©AIS
Felix Mayer
Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme (AIS)
Fakultät für Maschinenwesen, Technische Unive...
©AIS
Motivation
 Integration der verstreuten Informationen und Daten innerhalb unterschiedlicher Domänen zu
nutzbringende...
©AIS
Begriffsklärung Cyber-Physical Systems
3Felix Mayer13.11.2015
• Cyber-Physical Systems (CPS) umfassen
typischerweise ...
©AIS
Datenaufbereitung,
Datenintegration für den
Menschen
Assistenzsysteme für das
Engineering
Datenanalyse von Prozess- u...
©AIS
Gliederung
5Felix Mayer13.11.2015
Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS)
Potentiale und Ansätze
Internet
1. An...
©AIS
• Rekonfiguration • Diagnose
Auswahl möglicher Anwendungsfälle
6Felix Mayer13.11.2015
• Qualität • Optimierung
Zustan...
©AIS
• Große verfahrenstechnische Anlagen
mit kontinuierlichen voneinander
abhängigen Prozessen
– Teils 10.000 Geräte in e...
©AIS
Steigerung der OEE durch Smart Data
8
Verfügbarkeit
Mögliche Produktionszeit
Tatsächliche Produktionszeit
Verluste du...
©AIS
HerstellerData Cloud
• Datenlogistik
 Sichere Bereitstellung, Transport, Lagerung
• Datenaggregation und -analyse
– ...
©AIS
• Messedemonstrator Automatica 2014
• Gemeinsame Live-Produktion mit
heterogenen Steuerungsarchitekturen
– Unterschie...
©AIS
Offener Demonstrator myJoghurt
13.11.2015 Felix Mayer 11
Kundenagent
Informations-
modell
Informations-
modell
Inform...
©AIS
Gliederung
12Felix Mayer13.11.2015
Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS)
Potentiale und Ansätze
Internet
1. A...
©AIS
Serviceorientierten Architekturen
13Felix Mayer13.11.2015
PLS
PLS
D1.1
D1.2
D1.3
D1.4
D2.1
D2.2
S2S1
Terminal
?
Con.
...
©AIS
Multi-Agenten basierte Architektur
14Felix Mayer
CPPS Agent
Management System
Agent A: Adresse A
Agent B: Adresse B
C...
©AIS
OPC
15Felix Mayer13.11.2015
OPC-UA-Netz
Produktions-Netz
privatöffentlich
Agent
Bestehende Plattform
(nicht OPC-UA-ba...
©AIS
Modellbasierte Datenkopplung über Datenbackbone
13.11.2015 Felix Mayer 16
©AIS
Gliederung
17Felix Mayer13.11.2015
Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS)
Potentiale und Ansätze
Internet
1. A...
©AIS
Modellieren am Beispiel MES-ML
18Felix Mayer13.11.2015
MES Modell, erste Ebene
PLSERPMES Signal
Plant Area Unit Signa...
©AIS
Schichtleiter übernimmt
Rolle Mechaniker
Rolle
Schichtleiter
Schichtleiter übernimmt
Rolle Operator
 Schichtleiter
...
©AIS
Darstellungskonzepte zur Informationsvisualisierung
Hyperbolic Tree View
(Logische Sicht)
Strukturelle Sicht Geografi...
©AIS
Informationsaggregation für den Menschen
• Touch-Interaktionsgestützte
Gestensteuerung auf mobilen
Endgeräten
• Augme...
Nächste SlideShare
Wird geladen in …5
×

Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS): Potentiale und Ansätze

631 Aufrufe

Veröffentlicht am

Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS): Potentiale und Ansätze
Felix Mayer, Technische Universität München
IT2Industry 2015 Open Conference #IT2I15 | München, 13.11.2015 (Vortrag Tag 4)

Veröffentlicht in: Technologie
0 Kommentare
1 Gefällt mir
Statistik
Notizen
  • Als Erste(r) kommentieren

