Cloud basierte IEC 61131 Steuerungsdienste auf Basis von Webtechnologien

Industrie 4.0 bzw. IIoT stützt sich auf eine CPS zentrier­ten Automatisierungsstruktur. Damit ist nicht mehr aus­geschlossen, dass künftig zeit- und einsatzkritische Funk­tionen in eine Industrial Cloud ausgelagert werden. Grund dafür sind die Anforderungen aus Industrie 4.0, nach denen die Produktion der Zukunft auf selbstorgani­sierenden und wandelbaren Systemen basiert. Um auch in die prozessnahen Ebenen (Steuerung, Regelung) on­line und mit höchster Flexibilität eingreifen zu können, muss die IT-Kapselung der Steuerungsfunktionalität in einer Hardware aufgehoben werden, damit diese als Softwareinstanz in einer Cloud im Sinne einer Wandel­barkeit beeinflusst werden kann. Der Vortrag zeigt am Beispiel des Projekts CICS (Cloud-based Industrial Con­trol Services), wie IEC61131-Steuerungsprogramme als Dienste in bzw. aus einer Cloud genutzt werden können. Steuerungsprogramm, Runtime-Maschine und E/A-Kon­figuration werden dabei als separate und web-fähige Softwareinstanzen aus der klassischen SPS herausgelöst und flexibel in einer Cloud verteilt. Die Steuerungsaus­führung erfolgt je nach Bedarf client- und/oder ser­ver-basiert. Damit ergeben sich eine Reihe von Vorteilen für die Anwender wie Kosteneinsparungen bei Inbetriebnahme und Betrieb durch ortsunabhängigen und Cloud-basierten Service, flexible Bereitstellung von Steuerungsfunktionen für wandlungsfähige Produktion, Pro­duktionsoptimierung durch bedarfsgerechte Nutzung effizienter Algorithmen, Unterstützung von Simulation für bessere Planung und Prozessoptimierung, verbesser­ter Herstellerservice u. a

Ermittlung des Industrialisierungsgrades der Anwendungsentwicklung in der Fertigungsindustrie

Die Industrialisierung ist mittlerweile auch in der Softwarebranche angekommen. In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt, das eine Einstufung der verschiedenen Ausprägungen der Industrialisierung in der Anwendungsentwicklung ermöglicht. Ferner wird auf Basis dieses Modells ein Bewertungsverfahren vorgestellt, welches einem Unternehmen erlaubt, den Grad an Industrialisierung in der Entwicklung von Anwendungen zu ermitteln. Das Ergebnis dieser Ermittlung dient dem Unternehmen als Basis für eine Entscheidung zur Optimierung der Softwareentwicklung. Mit der Festlegung eines Sollgrades können zudem die Ziele für die Verbesserung der Anwendungsentwicklung definiert werden. Eine regelmäßige Ermittlung des Industrialisierungsgrades ermöglicht dabei die Dokumentation des aktuellen Fortschrittes. Eine praktische Bewertung eines Unternehmensbereiches wird im Rahmen einer Fallstudie exemplarisch durchgeführt

Konzeption und Implementierung einer plattformübergreifenden prototypischen Anwendung zum Abruf, Visualisieren und Modifizieren von Daten mittels der in der Industrie 4.0 bekannten OPC Unified Architecture unter Berücksichtigung etablierter Geräteintegrationsstandards am Beispiel von Field Device Tool

Die vorliegende Arbeit gibt industriellen Entscheidern, Softwareentwicklern, Geräteherstellern und Standardisierungsgremien einen Überblick über die Problematiken bei der Entwicklung plattformübergreifender Anwendungen zum Abruf, zur Visualisierung und zur Modifizierung heterogener Informationen von unterschiedlichen Geräten über standardisierte Kommunikationstechnologien unter mit Einbezug etablierter Geräteintegrationstechnologien. Zum Aufzeigen der Problematiken wurden exemplarisch die Technologien Open Platform Communications Unified Architecture für den standardisierten Kommunikationsaustausch und Field Device Tool als etablierte Geräteintegrationstechnologie zur Umsetzung der prototypischen Implementierung verwendet. Die wichtigsten Erkenntnisse dieser Arbeit sind neben der Notwendigkeit eines auf plattformübergreifenden Plattformen lauffähigen Toolkits, die Erfordernis zur dynamischen Visualisierung der Daten asymmetrischen Typs, die aufgrund der Informationstypenvielfalt des Open Platform Communications Unified Architecture Standards bestehen. Weiterhin zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit die Möglichkeit zur Integration etablierter Geräteintegrationsstandards, sofern diese Integration von den Standardisierungsgremien der etablierten Technologien korrekt realisiert wurde

