Veröffentlichungen Industrie 4.0
B. Vogel-Heuser and D. Hess, "Guest Editorial Industry 4.0–Prerequisites and Visions," in IEEE Transactions on Automation Science and Engineering, vol. 13, no. 2, pp. 411-413, April 2016.
Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V.
Workshop über Industrie 4.0 und Fertigung der nächsten Generation, Japan
VDI-Nachrichten vom 29.04.2016, Ausgabe 17
„Wenn ich mit euch fertig bin, seid ihr Joghurt"
ZEIT WISSEN, Nr. 1, 2016
Zusammenfassung:
myJoghurt des AIS ist Teil des White-Papers des japanischen Wirtschaftsministerium zur Industrie 4.0.
METI (Ministry of Economy, Trade and Industry), Japan, 2015
Zusammenfassung:
Industrie 4.0 erfordert intelligente, selbstbewusste, adaptive Maschinen und Anlagen, die ihre Fähigkeiten kennen. In diesem Beitrag schlagen wir verschiedene qualitative und quantitative Maße vor, um die Rekonfigurationsfähigkeiten von automatisierten Produktionssystemen im Kontext von Industrie 4.0 zu bewerten. In diesem Beitrag werden erste Maßnahmen zur Quantifizierung verschiedener Rekonfigurationsfähigkeiten von automatisierten Produktionssystemen vorgestellt, die verschiedene adaptive Strategien mit Schwerpunkt auf der Fehlerkompensation verwenden. Anhand eines Anwendungsbeispiels, einer Anlage in Laborgröße, werden die Maßnahmen erläutert und berechnet.
B. Vogel-Heuser, J. Weber und J. Folmer. "Evaluating reconfiguration capabilities of automated production systems in Industrie 4.0 with metrics," in 20th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA 2015), IEEE, Sep. 2015, pp. 1-6.
Zusammenfassung:
Die steigende Nachfrage nach adaptiven und flexiblen Maschinen und Anlagen erhöht den Bedarf an Komponenten und Systemen, die dynamisch rekonfiguriert werden können. Daher werden insbesondere Produktionsanlagen benötigt, die es erlauben, Maschinenmodule zur Laufzeit zu verbinden oder zu trennen, um flexible Produktionsaufträge und unterschiedliche Produkttypen zu ermöglichen. Viele hochentwickelte Ansätze, z. B. Multiagentensysteme und serviceorientierte Architekturen, unterstützen die Rekonfiguration auf der Anwendungsschicht, aber die Kommunikationsverbindung zwischen den Hardwarekomponenten wurde bisher nicht angemessen berücksichtigt. Das deterministische Verhalten eines Feldbusses ist jedoch erforderlich, um eine solche Systemrekonfiguration von Anlagen durchzuführen, ohne die maximale Zykluszeit von Steuerungsanwendungen zu verletzen. Unter Berücksichtigung dieser Randbedingungen werden in diesem Beitrag zwei verschiedene Ansätze vorgestellt und diskutiert - ein Single-Master- und ein Multi-Master-Ansatz. Basierend auf einer Erweiterung der Standard-EtherCAT-Zustandsmaschine wird gezeigt, wie die Flexibilität durch Rekonfiguration der Feldbuskommunikation erhöht werden kann. Eine Auswertung der Rekonfigurationszeit veranschaulicht die Auswirkungen auf die Steuerungsanwendung.
D. Regulin, A. Glaese, S. Feldmann, D. Schütz und B. Vogel-Heuser. "Enabling Flexible Automation System Hardware - Dynamic Reconfiguration of a Real-Time Capable Field-Bus," in 13th International Conference on Industrial Informatics (INDIN 2015), IEEE, Jul. 2015.