Keine Downloads
Aufrufe
Aufrufe insgesamt
631
Auf SlideShare
0
Aus Einbettungen
0
Anzahl an Einbettungen
5
Aktionen
Geteilt
0
Downloads
0
Kommentare
0
Gefällt mir
1
Einbettungen 0
Keine Einbettungen

Keine Notizen für die Folie
  • fm: Kapitelüberschriften…
  • fm: Kapitelüberschriften…




  • Delta V (Emerson), Werum, 360 verschiedene EDV-Systeme, MES ()
    Wie sieht kanonischer Datenbus genau aus? Sensor-Middleware.
    Wie sehen Adapter aus?
    Agent einfügen.
  • fm: Kapitelüberschriften…
  • Das sind KEINE Videos!
  • Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS): Potentiale und Ansätze

    1. 1. ©AIS Felix Mayer Lehrstuhl für Automatisierung und Informationssysteme (AIS) Fakultät für Maschinenwesen, Technische Universität München Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS) Potentiale und Ansätze Internet IT2Industry@productronica
    2. 2. ©AIS Motivation  Integration der verstreuten Informationen und Daten innerhalb unterschiedlicher Domänen zu nutzbringenden Informationen auf Basis von Wissen und Erfahrung  Nutzbarmachung der Informationen für automatische Prozesse und den Menschen • Sinkende Losgrößen, höherer Individualisierungsgrad • Steigende Rechen- und Speicherleistung • Steigende vertikale und horizontale Verknüpfungen • Großes Potential in Daten und Vernetzung • Unbekannte Zusammenhänge innerhalb von Prozessen • Automatische (Re-)Konfiguration • Fehlerhafte bzw. ungünstige Parametrierungen erkennbar • … Ausgangssituation 13.11.2015 Felix Mayer 2 Aber
    3. 3. ©AIS Begriffsklärung Cyber-Physical Systems 3Felix Mayer13.11.2015 • Cyber-Physical Systems (CPS) umfassen typischerweise eingebettete Systeme (als Teil von Geräten, Gebäuden, Verkehrsmitteln, Verkehrswegen, Produktionsanlagen, Logistik- und Managementprozessen, etc.), die – mittels Sensoren und Aktoren unmittelbar physikalische Daten erfassen und auf physikalische Vorgänge einwirken, – mit digitalen Netzen verbunden sind (drahtlos, drahtgebunden, lokal, global), – weltweit verfügbare Daten und Dienste nutzen – und über eine Reihe multimodaler Mensch- Maschine-Schnittstellen (dediziert in Geräten, unspezifisch etwa über Browser, etc.) verfügen. Eingebettete Systeme Intelligente Systeme Kooperative Systeme System of Systems CPS Quelle (links): M. Broy (Hrsg.): Cyber-Physical Systems. Innovation durch Software-Intensive Eingebettete Systeme. acatech diskutiert. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2010 Quelle (rechts): B. Vogel-Heuser, G. Kegel, K. Bender und K. Wucherer: Global Information Architecture for Industrial Automation. In: Automatisierungstechnische Praxis (atp), Jahrgang 51 (2009), Heft 1, S. 108-115.
    4. 4. ©AIS Datenaufbereitung, Datenintegration für den Menschen Assistenzsysteme für das Engineering Datenanalyse von Prozess- und Alarmdaten und Verknüpfung mit Engineeringdaten Bereitstellung notwendiger Daten für Konfiguration, Produktion, Verhandlung Technische Merkmale von CPS für die Produktion 4Felix Mayer13.11.2015 Datendurchgängigkeit über verschiedene „Stakeholder“ in verschiedenen Engineeringphasen und -gewerken Architekturmodelle (Referenzarchitektur) für eine Klasse von Aggregaten/Modulen in Bezug auf