it‘s OWL Strategietagung 2017 Fachforum Systems ... · basiert auf SysML: SysML wird durch...

www.its-owl.de

it‘s OWL Strategietagung 2017

Fachforum Systems Engineering

Paderborn, 6. Dezember 2017

www.its-owl.de

Intelligente Produkte intelligent entwickeln –

Querschnittsprojekt Systems Engineering6. Dezember 2017, it‘s OWL Strategietag, Paderborn

© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 12.12.2017 3

Einführung

Ergebnisse im Überblick

Anwendung in der Praxis

Agenda

Breitenwirkung


Ausgangssituation

VDI-Richtlinie 2206


Herausforderungen 1/2

Probleme treten im rechten Ast auf:

▪ Hohe Abstimmungsaufwände

▪ Späte, kostenaufwändige Änderungen

▪ Nachträgliche Anforderungsänderungen

▪ Lange Entwicklungszeiten

▪ Die angestrebte Produktqualität wird nicht erreicht


Herausforderungen 2/2

Ursachen liegen im linken Ast:

▪ Kein einheitliches Verständnisüber das Gesamtsystem

▪ Komponentenorientiertes Denken

▪ Nur disziplinspezifische Modelle

▪ Unzureichendes methodisches Vorgehen

▪ Fehlende Transparenz und Nachverfolgbarkeit von Informationen

▪ Späte Betrachtung der Produktion


Querschnittsprojekt Systems EngineeringProblemstellung / Zielsetzung

Unternehmen befähigen, intelligente technische Produkte und

Produktionssysteme ganzheitlich disziplinübergreifend zu entwickeln

Leistungssteigerung durch

Systems Engineering

Frühzeitige

Modellierung im

Systementwurf

Durchgängigkeit in

die Fachdisziplinen


Mechatronische Systembeschreibung zur

frühzeitige Modellierung im Systementwurf

Gestalt

Mechatronisches Systemmodell

Umfeldmodell Anwendungs-

szenarien

Anforderungen

AnalyseFahrer

Pedelec

HMI

Werkstatt Untergrund 15 205 10 25

100

200

3004 3

2

1

Mo

torm

om

en

t /

Tri

ttm

om

en

t [%

]

Geschwindigkeit v / km/h

2

3

2.1

3.1

2.2

3.2

2.3

3.3

2.4 Sattelhöhe: 200 mm

Radgröße: 28 zoll

Rahmengröße: 500 mm

Radstand: 120 mm

Geometrie

Fertigung

Automatisierungsgrad: >60%

Ausbringungsmenge: 5.000 p.a.

Herstellkosten (max): 1.500 €

Wirksturktur VerhaltenFunktionen

Synthese

Akku SteuerungSteuerung

E-Motor

Hinterrad

RahmenBeschleunigenBremsen

ohne

Unterstützung

mit

Unterstützung

Fahrer

bewegen



Systemstruktur

Zufluss

Abfluss

Benutzer

Prüfinstitut

Haushalts-EMS

Strom-

versorgung

Wasser [18],

Chemie [3],

Schmutz [11]

Schmutz [11]

Systemzustand [13]

Start-/Stop-Signal [12]

Chemie [3]

Umwelt

Kraftschluss [14]

Akustik [2]

Akustik [38]

Abwärme [1]

Temperatur [16]

Schmutz [11]

Wasser [18]

Preisinformation [9]

Programmwahl [5]

Leistungsprofil Gerät [7]Laststeuerung [6]

Wäsche

Luftstrom [19]

Abluftstrom [10]

Mechanische Wirkung [20]

Trocknungsintensität [21]Wäscheverteilung [22]

Wärmeeinbringung [23]

Trommel &

Laugen-

behälter

Einspül-

kasten

Prozessluft-

gebläse

Heizkanal

Heizkörper

Antriebs-

motor

Pumpe &

Ablauf-

einrichtung

Kondens-

kanal

Steuer-

einheit

Einlass-

ventil

Gehäuse

Sensorik

Waschtrockner

Wäsche [17]

Wäsche [17]Schmutz [11]

El. Energie [4]Spannungsschwankung [8]

El. Energie [4]El. Energie [4]El. Energie [4]El. Energie [4]

Ein

lau

fve

ntils

teu

eru

ng

[3

0]

El. E

ne

rgie

[4

]

Ist-Drehzahl[28]

El. E

ne

rgie

[4]

Soll-Drehzahl [27]

Soll-Temperatur [26], Heizdauer [x]

Steuerinformation Prozessluftgebläse [24]

Dru

ck [2

9]

Steuerinformation Pumpe [25]

Temperatur [32]Wäscheverteilung [33]

Druck [29]

Ro

tato

risch

e E

ne

rgie

[3

9]

Wasser [18]

Wasser [18]

Wasser [18]

Wasser [18],

Chemie [3]

Luftstrom [19]

Luftstrom [19]

Luftstrom [19]

Luftstrom [19]

Wasser [18]

Abwärme [1]

Thermische

Energie [34]

Wasser [18],

Chemie[3],

Schmutz[11]

Abwärme [1]

Vo

lum

en

tsro

m [3

1]

Spannungsschwankung [8]

Te

mp

era

tur

[32

]

Un

wu

ch

t [3

3]

Reinigungsgrad [36]

Füllmenge [35]

Energieverbrauch [15]

Wasserverbrauch [37]

Ist-Temperatur,

Aufheizungsdauer


Mechatronische Systembeschreibung zur

frühzeitige Modellierung im Systementwurf

Gestalt


Umfeldmodell Anwendungs-

szenarien

Anforderungen

AnalyseFahrer

Pedelec

HMI

Werkstatt Untergrund 15 205 10 25

100

200

3004 3

2

1

Mo

torm

om

en

t /

Tri

ttm

om

en

t [%

]

Geschwindigkeit v / km/h

2

3

2.1

3.1

2.2

3.2

2.3

3.3

2.4 Sattelhöhe: 200 mm

Radgröße: 28 zoll

Rahmengröße: 500 mm

Radstand: 120 mm

Geometrie

Fertigung

Automatisierungsgrad: >60%

Ausbringungsmenge: 5.000 p.a.

Herstellkosten (max): 1.500 €

Wirksturktur VerhaltenFunktionen

Synthese

Akku SteuerungSteuerung

E-Motor

Hinterrad

RahmenBeschleunigenBremsen

ohne

Unterstützung

mit

Unterstützung

Fahrer

bewegen

Gru

nd

sätz

e z

ur M

od

ellie

run

g


Richtlinie: Die Klasse der Beziehung

(Energie, Information, Stoff, mechanische

Verbindung) wird durch den Zweck der

Verbindung bestimmt.

Bedingung: Jedes Element und jede

Beziehung ist einer Klasse zuzuordnen.

Grundsätze zur Modellierung plausibler

Systemstrukturen

Vergleichbarkeit

Vollständigkeit Richtigkeit

Beispiel

Bedingung: Mindestens ein Element der

Ebene n+1 erbt die Elementklasse des Vater-

Elements.

Bedingung: Gestaltbehaftete Elemente

haben mindestens eine Beziehung vom Typ

«mechanische Verbindung».

Bedingung: Für Elemente der Klasse

«Energiewandler» gilt:

Energie-Typ IN ≠ Energie-Typ OUT.

Bedingung: Für Elemente der Klasse

«Energieübertrager» gilt:

Energie-Typ IN = Energie-Typ OUT.

Linearmotor

«Energiewandler»

«elektrische

Energie»

KraftStrom

«translatorische

Energie»

«mechanische

Verbindung»

13 Richtlinien und 25 Bedingungen

in den Kategorien: Vergleichbarkeit,

Vollständigkeit, Richtigkeit

System-

element Energie

Mech.

Verbindung

Legende

Port


Softwarewerkzeuge zur Modellierung

Commercial off-the-shelf Eigenentwicklungen

SysML-Profile Engineering Plattformen


Vergleich von verschiedenen MBSE-Werkzeugen

Anforderungen

@

Modeller

Aufnahme der Anforderungen

Wann soll das Tool genutzt werden?

Wofür? Wie? Wer?

Kriteriendefinition

Identifikation von rund 200 Kriterien und

Bewertungsmaßstäben

Tool-Evaluierung

Bewertung der Kriterien

Bewertungskriterien

Tool-Vergleich und Bewertung

Objektiver Vergleich der Modeller und

der Eignung für CONSENS

Analyse

Bewertung

1


Profil zur Erweiterung der SysML und Anwendung von

CONSENS in SysML-Modellierungswerkzeugen

4

Das SysML4CONSENS-Profil

basiert auf SysML:

▪ SysML wird durch zusätzliche

Modellierungskonstrukte

erweitert, um gemäß

CONSENS zu modellieren

▪ CONSENS kann in SysML-

Modellierungswerkzeugen

genutzt werden

▪ Das SysML4CONSENS-

Profil ist aktuell für Eclipse

Papyrus and Sparx Systems

Enterprise Architect verfügbar

SysML4CONSENS Umfeldmodell:

▪ Unterscheidung zwischen

Umwelt und zu entwickelndem

System

▪ Visuelle und formale

Anreicherung von SysML-

Modellen


Durchgängigkeit in die Fachdisziplinen

Systemmodell als Basis für die Fachdisziplinen

Disziplinübergreifende

Systembeschreibung

dokumentiert im

Systemmodell

Welche Informationen werden für welche

Fachdisziplin benötigt?

