Integration heterogener Praxis kooperativen Engineerings

Für das Engineering im 21. Jahrhundert führt das Zusammenwirken von mehreren Faktoren zu erhöhten Risiken für Qualität und Produktivität: – Steuerungsaufgaben werden komplexer durch zunehmend flexiblere Automatisierungssysteme – Die technische Komplexität der Lösungen selbst steigt, da leistungsfähigere Automatisierungsplattformen die Bewältigung immer ambitionierterer Anforderungen an Qualität und Effizienz des automatisierten Prozesses ermöglichen – Engineering-Aktivitäten erfolgen zunehmend verteilt, auch über Zeitzonen hinweg – Insgesamt erfolgen Engineering-Aktivitäten verstärkt parallel durch kürzere Entwicklungszyklen, um schneller auf Änderungen zu reagieren \’One for all\‘ oder \’Best of Breed\‘? Dem Bedarf nach einer durchgehenden Unterstützung eines Engineering-Projekts bzw. Prozesses durch Softwarewerkzeuge stehen i.A. zwei praktische Lösungsansätze für die Entwicklungsumgebung gegenüber. One for all: Ein umfassender Soft­warewerkzeugkasten von einem Hersteller, der alle Bedürfnisse abdecken soll. In den allermeisten Automatisierungsprojekten bleiben auch bei diesem Ansatz Lücken, die mit ergänzenden Softwarewerkzeugen zu schließen sind. Best of Breed: Die Zusammenstellung einer Menge von heterogenen Softwarewerkzeugen, die jeweils Spezialanforderungen besonders gut abdecken, führt oft zu einem Engineering-Polynesien – viele Inseln von Softwarewerkzeugen sind nur wenig systematisch und fragil verbunden, um das gesamte Engineering-Projekt zu unterstützen. Neben den bedeutenden Vorteilen des Best of Breed-Ansatzes bestehen dabei zwei zentrale Herausforderungen: Einerseits wird durch die Verteilung der Daten über eine heterogene Menge von Softwarewerkzeugen und Kommunikationsanwendungen (etwa E-Mail, Weitergabe von Listen, Intranet-Lösungen) der Engineering-Prozess oft nur unzureichend sichtbar, analysierbar und verbesserbar. Dadurch ist für Manager und Domänenexperten im Projekt nicht leicht überschaubar, wie der aktuelle Projektfortschritt aussieht bzw. wo konkrete Risikosymptome auftreten und Verbesserungen sinnvoll wären. Andererseits besteht für den zwischen den Domänen erforderlichen Austausch von Daten weder organisatorisch noch von der Datenstruktur her eine systematische, qualitätsgesicherte und revisionierte Möglichkeit der gemeinsamen Nutzung von Daten. Diese Lücke wird häufig durch Behelfsimplementierungen und informell organisierten Datenaustausch nur unzureichend geschlossen. Änderungsmanagement und Fortschrittskontrolle Eine maßgebliche Herausforderung ist der Umgang mit Änderungen während der Entwicklungszeit und wie diese Änderungen in den jeweils involvierten Werkzeugen wahrgenommen und bearbeitet werden können. So kann die Änderung des Typs eines Sensors nach sich ziehen, dass auch die Kabelführung im Elektroplan und die Skalierung im Steuerungsprogramm angepasst werden müssen. Ein systematisierter Änderungsprozess erfordert die effiziente Erkennung von Änderungen und Konflikten sowie deren Lösung. Um den Engineering-Prozess sichtbar zu machen und systematischen Datenaustausch zu organisieren, wird derzeit auf der Basis Automation Service Bus (ASB) das web-basierte, sogenannte Engineering-Cockpit (siehe Bild 2) entwickelt. Es ermöglicht durch die systematische Integration der relevanten Datenmodelle aus den im Projekt verwendeten Softwarewerkzeugen eine Projekt- und Prozesssicht über Fachbereiche bzw. Domänen hinweg. Die Projektsicht im Engineering-Cockpit besteht aus der rollenorientierten Sicht des Benutzers, etwa als Manager oder Ingenieur mit bestimmtem Fachbereich. Dabei können Auswertungen zum Projektfortschritt nach Gewerk, Objekttyp oder Domäne etc. vorgenommen werden. Auch Risikoindikatoren, wie beispielsweise verspätete Änderungen an bereits freigegebenen Datenbeständen und der Status von Projektpartnern, die auch das Engineering-Cockpit verwenden, sind auf dieser Basis darstellbar. Die Prozesssicht im Engineering-Cockpit zeigt Status und Änderungshäufigkeit domänenübergreifender Daten. Dies sind etwa Signale, andere Engineering-Objekte oder auch offene Engineering-Tickets, die zur Nachverfolgung von Änderungen und Konflikten erzeugt und zugeordnet werden. Durch die rollenorientierte Sicht wird es den Ingenieuren vereinfacht, die für ihren eigenen Arbeitsbereich relevanten Aufgaben im Blick zu behalten. Darüber hinaus wird eine