Wissenschaftlicher Newsticker Juni 2019
Migration von Automatisierungssystemen
Juni 2019 Produktionssysteme sind vielfältigen Anforderungen unterworfen. Diese beginnen mit Einbettung der Produktionssysteme in Zuliefer- und Absatzmärkte, die wichtige Rahmenbedingungen hinsichtlich der ökonomisch sinnvollen Produkte setzen. Darüber hinaus haben Technologiemärkte eine besondere Relevanz für Produktionssysteme. Alle diese Märkte sind zunehmend turbulent, was Unternehmen vor die Herausforderung stellt, sich den Marktgegebenheiten schneller und nachhaltiger anpassen können zu müssen. Besonderes Potential vor dem Hintergrund der Flexibilität und Wandelbarkeit von Produktionssystemen besitzen hier die Cyber-Physischen Produktionssysteme. Die Aktivitäten der Magdeburger Forscher widmen sich der Frage, wie man vom aktuellen Stand der Produktionssysteme hin zu derartigen Cyber-Physischen Produktionssystemen kommen kann.
Produktionssysteme sind vielfältigen Anforderungen unterworfen. Diese beginnen mit Einbettung der Produktionssysteme in Zuliefer- und Absatzmärkte, die wichtige Rahmenbedingungen hinsichtlich der ökonomisch sinnvollen Produkte setzen. Darüber hinaus haben Technologiemärkte eine besondere Relevanz für Produktionssysteme. Sie legen die technologischen Möglichkeiten der Produktion, d.h. die anwendbaren Produktionsprozesse, aber auch die anwendbaren sonstigen technologischen Möglichkeiten fest.
Alle diese Märkte sind zunehmend turbulent, was Unternehmen vor die Herausforderung stellt, sich den Marktgegebenheiten schneller und nachhaltiger anpassen können zu müssen. Vor diesem Hintergrund wird bereits seit vielen Jahren das Themenfeld flexibler und wandelbarer Produktionssystem erforscht und diskutiert.
In diese Diskussion kommt nun mit dem technologischen Fortschritt im Bereich der Datenverarbeitung ein neuer Zungenschlag. Wachsende datentechnische Möglichkeiten können zu neuen Formen der Informationserzeugung, -weitergabe und -nutzung entlang des gesamten Lebenszyklus von Produktionssystemen führen Quelle.
Besonderes Potential vor dem Hintergrund der Flexibilität und Wandelbarkeit von Produktionssystemen besitzen hier die Cyber-Physischen Produktionssysteme, die durch Kombination von Cyber-Physischen Komponenten in der Produktion entstehen. Derartige Systeme ihre Entwicklung und Nutzung sowie ihre Vor- und Nachteile werden im Rahmen der Industrie 4.0 und des Industrial Internet of Things und ähnlicher Initiativen untersucht.
Ein bedeutender offener Punkt in diesen Untersuchungen ist jedoch die Frage, wie man vom aktuellen Stand der Produktionssysteme hin zu derartigen Cyber-Physischen Produktionssystemen kommen kann. Diesem Themenfeld hat Frau Dr.-Ing. Ambra Calà ihre Promotion mit dem Titel “A novel migration approach towards decentralized automation in cyber-physical production systems“ gewidmet, in der sie ein schrittweises Vorgehen hin zu einem Industrie 4.0 Produktionssystem vorstellt, das in jedem Entwicklungsschritt eine Systemverbesserung und damit einen positiven RoI anstrebt.
Grundideen des Vorgehens sind zum einen die Unterscheidung von kurz- und langfristigen Entwicklungszielen und zum anderen die modellbasierte analytische Realisierung einer Systemveränderung für kurzfristige Ziele. Dabei postuliert das Vorgehen, das ein Produktionssystem zu einem langfristigen, strategischen Ziel hin entwickelt werden soll. Dieses Ziel kann jedoch auf Grund des dabei entstehenden Aufwandes und Risikos nicht in einem Schritt erreicht werden. Vielmehr soll es in vielen kleinen Schritten, den kurzfristigen Zielen folgend, weiterentwickelt und der Vision des langfristigen Zieles näher gebracht werden, wie es in Abbildung 1 dargestellt ist.
Abbildung 1: Migrationspfad
In jedem Migrationsschritt werden entsprechend mehrere Möglichkeiten der Weiterentwicklung entwickelt und bewertet und die für die Erreichung des langfristigen Zieles sowie die ökonomischen und technischen Nebenbedingungen optimale Möglichkeit ausgewählt und realisiert werden. Entsprechend hat Frau Calà ein aus fünf Phasen bestehendes Vorgehensmodell für die Erreichung eines kurzfristigen Zieles vorgeschlagen (siehe Abbildung 2). In der ersten Phase, der Vorbereitungsphase, wird der aktuelle Status des Produktionssystems analysiert und vor dem Hintergrund des langfristigen Zieles ein kurzfristiges Ziel gewählt. Hierzu hat Frau Calà einen Fragenbogen als Hilfsmittel entwickelt. In der sich anschließenden zweiten Phase, der Analysephase, werden Entwicklungsmöglichkeiten aus der aktuellen Situation auf Basis einer Reifegradmatrix analysiert und bewertet und eine von ihnen gewählt. Sie bildet die Basis für die folgende Entwurfsphase, in der auf Basis von SysML eine passende Systemarchitektur entworfen wird, die das kurzfristige Ziel erreicht. Diese wir in der vierten, der Implementierungsphase umgesetzt und in der fünften und letzten Phase verwendet und validiert.
Abbildung 2: Migrationsschritt
Einen bedeutenden Mehrwert bildet dabei die SysML basierte und dem Systems Engineering folgende Modellierung des aktuellen und des anzustrebenden Produktionssystems und des in ihm enthaltenden Steuerungssystems. Sie kann zum einen inkrementell über die verschiedenen kurzfristigen Ziele weiterentwickelt aber im Bedarfsfall auch für eine Rückabwicklung von Irrwegen und eine von Zwischenpunkten ausgehende Weiterentwicklung des Produktionssystems genutzt werden. Damit wird die Flexibilität des Entwicklungsprozesses bedeutend gestärkt.
Zum anderen kann Sie eine sehr gute Basis für die Entwicklung einer virtuellen Repräsentation des Produktionssystems, eines digitalen Zwillings, bilden.
Weitere Informationen zur von Frau Calà entwickelten Methode finden sich in Veröffentlichungen auf der ICSP 2018 und der INDIN 2017.
Das IAF hat die Methodik von Frau Calà bereits in weiteren, über die Dissertation hinaus gehenden, Kontexten untersucht. Besonders interessant erscheint sie auch für eine Migration im Anlagenengineering hin zum durchgängigen modellbasierten Anlagenentwurf zu sein.
Ansprechpartner: apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Arndt Lüder