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CPS

In der Lernfabrik das ABC der Digitalisierung üben

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Automatisierung und Ontologie

In der Lernfabrik wird Intelligenz durch Dezentralisierung und Vernetzung erreicht. Voraussetzung hierfür ist, dass jede Maschine, jedes Gerät, jeder Sensor und sogar das Produkt selbst offen kommunizieren [7] und mit den anderen CPS interagieren kann. Dafür werden ein spezifisches Kommunikationskonzept und eine Komponentenstandardisierung benötigt.

Das Automatisierungskonzept der Lernfabrik basiert auf hochstandardisierter kleiner und offener Hard- und Software und wird um eine grafische Programmierumgebung ergänzt.

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Durch die Vernetzung der CPS wird die klassische Automatisierungspyramide zunächst aufgelöst. Es erfolgt eine Dezentralisierung, denn jedes CPS baut eine eigene dezentrale Automatisierungspyramide für sich selbst auf. Anstelle eines großen zentralen Systems tritt also die Vernetzung von vielen kleinen Automatisierungssystemen. Dies hat den Vorteil, dass viele verschiedene CPS/Gerätschaften miteinander verbunden werden können. Voraussetzung ist allerdings, dass das Kommunikationsprotokoll bekannt ist.

Für die Umsetzung eines gemeinsamen optimalen Produktionsziels im Sinne von Hersteller und Kunde ist darüber hinaus die Ontologie entscheidend, das heißt die Datenorganisation und deren Kommunikation.

Zur Umsetzung der Anforderungen sind eine Vielzahl von Rahmenbedingungen zu beachten wie Echtzeitfähigkeit, Zuverlässigkeit und Redundanzen, Security und vieles mehr. Die übergeordneten Funktionen werden von einem überlagerten Business-Öko-System gesteuert, das übergeordnete Daten sammelt und verwaltet sowie Aufträge plant.

Zusammenfassung: Die Lernfabrik der HTWG Konstanz ermöglicht Studenten ebenso wie (Gewerbe-)Schülern und Mitarbeitern von Firmen, moderne Produktion zu erfahren und zu testen. Hier wird ein intelligentes Modellfahrzeug als CPS gefertigt. Der Kunde hat die Wahl an Ausstattungsvarianten, kann konstruktiv in die Produktentstehung eingreifen und somit das Modellfahrzeug individuell anpassen.

Eingesetzt wird ein hoch standardisiertes Automatisierungskonzept, das auf einem nach Lean-Kriterien optimierten Produktionsprozess aufsetzt. Die gesamte Lernfabrik ist unter den gleichen Gesichtspunkten wie das Modellfahrzeug als CPS automatisiert. Zum Einsatz kommen NI-Komponenten wie my RIO, my DAQ, Compact RIO sowie grafische Programmierung mit Labview – auch in Kombination mit Arduino-Boards. Das Konzept erlaubt zudem die Einbindung klassisch automatisierter Komponenten.

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Literatur:

[1] H. Hesse; A. Kohn, J. Lehmann, H. Farazaneh, D. Ihlenburg: Integration of Semantic Technologies for Business Process Support in the Automation Industry. In: W. Wahlster, H.-J. Grallert, S. Wess, H. Friedrich, Th. Widenka (Hrsg.): Towards the Internet of Services: The THESEUS Research Program. Springer Science + Business Media, 2014

[2] VDI 2014. Industrie 4.0 – CPS-basierte Automation Forschungsbedarf anhand konkreter Fallbeispiele. Statusreport. Düsseldorf

[3] ACATECH 2013. Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. In: H. Kagermann, W. Wahlster, J. Helbig (eds.): Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0

[4] D. Spath, O. Ganschar, S. Gerlach, M. Hämmerle, T. Krause, S. Schlund: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0. Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO, 2014

[5] TECHCONSULT 2014. Business Performance Index. Expertenbericht Diskrete Fertigung

[6] E. M. Rogers: Diffusion of Innovations, New York. Free Press, 2003

[7] O. UA-COMMUNITY: OPC Unified Architecture – Wegbereiter der vierten industriellen [R]Evolution, Verl. OPC Foundation, 2013

* Prof. Dr.-Ing. Marcus Kurth, Prof. Dr.-Ing. Carsten Schleyer, Daniel Feuser, Institut für Systemdynamik, HTWG Konstanz, Konstanz

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