Kommunikationsschnittstelle zu Kollegen aus anderen Domänen geboten, die auf Daten und Informationen fokussiert, die beide Seiten interessieren. Systematischer Datenaustausch erhöht die Produktivität Der Datenaustausch sowie die gemeinsame Nutzung von Daten, die domänenübergreifende Konzepte wie Signale abbilden, wird durch den ASB umgesetzt und kann im Engineering-Cockpit gesteuert und kontrolliert werden. Zentrale Konzepte (etwa Signale oder Engineering-Objekte) können so systematisch revisioniert, qualitätsgesichert und bidirektional zwischen Werkzeugen ausgetauscht werden. Dadurch ist es möglich, frühzeitig Fehler zu erkennen, die sich aus Änderungen von Daten gemeinsamer Konzepte in unterschiedlichen Werkzeugen ergeben, etwa das Ändern von Signalen durch den Einsatz geänderter Typen oder Dimensionen von Bauteilen. Derartige Fehler sind in einem einzelnen Werkzeug nicht (bzw. nicht leicht) zu finden und erfordern die semantische Integration von Datenmodellen, um die gemeinsamen Daten in unterschiedlichen Werkzeugen automatisch überprüfen zu können. Mit dem Ansatz der semantischen Integration wird auch die Verfolgung von Änderungen an zentralen Konzepten über Werkzeuggrenzen hinweg unterstützt. Unter anderem wird es dadurch möglich, aus erfolgten Änderungen in einer Domäne die Notwendigkeit von Änderungen in anderen Domänen abzuleiten und dazu sogenannte Engineering-Tickets zu generieren, die entsprechend dem Rollenkonzept zugewiesen und verwaltet werden. Auch die Navigation zwischen Werkzeugen wird ermöglicht, etwa: Zeige im Elektroplan die Stelle an, wo das zu dieser Variable gehörende Signal verdrahtet wird! Umsetzung auf der Basis einer offenen Kollaborationsplattform Basis für die Funktionen des Engineering-Cockpits sind Plattformen für die technische Integration heterogener Softwarewerkzeuge und die semantische Integration der gemeinsamen Konzepte (wie Signale oder Geräte) in den Datenmodellen dieser Softwarewerkzeuge. Prototypen dieser Plattformen sind Ergebnisse der anwendungsorientierten Grundlagenforschung im Christian Doppler Forschungslabor für \’Software Engineering Integration für flexible Automatisierungssysteme\‘ (CDL-Flex; cdl.ifs.tuwien.ac.at) an der Technischen Universität Wien. Die technische Integration erfolgt durch die Integrationsplattform Engineering Service Bus (openengsb.org) und entsprechende Konnektoren zu den beteiligten Softwarewerkzeugen. Ein wesentliches Leistungsmerkmal besteht darin, dass dadurch auch vor Ort vorgenommene Änderungen erfasst werden können, sogar wenn keine direkte Verbindung zum Büro besteht. Die semantische Integration zur Abbildung von gemeinsamen Konzepten auf Projektebene, etwa Signalen, auf lokale Begriffe und Formate in unterschiedlichen Softwarewerkzeugen erfolgt durch die Plattform Engineering Data/Knowledge Base und ermöglicht den effizienten Datenaustausch zwischen den unterschiedlichen Fachbereichen. Kontinuierliche Evaluation Mit Industriepartnern werden die erreichten Ergebnisse laufend in konkreten Engineering-Projekten evaluiert. Dabei wird auf die spezifischen Bedürfnisse des Industriepartners eingegangen und gemeinsam mit kooperierenden Domänen-Werkzeugherstellern eine Lösung realisiert, durch die Produktivität und Qualität des kollaborativen Engineerings effektiv gesteigert werden. So wird beispielsweise derzeit vom österreichischen Wasserkraftspezialisten Andritz Hydro GmbH ein internationales Kraftswerksprojekt umgesetzt, in dem einzelne Leistungsmerkmale des ASB evaluiert werden. Aktuell wird u.a. an einer ersten Version des Engineering-Cockpits gearbeitet und auch hierbei Domänenexperten beigezogen, um die Praxis-Eignung sicherzustellen. Auch eine Unterstützung vom AutomationML, dem offenen XML-Datenformat zum Austausch von Anlagendaten, ist für 2011 geplant. Längerfristig sieht logi.cals Engineering-Environment-Integration auf der Basis des ASB als Dienstleistung, die es Anwendern ermöglicht, sowohl die für ihre Anwendung bestgeeigneten Domänen-Werkzeuge zu nutzen als auch die Kollaboration ihrer Ingenieure systematisch und qualitätsgesichert zu unterstützen. Neben dem an der Technischen Universität Wien betriebenen CD-Labor wurde Anfang des Jahres auch die Österreichische Gesellschaft für Softwarewerkzeug-Integration (ÖGSI) gegründet, um das Engineering komplexer Automatisierungssysteme im 21. Jahrhundert flexibler und zuverlässiger zu gestalten.