CAE in derPLT - TU Dresden · Allem im Flugzeugbau erste kommerzielle CAD-Systeme (2D), die mit...

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik

CAE in der Prozessautomatisierung Sichten, Kennzeichnungssysteme

SS 2012, 08.05.2012 Dipl.-Ing. F. Doherr

Urbas/Doherr © 2012 CAE@PA Folie 2

Sichten/Aspekte

• Strukturierung: Ziel: Rationelles planen, herstellen, betreiben und warten von großen

Systemen Wiederholte Untergliederung des Systems und den zugehörigen

Informationen in Teile Struktur der Information (Aufteilung auf Dokumente) Struktur des Inhalts (innerhalb eines Dokuments) Aufbau eines Referenzkennzeichnungssystems

• Ein System oder ein Systembestandteil können auf verschiedene Weise betrachtet werden Sicht/Aspekt

Was macht es? Funktionsaspekt Wie ist es zusammengesetzt? Produktaspekt Wo befindet es sich? Ortsaspekt


Sichten/Aspekte

• die Informationen und Struktur von Objekten innerhalb eines Systems können in Hinsicht auf die Aspekte sehr unterschiedlich sein daher sollte für jeden Aspekt eine eigene Struktur angelegt

werden funktionsbezogene Struktur produktbezogene Struktur ortsbezogenen Struktur


Funktionsbezogene Struktur

(DIN EN 61346-1)

• Wie sind die

Funktionen des Systems in Teilfunktionen aufgeteilt?

• Wie erfüllen sie im Zusammenwirken den beabsichtigten Zweck?

• Beispiel: Walzstraße

(DIN EN 61346-1)


Produktbezogene Struktur

(DIN EN 61346-1)

• Art und Weise in der ein System aus Zwischen- und Endprodukten realisiert ist, zusammengesetzt oder geliefert wird

• Ein Produkt kann eine oder mehrere unabhängige Funktionen umsetzen und an mehreren Orten existieren


Ortsbezogene Struktur

(DIN EN 61346-1)

• topographische Anordnung eines Systems (Objekts) und/oder seiner Umgebung: Gelände; Gebäude; Stockwerk; Raum / Koordinaten; Ort einer Einrichtung

/ Schrankreihe; Ort eines Schrankes; Tafel; Steckplatz


Kennzeichnungssysteme

• im Lebenszyklus eines Systems müssen deren Bestandteile für verschiedenste Zwecke gekennzeichnet werden Artikelnummern, Seriennummern, Auftragsnummern,

Dokumentennummern, … • Identifikation von Typen, Instanzen und Individuen

(DIN EN 61346-1)



• der Umfang und die Komplexität von Engineeringprojekten in der Automatisierungstechnik können nur durch die enge Zusammenarbeit der beteiligten Gewerke bewältigt werden

Arbeit mit Vorgehensmodellen Verwendung von gemeinsamen Kennzeichen für die Aspekte

der Planungsobjekte („Was meint der Kollege für ein Geräte?“)

• es muss möglich sein ein Planungsobjekt über alles Lebensphasen der tech. Anlage und über alle beteiligten Gewerke hinweg eindeutig identifizieren zu können

Referenzkennzeichen (DIN EN 61346-1) - Kennung eines spezifischen Objektes in bezug auf das System, von

welchen das Objekt Bestandteil ist. Es basiert auf einem oder mehreren Aspekten dieses Systems

- Möglichkeit der eindeutigen Identifizierung eines Objektes im System



• Einzelebenen-Referenzkennzeichen

Referenkennzeichen eines Objektes in Hinblick auf das Objekt, von dem es ein Bestandteil ist

Aufbau: Vorzeichen zur Aspektidentifikation

Funktionsaspekt Vorzeichen: = Produktaspekt Vorzeichen: - Ortsaspekt Vorzeichen: +

Buchstabe (codiert), einer Zahl oder beides in Kombination Beispiel: - ein Rad ist funktionaler Bestandteil eines Autos =R1 - Etage 6 ist ein Stockwerk eines Gebäudes +E06 - die CPU ist Produktbestandteil einer S7-400 Steuerung -CPU


• Mehrebenen-Referenzkennzeichen Referenzkennzeichen, welches durch die strukturierte (hierarchische)

Zusammensetzung von Einzelebenen-Referenzkennzeichen entsteht

das Mehrebenen-Referenzkennzeichen ist der „Pfad“ der Objektstruktur Bsp.:

+Welt+Europa+Deutschland+Sachsen+Dresden+TU+Barkhausen-Bau+H213

ist der Aspekt bei zwei aufeinanderfolgenden Einzelebenen-Referenzkennzeichen eines Mehrebenen-Referenzkennzeichens gleich, kann das Vorzeichen zwischen Ihnen weggelassen werden oder durch einen Punkt ersetzt werden

Bsp.: +Welt.Europa.Deutschland.Sachsen.Dresden.TU.Barkhausen-Bau.H213


(DIN EN 61346-1)



• Mehrebenen-Referenzkennzeichen die Verwendung mehrere Aspekte zur Objektidentifizierung ist möglich

(DIN EN 61346-1)



• Normen DIN EN 61346-1 DIN EN 61346-2 DIN V 6779-1 DIN 6779-1 DIN 19227-1 DIN EN 61175

Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik

CAE in der Prozessautomatisierung CA-Systeme

SS 2012, 07.05.2012 Dipl.-Ing. F. Doherr


CA-Systeme

Gestern Heute


Warum CA-Systeme?