In welcher Form benötigt die Fachdisziplin

diese Informationen?

Durchgängigkeit in die Fachdisziplinen

Durchgängigkeit in

die Fachdisziplinen


…den fachdisziplinüber-

greifenden Systementwurf

…den Übergang in die Fachdisziplinen

EntwurfsumgebungZielsetzung und Schwerpunkte

Zielsetzung:

▪ Softwareunterstützter und systematischer Übergang in die Fachdisziplinen

▪ Reduzierung von manuellen Schritten im Entwicklungsprozess

Schwerpunkte: Werkzeugunterstützung für…

Softwaretechnik

Erweiterte

SysML-Werkzeuge

Regelungstechnik

Modelltransformationen,

Datenaustauschformate


Entwicklungsleitfäden

Bedarfsgerechtes Systems Engineering durch

Entwicklungsleitfäden und Werkzeugkoffer

(Dissertation Anja Czaja – in Arbeit)

Prozessbausteine

Methoden

Rollen

Werkzeuge


Innovationsprojekte profitieren von Systems Engineering

Zustände Wäschestück

Volltrockenware

Wäschestück

Personalisierbar:bool

Saugfähigkeit [l/kg]:float

Verschmutzungsgrad:float

Faltmuster:enum

Farbe:enum

Formteil

Form:enum

Flachwäsche

Größe:enum

Verschmutzt

Sauber

Halbtrocken

Feucht

Trocken

Zustand Zustandsübergang Anfangsknoten

Ungefaltet

Gefaltet

Legende

Objekt Generalisierung

SotierstandZentrifugeKleine Waschstraße

VereinzelungsstandPresseGroße Waschstraße

Wäsche waschen

Wäsche waschen

Sortierspeicher

Entwässern

Entwässern

Wasch- & Schleudermaschine [2]

Waschen Schleudern

Markier- und Lagerstation

Wäsche markieren

Wäsche puffernBündel markierter

Wäsche

Vereinzeln

Sortieren

Wäsche puffern

Formteile,

Volltrockenware,

Flachwäsche

[verschmutzt]

Volltrockenware,

Flachwäsche

[verschmutzt]

Wäschestück

[sauber]

[feucht]

Wäschestück

[sauber]

[feucht]

Wäschestück

[sauber]

[halbtrocken]

Wäschestück

[sauber]

[halbtrocken]

Vorpuffer 12-Kammer-Waschstraße

WaschenWäsche

vorpuffern

Zufluss

Abfluss

Benutzer

Prüfinstitut

Haushalts-EMS

Strom-

versorgung

Wasser [18],

Chemie [3],

Schmutz [11]

Schmutz [11]

Systemzustand [13]

Start-/Stop-Signal [12]

Chemie [3]

Umwelt

Kraftschluss [14]

Akustik [2]

Akustik [38]

Abwärme [1]

Temperatur [16]

Schmutz [11]

Wasser [18]

Preisinformation [9]

Programmwahl [5]

Leistungsprofil Gerät [7]Laststeuerung [6]

Wäsche

Luftstrom [19]

Abluftstrom [10]

Mechanische Wirkung [20]

Trocknungsintensität [21]Wäscheverteilung [22]

Wärmeeinbringung [23]

Trommel &

Laugen-

behälter

Einspül-

kasten

Prozessluft-

gebläse

Heizkanal

Heizkörper

Antriebs-

motor

Pumpe &

Ablauf-

einrichtung

Kondens-

kanal

Steuer-

einheit

Einlass-

ventil

Gehäuse

Sensorik

Waschtrockner

Wäsche [17]

Wäsche [17]Schmutz [11]

El. Energie [4]Spannungsschwankung [8]

El. Energie [4]El. Energie [4]El. Energie [4]El. Energie [4]

Ein

lau

fve

ntils

teu

eru

ng

[3

0]

El. E

ne

rgie

[4

]

Ist-Drehzahl[28]

El. E

ne

rgie

[4

]

Soll-Drehzahl [27]

Soll-Temperatur [26], Heizdauer [x]

Steuerinformation Prozessluftgebläse [24]

Dru

ck [2

9]

Steuerinformation Pumpe [25]

Temperatur [32]Wäscheverteilung [33]

Druck [29]

Ro

tato

risch

e E

ne

rgie

[3

9]

Wasser [18]

Wasser [18]

Wasser [18]

Wasser [18],

Chemie [3]

Luftstrom [19]

Luftstrom [19]

Luftstrom [19]

Luftstrom [19]

Wasser [18]

Abwärme [1]

Thermische

Energie [34]

Wasser [18],

Chemie[3],

Schmutz[11]

Abwärme [1]

Vo

lum

en

tsro

m [

31

]

Spannungsschwankung [8]

Te

mp

era

tur

[32

]

Un

wu

ch

t [3

3]

Reinigungsgrad [36]

Füllmenge [35]

Energieverbrauch [15]

Wasserverbrauch [37]

Ist-Temperatur,

Aufheizungsdauer


Transfer in die Breite – 44 durchgeführte Projekt


MBSE ermöglicht viele Potentiale

Ideenfindung Komplexitätsmanagement

Wiederverwendung

Dokumentation

Projektmanagement

Projektstart

Kommunikation

Risikoreduktion

System-

verständnis

Systemsimulation

Fehler-

vermeidung

Qualitätsverbesserung

Traceability

Entwicklungszeit-

verkürzung

Kostennachverfolgung

Wissensmanagement

…


Beispiele für durchgeführte Transferprojekte


Nationaler und internationaler Austausch

Jährliche Organisation eines Tages

auf der it‘s OWL Summerschool International Spring School on

Systems Engineering (IS3E)

2010-12 | München

2013 | Paderborn

2014 | München

2015 | Paderborn

2016 | Kopenhagen

CONSENS Seminare in Malaysia

und erfolgreiche Bewerbung für ein

BMBF Förderprojekt

2017 | Twente


Nachhaltige Verwertung über die Projektlaufzeit hinaus

Zwei gemeinsame Demonstratoren auf

der Hannover Messe (Miele, CLAAS)

15 Veröffentlichungen in

verschiedenen Fachmagazinen

it‘s OWL Schulung „Einführung Systems

Engineering“ mit 41 Teilnehmern in 3 Durchgängen

Ausgründung „iQuavis Europe“:

MBSE-Modeller auf Basis von CONSENS

Systems Engineering

LiveLab am Fraunhofer IEMEtablierung der Fachgruppe „Systems Engineering“

(6 Veranstaltungen, über 300 Teilnehmer/innen)


Fachgruppe „Systems Engineering“

Aktiver Austausch zu ThemenschwerpunktenAugust 2014 | Kannegiesser

November 2014 | FMB Messe

Oktober 2015 | GEA

Integrative

Produkt- und

Produktionssystem-

planung

Juni 2016 | KEB

Kick Off

Anforderungen,

MBSE, Soft Facts,

Werkzeuge

SE für den

Mittelstand

Mai 2017 | Fraunhofer IEM

SE-Tools für

den Mittelstand

September 2017 | HARTING AT

Agile Methoden

im SE

13. Juni 2018 | nächstes Treffen der Fachgruppe


Vielen Dank!


▪ Lösen komplexe Aufgaben innerhalb einer bestimmten

Anwendungsdomäne

▪ Müssen ohne menschliche Hilfe zielführend

agieren können

▪ Können im Betrieb Ereignisse und Aktionen lernen, die

z.T. nicht vorgedacht sind

▪ Zahlreiche technologische Bausteine

werden noch benötigt (insb. Kognition)

Intelligente technische SystemeDie Produkte von morgen

ITS

Wie können die Systeme trotz hoher Unsicherheit aufgrund unbekannter

Situationen im Lebenszyklus verlässlich entworfen werden? ?

Autonome Systeme


▪ Bilden komplexe Systeme, deren Funktionalität u.

Leistungsfähigkeit die der Einzelsysteme übersteigt

(lokale Strategien)

▪ Verändern die Systemgrenzen im Betrieb (globales

Setting)

▪ System-of-Systems (SoS), in welchem die

Einzelsysteme autark voneinander entwickelt

werden und agieren können


ITS

Dynamisch vernetzte Systeme

Wie kann die Entwicklung des Systems trotz seiner Einbettung in ein

unbekanntes, dynamisches Systemumfeld beherrscht werden??


▪ Intensivieren die physische und kognitive

Interaktion mit dem Menschen

▪ Passen sich flexibel an die Bedürfnisse des

Anwenders an und unterstützen diesen

kontextbasiert

▪ Können sich selbst erklären

▪ Basieren auf multimodalen Interaktions-

möglichkeiten (insb. AR, Hologramme)


ITS

Interaktive sozio-technische Systeme

Wie kann das „Teilsystem Mensch“ im Entwurf berücksichtigt werden??


▪ Verändern die gesamte Marktleistung,

ermöglichen neue Geschäftsmodelle

▪ Führen zu hybriden Leistungsbündeln, die

auf der engen Verzahnung von Sach- und

Dienstleistungen beruhen

▪ Bedarfsgerechte Problemlösungen durch Dienste auf

Basis von Datenerfassung, -verarbeitung


Produkt-Service-Systeme

ITS

Wie können frühzeitig über das Produkt hinausreichende flexible

Servicesysteme mit- und weiterentwickelt werden??



