Sommerkolloquium 2015 DIMA – Dezentrale Intelligenz für Modulare Anlage Dipl.-Ing. Ulrich Hempen WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG Leitung Global Key Account und Industry Management „MACH DIE MARKE ZU DEINER MARKE!“ 1978 2014 Das Humangenomprojekt war ein internationales Forschungsprojekt mit dem Ziel der vollständigen Entschlüsselung des menschlichen Genoms, d.h. die menschliche DNA auf ihre einzelnen Chromosomen durch Sequenzieren zu identifizieren. Es gelang nach 10 Jahren in 2003. Personalisierte Medizin Die Gene machen jeden Menschen auf körperlicher Ebene einzigartig. Die Wirksamkeit medizinischer Therapien wird durch Genvarianten beeinflusst. Die zukünftige medizinische Wissenschaft will dies mit maßgeschneiderten Präventionsstrategien und individueller, medizinischer Behandlung berücksichtigen. Patienten sind unterschiedlich – die Behandlung wird es auch Quelle: Roche, Personalisierte Medizin In zukünftigen Therapien werden die individuellen, molekularbiologischen Konstellationen des Menschen berücksichtigt, unter denen die genetische Ausstattung des Patienten eine besondere Rolle spielt. Steigende Vielfalt Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) „Wir beobachten heute, dass die Nachfrage immer mehr von einem Wunsch nach individuellen Produkten und Dienstleistungen bestimmt wird. Die meisten Unternehmen reagieren auf diese Entwicklung sowohl im Konsum- als auch im Investitionsgüterbereich mit einem zunehmenden Variantenangebot. Der Trend zur Individualisierung wird dabei durch das Anbieten einer immer größer werdenden Anzahl von Varianten erkauft.“ Menge SCHWANKENDE ABSATZMENGEN Zeit Höhere Volatilität der Absatzmärkte durch: Individualisierung der Produkte Höhere Verfügbarkeit durch bessere Infrastruktur und damit kürzere Lieferwege (geringere Lagerhaltung) SCHWANKENDE ABSATZMENGEN SCHWANKENDE ABSATZMENGEN KURZER PRODUKTLEBENSZYKLUS Hoher Wettbewerbsdruck Hoher Innovationsdruck SCHWANKENDE ABSATZMENGEN KURZER PRODUKTLEBENSZYKLUS SCHWANKENDE ABSATZMENGEN KURZER PRODUKTLEBENSZYKLUS TIME-TO-MARKET SCHNELLERE MARKTREIFE Zeitdruck durch globalen Wettbewerb Die Zeit zwischen Produktfreigabe und Marktverfügbarkeit bestimmt den Erfolg SCHWANKENDE ABSATZMENGEN KURZER PRODUKTLEBENSZYKLUS SCHNELLERE MARKTREIFE SCHWANKENDE ABSATZMENGEN KURZER PRODUKTLEBENSZYKLUS SCHNELLERE MARKTREIFE PRODUKTIONS VERLAGERUNG Flexibilisierung der Produktion Anpassung an lokale Märkte Senkung der Produktionskosten Kürzere Absatzwege Schwankender Personalbedarf in der Produktion Quelle: Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO Deutschland ist ein wesentlicher Produktionsstandort Anteil der industriellen Produktion am BIP 2001 - 2012 Quelle: Statistisches Amt der Europäischen Union; 2013). Fraunhofer Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) „Deutschland wird weiterhin eine führende Produktionsnation sein. Produktion sichert Wohlstand, Beschäftigung und unsere Zukunft. Auch in Zeiten der Verlagerung in Niedriglohnländer behauptet sich der Standort Deutschland durch Flexibilität, Qualität und Stabilität. Dies gilt insbesondere für die Highlight-Branchen, den Maschinen- und Anlagenbau, die Elektrotechnik und den Automobilbau.“ Globalisierung und Individualisierung erfordern eine wandlungsfähige Produktion. Eine wandlungsfähige Produktion erfordert eine modulare Anlagenstruktur. Nur eine modulare Automation kann eine modulare Anlagenstruktur kosteneffizient betreiben. WAGO Kontakttechnik GmbH & Co. KG - 19 - Die Idee der modularen Automation Backbone PLS Dockingstation Dockingstation Dockingstation [Bleuel13] Trotz modularen Aufbaus soll sich die Gesamtanlage wie eine klassische „anfühlen“: Modul Modul - Typ A Normen und Regularien -Typ B - Kommunikationstechnische Anforderungen Verfahren der Anlage Zusätzlich: Dynamisches An- und Ankoppeln Zusätzlich: Know-How Schutz Zusätzlich: Unterschiedliche Lebenszyklen Konzentration auf… Production Maintenance Quality ... die Wertschöpfung des Produktionsprozesses Prozessführung der Gesamtanlage Bedien- und Beobachtbarkeit der Gesamtanlage … unter Beachtung der NE148 – Anforderungen … effektiver Workflow mit CAE-Werkzeug Unterstützung Inventory Modulfunktionen Services Tempering Filling Heating … Modul aus physikalischer Sicht: Gekapselte Einheit Modul aus verfahrenstechnischer Sicht: Definierte prozesstechnische Funktion Modul aus Sicht der Automatisierungstechnik: - Intelligentes