Zusammenfassung:
Der Betrieb industrieller automatisierter Produktionssysteme (APS) erfordert in der Regel menschliches Bedienpersonal, das den Betrieb der APS beobachtet und gegebenenfalls eingreift, um einen stabilen Betrieb zu gewährleisten. Innerhalb des verteilten Steuerungssystems (DCS) einer APS werden Benachrichtigungen von einem Alarmmanagementsystem (AMS) generiert und visualisiert, um die Bediener über kritische Situationen in der APS zu informieren, z. B. über Störungen eines Geräts. Da innerhalb des AMS in der Regel eine große Anzahl von Benachrichtigungen konfiguriert wird, stehen die Bediener heutzutage oft vor dem Problem, mehr Benachrichtigungen zu erhalten, als sie physisch bearbeiten können. In diesem Beitrag wird ein Ansatz vorgeschlagen, der eine automatische Identifizierung von Alarmfluten durch kriterienbasierte Suchstrategien ermöglicht. Um das Problem zu lösen, werden vier Hypothesen aufgestellt. Um den vorgeschlagenen Algorithmus hinsichtlich seiner Fähigkeit, kausal abhängige Meldungen zu identifizieren, zu bewerten, werden historische Meldungsprotokolle von realen industriellen APS analysiert. Zu diesem Zweck werden die Meldungsprotokolle von acht bestehenden industriellen APS sowie die Einschätzung von Industrieexperten berücksichtigt.
B. Vogel-Heuser, D. Schütz und J. Folmer. "Criteria-based Alarm Flood Pattern Recognition using Historical Data from Automated Production Systems (aPS)", Mechatronics, no. 1-12, Mar. 2015.
Zusammenfassung:
Dieses Papier umfasst einen SysML-basierten Ansatz zur Unterstützung des Model-Driven Engineering (MDE) von Manufacturing Automation Software Projects (MASP). Die Systems Modeling Language (SysML) wird angepasst, um die SysML-AT (SysML for automation) zu definieren, ein spezialisiertes Sprachprofil, das (nicht-)funktionale Anforderungen, entsprechende Softwareanwendungen und Eigenschaften von proprietären Hardwarekomponenten abdeckt. Darüber hinaus unterstützt SysML-AT eine automatisierte Softwaregenerierung für IEC 61131-3 konforme Laufzeitumgebungen. Es wurde eine prototypische Werkzeugunterstützung für angepasste SysML Parametric Diagrams (PD) in einem Softwareentwicklungswerkzeug für die industrielle Automatisierung realisiert. Die Kopplung von Modell-Editor und Online-Daten aus der bereitgestellten Laufzeitumgebung ermöglicht ein direktes Debugging innerhalb des Modells. Der Ansatz wurde durch mehrere Fallstudien und zusätzliche Usability-Experimente evaluiert. Mit letzteren wurde die Eignung des MDE-Ansatzes für zukünftige Anwender nachgewiesen.
B. Vogel-Heuser, D. Schütz, T. Frank und C. Legat. "Model-driven Engineering of Manufacturing Automation Software Projects - A SysML-based Approach", Mechatronics, vol. 24, no. 7, pp. 883-897, Jun. 2014.
Zusammenfassung:
Aufgrund des harten Wettbewerbs, kurzer Produktlebenszyklen und schwankender Märkte steigt die Nachfrage nach flexiblen und fehlertoleranten Systemen in der automatisierten Fertigung. Multi-Agenten-Systeme (MAS) können helfen, diese Anforderungen zu erfüllen, indem sie schnelle Rekonfigurationen und intelligente Fehlerbehandlung und -kompensation ermöglichen. Ein zuvor entwickeltes MAS, das auf echtzeit- und nicht echtzeitfähigen Plattformen verteilt ist, kann diese Vorteile erhöhen, indem es die Vorteile sowohl von Echtzeit- als auch von Nicht-Echtzeit-Implementierungen von MAS bei der Steuerung (eines Teils) einer Produktionsanlage kombiniert. Obwohl verschiedene Kommunikationskonzepte entwickelt wurden und innerhalb dieser MAS-Architektur zur Verfügung stehen, wurden Verbindungen zu anderen industriellen IT-Systemen wie Enterprise Resource Planning (ERP) oder MAS-Implementierungen von Drittanbietern nicht berücksichtigt. Um die Flexibilität des Systems zu maximieren, muss eine vollständige Einbindung des MAS in die industrielle IT-Umgebung gewährleistet sein. In diesem Beitrag werden Kommunikationskonzepte, ein laufendes Beispiel und eine Evaluierung der Konzepte für dieses Problem vorgeschlagen.