Interaktive sozio-technische SystemeProdukt-Service-Systeme Interaktive sozio-technische Systeme

Dynamisch vernetzte SystemeAutonome Systeme

ITS

ITS benötigen Systems Engineering!

www.its-owl.de

Innovationsprojekt Separator i4.0 –

Anwendung von Methoden des Systems Engineering

André Lipsmeier, 6. Dezember 2017

© it‘s OWL Clustermanagement GmbH | 6. Dezember 2017 39

Ausgangssituation und Zielsetzung

▪ Separatoren müssen flexibel

auf Veränderungen über-

geordneter Prozesse

reagieren können

▪ Umfangreiches Maschinen-

und Prozesswissen ist heute

häufig nur implizit vorhanden

▪ Informations- und Kommu-

nikationstechnologie eröff-

net weitreichende Potentia-

le zur Verbesserung von

Separatoren

2013

Herausforderungen

Interdisz. Entwicklungsmethodik

▪ Systemmodellierung, die Produkt-

und Prozessbeschreibung vereint

Expertensystem

▪ Nachhaltige Einbindung von Ex-

pertenwissen in die Weiterent-

wicklung und Optimierung von

Separationsprozessen

Intelligente Sensorik

▪ Sensorik zur eigenständigen An-

passung des Separators auf ver-

änderte Betriebsbedingungen

Zielsetzung

2017

Projekt-

start


ProjektüberblickProjektstruktur

QP 1

Interdisziplinäre

Entwicklungsmethodik

QP 1.1 Systemmodellierung / QP 1.2 Mechatronische Modularisierung

Projektkoordination / Lenkungskreis

Legende: PP Pilotprojekt Clusterquerschnittsprojekt

PP1.3 Konzepterstellung

PP1.4 Konzeptbewertung

(u.a. Nutzen/

Wirtschaftlichkeit)

PP1.5 Integration in

Systemmodell

PP1.1 Anforderungen und

Anwendungsszenarien

PP1.2 Funktionen

PP1.6 Entwurf des

Verhaltens in der

Systemsteuerung

PP1.7 Gestaltentwurf

vom Gesamtsystem

PP1

Intelligente

Sensorik

QP Querschnittsprojekte

PP2.1 Systemmodell

Separator

PP2

Experten-

system

PP2.2 Identifizierung von

Systemzusammenhängen

PP2.3 Regelwerk

PP2.4 Analyse und

Optimierung Regelwerk

PP 3.1

Prototypische

Realisierung des

Separators mit

intelligenter Sensorik

PP 3.2

Prototypische

Realisierung des

Expertensystems

PP 3.3

Integrierter

Demonstrator

PP3 Validierungs-

umgebung

Clusternachhaltigkeitsmaßnahme

Sys

tem

s E

ng

ine

eri

ng

it`s

OWL

Se

lbs

top

tim

ieru

ng

Inte

llig

en

te V

ern

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g Vo

rau

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Mark

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ng

Tech

no

log

ieakzep

tan

z

Pro

du

ktp

irate

rie

Bildungs-

motor

it`s

OWL

Systems

Engineering

GEA

IEM

GEA

GEA

IEM


QP1 Interdisziplinäre EntwicklungsmethodikErgebnisse im Überblick

Mechatronische Systembeschreibung QP1.1.

SystemmodellierungTrommel

Schließmechanismus

Verteiler-

halsVerteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Trommelunterteil

Antrieb [Antr.]

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Fe

sts

toff

Bedingte mechanische

Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Ro

hp

rod

ukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Mech.

Verbindung

Schwing-

ungenMech. Verbindung

Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl

Mech. Verb.Öl (~50°C)

Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)

Elektr. Signal (Temperatur)

Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Steuerwasser

Antr.1

Antr.2

Antr.5

XÖA4

HK1

Flüssige

Phase

Luft (Sauerstoff)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)

Kühlwasser (5-30°C)

1.3; 1.6 2.4; 2.9

1.5 2.4; 2.14 3.1

3.1

1.6 2.13; 2.14 3.1 3.1

2.13

1.4; 1.5 2.4; 2.7 2.4; 2.5

1.6 2.9; 2.11; 2.12

QP1.2. Mechatronische

Modularisierung

Trommel

Schließmechanismus

Ventil

(Kohlen-

säure)

Zuführung

Kohlen-

säure

Zulauf(u.a. Hydrohermetik

scheibe)

Drossel-

ventil

(leichte Ph)

Schäl-

scheibe

(leichte Ph)

Verteiler-

hals

Ablaufkanal

(Ableiter)

(leichte Ph)

Verteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Haube/ Fänger

Haube

FängerTrommelunterteil

Antrieb [Antr.]

Abführung Feststoff

Feststoffzyklon

Regelventil

(leichte

Phase)

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Ölaggregat [ÖA]

Mech.

Pumpe

(passiv)

Durchfluss

wächter

Öl-Pumpe

Ölbehälter

Öl-Kühler

(Wärme-

tauscher)

Kühlwasser

(+7/10°C)

Öl (kalt)Kanal

Hydro-

kammer

Hauben-

raum

Produkt/CIP/allg. Leckage

Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Feststoff-

fängerSteuerwas

serfänger

Mech.

Sicherheits-

ventil

Fests

toff


Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Rohpro

dukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Flüssige Phase (leicht)

Flüssige Phase

(leicht)Flüssige

Phase

(leicht)

Flüssige

Phase (leicht)

Feststoff

Zuführung

entgastes

Wasser

Ventil

(entgastes

Wasser)

Zuführung

Wasser

(Kühlung)

Ventil

Kühlwasser

Mech.

Verbindung

Schwing-


Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl


Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)


Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Elektr.

Leistung

Elektr.

Energie

Impuls

e

Öl

Öl


Öl

Kühlw

asser

(+2/3

°C)

Mech. Verb.

Kühlwasser

Kühlwasser

(5-30°C)

Steuersignal

Abwärme

Steuerwasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Steuerwasser

Haubenspülwasser

Haubenspülwasser

Haubenspül-

wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Kohlen-

säure

Kohlen-

säure

Steuersignal

Steuersignal

Geräusche

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Kühlwasser (warm)

Kühlw

asser

(+2/3

°C)

Füllsta

nd

Fests

toff

Antr.1

Antr.2

Abf.Fest. 1

ÖA1

ÖA2

Antr.5

ÖA3

HF1

HF2

HF3

Antr.8

XÖA4

ÖA4

Vent. 6

Vent. 7

Vent. 8

Sprühkopf

Haubenspülwasser

Haubenspülw

asser

HK1

Flüssige

Phase

HK1

Flüssige

Phase

Luft

(Sauerstoff)HK2

Luft (Sauerstoff)

Druck-

sensor

(leichte Ph)

Durchfluss

sensor

(leichte Ph)

Trübungs-

sensorFlüssige

Phase (leicht)

TrübungDurchflussDruck

Feststoff-

pumpeFüllstands-

sensor

Abf.Fest. 2

Steuersignal

ZGA 4 ZGA 5 ZGA 6 ZGA 7 ZGA 8

Steuersignal

Drossel-

ventil

(schwere Ph)

Schäl-

scheibe

(schwere Ph)

Ablaufkanal

(Ableiter)

(schwere Ph)

Druck-

sensor

(schwere Ph)

Durchfluss

sensor

(schwere Ph)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)

Flü

ssig

e P

hase (

schw

er)

Flüssige

Phase (leicht)Flüssige

Phase (leicht)

Flüssige Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)Flüssige Phase (schwer)

Druck Durchfluss

Regelventil

(schwere

Phase)

Steuersignal

Druck-

sensor

Kühlwasser


ÖA4

Dru

ck

Kühlw

asser

ZGA 9

Schwingungs-

werte Schwingungs-

sensor

Mech.

Verb

.

Schw

ing-

ungen

M 1

M 2

Separator

Modul

Submodul


Erw

eit

eru

ng

der

mec

hatr

o-

nis

ch

en

Syste

mb

esch

reib

un

g

Phasen Tätigkeiten

1

Erstellung der

mechatronischen

Systembeschreibung

▪ Erstellung des Umfeldmodells

▪ Erstellung der Wirkstruktur

Analyse ver-

fahrenstechnischer

Einflussgrößen

2

Resultate

Mechatronische

Systembeschreibung

3

Analyse von

Fehlzuständen▪ Unterscheidung von gewollten/

ungewollten Auswirkungen

▪ Analyse der Fehlzustände

mittels FMEA und FTA

Identifikation von

Vermeidungs-

maßnahmen

Vermeidungs-

maßnahmen

▪ Analyse von Primärereignissen

bzgl. Vermeidungsmaßnahmen4

Fehlzustandsbaum

▪ Identifikation von

produktflussrelevanten

Systemelementen

▪ Identifikation

verfahrenstechnischer

Auswirkungen

▪ Erstellung einer

Auswirkungsmatrix

FTA: Fault Tree Analysis

Konzept zur Abbildung komplexer

verfahrenstechnischer Zusammenhänge

Auswirkungsmatrix


Trommel

Schließmechanismus

Ventil

(Kohlen-

säure)

Zuführung

Kohlen-

säure


scheibe)

Drossel-

ventil

(leichte Ph)

Schäl-

scheibe

(leichte Ph)

Verteiler-

hals

Ablaufkanal

(Ableiter)

(leichte Ph)

Verteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Haube/ Fänger

Haube


Antrieb [Antr.]