Eigenschaften, Fähigkeiten, Schnittstellen… Beschreibung von Produkt- und Betriebsmitteln, z.B. Ontologien, zur eigenständigen Analyse, Darstellung, Organisation und Ausführung eines Produktionsablaufes Produktionseinheiten mit inhärenten Fähigkeiten Digitale Netze und Schnittstellen für die Kommunikation (zwischen Geräten, Mensch und Anlage, Anlage und Anlage) Weltweite Verteilung von Daten, hohe Verfügbarkeit, Zugriffsschutz Flexible Produktionseinheiten, adaptierbar auf geänderte Produktanforderungen, erlauben auch strukturelle Änderungen CPS Marktplatz der Produktions- einheiten In Anlehnung: B. Vogel-Heuser, G. Bayrak, U. Frank: Forschungsfragen in "Produktautomatisierung der Zukunft". acatech Materialien. 2012. Kommunikation und Datendurchgängigkeit Intelligente Produkte und Produktionseinheiten Datenaufbereitung für den Menschen
    5. 5. ©AIS Gliederung 5Felix Mayer13.11.2015 Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS) Potentiale und Ansätze Internet 1. Anwendungsfälle und Potentiale 2. Technische Ansätze 3. Der Menschen im CPPS
    6. 6. ©AIS • Rekonfiguration • Diagnose Auswahl möglicher Anwendungsfälle 6Felix Mayer13.11.2015 • Qualität • Optimierung Zustand Zeit Pumpe 1 Pumpe 2 Pumpe 3
    7. 7. ©AIS • Große verfahrenstechnische Anlagen mit kontinuierlichen voneinander abhängigen Prozessen – Teils 10.000 Geräte in einer Anlage – Messintervall häufig < 10ms – Weltweit mehrere Anlagen eines Betreibers – Große Komplexität der Prozesse • Unterschiedliche Datenquellen mit proprietären Schnittstellen – Über 100 IT-Systeme (an einem Standort) • Heterogene Daten – Unterschiedliche Archivierungsdauer, Speicherorte, Einheiten der Messwerte Informationsgewinnung schwierig  Sinnvolle Aussagen nur durch zusätzlich Verknüpfung mit anlagen- / prozessspezifischem Wissen möglich  Status Quo: Datenauswertung findet manuell (Excel) statt. Anwendungsfall Prozessindustrie Diagnose, Optimierung, Qualität 7Felix Mayer13.11.2015 Anwendungspotenzial alle Anlagen der Prozessindustrie (50% BIP, 2008)
    8. 8. ©AIS Steigerung der OEE durch Smart Data 8 Verfügbarkeit Mögliche Produktionszeit Tatsächliche Produktionszeit Verluste durch ungeplante Stillstände LeistungQualität Theoretische Ausbringung / Leistung Tatsächliche Ausbringung / Leistung Verluste durch Werkzeugwechsel, Chargenwechsel … Mögliche Ausbringung / Qualität Tatsächliche (einwandfreie) Ausbringung / Qualität Verluste durch Nacharbeit, Ausschuss … Qualitäts- verluste Leistungs- verluste Verfügbarkeits- verluste Effektivitätsverlust • Verfügbarkeit: Steigerung der OEE Minimierung ungeplanter Stillstandzeiten • Lebensdauerabschätzung von Automatisierungsgeräten • Bessere Planung von Wartungsintervallen • Qualität: Steigerung der OEE durch Minimierung von Ausschuss und Erhöhung der Produktqualität 13.11.2015 Felix Mayer