Digitalisierung der Engineering Prozesse durch System Lifecycle Management (SysLM)

Dieser Beitrag erläutert die Umsetzung der Digitalisierung speziell im Anwendungsgebiet des Engineering. Dabei wird die Digitalisierung, sowohl des eigentlichen Produktes als auch der im Rahmen von Service-orientierten Geschäftsmodellen entwickelten Dienstleistung, vorgestellt. Ein weiterer wesentlicher Punkt der Digitalisierung sind die horizontale und vertikale Integration der technischen und administrativen Arbeitsprozesse entlang des Produktlebenszyklus. Bei den vertikalen Integrationen handelt es ich um die Integrationen der Autorensysteme entlang den Lebenszyklusphasen Anforderungsmanagement, Systemarchitektur, CAD in Mechanik, Elektronik, Softwareentwicklung, Simulation, Test, Prozessplanung und Digitale Fabrik. Bei der horizontalen Integration stehen die administrativen Funktionen wie Freigabe-, Änderungs- und Konfigurationsmanagement über den gesamten Produklebenszyklus und die technische Integration der in den einzelnen Produktlebenszyklus-Phasen erzeugten Informationen im Vordergrund. Hier ist vor allem die Verteilung und Orchestrierung der Funktionen zwischen SysLM, MES und PPS relevant

Realisierung eines verteilten IT-Systems auf Basis von OPC UA

Der Markt für produzierende Unternehmen wird immer komplexer und erfordert eine zunehmende Flexibilität. Mit der Vision Industrie 4.0 - auch als vierte industrielle Revolution bezeichnet - wurde im Jahr 2011 auf die geänderten Anforderungen reagiert. Durch den steigenden Automatisierungsgrad sowie dem Trend zu intelligenten, effizienteren, flexibleren und stark vernetzten Produktionsanlagen wird die Informatik für die Automatisierungstechnik immer wichtiger. Ziel der vorliegenden Masterarbeit war die Realisierung eines verteilten IT-Systems auf der Basis von OPC UA. Diese Arbeit beschreibt zunächst die Grundlagen von Industrie 4.0, der Machine-to-Machine Kommunikation sowie der OPC Unified Architecture. Anhand eines Pflichtenheftes wurde das Systemmodell sowie eine Software-Systemarchitektur für das verteilte IT-System konzipiert und implementiert. Ergebnis der Masterarbeit ist ein OPC UA Netzwerk mit mehreren realen und virtuellen Produktionseinheiten (OPC UA Server) sowie einer Workstation, auf der eine Anwendung zur Visualisierung und Administration ausgeführt wird. Das entwickelte System erfüllt sämtliche gestellten Anforderungen, zeigt die vielseitige Einsetzbarkeit von OPC Unified Architecture und kann als Basis für weitere Arbeiten genutzt werden

Integriertes Werkstückinformationsmodell zur Ausprägung werkstückindividueller Fertigungszustände

