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Dipl.-Ing. André Scholz
Gemeinsames Forschungsprojekt
Helmut-Schmidt Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg &
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg &
eCl@ss e.V. &
Rösberg Engineering Ingenieurgesellschaft mbH
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Agenda
Motivation
Semantik
SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell
Beispiele
Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe
Auftragsgesteuerte Produktion
Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl
Zusammenfassung
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Agenda
Motivation
Semantik
SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell
Beispiele
Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe
Auftragsgesteuerte Produktion
Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl
Zusammenfassung
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Motivation
Semantik Definition: Bedeutung, Inhalt sprachlicher Ausdrücke
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Kannst du einen Schwamm mitbringen?
Spülmittel, …
Ich fahre einkaufen, brauchen wir noch etwas?
Kontext!
Spülschwamm, 29-11-01-90
Badeschwamm, 41-02-03-04
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Motivation 5
Anwendungsszenario „Value -based Services“ der Plattform Industrie 4.0 Ein Anlagenbetreiber wählt manuell geeignete Asset-Management-
Dienstleistungen aus Anlagenbetreiber übergibt Daten an Plattform-Provider, der Daten
anonymisiert Daten werden zu statischen Zwecken genutzt, für Betreiber und Hersteller
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Motivation 6
Kunde Service-ProviderAnlage ModVA/Module Plattform-Provider Produkt-Provider
bestellt Überwachungsservice Pumpe
gibt Daten frei
sendet Daten
Sammelt Daten zu unterschiedlichen
Anlagen
fragt Daten an
liefert Daten
Auswertung
Ausfallprognose für Pumpe
AuswertungWas passiert, wenn jeder Anlagenbetreiber ein selbst entwickeltes Datenmodell versendet?
? ?
?
?
Das Zusammenführen heterogener Datenmodelle erzeugt Integrationsaufwand.
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Motivation
Anwendungsszenarien der Plattform Industrie 4.0 zeigen Nutzungspotentiale für praktischen Einsatz auf z.B.: Auftragsgesteuerte Produktion Wandlungsfähige Fabrik Value-based Services Durchgängiges Engineering …
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Agenda
Motivation
Semantik
SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell
Beispiele
Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe
Auftragsgesteuerte Produktion
Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl
Zusammenfassung
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SemAnz 4.0 – Datenmodell im Workflow 9
sd Model Interaction
function model structure model behavior model
Mechanic E.Electric E.Automation E.
update()
function modeling()
update()
design()
signals()
design()
update()behavior constraints()
design()
update()
effect modeling()
update()
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SemAnz 4.0 – Datenmodell 10
Nutzung von zwei Meta-Modellen, basierend auf Industrie-Standards Systemmodell (IEC 62264, VDI 3682, IEC 61131)
Beschreibung der Bedeutung von Objekten Beschreibung der Zusammenhänge zwischen Objekten
Eigenschaftsmodell (IEC 61360) Beschreibung der Eigenschaften von Objekten
Verbindung der Meta-Modelle in einem Datenmodell class Konzept
class Systemmodel
SystemmodellFunktionsmodell
Strukturmodell
Verhaltensmodell
realisiert
realisiert
class Eigenschaftsmodell
Objekt
Modellelement Eigenschaft
Datenelement
*
wird beschrieben durch
*
*
wird beschrieben durch
*
implementiert
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SemAnz 4.0 – Systemmodell
Das Verhaltensmodell enthält Abläufe und Variablen Das Strukturmodell enthält alle real vorliegenden Elemente Das Grundsystem beschreibt das Ziel des Systems in funktionaler Sicht
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Quelle: VDI 2206
Funktionsmodell VDI 3682
Strukturmodell (u.a. IEC 62264)
Verhaltensmodell IEC 61131
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SemAnz 4.0 – Eigenschaftsmodell
Ein Objekt wird durch Datenelemente beschrieben Datenelemente können Merkmale, Parameter und Zustände darstellen Datenelemente werden durch Typ- und Instanzbeschreibungen
beschrieben Typbeschreibung: IEC 61360 Instanzbeschreibung: Angelehnt an Arbeiten von Prof. Epple
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class Eigenschaftsmetamodell
Objekt
DatenelementTyp-
beschreibung
Instanz-beschreibung
Merkmal
Parameter
Zustand
Identifizierende Attribute
Semantische Attribute
Werteattribute Relationale Attribute
Qualität
Aussageziel
Ausprägungslogik
Wert
wird charakterisiert durch
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Agenda
Motivation
Semantik
SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell
Beispiele
Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe
Auftragsgesteuerte Produktion
Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl
Zusammenfassung
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Beispiel – Value-based Services 14
Erstellung der Modelle im Engineering
Nutzung der modellierten Informationen zur Laufzeit
Nutzung von AutomationML für Systembeschreibung und eCl@ss- Merkmale für Eigenschaftsbeschreibung
Beispiel: Laufzeitüberwachung der Pumpe
Vorplanung Entwurfsplanung Detailplanung
Typ
Value-based Services Instanz
ecl@ss
Service Provider
class Eigenschaftsmetamodell
Objekt
DatenelementTyp-
beschreibung
Instanz-beschreibung
Merkmal
Parameter
Zustand
Identifizierende Attribute
Semantische Attribute
Werteattribute Relationale Attribute
Qualität
Aussageziel
Ausprägungslogik
Wert
wird charakterisiert durch
class Eigenschaftsmetamodell
Objekt
DatenelementTyp-
beschreibung
Instanz-beschreibung
Merkmal
Parameter
Zustand
Identifizierende Attribute
Semantische Attribute
Werteattribute Relationale Attribute
Qualität
Aussageziel
Ausprägungslogik
Wert
wird charakterisiert durch
class Eigenschaftsmetamodell
Objekt
DatenelementTyp-
beschreibung
Instanz-beschreibung
Merkmal
Parameter
Zustand
Identifizierende Attribute
Semantische Attribute
Werteattribute Relationale Attribute
Qualität
Aussageziel
Ausprägungslogik
Wert
wird charakterisiert durch
<AutomationML/>
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Beispiel – Value-based Services Laufzeitüberwachung einer Pumpe
Das Systemmodell stellt Bedeutung der Objekte dar und die Beziehung zwischen diesen Objekten
Am Beispiel einer Pumpe kann dargestellt werden: Was fördert die Pumpe? (Funktion) Welche Variable ist dafür notwendig?
