Plug-and-Produce: Demonstratorplattform für dezentrale und interoperable fluidtechnische Komponenten
Aktuelle Trends in der Fertigung wie kundenspezifische Massenfertigung, Verkürzung der Produktlebenszyklen, effiziente Wartung, höhere Funktionalität und Zuverlässigkeit von Anlagen, führen zu einer zunehmenden Komplexität von Automatisierungsanlagen und erfordern häufige Neukonfigurationen. Diese hohe Vielseitigkeit erfordert interoperable Komponenten und selbstorganisierende fluidtechnische Systeme. Der Machbarkeitsnachweis solcher "Plug-and-Produce"-Lösungen wird auf der Demonstratorplattform für ein pneumatisches bzw. ein hydraulisches Referenzsystem erbracht
Aufbau der Demonstratorplattform
Das pneumatische Referenzsystem stellt ein Handlingsystem dar, das aus einer Ventilinsel, Pneumatikzylindern zur mehrachsigen Bewegung und einem Greifer zum Aufnehmen und Ablegen von Gegenständen besteht. Darüber hinaus liefern ein Massenstromsensor, Drucksensoren und Endschalter sensorische Informationen. Das hydraulische System umfasst ein Hydraulikaggregat, ein Hydraulikzylinder sowie ein 4/3-Wegeventil besteht. Über einen zweiten Hydraulikzylinder wird dem ersten Zylinder eine Last aufgeprägt. Zustandsgrößen des Hydrauliksystems werden über Druck- und Positionssensoren erfasst. In beiden Referenzsystemen sind alle Komponenten leicht zugänglich und austauschbar. sind Funktionseinheiten definiert, die aktive und passive Komponenten zu verwaltbaren Einheiten zusammenfassen. Darüber hinaus ist jede Funktionseinheit mit Single-Board-Computern ausgestattet, um Konnektivität und lokale Rechenleistung bereitzustellen.
Dezentrale I4.0-Komponenten
Im Gegensatz zu klassischen Systemen, die hierarchisch und zentralisiert organisiert sind, bestehen dezentralisierte Systeme aus lose gekoppelten, kooperierenden I4.0-Komponenten. Einzelne I4.0-Komponenten stellen gekapselte Funktionalitäten (Services) bereit, die andere Systemteilnehmer beanspruchen können, um Aufgaben flexibel zu lösen. Diese umfassen neben dem realen Wertgegenstand eine virtuelle Repräsentation dessen. Neben den Services umfasst die virtuelle Repräsentation Aspekte der Selbstbeschreibung sowie Basiskommunikation. Ein Konzept, das diese Aspekte einer konsistenten virtuellen Repräsentation erfüllt, ist die Verwaltungsschale (engl. Asset Administration Shell (AAS)). Für jede funktionale Einheit in den Referenzsystemen wird eine AAS generiert, die als Schnittstelle für die Koordination gemeinsamer Aufgaben dient.
Automatisierte Inbetriebnahme in einem verteilten System
Auf Basis der I4.0-Komponenten kann ein assistierter, und sofern möglich, vollständig automatisierter Inbetriebnahmeprozess realisiert werden. Semantische Informations- und Interaktionsmodelle ermöglichen den Teilnehmern des verteilten Systems, Informationen über weitere Komponenten im System zu erhalten und sich abzustimmen. Anhand der Inbetriebnahmeschritte und -anforderungen, die in den AAS jeder Funktionseinheit hinterlegt sind, kann automatisch eine Inbetriebnahmesequenz für das verteilte System abgeleitet werden. Schließlich ermöglicht die automatisierte Inbetriebnahme eine effizientere und fehlerfreie Rekonfiguration von Systemen, die zudem unabhängig von der Erfahrung des Anwenders ist.