Feststoffzyklon

Regelventil

(leichte

Phase)

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Ölaggregat [ÖA]

Mech.

Pumpe

(passiv)

Durchfluss

wächter

Öl-Pumpe

Ölbehälter

Öl-Kühler

(Wärme-

tauscher)

Kühlwasser

(+7/10°C)

Öl (kalt)Kanal

Hydro-

kammer

Hauben-

raum


Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Feststoff-

fängerSteuerwas

serfänger

Mech.

Sicherheits-

ventil

Fe

sts

toff


Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Ro

hp

rod

ukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Rohprodukt/

Wasser/ CIP


Flüssige Phase

(leicht)Flüssige

Phase

(leicht)

Flüssige

Phase (leicht)

Feststoff

Zuführung

entgastes

Wasser

Ventil

(entgastes

Wasser)

Zuführung

Wasser

(Kühlung)

Ventil

Kühlwasser

Mech.

Verbindung

Schwing-


Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl


Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)


Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Elektr.

Leistung

Elektr.

Energie

Imp

uls

e

Öl

Öl


Öl

Kü

hlw

asse

r

(+2

/3°C

)

Mech. Verb.

Kühlwasser

Kühlwasser

(5-30°C)

Steuersignal

Abwärme

Steuerwasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Steuerwasser

Haubenspülwasser

Haubenspülwasser

Haubenspül-

wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Kohlen-

säure

Kohlen-

säure

Steuersignal

Steuersignal

Geräusche

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Kühlwasser (warm)

Kü

hlw

asse

r (+

2/3

°C)

Fü

llsta

nd

Fe

sts

toff

Antr.1

Antr.2

Abf.Fest. 1

ÖA1

ÖA2

Antr.5

ÖA3

HF1

HF2

HF3

Antr.8

XÖA4

ÖA4

Vent. 6

Vent. 7

Vent. 8

Sprühkopf

Haubenspülwasser

Ha

ub

en

sp

ülw

asse

r

HK1

Flüssige

Phase

HK1

Flüssige

Phase

Luft

(Sauerstoff)HK2

Luft (Sauerstoff)

Druck-

sensor

(leichte Ph)

Durchfluss

sensor

(leichte Ph)

Trübungs-

sensorFlüssige

Phase (leicht)


Feststoff-

pumpeFüllstands-

sensor

Abf.Fest. 2

Steuersignal


Steuersignal

Drossel-

ventil

(schwere Ph)

Schäl-

scheibe

(schwere Ph)

Ablaufkanal

(Ableiter)

(schwere Ph)

Druck-

sensor

(schwere Ph)

Durchfluss

sensor

(schwere Ph)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)

Flü

ssig

e P

ha

se

(sch

we

r)

Flüssige


Phase (leicht)

Flüssige Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase


Druck Durchfluss

Regelventil

(schwere

Phase)

Steuersignal

Druck-

sensor

Kühlwasser


ÖA4

Dru

ck

Kü

hlw

asse

r

2.3; 2.9 3.1

1.3; 1.6

1.3 2.4; 2.6; 2.8; 2.9 2.4; 2.6; 2.7

1.1; 1.2;

1.32.4; 2.6;

2.8; 2.9

1.1; 1.2 2.4; 2.6; 2.7

1.1 2.2; 2.3

1.1 2.1; 2.2; 2.3

1.1 2.2; 2.3

1.1 2.1; 2.2; 2.3

1.3; 1.6 2.4; 2.9

1.5 2.4; 2.14 3.1

3.1

1.6 2.13; 2.14 3.1 3.1

2.13

1.4; 1.5 2.4; 2.7 2.4; 2.5

3.1

3.1

2.9

1.6 2.9; 2.11; 2.12

Phase 2: Analyse verfahrenstechnischer Einflussgrößen

Verfahrenstechnik

Parameter änderbar

Parameter nicht änderbar

10Referenz für verfahrens-technischen Effekt

Auswirkungen auf Produkt

2

Auswirkungen auf Prozess

Auswirkungen auf System

Aktivierung Schließimpulse

Aktivierung Pausen-wasserprogramm

Aktivierung Feststoffabfuhr

Ansteuerung Ventile Produktion

Aktivierung Entleerungssteuerung

Aktivierung Druckregelung Ablauf

Aktivierung Durchfluss-regelung Zulauf

Ansteuerung Pumpe

Aktivierung Feststoffabfuhr

StandbybetriebProduktion

Ansteuerung Ventile Standby

Modularisierung

1

3

Konzentr

atio

n

Vis

kositä

t S

ahne

Scheru

ng

Konzentr

atio

n F

ests

toff

Effiz

ienz M

agerm

ilch

(Restfettgehalt)

Entr

ahm

ungsschärf

e

(Fettgehalt)

Dru

ck (

Abla

uf)

Konzentr

atio

nsgefä

lle

Durc

hflu

ss

Str

öm

ungsverh

alte

n

Pro

dukabfü

hru

ng z

ur

Schäls

cheib

e

Sauers

toffaufn

ahm

e

Rückdru

ck

Str

öm

ungsdru

ck

Volu

menstr

om

Luftein

schla

g

Saugkapazitä

t

Dru

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Schäls

cheib

e)

Entle

eru

ngsfr

equenzen/-

volu

men

Vers

topfu

ng/V

erluste

Adhäsio

n

1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1

Zuführung Rohprodukt

Ventil (Rohprodukt)

Zulaufpumpe x x x x x

Drucksensor

Durchflusssensor

Zulauf x x x x x

Verteiler x x x x x

Tellerpaket x x x x

Kolbenschieber x x x x

Trommeloberteil x

Kolbenventil x

Fänger (Feststofffänger) x

Feststoffzyklon (Füllstandssensor) x

Abführung Feststoff (Feststoffpumpe) x

Scheideteller x x x x

Verteilerhals x x

Schälscheibe (leichte Ph) x x x x x x x

Ablaufkanal (Ableiter) (leichte Ph) x x x x x

Drucksensor (leichte Ph)

Durchflusssensor (leichte Ph) x x x x

Regelventil (leichte Ph) x x x x

Schälscheibe (schwere Ph) x x x x x

Ablaufkanal (Ableiter) (schwere Ph) x x x

Drucksensor (schwere Ph) x x x

Regelventil (schwere Ph) x x x

Ablaufventil (Produkt schwer)

Ablaufventil (Produkt leicht)

Abführung (Produkt schwer)

Abführung (Produkt leicht)

Antrieb x x x x

Sy

ste

me

lem

en

te

Hat ein Systemelement (Zeile)

verfahrenstechnische Auswirkungen auf

das Produkt, den Prozess oder das

System (Spalte)?

1. Produkt (Milch) 2. Prozess 3. System

Verfahrenstechnische Auswirkungen

Auswirkung auf

System:

3.1 Adhäsion

Auswirkung auf

Produkt:

1.3 Scherung

1.6 Entrahm-

ungsschärfe

Auswirkung auf

Prozess:

2.4 Durchfluss

2.9 Volumenstrom


scheibe)

Verteiler

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

2.3; 2.9 3.1

1.3; 1.6

1.3; 1.6 2.4; 2.9 3.1


Phasen Tätigkeiten

1

Erstellung der

mechatronischen

Systembeschreibung



Analyse ver-

fahrenstechnischer

Einflussgrößen

Auswirkungsmatrix2

Resultate

Mechatronische

Systembeschreibung

3

▪ Unterscheidung von gewollten/

ungewollten Auswirkungen

▪ Analyse der Fehlzustände

mittels FMEA und FTA

Identifikation von

Vermeidungs-

maßnahmen

Vermeidungs-

maßnahmen

▪ Analyse von Primärereignissen

bzgl. Vermeidungsmaßnahmen4

Fehlzustandsbaum

▪ Identifikation von

produktflussrelevanten

Systemelementen

▪ Identifikation

verfahrenstechnischer

Auswirkungen

▪ Erstellung einer

Auswirkungsmatrix

Erw

eit

eru

ng

der

mec

hatr

o-

nis

ch

en

Syste

mb

esch

reib

un

g

FTA: Fault Tree Analysis

Konzept zur Abbildung komplexer

verfahrenstechnischer Zusammenhänge

Analyse von

Fehlzuständen


Fehlzustandsbaum – Verfahrenstechnik

Schlechte

Produktqualität

Schlechte

Produktqualität

Magermilch

Schlechte

Produktqualität

Sahne

Entrahmungs-

schärfe n.i.O.

Abscheidung

Nicht-Milch-

Bestandteile n.i.O.

Konzentration

Sahne n.i.O. FFA-Wert zu hoch

Maschinen-

parameter n.i.O.

Produktparameter

n.i.O.

Konzentration zu

niedrig

Konzentration zu

hoch

Zulaufdruck n.i.O. Ablaufdruck n.i.O. G-Zahl n.i.O.Ablaufmenge zu

hoch

Zulaufmenge zu

niedrig

Fettgehalt

Zulauf zu

niedrig

Entrahmungs-

schärfe n.i.O.

