Automobilindustrie. Dies ist größtenteils bedingt durch inkonsistente Datenmodelle, zu lange Inbetriebnahmezeiten und schwer pflegbare, komplexe Systeme. Des Weiteren entwickeln sich Kundenanforderungen und Technologien ständig weiter, woraus eine steigende Anzahl von Produktvarianten und -derivaten im Lebenszyklus einer Produktfamilie resultiert. Die Planungshäufigkeit steigt also und neue Varianten müssen mit den existierenden Produktionsanlagen hergestellt werden können. Die Planungskosten stehen hierbei der Planungssicherheit gegenüber; die steigenden Änderungskosten fordern die Planungsflexibilität und die zunehmende Variantenvielfalt die Planungskomplexität heraus. Um dem zu begegnen, müssen Planung und Betrieb immer mehr zusammen wachsen, um zum Beispiel operative Systeme schon vor der Inbetriebnahme verfügbar zu machen.

Weiterhin werden Werkzeuge der 'Digitalen Fabrik' bisher nur zur Planung von Produktionssystemen eingesetzt, den laufenden Betrieb hingegen unterstützen 'Manufacturing Execution Systeme'. Die Aufgabe besteht nun darin, Daten aus der 'Digitalen Fabrik' für 'MES-Komponenten' verfügbar zu machen. Dies soll mit Hilfe von neutralen Austauschformaten, wie zum Beispiel XML, geschehen. Dadurch sollen Produktionsanlagen und überlagerte IT-Systeme parametrisiert und virtuell in Betrieb genommen werden können. Die Wiederverwendbarkeit ist also der Schlüssel für hohe Planungsproduktivität und Kosteneffizienz. Für einen durchgängigen Datenaustausch zwischen den vielen heterogenen Systemen in dieser Welt, müssen standardisierte Schnittstellen zwischen ihnen geschaffen werden.

Ziel der Diplomarbeit war es, ein prototypisches Engineering-Framework als Demonstrator zu entwickeln, an dem die zuvor skizzierten Anwendungsfälle exemplarisch darstellbar sind. Es soll möglich sein, Anlagen einfach, schnell und sicher in ein Produktionssystem zu integrieren und Änderungen an den im Produktionssystem bereits vorhandenen Anlagen automatisch zu erkennen und zu behandeln. Der dafür zu realisierende Datenaustausch sollte mit Hinblick auf die Wiederverwendbarkeit der Informationen nicht mit Hilfe proprietärer Schnittstellen gelöst, sondern nur mittels einheitlicher Konzepte unterstützt werden. Ein umfassender Ansatz ist es, die Informationen mit Hilfe eines Metamodells in eine einheitliche Form zu bringen, um dadurch eine Vereinfachung der zu erbringenden Zuordnungsleistung zu erreichen. Hierfür wurde eine XML-basierte Sprache (Computer Aided Engineering Exchange) für das statische Datenmodell ausgewählt und ein Kommunikationsmechanismus (OPC Unified Architecture) für das dynamische Datenmodell entwickelt. Ein intelligentes Engineering im Sinne eines plug-and-work sollte in dieser Arbeit bewerkstelligt werden.

Auszeichnung

Diese Arbeit wurde mit dem FZI-Preis des Fördervereins Forschungszentrum Informatik für die beste Diplomarbeit an der Fakultät für Informatik im Jahrgang 2007/2008 ausgezeichnet.