Effiziente Rekonfiguration durch Plug&Play
Die Definition einheitlicher, standardisierter Kommunikationsschnittstellen ermöglicht die plattformunabhängige Nutzung und Wiederverwendung von automatisierungstechnischen Funktionalitäten. Um Produktionsanlagen ähnlich einem Baukastensystem variabel rekonfigurieren und an neue Gegebenheiten (z.B. neue Produktvarianten) anpassen zu können, werden neben den einheitlichen Software-Schnittstellen auch standardisierte physikalische Schnittstellen und eine modulare Anlagenstruktur benötigt. In der in Bild 2 gezeigten Produktionslinie wurde eine Verpressstation zur Montage des zu fertigenden Produkts nach dem Plug&Play-Prinzip konstruiert. Die Station kann mit wenigen Handgriffen entnommen und durch eine alternative Komponente ersetzt werden. Diese bringt ihre Steuerungsintelligenz bereits auf einem Mikrokontroller mit, meldet sich automatisch im Anlagennetzwerk an und kann in den Prozessablauf integriert werden.
Adaptivität der Steuerung durch dynamische Orchestrierung
Um das Potenzial serviceorientierter Steuerungssysteme und Rekonfigurationsmechanismen nach dem Plug&Play-Prinzip auszuschöpfen zu können, muss das Auffinden, Auswählen und Orchestrieren der gekapselten mechatronischen Funktionalitäten automatisiert werden. Jedoch ist eine solche Automatisierung mittels syntaktischer Beschreibungen kaum realisierbar. Semantische Technologien machen es hingegen möglich, die Bedeutung der Schnittstellen- und Funktionsbeschreibung in einer maschinenverständlichen Art und Weise zu hinterlegen. Somit können die Fähigkeiten der Anlagenkomponenten hinsichtlich ihrer Bedeutung für das zu fertigende Produkt unterschieden und automatisch selektiert werden. Auf dieser Basis wird es möglich, Prozessabläufe zur Anlagensteuerung basierend auf einer abstrakten Prozessbeschreibung (grundlegende Operationen aus der Fertigungsplanung ohne Verknüpfung zu konkreten Geräten) automatisch zu generieren und zur Laufzeit der Anlage flexibel anzupassen. Diese dynamische Orchestrierung (Bild 3) von Services, die durch die Feldgeräte und Baugruppen der Produktionsanlage angeboten werden, basiert auf einem logischen Fähigkeitsabgleich, dem sogenannten semantischen Matchmaking. Diese Methodik wurde in der Demonstrationsanlage des DFKI implementiert, um den Prozessablauf zur Steuerung der Anlage flexibel an gewünschte Fertigungsvarianten (z.B. ressourcenschonende Fertigung), neue Produktvarianten und Komponentenausfälle anpassen zu können. [1]
Verbindung von realer und digitaler Welt
Bereits heute laufen Produktionsplanung und -betrieb weitgehend virtuell ab. Die Fülle an verfügbaren IT-Werkzeugen, von MES und ERP bis zu CAX, die unter dem Oberbegriff der Digitalen Fabrik zusammengefasst werden, sind allesamt auf aktuelle und konsistente Daten angewiesen. Dabei erweist sich die heute noch existente Kluft zwischen dem Zustand der realen Welt und ihrem digitalen Abbild in Planungs- und Simulationssystemen als ein Hemmnis für die betriebsparallele und prädiktive Simulation und Optimierung. So ist das manuelle Zurückführen von Änderungen am Aufbau und von Konfigurationszuständen der Produktionsanlagen in die unternehmerischen Datenbestände noch zu aufwendig. Erst durch die direkte Anbindung von und Synchronisierung mit Cyber-Physischen Systemen, die unmittelbare Einblicke in die aktuellen Zustände von Produkten, Anlagen und Ressourcen auf Echtzeitbasis erlauben, kann die bestehende digitale Lücke verringert und überwunden werden. Die Fabrik der Zukunft wird durch holistische, digitale Modelle und Werkzeuge komplementiert, welche die Simulation und Optimierung von real ablaufenden Prozessen auf Basis von feingranularen Echtzeitinformationen ermöglichen. Dadurch lässt sich die Effektivität der Produktion deutlich gegenüber dem heutigen Status Quo anheben. Technische Prozesse können so vom ersten gefertigten Produkt an in ihrem optimalen Betriebspunkt betrieben werden. Die Simulation ermöglicht eine weitaus größere Transparenz der technologischen Prozesse und kann unter anderem zu Diagnose- und Optimierungszwecken herangezogen werden.