Durch die Digitalisierung und die Vernetzung der Fertigung werden Werkstücke zu Informationsträgern. In der Vision der werkstückgetriebenen Fertigung steuern sie eigenständig ihre individuelle Herstellung. Das durchgängige Engineering dieser Werkstücke erfordert die Entwicklung leistungsfähiger Methoden und Werkzeuge. Insbesondere die durchgängige Informationsverarbeitung in den CAx-Prozessketten von der Produktentwicklung bis in die Fertigung wird derzeit nicht ausreichend sichergestellt. Ein durchgängig nutzbares, digitales Informationsmodell zur Ausprägung von werkstückindividuellen Fertigungszuständen in der Fertigung existiert bislang nicht. Das entwickelte Konzept stellt eine Vorgehensweise vor, um diese Lücke in der CAx-Prozesskette zu schließen. Es spezifiziert dazu die digitale Repräsentation des integrierten Werkstückinformationsmodells, welches die geplanten mit den realisierten Fertigungszuständen über webbasierte Ansätze verknüpft. Merkmale und Verhalten werden dazu in der digitalen Repräsentation des 3D-Produktmodells durch semantische Annotationen gekennzeichnet und im Ablaufarbeitsplan zu definierten Fertigungszuständen abgeleitet. Die daraus entstehende Werkstückschablone bildet die informationstechnischen Vorgaben für die Ausprägung werkstückindividueller Fertigungszustände. Während der Fertigung werden dann die Informationen zum realisierten, individuellen Fertigungszustand eines einzelnen Werkstücks in der Werkstückschablone erfasst und webbasiert mit den Produktdaten abgeglichen. Die Auswertung der Werkstückschablone stellt dem Werker in der Fertigung eine Entscheidungsgrundlage bereit, um die Herstellungsprozesse werkstückindividuell im Sinne der werkstückgetriebenen Fertigung zu steuern. Die Tragfähigkeit des Konzepts wurde anhand eines repräsentativen Anwendungsbeispiels erfolgreich nachgewiesen. Das dazu prototypisch implementierte Assistenzsystem APIZ vernetzt über REST-konforme Webdienste Werkstücke als Informationsträger mit dem 3D-CAD-Autorensystem NX

Task Allokation für effiziente Edge Computing Systeme

Im Bereich von Edge Computing nimmt die Rechenleistung in direkter Nähe zu den Sensoren stetig zu. Infolgedessen gibt es immer mehr rechen- und datenintensive Anwendungen, die im Edge Bereich ausgeführt werden können. Gleichzeitig befinden sie sich in einer sich ständig verändernden Systemumgebung. Um Ausfallzeiten und lange Redesign-Schleifen zu reduzieren, werden Selbstanpassungsfähigkeiten benötigt. Die automatische Reallokation der ausgeführten Aufgaben auf die Rechenknoten ist eine mögliche Selbstanpassungsmaßnahme. Die Reallokation sollte jedoch mit den verschiedenen Anforderungen, Einschränkungen und Spezifikationen des Entwurfs konform sein. Dabei besteht eine große Herausforderung darin, dass die Allokationsentscheidung schnell genug für die Berechnung zur Laufzeit sein sollte. Der Fokus dieser Arbeit ist die Realisierung einer effizienten Allokation, die Bedürfnisse in Form von Policies nutzt, um eine automatische Reallokation zur Laufzeit zu berechnen. In dieser Arbeit wurde eine effiziente Allokationsmethode entwickelt, die eine kombinierte Betrachtung von Ressourcenverfügbarkeit, Anwendungsbedarf und problemspezifischer Effizienzdefinition realisiert. Der Ansatz verfolgt eine modulare Beschreibung dieser Aspekte für die Allokation in Form von komponentenspezifischen Policies. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Allokation aufgrund von Veränderungen im laufenden Betrieb. Hierfür wird das Zuordnungsproblem zur Entwicklungszeit modelliert und die Informationen im Betrieb genutzt. Mit diesem Konzept konnten zwei industrielle Anwendungen modelliert und unterschiedliche Zuordnungen berechnet werden. Die Skalierbarkeit des Konzepts wurde durch Messungen validiert. Die Reallokation zur Laufzeit wurde mit einem Container Framework implementiert. Darauf aufbauend wurde der Overhead der Allokationsberechnung zur Laufzeit gemessen und in den Kontext der Reallokationszeit gesetzt. Die Berechnung einer effizienten Allokation trägt zur Autonomie von Recheninfrastrukturen bei. Dadurch erhöhen sich die Fähigkeiten zur Selbstadaption und die Resilienz dieser Rechennetze. Das spielt nicht nur im industriellen Edge-Cloud Kontext eine Rolle, sondern auch im Automobil, wenn zur Laufzeit über dynamische Betriebsstrategien entschieden werden soll

Ein methodischer Beitrag zur hybriden Regelung der Produktionsqualität in der Fahrzeugmontage

