Deterministische, dynamische Systemstrukturen in der Automatisierungstechnik

  • Deterministic, dynamic system structures for automation technology

Mersch, Henning; Epple, Ulrich (Thesis advisor); Wollschlaeger, Martin (Thesis advisor)

Als Manuskript gedruckt. - Düsseldorf : VDI Verlag (2016)
Buch, Doktorarbeit

In: Fortschritt-Berichte VDI. Reihe 8, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik 1245
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource (XI, 131 Seiten) : 77 Bilder, 3 Tabellen

Dissertation, RWTH Aachen, 2015

Kurzfassung

Für die Weiterentwicklung der Automatisierungstechnik ist die erweiterte Zusammenarbeit der automatisierungstechnischen Geräte wichtig. Dieses gilt für alle Phasen einer Anlage: Von derPlanung über die Produktion bis zur Wartung. Ebenso auch für die horizontale und vertikale Integration während der Produktion. Viele aktuelle Themen, wie "Industrie 4.0" oder "Cyber Physical Systems" gehen davon aus, dass Informationen aus dem Engineering zur Produktionszeitbereit stehen. Hierzu leistet diese Arbeit einen Beitrag. Informationen werden heutzutage noch häufig entweder nicht elektronisch auswertbar gespeichert (beispielsweise als Grafiken) oder sind so abgelegt, dass nur einzelne Programme auf sie zugreifen können. Hierdurch sind die existierenden Informationen nicht so weit zugreifbar, wie sie es eigentlich sein könnten. Modelle spielen hierbei eine entscheidende Rolle: Sie beschreiben Sachverhalte der Anlagen. Die meisten der heutigen Modelle werden bei ihrer Spezifikation in einem elektronisch abbildundauswertbaren Format definiert, sodass ein Computer die Informationen sowohl bereitstellen, wie auch auswerten und damit nutzen kann. Werden diese Modelle zur Produktionszeit bereitgestellt und genutzt, werden hierdurch dynamische Änderungen ermöglicht, die heutzutage nicht üblich sind. In der Automatisierungstechnik wird deswegen immer mehr angestrebt, Modelle zur Beschreibung der unterschiedlichsten Sachverhalte zu nutzen. Modelle beschreiben unter anderem Systemstrukturen einer Anlage. Dabei werden themen-spezifische Modelle entwickelt, die unabhängig voneinander jeweils eigene Blickwinkel der Automatisierungstechnik auf eine Anlage beschreiben. Im Gegensatz dazu wurden Versuche, bei denen eine Domäne als Ganzes (wie beispielsweise Automatisierungstechnik) abgebildet werden soll, nicht von Erfolg gekrönt. Die Modelle konnten sich beispielsweise nicht etablieren, weil eine Verbreitung nicht erreicht wurde. Dieses mag insbesondere daran gelegen haben, dass die jeweiligen Detaillierung von umfassenden Modellen (sogenannten "Welt-Modellen") für spezifische Anwendungsfälle nicht ausreichend waren. Da diese Modelle in dem Fall nicht eingesetzt werden konnten, wurde wiederum auf Eigenentwicklungen gesetzt, was den Bestrebungen des Welt-Modells widersprach. Die vorliegende Arbeit beschreibt Mittel, um die gleichen Ziele zu erreichen, aber auf ein zentralistisches Modell zu verzichten: Existierende, heterogene Modelle werden in allen Phasen und Ebenen einer verteilten Umgebung, wie in einem automatisierungstechnischen System, nutzbar gemacht. Hierzu wird zum einen eine verteilte, dynamische modellgetriebene Instanzumgebung beschrieben. Sie kann als Erweiterung von existierenden Technologien begriffen werden, wird aber unabhängig von diesen dargestellt. Durch diese modellgetriebene Instanzumgebung wird erreicht, Teile eines Modells auf unterschiedlichen Geräten bereitzustellen. Diese sind in einer einheitlichen Weise abfragbar und erkundbar. Hierdurch können die im Modell abgebildeten Systemstrukturen an einem "sinnvollen" Ort abgelegt werden, der nach Kriterien, wie der häufigsten Nutzung, der höchsten Ausfallsicherheit oder der schnellsten Verfügbarkeit beim Zugriff erfolgen kann. Gleichzeitig bietet eine solche Ausführungsumgebung der Modelle die Möglichkeit dynamisch auf Änderungen zu reagieren: kollaborativ erfolgen Änderungen von unterschiedlichen Anwendungen. Dabei muss jedoch insbesondere die Transaktionssicherheit sowie Nachvollziehbarkeit (Determinismus) der Änderungen gegeben sein. Zum anderen beschreibt die Arbeit ein Konzept zur Interkonnektion von Modellen. Hierbei werden Teile von Modellen, die unabhängig voneinander entworfen wurden, in Relation zueinander gesetzt. Interkonnektionen stellen dabei eine Form von Relationen dar, die jedoch keinerlei Abhängigkeit an Ausgangs- sowie Zielpunkt voraussetzen. Dieses erlaubt die Modellierung von zusätzlichen Sachverhalten, sodass die Interkonnektion von Modellen wiederum ein Modell ist. Durch die Kombination dieser beiden Aspekte ergibt sich eine verteilte, deterministische und dynamische Ausführungsumgebung für Systemstrukturen. Voraussetzung ist ein gemeinsames Meta-Modell sowie Verständnis der Problematik. Als Folge können Modelle unabhängig voneinander entworfen werden. Eine solche Ausführungsumgebung muss dabei Schnittstellen bereitstellen, um die Informationen abzufragen und entsprechende Änderungen vorzunehmen. Erst hierdurch können aufbauende Anwendungen einen realen Nutzen aus den Konzepten ziehen. Insgesamt ergibt sich so eine Lösung, um Modelle zu den unterschiedlichen Phasen und Ebenen einer Anlage - insbesondere auch zur Produktionszeit - zu nutzen. Die Integration der verteilten, unterschiedlichen Modelle beschreibt die informationstechnische Basis, um dynamisch auf Änderungen in den Systemstrukturen zu reagieren. Hierunter werden beispielsweise Änderungen der Anlagenstruktur durch Umbauten ebenso verstanden, wie unterschiedliche Produktionsaufträge.

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