Funktionsnachweis der Interoperabilität von fluidtechnischen Komponenten am Beispiel von Plug-and-Produce
Infolge zunehmender kommunikationstechnischer Vernetzung und Digitalisierung von Maschinen, ihrer Daten und Funktionalitäten entstehen sogenannte cyber-physische Produktionssysteme, welche durch eine erhöhte Transparenz, weitführende Analysen und Optimierungen vieler Prozesse ermöglichen. Die diskutierten Lösungen zur Umsetzung sind bisher sehr allgemeingültig und abstrakt beschrieben, sodass eine breite Umsetzung noch nicht erfolgt ist und schwierig erscheint. Ziel des Projekts ist die Entwicklung fluidtechnischer I4.0 Komponenten zur Unterstützung einer automatisierten Inbetriebnahme.
| Nutzen | Vorgehen |
|---|---|
| Erstellung fluidt. I4.0 Komponenten | Aufbau und Analyse zweier Referenzsysteme |
| Basisdienste und Informationsmodelle fluidt. Komponenten | Modellierung der I4.0 Komponenten und der Plug-and-Produce Logik |
| Integration fluidt. Teilmodelle im Geschäftsprozess Plug-and-Produce | Umsetzung, Test und Validierung der Interoperabilität am Demonstrator |
| Validierung und Quantifizierung von I4.0 Technologien und Standards | Umbau zur offenen Demonstratorplattform |
Plug-and-Produce fluidtechnischer I4.0 Komponenten
Wie in der Abbildung dargestellt, entstehen durch Erweiterung der realen Komponenten um Informationsmodelle und Dienste im Virtuellen, sog. Industrie 4.0 Komponenten. Deren Verfügbarkeit und Nutzung ermöglicht eine bessere Berücksichtigung und Integration von nahezu jeder Komponente in die jeweils betrachteten Anwendungsszenarien. Zur hersteller- und systemübergreifenden Handhabbarkeit (Interoperabilität) der Dienste und Informationen sollen diese semantisch beschrieben sein und dem jeweils übergeordneten Anwendungsfall passend vorliegen. Das Projekt Plug-and-Produce fokussiert die Inbetriebnahme, welche durch erstmalige Erstellung und Verwendung von I4.0 konformen fluidtechnischen Komponenten unterstützt und automatisiert werden soll.
Machbarkeitsnachweis von Plug-and-Produce
Übergeordnetes Ziel des Forschungsprojekts ist die Erbringung eines Machbarkeitsnachweises von Plug-and-Produce durch Realisierung einer konkreten fluidtechnischen Applikation auf Basis von I4.0 konformen Komponenten zur Validierung der zugrundeliegenden interoperablen Teilmodelle und verwendeten Technologien.
Bei der Durchführung werden insbesondere aktuelle Standardisierungen und existierende Lösungen in diesem Kontext berücksichtigt, sodass sich die entwickelten Modelle in den Ordnungsrahmen von Industrie 4.0 integrieren und somit auch offen für Erweiterungen sind. Im Laufe des Projekts entstehen Basisdienste und Informationsmodelle der betrachteten Systeme, welche als Blaupause für weitere fluidtechnische Komponenten dienen. Zur Realisierung des übergeordneten Geschäftsmodells von Plug-and-Produce, entstehen Schnittstellenbeschreibungen sowie eine Systematik zur zielgerichteten Interaktion der Systemteilnehmer (Komponenten, SPS, Inbetriebnehmer, etc. ) für die Inbetriebnahme.
Durch Umsetzung in einem Demonstrator sollen sich jeweils ein hydraulisches und ein pneumatisches System weitestgehend automatisiert in Betrieb nehmen lassen. Am Demonstrator erfolgt der Machbarkeitsnachweis der Methodik von Plug-and-Produce. Des Weiteren findet eine Validierung der verwendeten Technologien und Standards hinsichtlich des betrachteten Anwendungsfalls statt. Verwendete Merkmale und Basisdienste werden in die betreffenden Gremien geleitet.
Im letzten Schritt wird der Demonstrator in Form eines Prüfstands so gestaltet, dass projektbeteiligte Firmen ihre Komponenten ebenfalls im Rahmen der entwickelten Methodik testen können. Zum branchenübergreifenden Wissensaustausch und der Erhöhung der Sichtbarkeit wird angestrebt dem Labs Network Industrie 4.0 (LNI4.0), in dem sich weitere I4.0 Demonstratorplattformen befinden, beizutreten.
Kooperationsprojekt
Das Vorhaben wird mit Experten auf dem Gebiet der Prozesskommunikation, dem Institut für Angewandte Informatik (IAI) der TU Dresden, bearbeitet. Die Abbildung verdeutlicht Zusammenhänge von informationstechnischem und fluidtechnischem Knowhow in den Konzepten von I4.0 (bspw. RAMI4.0), weshalb das Forschungsvorhaben ideal in Kooperation beider Forschungsstellen ifas und IAI bearbeitet werden kann.
Danksagung
Das Projekt wird vom FKM - Forschungsfonds Fluidtechnik des VDMA gefördert.
Das Projekt ist ein Testbed der Plattform Industrie 4.0 der Bundesregierung.
Veröffentlichungen
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Alt, Malzahn, Murrenhoff, Schmitz: A Survey of Industrial Internet of Things in the Field of Fluid Power - Basic Concept and Requirements for Plug-and-Produce, BATH/ASME 2018 Symposium on Fluid Power and Motion Control, FPMC2018, Bath, UK, 2018 |
| Alt, Murrenhoff, Schmitz: A survey of Industrie 4.0” in the field of Fluid Power - challenges and opportunities by the example of field device integration, Fluid power networks - 11th International Fluid Power Conference, IFK2018, Aachen, 2018 |