Ablaufmenge zu

niedrig

Zulaufmenge zu

hoch

Fettgehalt

(Zulauf) zu

hoch

Produktqualität

Zulauf n.i.O.

Temperatur

Milch n.i.O.

Regelventil

(leichte

Phase) zu weit

geöffnet

Regelventil

(Zulauf) zu

weit

geschlossen

Zulauf-Pumpe

Drehzahl zu

niedrig

Milchtank leer

Viskosität

Endprodukt zu

hoch (Sahne)

Drehzahl zu

gering

Regelventil

(leichte

Phase) zu weit

geschlossen

Anlagen-

Gegendruck

zu hoch

Regelventil

(Zulauf) zu

weit geöffnet

Zulaufpumpe

Drehzahl zu

hoch

Drehzahl zu

gering

Zulaufmenge

n.i.O.

Ph-Wert n.i.O.

(Zulauf)

Mikrobiologie

n.i.O. (Zulauf)

Fettgehalt

n.i.O. (Zulauf)

Partikelgröße Fett

zu klein

Drehzahl zu

gering

Ablaufmenge

n.i.O.

Zulaufmenge zu

hoch

Zulaufmenge zu

gering

Ablaufmenge zu

hoch

Drehzahl

Trommel zu

niedrig

Regelventil

(schwere

Phase) zu weit

geöffnet

Scherung

Produkt-

qualität

Rohprodukt

Zulauf-

pumpe zu

schnell /

Drehzahl zu

hoch

Regelventil zu

weit

geschlossen

Umfeldparameter

n.i.O.

Zulaufmenge

n.i.O.

Ablaufmenge

n.i.O.

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu gering

Regelventil zu

weit

geschlossen

Milchtank leer

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu hoch

Regelventil zu

weit geöffnet

Ph-Wert n.i.O.

(Fertigprodukt)

Eingangs-

qualität Milch

Mikrobiologie

n.i.O.

(Fertigprodukt)

Eingangs-

qualität Milch

Ph-Wert n.i.O.

Eingangs-

qualität Milch

Ablaufmenge zu

hoch

Regelventil

(schwere

Phase) zu weit

geöffnet

Zulaufmenge zu

hoch

Zulaufmenge zu

gering

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu gering

Regelventil zu

weit

geschlossen

Milchtank leer

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu hoch

Regelventil zu

weit geöffnet

Mikrobiologie

n.i.O.

(Fertigprodukt)

Eingangs-

qualität Milch

Entleerungs-

system n i.O.

Flasche

Auslegung

Tellerpaket

Zulaufdruck n. i.O.

Steuerwasser-

druck n. i.O.Feststoffraum voll

Drehzahlabfall je

Entleerung nimmt

ab

Zu wenige

bzw. keine

Entleerungen

Auslegung

Trommel nicht

i.O.

Steuerwasser-

ventil zu

Steuerwasser-

druck zu

niedrig

eingestellt

Steuerwasser-

leitung zu

klein

dimensioniert

Zu wenige

Entleerungen

Entleerungs-

system n. i.O.

Drehzahl

Trommel zu

niedrig

Maschinen-

parameter n.i.O.

Produktparameter

n.i.O.

Umfeldparameter

n.i.O.

Zulaufmenge

n.i.O.

Verteiler

verstopft

Zulaufmenge zu

hoch

Steigekanal

verstopft

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu hoch

Regelventil zu

weit geöffnet

Zulaufmenge

n.i.O.

Zulaufmenge zu

hoch

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu hoch

Regelventil zu

weit geöffnet

Ablaufdruck n.i.O.

Trennzone

falsch

eingestellt

Produktqualität

Zulauf n.i.O.

Temperatur

Milch n.i.O.

Mikrobiologie

n.i.O. (Zulauf)

Ph-Wert n.i.O.

(Zulauf)

G-Zahl n.i.O.

Maschinen-

parameter n.i.O.

Produktparameter

n.i.O.

Umfeldparameter

n.i.O.

Drehzahl

Trommel zu

hoch

G-Zahl n.i.O.

Sahne Greifer-

auslegung

n.i.O.

Verteiler-

auslegung

n.i.O.

Zulaufpumpe

falsch

ausgelegt

Zulaufventil

falsch

ausgelegt

Temperatur

Milch n.i.O.

Mikrobiologie

n.i.O. (Zulauf)

Eingangs-

qualität MilchZulaufpumpe zu

Zulaufventil

Stellungsparameter

nicht abgestimmt

Einlauf-

temperatur

messen

Wasserfahrt EntleerungProduktfahrt

ohne Produkt

Entleerungs-

menge

erhöhen

Reinigung

Produktqualität

Zulauf n.i.O.

Temperatur

Milch n.i.O.

Ph-Wert n.i.O.

(Zulauf)

Mikrobiologie

n.i.O. (Zulauf)

Ablaufmenge

n.i.O.

Ablaufmenge zu

hoch

Einlauf-

temperatur

messen

Steuerwasser-

ventil zu

Steuerwasser-

druck zu

niedrig

eingestellt

Steuerwasser-

leitung zu

klein

dimensioniert

Zu wenige

Entleerungen

Entleerungs-

system n. i.O.Zulaufmenge zu

hoch

Drehzahl

Zulaufpumpe

zu hoch

Regelventil zu

weit geöffnetWasserfahrt Entleerung

Produktfahrt

ohne Produkt

Entleerungs-

menge

erhöhen

Reinigung

Legende

Haupt/-

Zwischenereignis

Primäres

Ereignis

Transfer-

Symbole

Oder-

Verknüpfung

Und-

Verknüpfung

X-Oder-

Verknüpfng

X-Oder-

Verknüpfung

Unentwickeltes

Ereignis

IN

OUT

M

Bedingte

Verknüpfung

Vermeidungs-

maßnahme

Phase 4: Identifikation von Vermeidungsmaßnahmen

Analyse von Primärereignissen


QP1 Interdisziplinäre EntwicklungsmethodikErgebnisse im Überblick

Mechatronische Systembeschreibung QP1.1.

SystemmodellierungTrommel

Schließmechanismus

Verteiler-

halsVerteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Trommelunterteil

Antrieb [Antr.]

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Fe

sts

toff


Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Ro

hp

rod

ukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Mech.

Verbindung

Schwing-


Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl


Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)


Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Steuerwasser

Antr.1

Antr.2

Antr.5

XÖA4

HK1

Flüssige

Phase

Luft (Sauerstoff)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)


1.3; 1.6 2.4; 2.9

1.5 2.4; 2.14 3.1

3.1

1.6 2.13; 2.14 3.1 3.1

2.13

1.4; 1.5 2.4; 2.7 2.4; 2.5

1.6 2.9; 2.11; 2.12

QP1.2. Mechatronische

Modularisierung

Trommel

Schließmechanismus

Ventil

(Kohlen-

säure)

Zuführung

Kohlen-

säure


scheibe)

Drossel-

ventil

(leichte Ph)

Schäl-

scheibe

(leichte Ph)

Verteiler-

hals

Ablaufkanal

(Ableiter)

(leichte Ph)

Verteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Haube/ Fänger

Haube


Antrieb [Antr.]


Feststoffzyklon

Regelventil

(leichte

Phase)

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Ölaggregat [ÖA]

Mech.

Pumpe

(passiv)

Durchfluss

wächter

Öl-Pumpe

Ölbehälter

Öl-Kühler

(Wärme-

tauscher)

Kühlwasser

(+7/10°C)

Öl (kalt)Kanal

Hydro-

kammer

Hauben-

raum


Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Feststoff-

fängerSteuerwas

serfänger

Mech.

Sicherheits-

ventil

Fests

toff


Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Rohpro

dukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Rohprodukt/

Wasser/ CIP


Flüssige Phase

(leicht)Flüssige

Phase

(leicht)

Flüssige

Phase (leicht)

Feststoff

Zuführung

entgastes

Wasser

Ventil

(entgastes

Wasser)

Zuführung

Wasser

(Kühlung)

Ventil

Kühlwasser

Mech.

Verbindung

Schwing-


Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl


Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)


Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Elektr.

Leistung

Elektr.

Energie

Impuls

e

Öl

Öl


Öl

Kühlw

asser

(+2/3

°C)

Mech. Verb.

Kühlwasser

Kühlwasser

(5-30°C)

Steuersignal

Abwärme

Steuerwasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Steuerwasser

Haubenspülwasser

Haubenspülwasser

Haubenspül-

wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Kohlen-

säure

Kohlen-

säure

Steuersignal

Steuersignal

Geräusche

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Kühlwasser (warm)

Kühlw

asser

(+2/3

°C)

Füllsta

nd

Fests

toff

Antr.1

Antr.2

Abf.Fest. 1

ÖA1

ÖA2

Antr.5

ÖA3

HF1

HF2

HF3

Antr.8

XÖA4

ÖA4

Vent. 6

Vent. 7

Vent. 8

Sprühkopf

Haubenspülwasser

Haubenspülw

asser

HK1

Flüssige

Phase

HK1

Flüssige

Phase

Luft

(Sauerstoff)HK2

Luft (Sauerstoff)

Druck-

sensor

(leichte Ph)

Durchfluss

sensor

(leichte Ph)

Trübungs-

sensorFlüssige

Phase (leicht)


Feststoff-

pumpeFüllstands-

sensor

Abf.Fest. 2

Steuersignal


Steuersignal

Drossel-

ventil

(schwere Ph)

Schäl-

scheibe

(schwere Ph)

Ablaufkanal

(Ableiter)

(schwere Ph)

Druck-

sensor

(schwere Ph)

Durchfluss

sensor

(schwere Ph)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)

Flü

ssig

e P

hase (

schw

er)

Flüssige


Phase (leicht)

Flüssige Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase


Druck Durchfluss

Regelventil

(schwere

Phase)

Steuersignal

Druck-

sensor

Kühlwasser


ÖA4

Dru

ck

Kühlw

asser

ZGA 9

Schwingungs-

werte Schwingungs-

sensor

Mech.