    9. 9. ©AIS HerstellerData Cloud • Datenlogistik  Sichere Bereitstellung, Transport, Lagerung • Datenaggregation und -analyse – Aggregation der anlagen- und Prozesss- daten mit historischen Daten  Nutzbarmachung von vorhandenem Know-How für den Informationsgewinn – Erkennung unbekannter Zusammenhänge in Daten  Implizites Wissen explizit machen – Integration der Feldgerätehersteller zur Vergrößerung der Datenbasis und zur Verbesserung der Feldgeräte • Datennutzen – Unternehmensweite Anwendung der Analyseergebnisse in Anlagenfamilien – Unternehmensübergreifende Erkenntnisse bereitstellen – Unterstützung des Betriebspersonals in Engineering, Prozessführung, Wartung- und Instandhaltung Smart Data zur Steigerung der OEE Detailliertes Prozess- und Anlagenwissen bündeln 9Felix Mayer13.11.2015 Auswertung beim Hersteller Aufbereitung der Daten für Betreiber; Beispiel Pumpe (Z- Richtung verschiedene Pumpen)
    10. 10. ©AIS • Messedemonstrator Automatica 2014 • Gemeinsame Live-Produktion mit heterogenen Steuerungsarchitekturen – Unterschiedliche Steuerungshardware – Verschiedene Betriebssysteme – Herstellung verschieder Produkte • Robot Integrated Agent Network (RIAN) vernetzt Anlagen auf Steuerungsebene Anwendungsfall RIAN Rekonfiguration, Individualisierung 10Felix Mayer13.11.2015 Laser- schneiden Spritzgießen VerpackungLager Gravieren Mein Text
    11. 11. ©AIS Offener Demonstrator myJoghurt 13.11.2015 Felix Mayer 11 Kundenagent Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modellInformations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Informations- modell Kaiserslautern München Magdeburg Hamburg Aachen Dresden Informations- modell Dienste Dienste Dienste Dienste Dienste Dienste Dienste
    12. 12. ©AIS Gliederung 12Felix Mayer13.11.2015 Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS) Potentiale und Ansätze Internet 1. Anwendungsfälle und Potentiale 2. Technische Ansätze 3. Der Menschen im CPPS
    13. 13. ©AIS Serviceorientierten Architekturen 13Felix Mayer13.11.2015 PLS PLS D1.1 D1.2 D1.3 D1.4 D2.1 D2.2 S2S1 Terminal ? Con. Visu ? Con. MES ? Con. ERP, SAP ? Con. PAM Diagnose Diagnosedienst PLS:D1.2 (getTemperatur) PLS:D2.1 (calcTemperatur) T = (S1 + S2) / 2 Temperatur aktuell? Temperatur Historie? Bsp: Plausibilitätprüfung PAM:D3.1 (getHistorie) … ? == Dienste Container (Con.): z.B. XML, OPC UA, … Terminal D3.1 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 5 Quelle (in Anlehnung): F. Mayer, D. Pantförder, C. Diedrich, B. Vogel-Heuser: Deutschlandweiter I4.0-Demonstrator – Technisches Konzept und Implementierung. 2013.
    14. 14. ©AIS Multi-Agenten basierte Architektur 14Felix Mayer CPPS Agent Management System Agent A: Adresse A Agent B: Adresse B CPPS Compound (Multi-Agent System) Customer Agent CPPS Directory Facilitator Agent A: Cap1, Cap2 Agent B: Cap2, Cap3 CPPS Cloud (Infrastructure) CPPS A (PLC) SysAgent CommAgent PLC Interface ProcAgent A MAS ITF Plant Agent CPPS D (C) C CPPS C (JADE) Plant Agent B AMS MTS DF CPPS ITF JADE InterfaceJULE Interface AMS MTS DF MES Agent CPPS ITF PLC ITF CPS B (C#) Module Agent n Module Agent 1 Device Agent CPS E (C) „Smart Device“ Prod. System A Prod. System DProd. System CService Provider Demonstrator A Demonstrator B Demonstrator C 13.11.2015 Coordination Agent CPPS Message Transport System Agent A, Message A Agent 3, Message D ©AIS,IFAK,IFAT,IAS