Steigende Variantenvielfalt der Produkte und hohe Flexibilitätsanforderungen der Produktionsprozesse resultieren in zunehmender Komplexität der Automobilproduktion. Anforderungen dieser Art beeinflussen maßgeblich sowohl die kundenrelevante Produktqualität als auch die unternehmensrelevante Produktionsqualität. Zwar haben informationstechnische Methoden und Konzepte bereits einen wichtigen Beitrag zur Beherrschbarkeit dieser Herausforderungen geleistet, dennoch existiert trotz des intensivierten Qualitätsbewusstseins und des technologischen Fortschritts weiterhin ein hoher Anteil an Qualitätsmängeln und Ausschüssen innerhalb der Produktion. Mangelhaftes Management und fehlende Transparenz qualitätsbezogener Informationen sowie rudimentäre Einbindung aller Mitarbeiter in die Qualitätsregelung stellen nur einige Ursachen dar. Die Symptome umfassen eine verlangsamte Reaktionsfähigkeit, hohe Nacharbeitszeiten und außergewöhnliche Qualitätskosten mit negativen Auswirkungen auf die Erreichung der unternehmerischen Ziele. Reaktive Maßnahmen umfassen oftmals unstrukturierte Investitionen zur Steigerung der Produktionsqualität mit mäßiger Effizienz. Eine effiziente Qualitätsregelung erfordert jedoch zunächst die vollständige Erfassung und zielgerichtete Aufbereitung qualitätsbezogener Informationen. Weiterhin sind schnelle bidirektionale Informationsflüsse in der Wertschöpfungskette erforderlich, um anschließend ein strukturiertes Informationsmanagement mit dem Ziel hoher Transparenz der bestehenden Qualitätssituation durchführen zu können. Damit eine Nutzung der qualitätsbezogenen Informationen und Rückkopplung innerhalb der Qualitätsregelung erfolgen kann, sind abschließend eindeutig ableitbare Handlungsoptionen erforderlich. Zur entsprechenden Umsetzung sind informationstechnische Methoden und Werkzeuge notwendig, welche durch bestehende Konzepte nicht oder nur in Ansätzen erfüllt werden können. Die vorliegende Arbeit liefert folglich methodisch-technische Beiträge zur Regelung der Produktionsqualität auf Basis fünf zusammenhängender Abschnitte. Grundlegend wird im ersten Abschnitt ein merkmalsbezogenes Qualitätskonzept (Characteristic-based Quality Design, CQD) zur binären und zusätzlich quantitativen Qualitätsbewertung eines Betrachtungsobjektes entwickelt. Mit diesem Qualitätskonzept lässt sich Qualität binär evaluieren sowie quantitativ messen und liefert das Fundament zur Qualitätsregelung. Im zweiten Abschnitt erfolgt eine für die Praxis sachgerechte Definition der montagespezifischen Produktionsqualität (Assembly-specific Production Quality, APQ) auf Basis eines produktionsorientierten Kennzahlensystems. Dadurch wird der Betrachtungsraum eindeutig von weiteren Produktionsbereichen abgegrenzt. Zusätzlich wird im dritten Abschnitt ein informationstechnisches Referenzmodell einer hybriden Qualitätsregelung (Quality Control Structure, QCS) zum bidirektionalen Management von Qualitätsinformationen entwickelt. Über das Referenzmodell wird die informationstechnische Struktur und Logik für eine adäquate Qualitätsregelung in der Fahrzeugmontage definiert. Darauf aufbauend wird im vierten Abschnitt ein anwenderorientiertes Modell einer grafischen Benutzungsoberfläche (Worker Interaction Interface, WII) zur Ein- und Ausgabe von qualitäts- und montagebezogenen Informationen entwickelt. Durch das Modell werden relevante Informationen in rollen-, sach- und zeitgerechter Form innerhalb der Montagelinie bereitgestellt. Abschießend wird im fünften Abschnitt ein generisches Qualitätswerkzeug (Quality Visualization Model, QVM) entwickelt. Damit lässt sich die Qualitätssituation eines Betrachtungsobjektes anforderungsgerecht visualisieren, überwachen und evaluieren

Eine Analyse der Literatur zur Referenzmodellierung im Geschäftsprozessmanagement unter Berücksichtigung quantitativer Methoden