Verb

.

Schw

ing-

ungen

M 1

M 2

Separator

Modul

Submodul


Methode zur

mechatronischen

Modularisierung

von komplexen

technischen

Systemen

Phasen Tätigkeiten

1

Definition des Ziels

der Modularisierung ▪ Bestimmung von

Optimierungskriterien

▪ Bestimmung der Modultreiber

Erstellung der

mechatronischen

Systembeschreibung

Mechatronische

Systembeschreibung2

Resultate

Modularisierungsziel

3

Analyse des

Systems

▪ Identifikation varianter

Systemelemente

▪ Analyse der

Wirkzusammenhänge untersch.

Systemelemente mittels DSM

▪ Verknüpfung der Funktionen und

Systemelemente mittels DMM

Identifikation von

bestehenden

Modulen

Bestehende

Module4

Zusammenhänge der

Systemelemente


▪ Erstellung der Funktions-

hierarchie


Generierung von

mechatronischen

Modulen

▪ Selektion veränderbarer Teile

mittels DSM

▪ Clustering der DSM&DMM

▪ Identifikation von Modulen und

Submodulen

Mechatronische

Module5

▪ Entkopplung von Funktionen

und Systemelementen durch

Bestimmung adäquater

Schnittstellen

▪ Veränderung der mechatro-

nischen Systembeschreibung


Produktfunktionen (Separator)

F2.1

Signale

interpretieren

F1

Betriebszustände

erkennen

F1.1.2.2

Spiegelstand

Hydrohermetik

erkennen

F1.1.1

Luft im Zulauf

erkennen

F1.1.2

Hydrohermetik

erkennen

F1.2

Greiferüberlauf

überwachen

F1.1

Zustand Über-

gang Verteiler

überwachenF1.3

Schwingungen

sensieren

F1.4

Kavitation

erkennen

F1.1.2.1

Schwingungen

(Hydrohermetik)

sensieren

F2

Daten verarbeiten

F2.2

Signale ausgebenParameter optimal

einstellen

F2.3

Druck erkennen

F1.1.2.2.1

Flüssigkeitsstand

erkennen

F1.1.2.2.2

Separieren

F0

F1.5

Geräusche

überwachen

F2.1.1

Signale

aufbereiten

F2.1.2

Zusätzlich

erforderliche

Daten empfangen

Produktstruktur (Separator)

Trommel

Schließmechanismus

Ventil

(Kohlen-

säure)

Zuführung

Kohlen-

säure


scheibe)

Drossel-

ventil

(leichte Ph)

Schäl-

scheibe

(leichte Ph)

Verteiler-

hals

Ablaufkanal

(Ableiter)

(leichte Ph)

Verteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Haube/ Fänger

Haube


Antrieb [Antr.]


Feststoffzyklon

Regelventil

(leichte

Phase)

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Ölaggregat [ÖA]

Mech.

Pumpe

(passiv)

Durchfluss

wächter

Öl-Pumpe

Ölbehälter

Öl-Kühler

(Wärme-

tauscher)

Kühlwasser

(+7/10°C)

Öl (kalt)Kanal

Hydro-

kammer

Hauben-

raum


Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Feststoff-

fängerSteuerwas

serfänger

Mech.

Sicherheits-

ventil

Fe

sts

toff


Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Ro

hp

rod

ukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Rohprodukt/

Wasser/ CIP


Flüssige Phase

(leicht)Flüssige

Phase

(leicht)

Flüssige

Phase (leicht)

Feststoff

Zuführung

entgastes

Wasser

Ventil

(entgastes

Wasser)

Zuführung

Wasser

(Kühlung)

Ventil

Kühlwasser

Mech.

Verbindung

Schwing-


Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl


Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)


Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Elektr.

Leistung

Elektr.

Energie

Imp

uls

e

Öl

Öl


Öl

Kü

hlw

asse

r

(+2

/3°C

)

Mech. Verb.

Kühlwasser

Kühlwasser

(5-30°C)

Steuersignal

Abwärme

Steuerwasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Steuerwasser

Haubenspülwasser

Haubenspülwasser

Haubenspül-

wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Kohlen-

säure

Kohlen-

säure

Steuersignal

Steuersignal

Geräusche

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Kühlwasser (warm)

Kü

hlw

asse

r (+

2/3

°C)

Fü

llsta

nd

Fe

sts

toff

Antr.1

Antr.2

Abf.Fest. 1

ÖA1

ÖA2

Antr.5

ÖA3

HF1

HF2

HF3

Antr.8

XÖA4

ÖA4

Vent. 6

Vent. 7

Vent. 8

Sprühkopf

Haubenspülwasser

Ha

ub

en

sp

ülw

asse

r

HK1

Flüssige

Phase

HK1

Flüssige

Phase

Luft

(Sauerstoff)HK2

Luft (Sauerstoff)

Druck-

sensor

(leichte Ph)

Durchfluss

sensor

(leichte Ph)

Trübungs-

sensorFlüssige

Phase (leicht)


Feststoff-

pumpeFüllstands-

sensor

Abf.Fest. 2

Steuersignal


Steuersignal

Drossel-

ventil

(schwere Ph)

Schäl-

scheibe

(schwere Ph)

Ablaufkanal

(Ableiter)

(schwere Ph)

Druck-

sensor

(schwere Ph)

Durchfluss

sensor

(schwere Ph)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)

Flü

ssig

e P

ha

se

(sch

we

r)

Flüssige


Phase (leicht)

Flüssige Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase


Druck Durchfluss

Regelventil

(schwere

Phase)

Steuersignal

Druck-

sensor

Kühlwasser


ÖA4

Dru

ck

Kü

hlw

asse

r

ZGA 9

Schwingungs-

werte Schwingungs-

sensor

Me

ch.

Ve

rb.

Sch

win

g-

un

ge

n

Mechatronische Modularisierung

Zusammenhänge zw. Produktfunktionen & Produktstruktur

Legende: HF: Hauptfunktionen; TF: Teilfunktionen; SE: Systemelemente; BG: Baugruppe

Ziel: Optimierung

der Auftrags-

abwicklung

(1:1 Zuordnung)

BG 1

BG 2

SE 1

SE 2

SE 3

SE 4

SE 5

Separator

Systemelement

Baugruppe

Gesamt-

funktion

HF 1

HF 2

TF 1

TF 2

TF 3

TF 4

TF 5

Teilfunktion

Hauptfunktion


Domain-Mapping-Matrix

(DMM)

Abbildung von Zusammenhängen

zwischen Systemelementen und

Funktionen

Domain-Mapping

-Matrix

Fu

nkti

on

1

Fu

nkti

on

2

Fu

nkti

on

3

Fu

nkti

on

4

Fu

nkti

on

5

Fu

nkti

on

nSystemelement A X

Systemelement B X X X

Systemelement C X X X X

Systemelement D X X

Systemelement E X X

Systemelement n X X X X

Design-Structure-Matrix

(DSM)


zwischen Systemelementen

Design-Structure -

Matrix

Syte

mele

men

t A

Syte

mele

men

t B

Syte

mele

men

t C

Syte

mele

men

t D

Syte

mele

men

t E

Syte

mele

men

t n

Systemelement A X X

Systemelement B X

Systemelement C X

Systemelement D X X

Systemelement E X

Systemelement n X X

Multi-Domain-Matrix

(MDM)

Verzahnung von DSM und DMM zur


zwischen Systemelement-Clustern

und Funktionen

Multi-Domain-

Matrix

Syte

mele

men

t A

Syte

mele

men

t B

Syte

mele

men

t C

Syte

mele

men

t D

Syte

mele

men

t E

Syte

mele

men

t n

Fu

nkti

on

A

Fu

nkti

on

B

Fu

nkti

on

C

Fu

nkti

on

D

Fu

nkti

on

E

Fu

nkti

on

n

Systemelement A X X X

Systemelement B X X X X

Systemelement C X X X X X

Systemelement D X X X X

Systemelement E X X X

Systemelement n X X X X X X

Funktion A X X X X X

Funktion B X X X

Funktion C X X X X X

Funktion D X X X

Funktion E X X X

Funktion n X X X X X

DSM

DSMDMMT

DMM



Matrizenbasierte Abbildung von Abhängigkeiten zwischen Produktfunktionen und

Produktstruktur des Separators untereinander sowie übergreifend


Interdisziplinäre Systembeschreibung: Mechatronische Module

Phase 3: Analyse des Systems

Zusammenhänge zw. Funktionshierarchie & Baustruktur

Zulauf-

pumpe

Schäl-

scheibe

(leichte Ph)

Verteiler-

hals

Ablaufkanal

(Ableiter)

(leichte Ph)

Verteiler

Tellerpaket

Ventil

Schließ-

wasser

Ventil

Öffnungs-

wasser

Dosier-

kolben

Rück-

schlag-

klappe

Füllwasser

ventil

Druck-

minderer

(Handvent.)