(Verhalten) Wie und wo ist die Pumpe verbaut?
(Struktur)
Die Daten der Pumpe können somit in einen Zusammenhang gesetzt werden
Aber: Wie können die Eigenschaften eines Informationsobjektes so beschrieben werden, dass dieselbe Eigenschaft in zwei Modellen als solches erkannt wird?
Ansatz: Merkmalsbeschreibung nutzen
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Beispiel – Value-based Services
Modellierung der Eigenschaften Beispiel in AML
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Jedes Objekt im Systemmodell kann mit Eigenschaften beschrieben werden
Beispiel: Welche „Drehzahl“ hat eine Pumpe?
Abbildung in AutomationML über Attribute und Strukturierung dieser: RefSemantic: Referenzierung
externer Informationsquellen über das Merkmal
Value: Wert
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Beispiel – Value-based Services 17
Laufzeitüberwachung einer Pumpe
Bestimmung der Leistung der Pumpe über die Zeit
Nutzung des Füllstandsensors im nachgelagerten Tank
Dieser muss identifiziert werden
Auslesen der Füllstandswerte
Bestimmen der Förderleistung über die Zeit
Förderleistung im Verhältnis zur Drehzahl
Abgleich mit einem Verschleißmodell Ausfallprognose
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Agenda
Motivation
Semantik
SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell
Beispiele
Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe
Auftragsgesteuerte Produktion
Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl
Zusammenfassung
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Beispiel – Auftragsgesteuerte Produktion
„Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion.“
Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Das Strukturmodell bestimmt den Kontext (Logistik, Handhabung) Merkmale Das Verhaltensmodell bestimmt Ablauf und nimmt Parameter auf Merkmale
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Kaufteil: Schraubendruckfeder: 23-08-01-01
Konstruktionsteil: Spritzguss mit Bohrung
Bohrung: • Durchmesser • Tiefe • Ausführung
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Beispiel – Auftragsgesteuerte Produktion
„Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion.“
Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale
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B_MPS500 - Level 1
P_Cylinder P_Lid P_Spring P_Piston
O_Distribute Cylinder
O_Create hole
O_Assemble parts
O_Distribute parts
O_Distribute finished good
P_Cylinder
P_Cylinder_intermediate P_Lid P_Spring P_Piston
P_Pneumatic_Cylinder
P_Pneumatic_Cylinder
T_Cylinder_Distributer
T_Part_Distributer
T_Assembly_System
T_Finished_good_Distributer
T_Manufacturing_System
Beschreibung der Funktion
Bohrung mit Bohrer herstellen: • Mögliche Werkstoffe • Verfügbare Durchmesser • Maximale Tiefe • Ausführung
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Beispiel – Auftragsgesteuerte Produktion
„Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion.“
Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Das Strukturmodell bestimmt den Kontext (Logistik, Handhabung) Merkmale
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Rundschalttisch
• Maximale Bauteildimensionen • Maximales Bauteilgewicht • Material des Bauteils
Greifer
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Beispiel – Auftragsgesteuerte Produktion
„Ein Produkt steuert sich selbst durch die Produktion.“
Das Produkt definiert Anforderungen Merkmale Das Funktionsmodell liefert Aussage über Fähigkeit der Anlage Merkmale Das Strukturmodell bestimmt den Kontext (Logistik, Handhabung) Merkmale Das Verhaltensmodell bestimmt Ablauf und nimmt Parameter auf Merkmale
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Ablauf des Bohrungsvorganges
Parameter: • Anzahl der Bohrvorgänge
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Agenda
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Semantik
SemAnz 4.0-Datenmodell Systemmodell Eigenschaftsmodell
Beispiele
Value-based Services Laufzeitüberwachung und Ausfallprognose Pumpe
Auftragsgesteuerte Produktion
Fähigkeitsbeschreibung und Geräteauswahl
Zusammenfassung
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Zusammenfassung
Zusammenfassung Weitere Beiträge und Diskussion auf:
Automationskongress 2017 „Emerging Technologies in Factory
Automation“ (ETFA) 2017
Konzept zur Kommunikation der AutomationML-Modelle über OPC-UA
Handlungsempfehlungen basierend auf identifizierten „Lücken“ in den Standards
Ausblick SemAnz40 Systemmodell enthält:
Funktionsmodell Strukturmodell Verhaltensmodell
SemAnz40 Eigenschaftsmodell setzt auf
Merkmale, welche in das Systemmodell integriert werden Wo möglich werden hier eCl@ss-Merkmale
verwendet
SemAnz40 nutzt für die Anwendungsszenarien relevante Industriestandards, sodass alle Metamodelle auf Industriestandards basieren
AutomationML-Vorlage kann Online bezogen werden:
www.semanz40.de
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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class Konzept
class Systemmodel
SystemmodellFunktionsmodell
Strukturmodell
Verhaltensmodell
realisiert
realisiert
class Eigenschaftsmodell
Objekt
Modellelement Eigenschaft
Datenelement
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wird beschrieben durch
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wird beschrieben durch
*
implementiert
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