Gemeinsames Forschungsprojekt - eclass- · PDF fileFolie Nr. 1 Dipl.-Ing. André Scholz Gemeinsames Forschungsprojekt . ... Objekt Datenelement Typ- beschreibung Instanz-beschreibung

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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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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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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

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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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

*

wird beschrieben durch

*

*

wird beschrieben durch

*

implementiert