Hauben-

spülwas-

serventilDruck-

schalter

(Handvent.)

Druck-

sensor

Durchfluss

sensorRegelventil

Fe

sts

toff

Feststoff

Rohp

rodu

kt

Flüssige

Phase

(leicht)

Rohprodukt/

Wasser/ CIP


Flüssige Phase

(leicht)Flüssige

Phase

(leicht)

Dru

ckin

form

ation (

Dru

ck)

[ja/n

ein

]

Wasser

Durchflussmenge

Rein

igu

ngsm

itte

lR

ohp

rodu

kt

Rohprodukt/

Wasser/CIP

Rohprodukt/

Wasser/CIP

Rohprodukt/

Wasser/CIP

Haubenspülwasser

Schließwasser (vormals Steuerwasser)

Druck

Druck-

information

Haubenspül-

wasser (vormals

Steuerwasser)

Ansteuerung

Haubenspülwasser

Anste

ueru

ng

Schlie

ßw

asser

Ansteuerung

ÖffnungswasserFüllwasser

(vormals

Steuerwasser)

Füll-

wasser

Füll-

wasser

Öffnungs-

wasser

Schlie

ß-

wasserGEA-B.

1VB7

VB3 VB

5

HF1

HF1

VB6

VB6

Justierung

HK1

Flüssige

Phase

Luft (Sauerstoff)

Modul Digital

Modul Motor/

Modul Motor 2DDrehzahl-

erfassung

Vent. 1

Anste

ueru

ng V

entil W

asser

(Zu

lauf)

Vent. 2

Anste

ueru

ng V

entil R

ein

igung (

Zu

lauf)

Vent. 3

Anste

ueru

ng V

entil R

ohp

rod

ukt

(Zu

lauf)

Te

mpera

turi

nfo

rmation

(G

renzw

ert

) [ja/n

ein

]

Antr.1

Antr.3

Schw

ingun

gsin

fo.

Antr

ieb

(G

renzw

ert

) [ja/n

ein

]

Antr.5

Anste

ueru

ng M

oto

r

Vent. 6

Anste

ueru

ng V

entil K

ühlw

asse

r (M

oto

r/H

aub

e)

ÖA3

Anste

ueru

ng Ö

lpum

pe

Info

rma

tionen

Öld

urc

hfluss [

Imp

uls

e]

ÖA2

VB5

VB7

Anste

ueru

ng V

entil S

chlie

ßw

asser

Anste

ueru

ng V

entil Ö

ffn

ungsw

asser

Abf.Fest. 1

Fü

llsta

nd F

ests

toff [

ja/n

ein

]

Abf.Fest. 2

Anste

ueru

ng F

ests

toffp

um

pe

ZGA 1Steuersignal

ZGA 2 ZGA 3Steuersignal

ZGA 4Druck

Vent. 9

Vent. 10

Vent. 11

Anste

ueru

ng V

entil P

rod

ukt

(Abla

uf)

Anste

ueru

ng V

entil R

ein

igungsm

itte

l (A

bla

uf)

Anste

ueru

ng V

entil W

asser

(Abla

uf)

ZGA 1

Anste

ueru

ng Z

ula

ufp

um

pe

Modul Ventil

ZGA 3 ZGA 4

Durc

hflussm

enge (

Zu

lauf)

Dru

ck (

Zu

lauf)

Vent. 1

Anste

ueru

ng V

entil W

asser

(Zu

lauf)

Vent. 2

Anste

ueru

ng V

entil R

ein

igung (

Zu

lauf)

Vent. 3

Anste

ueru

ng V

entil R

ohp

rod

ukt

(Zu

lauf)

Vent. 9

Vent. 10

Vent. 11

Anste

ueru

ng V

entil P

rod

ukt

(Abla

uf)

Anste

ueru

ng V

entil R

ein

igungsm

itte

l (A

bla

uf)

Anste

ueru

ng V

entil W

asser

(Abla

uf)

Modul Motor Ventil

Antr.2

Dre

hzahl vom

Moto

r

VB2

VB3

VB4

Anste

ueru

ng L

uft

ventil

Anste

ueru

ng H

aub

enspü

lwa

sser

Anste

ueru

ng F

üllw

asser

Rückmeldung Betrieb „Status“

MS-Überwachung

Dru

ck (

Abla

uf)

Gest. 1

Schw

ingun

gsin

fo.

Vib

ratio

n G

este

ll (G

renzw

ert

) [ja/n

ein

]

Antr. 3

Schw

ingun

gsw

ert

Moto

r

Gest. 1

Schw

ingun

gsw

ert

Geste

ll

Sup.F.1|3 Sup.F.1|3 Sup.F.1|3Sup.F.1|4|5

Schäl-

scheibe

(schwere Ph)

Ablaufkanal

(Ableiter)

(schwere Ph)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)F

lüssig

e P

hase (

schw

er)

Flüssige Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Vent. 7

Vent. 8

Anste

ueru

ng V

entil (e

ntg

aste

s W

asser)

Anste

ueru

ng V

entil (K

ohle

nsäure

)

Zulauf

Rohprodukt/ Wasser/ CIP

Zulauf-

ventil

Interface-

Funktionen PLC

Systemelement

(Hardware) inkl.

Modulzuordnung

Mechatronisches Modul „Zulaufregelung“

Zulauf-

pumpe

Zulauf-

ventil

Druck-

sensor

Durchfluss

sensorRegelventil

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Durc

hflussm

enge

Rohprodukt/

Wasser/CIP

Rohprodukt/

Wasser/CIP

Rohprodukt/

Wasser/CIP

Ste

ue

rsig

nal

Ste

ue

rsig

nal

Modul Analog EingangMotorModul Analog

Ausgang cont.

Systemelement

(Hardware)

Interface-

Funktionen PLC

Schnittstellen

-element

Bildung von mechatronischen Modulen durch die funktionale

Aufspaltung der Produktstruktur an adäquaten Schnittstellen


Produktstruktur (Separator)

Trommel

Schließmechanismus

Ventil

(Kohlen-

säure)

Zuführung

Kohlen-

säure


scheibe)

Drossel-

ventil

(leichte Ph)

Schäl-

scheibe

(leichte Ph)

Verteiler-

hals

Ablaufkanal

(Ableiter)

(leichte Ph)

Verteiler

Tellerpaket

Kolben-

schieber

Trommel-

oberteil

Haube/ Fänger

Haube


Antrieb [Antr.]


Feststoffzyklon

Regelventil

(leichte

Phase)

Motor

(Stator)

Welle

Drehzahl-

sensor

(Initiator)

Temp.-

Schalter

(PTC)

Lager

LagersitzMotor

(Rotor)

Schwin-

gungs-

sensor

Ölaggregat [ÖA]

Mech.

Pumpe

(passiv)

Durchfluss

wächter

Öl-Pumpe

Ölbehälter

Öl-Kühler

(Wärme-

tauscher)

Kühlwasser

(+7/10°C)

Öl (kalt)Kanal

Hydro-

kammer

Hauben-

raum


Feststoff-

öffnungKolben-

ventil

Feststoff-

fängerSteuerwas

serfänger

Mech.

Sicherheits-

ventil

Fe

sts

toff


Wechselwirkung

[auf/zu]

Feststoff

Ro

hp

rod

ukt

Flüssige

Phase

(leicht)

Druck/

Kraft

Schließwasser

Öffnungswasser

Feststoff

Rohprodukt/

Wasser/ CIP

Rohprodukt/

Wasser/ CIP


Flüssige Phase

(leicht)Flüssige

Phase

(leicht)

Flüssige

Phase (leicht)

Feststoff

Zuführung

entgastes

Wasser

Ventil

(entgastes

Wasser)

Zuführung

Wasser

(Kühlung)

Ventil

Kühlwasser

Mech.

Verbindung

Schwing-


Mech.

Verbindung

Mech.

Verb.

Magn.

Feld

Dreh-

zahl


Öl (~70°C)

Kühlwasser

(+7/10°C)


Elektr. Energie

Elektr.

EnergieTemp. 110°C

Grenzwert

Elektr. Signal

(Drehzahl)

Elektr.

Leistung

Elektr.

Energie

Imp

uls

e

Öl

Öl


Öl

Kü

hlw

asse

r

(+2

/3°C

)

Mech. Verb.