S. Ulewicz, D. Schütz und B. Vogel-Heuser. "Integration of Distributed Hybrid Multi-Agent Systems into an Industrial IT Environment", in 12th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), Jul. 2014, pp. 519-525.
Zusammenfassung:
Die zunehmende Volatilität der Markt- und Kundenanforderungen zwingt Industrieunternehmen dazu, eine erhöhte Flexibilität von Produktionssystemen zu realisieren und sicherzustellen. Da aktuelle Automatisierungskonzepte und -architekturen für Produktionssysteme die geforderte Flexibilität nicht ausreichend gewährleisten, müssen neue Ansätze entwickelt werden. In diesem Beitrag wird ein Ansatz vorgeschlagen, der das sich schnell entwickelnde Konzept der Cyber-Physical Systems (CPS) für den speziellen Fall von Produktionssystemen mit Hilfe von Software-Agenten implementiert. Ein gemeinsamer Demonstrator eines solchen Cyber-Physical Production Systems (CPPS) wird beschrieben und für die Evaluierung des vorgeschlagenen Multi-Agenten-Ansatzes verwendet.
B. Vogel-Heuser, C. Diedrich, D. Pantförder und P. Göhner. "Coupling heterogeneous production systems by a multi-agent based cyber-physical production system," in 12th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN), Jul. 2014, pp. 719-725.
B. Vogel-Heuser, D. Schütz, J. Folmer and C. Legat. "An assessment of the potentials and challenges in future approaches for automation software," in Industrial Agents: Emerging Applications of Software Agents in Industry, Munich, Germany: Elsevier, 2014.
Zusammenfassung:
Häufig wird Industrie 4.0 und CPS (Cyber-Physical Systems) bzw. CPPS (Cyber- Physical Production Systems) in Zusammenhang mit Automotive oder dem klassischen Maschinen- und Anlagenbau und somit dem Bereich der Fertigungstechnik in Verbindung gebracht. Doch auch in der Prozessindustrie führt Industrie 4.0 zu neuen Strategien, z.B. in der Flexibilisierung der Produktion oder der Wartungsunterstützung etc.
T. Pötter, J. Folmer and B. Vogel-Heuser. "Enabling Industrie 4.0 – Chancen und Nutzen für die Prozessindustrie," in Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, B. Vogel-Heuser, Ed. Berlin, Germany: Springer, 2014, pp. 159-171.
Abstract:
Viele Unternehmen und Institute beschäftigen sich aktuell mit dem Begriff Industrie 4.0 und seiner genauen Auslegung. Daraus resultierend existieren viele verschiedene Vorstellungen darüber, was unter dem Begriff genau zu verstehen ist. Ein Kernthema ist die Auflösung der starren Strukturen und Hierarchien der Ebenen der Automatisierungspyramide in den Unternehmen und über Unternehmensgrenzen hinweg. Realisiert wird dieses durch eine gesteigerte vertikale (über die Ebenen der Automatisierung hinweg) und horizontale (unterschiedliche ITSysteme) Vernetzung (vgl. Beitrag Vogel-Heuser „Herausforderungen und Anforderungen aus Sicht der IT und der Automatisierungstechnik“).
D. Pantförder, F. Mayer, C. Diedrich, P. Göhner, M. Weyrich and B. Vogel-Heuser. "Agentenbasierte dynamische Rekonfiguration von vernetzten intelligenten Produktionsanlagen – Evolution statt Revolution," in Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, B. Vogel-Heuser, Ed. Berlin, Germany: Springer, 2014, pp. 145-158.