Bewältigung der steigenden Effizienz-, Zeit- und Qualitätsanforderungen an die Unternehmen (Planungsingenieure)


Warum CA-Systeme?

• der Computer soll den Menschen nicht ersetzen

• CA-Systeme sollen die menschlichen Fähigkeiten und Qualitäten ergänzen und erweitern

• sie sollen helfen die menschlichen Schwächen auszugleichen bzw. abzufangen

unsystematisches Vorgehen

Vergessen von Einzelheiten

mangelnde Übersicht über die Zusammenhänge und Fakten, die sich während des Engineeringprozesses auch noch ändern

CA-Systeme

technisches System

Der Mensch muss noch immer die maßgeblichen Arbeiten selber vollführen und sollte die letztendliche Verantwortung nicht an den Computer abgeben (können)!


Warum CA-Systeme?

Ziele • Vermeidung und Erkennung von Fehlern, die zwangsläufig entstehen, wenn

viele Einzeldaten und Kohärenzen verstanden und verarbeitet werden müssen („Einzelfehler“ – „Gruppenfehler“)

Fehlererkennung und –prävention; Qualitätssicherung

• Erstellung, Haltung, Verwaltung und Aktualisierung der gesamten Dokumentation (ohne Computer bzw. Datenbanken heute kaum noch denkbar und beherrschbar)

Dokumentenmanagement und Rückdokumentation

• Erhalt eines schnellen und weitreichenden Überblickes über den aktuellen Stand des Engineeringvorhabens und Vergleich aller vorhandenen Varianten von Komponenten, Teilsystemen und Konfigurationen

Bewältigung und Erfassung der zunehmenden Komplexität und Hilfsmittel beim Projektmanagement


Warum CA-Systeme?

Ziele • Durch die Möglichkeit der Vernetzung von Computersystemen wird die

Kommunikation unter den Projektbeteiligten erleichtert und es können mehrere Personen parallel und u.U. auch örtlich verteilt eine Aufgabe mit einem konsistenten Datenstand bearbeiten.

Kommunikationsverbesserung und Concurrent Engineering

• Wenn Daten und Ergebnisse eines Engineeringvorganges in digitaler Form vorliegen, so können sie bzw. Teile daraus für Folgeprojekte schnell und ohne viel Aufwand wiederverwendet werden.

Wiederverwendbarkeit von Daten

• Durch den Einsatz von Rechentechnik ist es bereits in frühen Planungsphasen möglich die Funktionen und das Verhalten einer technischen Anlage oder eines bestimmten Anlagenteils nachzubilden und sich zu verdeutlichen.

Anlagenmodellierung und Simulation


Warum CA-Systeme? Weiterführende Ziele

• Nutzung der erstellten Planungsdaten über die IBS einer Anlage hinweg

„Abgleich“ zwischen geplanter und errichteter Anlage (built as planned)

Instandhaltung (Wartung, Inspektion)

Asset Management

Operator Training

virtuelle Begehung

Fehlersuche und –analyse

Optimierung (Prozess, PLT-Einrichtungen)

Ein über alle Lebensphasen einer technischen Anlage zu verwendendes CAE-System.


Überblick - CA-Systeme

(nach Lauber, R. u. Göhner, P. 1999)


CAD (CAE) – Der Anfang • 1963 entwickelte Ivan Sutherland am

MIT (Massachusetts Institute of Technology) das Programm „Sketchpad“, mit dem über ein Lichtgriffel einfache Zeichenobjekte erzeugt und in ihrer Größe verändert werden konnten Video

Fototransistor

Auslöser

Elektronik konventionell Nutzung

Lichtpistole

http://www.youtube.com/watch?v=495nCzxM9PI�


CAD (CAE) – Der Anfang • Ende der 60er bis Mitte der 70er Jahre entstehen vor

Allem im Flugzeugbau erste kommerzielle CAD-Systeme (2D), die mit Hilfe von IBM-Großrechnern liefen

CADAM (Computer Augmented Design And Manufacturing) der Fa. Lockheed

• Weiterentwicklung von CADAM durch Fa. Avions Marcel Dassault

CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application)