    15. 15. ©AIS OPC 15Felix Mayer13.11.2015 OPC-UA-Netz Produktions-Netz privatöffentlich Agent Bestehende Plattform (nicht OPC-UA-basiert) Weitere Dienste, Geräte, Anlagen, … Weitere Dienste, Geräte, Anlagen, … Weitere Dienste, Geräte, Anlagen, … Geräte Maschinen Anlagen In Anlehnung an ABB AG / Plattform I4.0 I4.0-Dienstschnittstelle • I4.0-konform • Aktiv kommunikationsfähig Agent • Stellt nach oben I4.0-konforme Dienstschnittstelle bereit • Stellt nach unten plattformkonforme Schnittstelle bereit • Übersetzt intelligent zwischen den Schnittstellen  Bindet bestehende Plattformen in das I4.0-Netz ein  Ermöglicht Migration existierender Lösungen Agent koppelt bestehende Plattformen(orange) an eine übergreifende OPC-Welt (grün). Zwischen den Plattformen werden die Daten mittels Ontologien übersetzt.
    16. 16. ©AIS Modellbasierte Datenkopplung über Datenbackbone 13.11.2015 Felix Mayer 16
    17. 17. ©AIS Gliederung 17Felix Mayer13.11.2015 Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS) Potentiale und Ansätze Internet 1. Anwendungsfälle und Potentiale 2. Technische Ansätze 3. Der Menschen im CPPS
    18. 18. ©AIS Modellieren am Beispiel MES-ML 18Felix Mayer13.11.2015 MES Modell, erste Ebene PLSERPMES Signal Plant Area Unit Signal Area Unit Signal Signal Unit Unit Signal Signal Signal Signal Signal Technisches Systemmodell, vollständige Struktur Prozessmodell, erste Ebene A C B G B F Modell des technischen Systems Prozess- modell MES-/IT- Modell Grafische Repräsentation der hierarchischen Struktur der Anlage. Vollständiges Modell des MES, anderer IT-Systeme und deren Schnittstellen. Integrierte Darstellung des Produktionsprozesses, Geschäftsprozesses und der unterstützenden Aktionen für den Betrieb. Projekt Prozess MES Status: Verbunden
    19. 19. ©AIS Schichtleiter übernimmt Rolle Mechaniker Rolle Schichtleiter Schichtleiter übernimmt Rolle Operator  Schichtleiter  Mechaniker  Operator  Rot-Grün- Sehschwäche  Bevorzugt Sprachsteuerung Kontext Informationsaggregation für die Wartung Wartungshandbuch 1. Maße und Abbildung Zylinder 2. Sicherheits- vorschriften 2.1 Allgemeine Sicherheitshinweise Wartungspläne ^ ^ ^ ^ ©AIS Schichtleiter Rollen Personalpläne ^ ^ Bestandsliste ^ ^ < < Visualisierung Prozessdaten ^ ^ ^ ^ < < 13.11.2015 Felix Mayer 19 Herausforderung • Vorhersage von kritischen Situationen durch Analyse von Prozessdaten und Alarm-Sequenzen • Handlungsempfehlungen für Operator Lösungsansatz • Musteranalyse, statistische Ansätze und Clustering
    20. 20. ©AIS Darstellungskonzepte zur Informationsvisualisierung Hyperbolic Tree View (Logische Sicht) Strukturelle Sicht Geografische Sicht 3D Sicht • 2D – 3D Sichtwechsel • Mehr Informations- darstellungsmöglichkeiten durch dritte Dimension • Anforderungsrelevante Informationsauswahl • Kausale Fehlergruppierung 13.11.2015 Felix Mayer 20 Quelle: Pantförder, D., Vogel-Heuser, B.: Nutzen von 3D-Pattern in der Prozessführung am Beispiel geeigneter Anwendungsfälle. In: Automatisierungstechnische Praxis (atp), Oldenbourg-Verlag, München, 2006, Jahrgang 48, Heft 11, S. 62 - 70  Entwicklung parametrierbarer Bibliotheksobjekte (3D-Pattern)
    21. 21. ©AIS Informationsaggregation für den Menschen • Touch-Interaktionsgestützte Gestensteuerung auf mobilen Endgeräten • Augmented Reality zur Unterstützung bei Wartung, Optimierung und Instandhaltung von industriellen Anlagen 13.11.2015 Felix Mayer 21 Vielen Dank

    ×