Abstract:
Die erheblich gesteigerte vertikale und horizontale Integration von Cyber-Physical- Production-Systems (CPPS) führt zu einer deutlichen Veränderung der technischen Strukturen im Unternehmen und über Unternehmensgrenzen hinweg. Zum einen sind in Zukunft alle Daten aus den verschiedenen IT-Systemen einer Produktionsanlage überall und zu jeder Zeit global verfügbar, zum anderen kommunizieren die Anlagen/Teilanlagen und die Geräte in den Anlagen mehr und mehr autonom und ohne Eingriff des Menschen. Folge ist eine Flexibilisierung, aber auch eine gesteigerte Komplexität der Produktionsanlagen.
F. Mayer and D. Pantförder. "Unterstützung des Menschen in Cyber-Physical-Production-Systems," in Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik, B. Vogel-Heuser, Ed. Berlin, Germany: Springer, 2014, pp. 481-491.
Zusammenfassung:
Die kollaborative Fertigung eines gemeinsamen Produktes auf unterschiedlichen Fertigungsmaschinen, welche sowohl örtlich im Unternehmen verteilt oder unternehmensübergreifend stattfindet, ist eine Herausforderung der zukunftsgerichteten Produktion im Rahmen der vierten industriellen Revolution. Dies umfasst die Verkettung von Produktionsanlagen und Robotern mit einer heterogenen Steuerungsarchitektur bei gleichzeitiger dynamischer Verwaltung der an der Produktion und Wartung beteiligten Produktionseinheiten. Ein weiteres Ziel neben der Vernetzung von Anlagen und Steuerungen ist die Integration von aus dem Multimedia-Bereich bekannter Komponenten zur Einbindung des Menschen. Der Beitrag beschreibt die Integration der Aspekte Vernetzung und Auftragsmanagement mit der Losgröße eins und Berücksichtigung der Echtzeit-Randbedingung bei Produktionsmaschinen, hier roboterbasierten Produktionsmaschinen. Zur Umsetzung der genannten Aspekte wird ein Multiagentennetzwerk angewandt, welches intelligente, heterogene Softwareteile vernetzt und eine Optimierung der Abläufe ermöglicht.
Regulin, D.; Schneider, M.; Vogel-Heuser, B.: Kollaborative Fertigung mittels eines Multiagentensystems zur Vernetzung anlagenspezifischer Echtzeitsysteme. In: Informatik aktuell: Echtzeit 2014 - Industrie 4.0 und Echtzeit, Boppard, Deutschland, 2014, PP. 91-100. DOI: 10.1007/978-3-662-45109-0_10
Abstract:
Der Begriff Industrie 4.0 ist aktuell in aller Munde und wird auch stark diskutiert. Die von der Bundesregierung gestartete Initiative soll den Industriestandort Deutschland zukunftssicher und konkurrenzfähig halten. Viele Firmen und Forschungsinstitute beschäftigen sich aktuell mit dem Thema und entwickeln neue Ansätze, welche mithilfe von Demonstratoren veranschaulicht werden sollen. Der Begriff Industrie 4.0 wird dabei oft mit unterschiedlicher Bedeutung verwendet und ist deshalb schwer greifbar.
Regulin, D.; Vogel-Heuser, B.: Industrie 4.0 für die Roboterkooperation. In: elektronik & automation (etz), No. 6, 2014, PP. 50-51.
T. Pötter, B. Vogel-Heuser and D. Pantförder. "Vorteile von Industrie 4.0 für die Prozessindustrie," in Handbuch der Prozessautomatisierung, K. Früh, Ed. Munich, Germany: DIV Deutscher Industrieverlag GmbH, 2014, pp. 44-56.