Im Geschäftsprozessmanagement nimmt die Referenzmodellierung bei der Gestaltung von Geschäftsprozessen eine große Bedeutung ein, da auf bereits existierende Modelle zurückgegriffen werden kann. So kann Zeit für die Entwicklung der Prozesse eingespart und von bereits etabliertem Wissen profitiert werden. Die vorliegende Masterarbeit analysiert die Literatur im Bereich der Referenzmodellierung im Geschäftsprozessmanagement unter Berücksichtigung quantitativer Methoden. Es werden insbesondere die Forschungsrichtungen bzw. Themenbereiche, Entwicklungen und der aktuelle Stand der Literatur in diesem Bereich ermittelt. Zunächst werden deutsch- und englischsprachige Artikel nach bestimmten Kriterien ausgewählt. Anschließend folgt eine quantitativ orientierte Analyse der Literatur. Dabei kommt die Latente Semantische Analyse zum Einsatz, mit deren Hilfe Themenbereiche ermittelt werden und die einzelnen Beiträge den ermittelten Themenbereichen zugeordnet werden können. Darüber hinaus wird die Entwicklung der Anzahl der Artikel in den Themenbereichen im Zeitverlauf betrachtet und auf Unterschiede zwischen der deutsch- und englischsprachigen Literatur eingegangen. In der darauf folgenden qualitativ orientierten Analyse werden die Artikel der einzelnen Themenbereiche inhaltlich analysiert und der aktuelle Stand der Forschung dargestellt. Nicht zuletzt werden die Ergebnisse der qualitativen Analyse in Bezug zu den Ergebnissen der quantitativen Analyse gesetzt

Konzept einer integrierten modellbasierten Vertriebsprozessoptimierung für technisch erklärungsintensive Produkte auf der Basis serviceorientierter Architekturen

Die Integration von Prozessen ist in Unternehmen seit jeher von strategischer Bedeutung für deren Wettbewerbsfähigkeit. Die Innovationen der letzten Jahre in der Informations- und Kommunikationstechnik haben einen erheblichen Beitrag zu dieser Integration beigetragen. Diese findet weiterhin kontinuierlich statt. Die Integration von Produktionsprozessen ist konzeptionell weit fortgeschritten. Auch in der Umsetzung ist ein vergleichsweise hoher Entwicklungsstand erreicht. In anderen Funktions- und Arbeitsbereichen weisen sowohl die innere als auch die äußere Integration noch erhebliches konzeptionelles Verbesserungspotential auf. Im Rahmen dieser Dissertation wird der Bereich des Vertriebs und die mit damit verbundenen Prozesse aufgegriffen. Der Vertriebsprozess stellt einen wichtigen Erfolgsbestandteil der Unternehmen dar. Die ständige Überwachung und Optimierung ist eine grundlegende Anforderung, um in einem wettbewerbsstarken Markt erfolgreich agieren zu können. Unternehmen, die komplexe technische Produkte entwickeln, produzieren und vertreiben, stehen im Rahmen dieser Arbeit besonders im Fokus. Es wird ein Unternehmen aus dem Bereich der Bauzuliefererindustrie ausgewählt, für das die durchgehende Vertriebsprozessoptimierung sowie die damit hergehenden Vertriebseffizienzsteigerung von großer Bedeutung sind. Zunächst werden die aktuellen marktspezifischen Instrumente zur Vertriebsprozessoptimierung untersucht. Es folgt die Formulierung der Anforderungen an ein neues Konzept. Daraus wird ein Anforderungskatalog abgeleitet, der die Grundlage für das neu zu entwickelnde Konzept darstellt. Aufbauend wird die Neukonzeption zur integrierten, modellbasierten Vertriebsprozessoptimierung entwickelt, die das Zusammenwirken real existierender Ansätze beinhaltet. Basis für das Konzept sind serviceorientierte Architekturen. Diese Arbeit leistet einen konzeptionellen Beitrag zur Integration der Vertriebsprozessen in Unternehmensabläufe, sowohl von theoretischer Seite als auch in Bezug auf die konkrete Umsetzung. Abschliessend wird anhand ausgewählter KPIs der Wertbeitrag der Optimierung dargestellt