Kühlwasser

Kühlwasser

(5-30°C)

Steuersignal

Abwärme

Steuerwasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Kohlensäure +

Entgastes

Wasser

Steuerwasser

Haubenspülwasser

Haubenspülwasser

Haubenspül-

wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Entgastes

Wasser

Kohlen-

säure

Kohlen-

säure

Steuersignal

Steuersignal

Geräusche

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Feststoff,

Schließwasser,

Haubenspülwasser

Kühlwasser (warm)

Kü

hlw

asse

r (+

2/3

°C)

Fü

llsta

nd

Fe

sts

toff

Antr.1

Antr.2

Abf.Fest. 1

ÖA1

ÖA2

Antr.5

ÖA3

HF1

HF2

HF3

Antr.8

XÖA4

ÖA4

Vent. 6

Vent. 7

Vent. 8

Sprühkopf

Haubenspülwasser

Ha

ub

en

sp

ülw

asse

r

HK1

Flüssige

Phase

HK1

Flüssige

Phase

Luft

(Sauerstoff)HK2

Luft (Sauerstoff)

Druck-

sensor

(leichte Ph)

Durchfluss

sensor

(leichte Ph)

Trübungs-

sensorFlüssige

Phase (leicht)


Feststoff-

pumpeFüllstands-

sensor

Abf.Fest. 2

Steuersignal


Steuersignal

Drossel-

ventil

(schwere Ph)

Schäl-

scheibe

(schwere Ph)

Ablaufkanal

(Ableiter)

(schwere Ph)

Druck-

sensor

(schwere Ph)

Durchfluss

sensor

(schwere Ph)

Scheide-

teller

Flüssige

Phase

(schwer)

Flü

ssig

e P

ha

se

(sch

we

r)

Flüssige


Phase (leicht)

Flüssige Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase

(schwer)

Flüssige

Phase


Druck Durchfluss

Regelventil

(schwere

Phase)

Steuersignal

Druck-

sensor

Kühlwasser


ÖA4

Dru

ck

Kü

hlw

asse

r

ZGA 9

Schwingungs-

werte Schwingungs-

sensor

Me

ch.

Ve

rb.

Sch

win

g-

un

ge

n

Produktfunktionen (Separator)



F2.1

Signale

interpretieren

F1

Betriebszustände

erkennen

F1.1.2.2

Spiegelstand

Hydrohermetik

erkennen

F1.1.1

Luft im Zulauf

erkennen

F1.1.2

Hydrohermetik

erkennen

F1.2

Greiferüberlauf

überwachen

F1.1

Zustand Über-

gang Verteiler

überwachenF1.3

Schwingungen

sensieren

F1.4

Kavitation

erkennen

F1.1.2.1

Schwingungen

(Hydrohermetik)

sensieren

F2

Daten verarbeiten

F2.2

Signale ausgebenParameter optimal

einstellen

F2.3

Druck erkennen

F1.1.2.2.1

Flüssigkeitsstand

erkennen

F1.1.2.2.2

Separieren

F0

F1.5

Geräusche

überwachen

F2.1.1

Signale

aufbereiten

F2.1.2

Zusätzlich

erforderliche

Daten empfangen

Legende: HF: Hauptfunktionen; TF: Teilfunktionen; SM: Submodule; M: Module

M 1

M 2

Separator

Modul

Gesamt-

funktion

HF 1

HF 2

TF 1

TF 2

TF 3

TF 4

TF 5

Teilfunktion

Hauptfunktion

SM 1

SM 2

SM 3

SM 5

SM 4

Submodul


Pilotprojekte 1-3: Intelligenter Separator

Zusammenfassung der Ergebnisse

Ergebnisse PP1-3

▪ Intelligente Sensorik (PP1)

▪ Expertensystem zur Unter-

stützung des Bedieners (PP2)

▪ Autopilot zur automatisierten

Prozessoptimierung im Betrieb

(PP1 & PP2)

▪ Validierung an einem

Demonstrator (PP3)

Demonstration in

der Ausstellung!


Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

…to be continued!

www.its-owl.de

Fachforum 5: Systems Engineering

Modellgetriebene Entwicklung von Schrittketten

G. KRAFT Maschinenbau GmbH06. Dezember 2017 | Paderborn


Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

Agenda

Abschlusspräsentation

Resümee und Ausblick


EinführungTransfernehmer

G. KRAFT Maschinenbau GmbH in Rietberg-Mastholte

▪ 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

davon 70 MA in der Automatisierung

▪ Produzieren von Anlagen zur Fertigung von:

▪ Türen und Zargen

▪ Fußböden

▪ Dämmstoffen und Bauelementen

▪ Verpackungen, etc.


EinführungTransfergeber

Fraunhofer Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM in Paderborn

▪ Start am 1. März 2011 als Projektgruppe des Fraunhofer-Instituts für

Produktionstechnologie IPT, Aachen

▪ Eigenständig seit 2016, Institut seit Januar 2017

▪ Derzeit 100 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter


EinführungAusgangssituation

Die G. Kraft Maschinenbau GmbH ist ein

Sondermaschinenhersteller für die

unterschiedlichsten Produktionsbereiche.

Die Software zur Steuerung der Anlagen,

die höchstmodular aufgebaut ist, wird

anlagenspezifisch konfiguriert und zum

Teil generiert.


EinführungAusgangssituation

Kraft Control System (KCS)

▪ Modulares

Automatisierungskonzept

▪ Bindeglied zwischen

Feldebene/ERP/HMI

▪ Hoher Wiederverwendungsgrad KCS

SmModA SmModB

Base Module

SmModA SmModC

ERP HMI

KCT

Kraft Configuration Tool (KCT)

▪ Individuelle Anlagenkonfiguration

▪ Standardisierung

▪ Generiert Codeframework

für alle Base Module

KCT Potentiale:

▪ Schrittketten Module (SmMod)

werden noch von Hand implementiert.

▪ Wiederverwendung nicht voll ausgeschöpft

Fachdisziplinübergreifende

Systemmodellierung

E-Konstrukteur Softwareentwickler

Fachdisziplin Softwaretechnik:

IEC 61131-3 Structured Text


Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse

Agenda





▪ Weitere Reduzierung des manuell zu implementierenden SPS Codes

▪ Vereinfachung der Wiederverwendbarkeit bestehender Schrittketten

▪ Entwicklung einer Modellierungssprache für G. KRAFT spezifische Schrittketten

▪ Entwicklung von Code Generatoren und graphischem Editor

➢ Reduzierung der Entwicklungs- und Inbetriebnahmezeiten

Zielsetzung des Projekts


Vorgehensweise – itsowl-TT-MGSchritt

Phasen

1

Analyse und

Anforderungserhebung

Definition einer Modellierungs-

sprache für Schrittketten

Konzipierung eines

Codegenerators

Modellierungssprache für

Schrittketten

3

2

Konzept

Codegenerator

Prototypische Implementierung

im KCT

4 Prototyp, integriert in KCT

Resultate

AP1

AP2

AP3

AP4

Detaillierte Analyse- und

Anforderungsdokumente

Do

ku

me

nta

tio

n &

Prä

sen

tati

on

AP5

Aufgaben

• Analyse der Schrittketten

• Analyse des bestehenden Maschinencodes

• Erhebung und Dokumentation der Anforderungen

• Identifikation der technischen Voraussetzungen

• Definition einer GKRAFT-spezifischen

Modellierungssprache

• Spezifikation der abstrakten Syntax

• Definition einer grafischen Repräsentation

(konkrete Syntax)

• Beschreibung der Bedeutung (Semantik)

• Technologieauswahl

• Spezifikation eines templatebasierten Codegenerators

(insb. Definition der Templates)

• Implementierung grafischer Editor für Schrittketten

• Implementierung des Codegenerators

• Integration in KCT

• Erprobung anhand von Beispielen


Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse


Agenda



▪ Anforderungen für:

▪ die Modellierungssprache

▪ die Codegenerierung

▪ den graphischen Editor

Ergebnisse

Anforderungen an die Software

▪ Zielgerichtete Entwicklung

▪ Klares gemeinsames Verständnis

▪ Einbeziehung aller beteiligten

Personen (Entwickler +

Anwender)

Vorteile


▪ Modellierungssprache für

Schrittketten

▪ Codegenerator zur Übersetzung

von einem Schrittkettenmodell

zum SPS Code

Ergebnisse

Modellierungssprache und Codegenerator

▪ Erhöhung der

Wiederverwendbarkeit

▪ Vermeidung von Copy & Paste

Fehlern

▪ Zeitersparnis

Vorteile


▪ Mockups für das Editordesign

▪ Ansicht von Schrittketten,

▪ Schrittmodulen,

▪ Deren Verknüpfungen

▪ Und Parameterbelegungen

Ergebnisse

Graphischer Editor - Mockups

▪ Klares gemeinsames Verständnis

▪ Einbeziehung aller beteiligten

Personen (Entwickler +

Anwender)

▪ Orientierung für Implementierung

Vorteile


Graphischer Editor - Prototyp


Einführung

Zielsetzung

Ergebnisse


Agenda



▪ Modellierungssprache, Codegenerator, graphischer Editor

für Schrittketten geschaffen

▪ Integriert in das KCT

▪ Ohne Transferprojekt wäre dieser Stand nicht so zügig

erreicht worden


Resümee

▪ Vollständige Integration der graphischen Modellierung von

Schrittketten in den Entwicklungsprozess und Einsatz im

Produktivbetrieb

▪ Erstellung einer steuerungsunabhängigen

Schrittkettenbibliothek

▪ Zukünftige weitere Zusammenarbeit an weiteren

spannenden Themen

Ausblick

www.its-owl.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

it‘s OWL Strategietagung 2017 Fachforum Systems ... · basiert auf SysML: SysML wird durch...

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