Zusammenfassung:
Motiviert durch den enormen Aufwand für die Anpassung von Automatisierungssoftware auf diskreter Feldebene bei (auch nur geringfügigen) Änderungen des technischen Systems, wird in diesem Beitrag ein Ansatz zur Unterstützung des Engineerings und Re-Engineerings von Steuerungssoftware vorgestellt. Im Gegensatz zur Implementierung dessen, was eine Anlage zu tun hat, schlagen wir einen neuartigen Modellierungsansatz vor, der es ermöglicht zu beschreiben, was eine Anlage zu tun in der Lage ist. Basierend auf einer Erweiterung des Metamodells der Unified Modelling Language wird ein objektorientierter Ansatz zur Beschreibung des Zustandsraums eines Fertigungssystems in konsolidierter Form vorgeschlagen. Die strenge, deklarative Semantik von Ontologien wird genutzt, um automatisch auf dieses Modell zu schließen, um den Zustandsraum des Fertigungssystems zu bestimmen und eine optimale Betriebssequenz abzuleiten.
C. Legat, D. Schütz und B. Vogel-Heuser. "Automatische Generierung von Feldsteuerungsstrategien zur Unterstützung des (Re-)Engineering von Fertigungssystemen", Journal of Intelligent Manufacturing, vol. 25, no. 5, pp. 1101-1111, Mar. 2013.
Zusammenfassung:
An der Entwicklung von Fertigungssystemen sind mehrere Disziplinen beteiligt, z. B. Maschinenbau, Elektrotechnik und Softwaretechnik. Aufgrund der zunehmenden Funktionalität von Automatisierungssystemen und damit auch ihrer zunehmenden Komplexität wird die Wiederverwendung von Steuerungssoftware derzeit durch Kopieren, Einfügen und Ändern erreicht. Daher werden Modulbibliotheken mit verifizierter Steuerungssoftware entwickelt, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Aufgrund der unterschiedlichen Modulstrukturen in den an der Automatisierungstechnik beteiligten Disziplinen ist eine rein syntaktische Softwarebeschreibung anhand von Ein- und Ausgängen jedoch nicht ausreichend. Darüber hinaus ist ein automatisches Auffinden von Automatisierungssteuerungssoftware erforderlich, um den Ingenieur bei der Implementierung des Gesamtsystems zu unterstützen. In diesem Beitrag wird ein Ansatz vorgeschlagen, der die automatische Suche nach Softwareeinheiten auf der Grundlage der Hardwarebeschreibung eines Moduls mit Hilfe von Ontologien und maßgeschneiderter regelbasierter Inferenz ermöglicht.
S. Feldmann, C. Legat, D. Schütz, S. Ulewicz und B. Vogel-Heuser. "Automatic Rule-Based Inference of Control Software Capabilities Considering Interdisciplinary Aspects", in 22nd International Conference on Production Research (ICPR 2013), Aug. 2013, pp. 1-6.
Zusammenfassung:
In diesem Beitrag wird ein Konzept zur Entwicklung und Implementierung von echtzeitfähiger industrieller Automatisierungssoftware vorgestellt, das die Zuverlässigkeit von Produktionsautomatisierungssystemen durch den Einsatz von Softsensoren erhöht. Ein Anwendungsbeispiel mit kontinuierlichem Verhalten, wie es für die Prozessautomatisierung typisch ist, wird zur Veranschaulichung der ersten Anforderungen herangezogen. Entsprechend wird das Modellierungskonzept vorgestellt, das die Anwendungsentwicklung unterstützt und durch einen Implementierungsansatz für Standard-Automatisierungsgeräte, z.B. Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), ergänzt wird. Der Beitrag umfasst ferner eine Evaluation, die das Konzept für zwei Anwendungsfälle mit diskretem Verhalten (typisches Charakteristikum der Fertigungsautomatisierung) anpasst und die ursprünglich gestellten Anforderungen validiert.
D. Schütz, A. Wannagat, C. Legat und B. Vogel-Heuser. "Development of PLC-based Software for Increasing the Dependability of Production Automation Systems," IEEE Transactions on Industrial Informatics, vol. 9, no. 4, pp. 2397-2406, Nov. 2013.