System mit gekapseltem Funktionsabruf - Service orientiert Für eine effiziente Integration eines Moduls muss dessen Funktionalität einheitlich in einem Informationsträger beschrieben werden! Modul Type Package (MTP) Ziel: • Vereinheitlichtes Format zur Beschreibung von Modulen • Nutzung zur Integration eines Moduls in die Prozessführungsebene (PFE) Anforderungen: • Herstellerunabhängig • Erweiterbar (technisch und technologisch) • Textbasiertes Format • Nutzung von bestehenden standardisierten Beschreibungsmitteln • Instanz-Prinzip: Jedes Modul erhält einen MTP Aktuelle Umsetzung: • Ordnerstruktur als Zip-Format mit Manifest-Datei und Unterdateien • AutomationML und GraphML als Beschreibungsmittel Modul Type Package (MTP) - Manifest Vier Säulen: 1. Kommunikation 2. Services 3. HMI 4. PLT-Stellen Abgebildete Aspekte • Prozessführung • Alarmieren • Archivieren • Bedienen und Beobachten • Diagnose • FGParametrierung Modul Type Package (MTP) - Services • Enthält die Dienste eines Moduls • AutomationML als Beschreibungsmittel • Dependecies (Plausibilisierungen) enthalten die Abhängigkeiten zwischen Diensten eines Moduls (z.B. nicht Kühlen wenn geheizt wird) • Dependencies-Abbildung erfolgt durch Nutzung von PLCopenXml (SFC) • Variablen verweisen auf Kommunikationsvariablen der 1. Säule Modul Type Package (MTP) - HMI • Enthält je ein Bedienbild eines Moduls • GraphML als Beschreibungsmittel • Node entspricht einem Bedienbildelement • Edge entspricht einer Linie (Rohr oder Information) • Semantik durch Rollenverweis und Referenzierung über URI (Pfadangabe auf z.B. eclass Objektdatenbank) • Variablen verweisen auf Kommunikationsvariablen der 1. Säule • Das Faceplate beinhaltet die Bedeutung des Objektes und deren Position Workflow Backbone Kompilieren & Laden Automatisches Generieren 1. Schritt: Modul-Engineering MTP MTP MTP Abrufen Integration der Module in den Backbone 2. Schritt: Integrations-Engineering Herausforderung Prozessführung Was benötigt eine serviceorientierte Kommunikation in einer modularen Anlage? Vereinheitlichte Kapselung der Funktion (Dienst) Vereinheitlichte Schnittstelle zur Parametrierung des Dienstes Vereinheitlichte Schnittstelle zur Zustandsüberwachung Vereinheitlichte Zustände zur Zustandsüberwachung Ablauf-Orchestrierung mehrerer Dienste mit dem Ziel der Herstellung des gewünschten Produktes Die geforderte Funktionalität ist mit heutigen Batch-Systemen realisierbar Architektur der Prozessführung • MTP enthält alle Information zur Erzeugung des EQM • Ein Dienst wird als Phase dargestellt (Prototypisch) PLI Phase Logik Interface • Parametrierung durch den Prozessverantwortlichen GE-Proficy-Batch OPC-DA-Server OP C DA OP C DA • Prozess der Gesamtanlage ergibt sich aus den Diensten der integrierten Module OP C DA Herausforderung Bedien- und Beobachtbarkeit Bedienbild • • • Unterschiedliche Systeme bei der Erstellung des Modul-HMI Engineering Modul und Anlage zu unterschiedlichen Zeitpunkten NE 148 und VDI/VDE-3699-2 fordern Einheitlichkeit und Eindeutigkeit der Bedienbilder (Look and Feel) - gleiche Information ist immer gleich darzustellen! Herausforderung Bedien- und Beobachtbarkeit Ziel: Gleiche und herstellerunabhängige Darstellung von Bedienelementen Ansatz: Rollenbasiertes XML Format ZielB PLS Quelle PLS A Benötigte Information Systemübergreifende HMI-Bibliothek • Basisdaten der HMI-Elemente (Name, Tag, Rolle z.B. Ventil) • Lage und Größe auf dem Quell-HMI • Variablenkonfiguration Architektur zum Bedienen und Beobachten • Automatische Generierung der Bedienbilder mit allen dynamischen Darstellungen HMI (Prototypisch) WinCC API Siemens WinCC OPC-DA OPC DA OPC DA OPC DA • Mehrere Bedienbilder / Modul denkbar DIMA im Kontext von Industrie 4.0 • Kapselung im Layer-Modell • Vernetzung von Herstellern und Nutzern in einer Wertschöpfungskette • Beachtung von unterschiedlichen Lebenszyklen eines Produktionsverbundes • Funktionsorientierung des DIMA Produktionssystems • IEC 61512 • OPC-UA • AutomationML Die Wertschöpfung des Produktionsprozesses Prozessführung der Gesamtanlage Bedien- und Beobachtbarkeit der Gesamtanlage … unter Beachtung der NE148 – Anforderungen … effektiver Workflow mit CAE-Werkzeug Unterstützung Übergabe der erarbeiteten Ergebnisse an die NAMUR erfolgte! Aktuell Mitarbeit an: Vereinheitlichung der Inhalte des MTP´s durch NAMUR & ZVEI Erstellung einer Namur Empfehlung
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