• Forschung an der Universität Cambridge zur Nutzung einfacher 3D-Körper

PDMS (Plant Design Management System) der Fa. Aveva

• Im Laufe der 80er Jahre ist mit dem Programm AutoCAD das rechnergestützte Konstruieren auch auf Heimrechner möglich


CAD CAE – Der Übergang

• CAD-Systeme wurden konzipiert, um den Menschen bei der Erzeugung von technischen Zeichnungen zu unterstützen (sauberes Zeichnen, Änderungsanpassungen, Symbolbibliotheken, Wiederverwendbarkeit, Reproduzierbarkeit)

• im Laufe der Zeit war es notwendig, mehr und mehr Informationen zu den einzelnen Zeichnungsobjekten bereitzustellen und zu interpretieren

• Werden neben dem eigentlichen Design- (Entwurf, Zeichnung) auch Projektierungsaufgaben durch diese Systeme übernommen, spricht man nicht mehr von CAD- sondern CAE-Systemen.


CAD CAE – Der Übergang

Steht hinter einem CAD-System ein Datenmodell für die Objekte, welches die Objekte selber, ihre Eigenschaften und ihre Relationen abbildet, und existiert eine Komponente für die Datenhaltung, so handelt es sich um ein CAE-System.

die Eigenschaften sind vor Allem nichtgrafische Aspekte

das „E“ bedeutet nicht nur Datenhaltung in Formularen, sondern stellt im wesentlichen die Informationsbasis für alle Meilensteine beim Engineering einer technischen Anlage dar (notwendig für die Generierung von Planungsdokumenten wie Listen, Datenblättern, Angebotsanfragen u.a.)


CAE-Systeme

Vergleich von CAE-Systemen in der AT (2002)

(nach Rauprich u. a. (2002))


CAE-Werkzeugvielfalt • in allen Lifecycle-Phasen kommen eine Vielzahl unterschiedlichster CAE-Systeme zum

Einsatz (Je nach Gewerk, eigene, auf ihre Umgebung optimierte CAE- Systeme) Einsatzgründe:

hist. großer Marktanteil und weite Verbreitung

Speziallösungen; besondere Funktionen (features)

Zwang (z.B. teilweise bei Entwicklungsumgebungen von Steuerungen)

Verfahrensentwicklung

Apparate- und Rohrleitungsplanung

Instrumentierung (PLT-Hardware)

Instrumentierung (PLT-Software)

Elektroplanung

weitere für bspw. die Konfiguration der Feldgeräte und Steuerungen und die Instandhaltung der Anlage


CAE-Systeme für die Verfahrensauslegung

• Aufgabe: Verfahren in Grobstruktur konzipieren Anlagenteile dimensionieren Energieverbrauch und Sicherheit optimieren

• Zielgruppe Verfahrenstechnik

• Methoden Modellierung Stationäre und dynamische Simulation

• Simulationswerkzeuge zur

Prozessmodellierung wie

z.B. Aspen-Hysys, UniSim, Matlab


CAE-Systeme für die Fließbilderstellung

• Aufgabe: Erstellen von Fließbildern nach EN ISO 10628 (Grundfließbild,

Verfahrensfließbild, Rohrleitung & Instrumentenfließbild (RI) • Zielgruppe

Verfahrenstechnik, MSR • Werkzeuge: SmartPlant P&ID, Comos, weitere CAD-Systeme


CAE-Systeme für die Aufstellung-, Apparate- und Rohrleitungsplanung

• Aufgabe: Planung der räumliche Anordnung von Apparaten und Maschinen in

einem dafür konzipierten Anlagengerüst Bestimmung Platzbedarf, Abschätzung Mengengerüste, Optimierung

von Investitions- und Montagekosten, Instandhaltung, Bedienung, Wege, Sicherheit, Instandhaltung durch Bestimmung von Ort und Lage

• Zielgruppe Stahlbau, Apparatebau

• Bsp.: z.B. AutoCAD, MicroStation, PDS 3D



Stahlbau

Rohrleitungen

Virtuelle Begehung


Rohrleitungs-isometrie



CAE-Systeme für die Instrumentierung (PLT-Hardware)

• Aufgabe: Feldinstrumentierung, Verkabelung, Schalträume Für Elektrotechnische Aufgaben: Stromlaufplan Für MSR-Aufgaben: PLT-Stellenplan

• Zielgruppe MSR

• z.B. SmartPlant Instrumentation, Comos, PRODOK, E-PLAN


CAE-Systeme für die Instrumentierung (PLT-Software)

• Aufgabe: Planung und Entwicklung der Logik von MSR und PLT-Aufgaben

(Steuerungs- und Regelungsprogrammentwurf) IEC 61131-3, VDI/VDE 3696 – Systemneutrale Programmierung

• Zielgruppe MSR, PLT

• z.B. logiDOC, Comos


CA-Systeme

Arbeitsplätze für das Engineering Wo liegt die Wahrheit? Papier oder im CA-System?

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