Interdisziplinäre Wiederverwendung im Engineering automatisierter Anlagen

URN urn:nbn:de:gbv:705-opus-31287
URL
Dokumentart: Dissertation
Institut: Institut für Automatisierungstechnik
Fakultät: Fakultät Maschinenbau
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.05.2016
Erstellungsjahr: 2016
Publikationsdatum:
SWD-Schlagwörter: Wiederverwendung , Variabilität , Anlagenplanung
Freie Schlagwörter (Deutsch): Interdisziplinäre Wiederverwendung , Engineering automatisierter Anlagen
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften

Kurzfassung auf Deutsch:

Das Engineering automatisierter Anlagen ist geprägt von der Zusammenarbeit verschiedener Gewerke, die fertigungstechnische oder prozesstechnische Anlagen kollaborativ planen, errichten und in Betrieb nehmen. Aufgrund der hohen Anforderungen hinsichtlich Zeit, Qualität und Kosten wurde in den letzten Jahren eine Vielzahl von Ansätzen entwickelt, die thematisieren, wie mittels Wiederverwendung der Aufwand des Engineerings reduziert werden kann. Während im Bereich der Produktentwicklung oder des Software-Engineerings systematische und teils auch interdisziplinäre Ansätze durchaus verbreitet sind, ist dies im Engineering automatisierter Anlagen bisher nicht der Fall. Hier ist Wiederverwendung entweder durch die feingranulare Wiederverwendung einzelner Lösungsbestandteile oder das unsystematische Kopieren ganzer Lösungen oder Lösungsbestandteile geprägt. Aufgrund dieser defizitären Situation verfolgt die vorliegende Arbeit den Ansatz, bestehende Wiederverwendungskonzepte verschiedener Gewerke aufzugreifen, um in einem übergreifenden Konzept systematische interdisziplinäre Wiederverwendung im Engineering automatisierter Anlagen zu ermöglichen. Die vorliegende Arbeit beschreibt nach einer Einführung in die Herausforderungen des Engineerings im Allgemeinen die Grundlagen der Wiederverwendung. Diese Grundlagen umfassen Ansätze der Strukturierung von Systemen als zwingende Voraussetzung der systematischen Wiederverwendung ebenso wie die grundlegenden Mechanismen der Wiederverwendung und Variabilität. Die Wiederverwendungskonzepte für das Engineering automatisierter Anlagen im Speziellen werden unter Bezugnahme auf die Grundlagen beschrieben und analysiert. Dabei werden sowohl Konzepte welche auf spezifische Gewerke fokussiert sind als auch übergreifende Konzepte angeführt. Anhand dieser Analyse, ergänzender aktueller Literatur, wie auch der Normung werden systematisch Anforderungen für ein interdisziplinäres Wiederverwendungskonzept abgeleitet. Die Anforderungen betreffen das methodische Vorgehen, die wiederzuverwendenden Artefakte, die Organisation wie auch die Engineering-Werkzeuge und dienen folglich als Basis für die Erarbeitung des Wieder-verwendungskonzeptes. Dieses Konzept differenziert zwischen der systematischen, projektunabhängigen Entwicklung der variablen wiederverwendbaren Artefakte und deren Anwendung im Engineering automatisierter Anlagen. Die funktionsorientierte Entwicklung der wiederverwendbaren Artefakte wird unterstützt von Ansätzen zur qualitativen Bewertung der Wiederverwendbarkeit, zur expliziten Modellierung der Variabilität oder auch zur Konsistenzprüfung der Einheiten. Der projektabhängige Anteil besteht aus weitestgehend unabhängigen Konzeptbausteinen, um die Anwendbarkeit in verschiedenen, spezifischen Vorgehen des Engineerings zu gewährleisten. Die Umsetzung des Wiederverwendungskonzeptes wird anhand zweier verschiedener Engineering-Werkzeuge erprobt, die darüber hinaus mit einem Variantenmanagement-Werkzeug kombiniert werden. Das Konzept wird anhand einer Meerwasserentsalzungsanlage sowie eines extraktiven Gasanalysators evaluiert und somit die Anwendbarkeit des Konzeptes nachgewiesen. Die gewonnenen Anforderungen werden genutzt, um die Vorteilhaftigkeit des Wiederverwendungskonzeptes gegenüber den bereits bestehenden Konzepten zu belegen.

Kurzfassung auf Englisch:

The engineering of automated plants is characterised by the cooperation of different disciplines that are collaboratively planning, building and commissioning manufacturing or process plants. Due to strict requirements regarding time, cost and quality, a variety of approaches has been developed in recent years, aiming to reduce the effort of engineering by reuse. While systematic approaches of reuse can be considered as common in the field of software engineering or product development, the engineering of automated plants shows a different picture. Here reuse is characterized either by the reuse of fine-grained components or the unsystematic copying of entire or partial solutions. Because of this disadvantageous situation, this thesis is focused on combining existing approaches of different disciplines in order to allow reuse-based engineering of automated plants in an interdisciplinary and systematic manner. After an introduction to the challenges of engineering, the thesis explains the general basics of reuse. This includes basics for structuring systems as a mandatory requirement of the systematic reuse as well as mechanisms of reuse and variability itself. The reuse approaches for the engineering of automated plants are described and analysed with reference to the aforementioned basics of reuse. This description includes both, approaches focused on specific disciplines and interdisciplinary concepts. Based on this analysis, current literature and standards, requirements for an interdisciplinary reuse concept are derived systematically. These requirements cover the methodology, the reusable artefacts, the organization as well as the engineering tools and therefore serve as the foundation for the development of the interdisciplinary reuse concept. This concept is separated in two almost independent parts: the project-independent development of variable reusable artefacts on one side and the application of these artefacts during the engineering of the automated plant on the other side. The function-oriented development of reusable artefacts is supported by approaches for qualitative assessment of reusability, explicit variability modelling approaches as well as a consistency check for variable artefacts. The project-dependent part consists of largely independent conceptual building blocks in order to ensure the applicability within various specific approaches of engineering. The reuse concept is implemented by using two different alternative engineering tools, which are moreover combined with a variant management tool. To assess the applicability of the concept, it is evaluated by two different industrial examples: a seawater desalination plant as well as an extractive gas analyser. The developed requirements are used to verify the advantages of the reuse concept compared to other existing concepts.

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