Unterstützung des Engineerings von fertigungstechnischen Produktionssystemen mit Hilfe von Maschinenfunktionen : Methode, Modell und Beschreibungsmittel für ein funktionsorientiertes Planen

URN urn:nbn:de:gbv:705-opus-32117
URL
Dokumentart: Dissertation
Institut: Institut für Automatisierungstechnik
Fakultät: Fakultät Maschinenbau
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 31.08.2018
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum:
SWD-Schlagwörter: Datenmodell , Semantik , Funktion , Ingenieurwissenschaften
Freie Schlagwörter (Deutsch): Modellgenerierung
DDC-Sachgruppe: Ingenieurwissenschaften

Kurzfassung auf Deutsch:

Industrie 4.0 birgt Chancen und Herausforderungen. Zum einen stehen durch die zunehmende Digitalisierung nahezu unbegrenzte Mengen an Daten über Prozesse, Geräte und Produkte zur Verfügung. Zum anderen müssen diese Daten strukturiert, verstanden, ausgetauscht und verarbeitet werden, um deren Mehrwert für das Engineering von Produktionssystemen oder für neue Geschäftskonzepte zu nutzen. Die vorliegende Arbeit stellt einen Ansatz vor, wie die Strukturierung der Daten von Produkten, Prozessen und Ressourcen mit Hilfe eines Systemmodells zur Herstellung eines Kontextes zu den Daten und deren Nutzung als Informationen gelingen kann. Dazu wird in der vorliegenden Arbeit das Engineering von Produktionssystemen und dessen Phasen untersucht, um daraus abzuleiten, welcher Stakeholder im Engineering-Workflow welche Daten erstellt und austauscht. Zudem wird eine Gewerke-übergreifende Kommunikationsgrundlage in der Maschinenfunktion gefunden. Diese Maschinenfunktion stellt den Kern des entworfenen Modells zur Beschreibung des Produktionssystems im Engineering dar. Dieses Funktionsmodell wird in der vorliegenden Arbeit um die Aspekte Struktur und Verhalten erweitert. Somit liegt ein dreiteiliges Systemmodell vor, dessen Teilmodelle sich mit definierten Schnittstellen miteinander verknüpfen lassen, um die im Engineering erzeugten Informationen zu strukturieren, zu interpretieren und sie zwischen den Gewerken auszutauschen. Für die Abbildung der Teilmodelle werden etablierte Standards genutzt, wie die Formalisierte Prozessbeschreibung, Beschreibungsmittel für die SPS-Programmierung und hierarchische Strukturen. Darüber hinaus wird ein Konzept vorgestellt, wie das Systemmodell im Engineering schrittweise aufgebaut und von den Gewerken genutzt werden kann. Für den Austausch werden unterschiedliche Datenformate untersucht und das geeignetste für den vorliegenden Ansatz ausgewählt. Das Systemmodell wird dementsprechend in AutomationML abgebildet. Dabei erfolgt eine detaillierte Abgrenzung zu bereits existierenden Ansätzen. Die Nutzung des Systemmodells wird an zwei Praxisbeispielen evaluiert, deren Nutzen beschrieben und mit den entstehenden Aufwänden verglichen. Für eine optimale Nutzung des vorgestellten Systemmodells wird ein Ansatz vorgestellt, wie firmeneigenen Bibliotheken erstellt werden, die das Engineering unterstützen können. Diese Bibliotheken enthalten Funktionen und Komponenten, die sich im Engineering bestehender Produktionssysteme bereits etabliert haben. Auch dieses Vorgehen wird an einem Praxisbeispiel erläutert. Zum Abschluss der vorliegenden Arbeit wird ein prototypisches Engineering-Werkzeug vorgestellt, welches die beiden Ansätze der Systemmodellierung und der Bibliothekserstellung umfassend unterstützt. Dieses Werkzeug stellt umfangreiche Funktionalitäten zur Verfügung, um große Datenmengen zu bearbeiten. Zudem werden Informationen aus dem Systemmodell mit dem entwickelten Werkzeug grafisch dargestellt. Das entwickelte Bibliothekskonzept wird durch die Abbildung von eigenen, hierarchisch gegliederten Bibliotheken unterstützt.

Kurzfassung auf Englisch:

Industry 4.0 holds opportunities and challenges. On the one hand, increasing digitization means that almost unlimited amounts of data are available on processes, devices and products. On the other hand, this data has to be structured, understood, exchanged and processed in order to use its added value for the engineering of production systems or for new business concepts. The present work presents an approach how to structure the data of products, processes and resources with the help of a system model. For this purpose, the engineering of production systems and the corresponding phases are examined in order to deduce which data is created and exchanged in the engineering workflow. In addition, the machine function has been identified as a trade-overlapping communication basis. This machine function represents the core of the designed model for the description of the production system in engineering. In the present work, this model is extended by the aspects of structure and behavior. Thus, there is a three-part system model, while the submodels can be linked together with defined interfaces in order to structure and interpret the information generated in engineering and to exchange it between the trades. For modeling the submodels, established standards are used, such as the formalized process description, description means for PLC programming and hierarchical structures. A concept is presented how the system model in engineering can be gradually built up and used by the trades. For the exchange, different exchange formats are examined and the most suitable one selected for the present approach. The system model is mapped accordingly to AutomationML. There is a detailed distinction from already existing approaches. The use of the system model is explained by two practical examples and their benefits are described and compared with the required expenses. For an optimal use of the presented system model, an approach is presented how to create proprietary libraries that can support the engineering. These libraries contain functions and components that have already become established in the engineering of existing systems. This procedure is also explained using a practical example. At the end of the present work, a prototypical engineering tool will be presented, which comprehensively supports the two approaches of sytem modelling and creation of libraries. This tool provides extensive functionality to handle large amounts of data. In addition, information from the system model is graphically displayed with the developed tool. The developed library concept is supported by the mapping of own hierarchically arranged libraries.

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