A network of ontologies for the integration of planning and scheduling activities in batch process industries

In the last decades, the integration of informatics applications supporting planning, scheduling and control has been a serious concern of the industrial community. Many standards have been developed to tackle this issue by addressing the exchange of data between the scheduling function and its immediate lower and upper levels in the planning pyramid. However, a more comprehensive approach is required to tackle integration problems, since this matter entails much more than data exchange. So, this article presents an ontological framework that provides the foundations to reach an effective interoperability among the various applications linked to scheduling activities.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

A network of ontologies for the integration of planning and scheduling activities in batch process industries

In the last decades, the integration of informatics applications supporting planning, scheduling and control has been a serious concern of the industrial community. Many standards have been developed to tackle this issue by addressing the exchange of data between the scheduling function and its immediate lower and upper levels in the planning pyramid. However, a more comprehensive approach is required to tackle integration problems, since this matter entails much more than data exchange. So, this article presents an ontological framework that provides the foundations to reach an effective interoperability among the various applications linked to scheduling activities.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

A network of ontologies for the integration of planning and scheduling activities in batch process industries

In the last decades, the integration of informatics applications supporting planning, scheduling and control has been a serious concern of the industrial community. Many standards have been developed to tackle this issue by addressing the exchange of data between the scheduling function and its immediate lower and upper levels in the planning pyramid. However, a more comprehensive approach is required to tackle integration problems, since this matter entails much more than data exchange. So, this article presents an ontological framework that provides the foundations to reach an effective interoperability among the various applications linked to scheduling activities.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativa (SADIO

Agile Architecture Based on ISA-88 for the Design of Execution Control Chart in Distributed Applications using IEC-61499

Nowadays, industrial automation systems must optimize control techniques and communication integration of their processes, to introduce concepts given by Industry 4.0. To achieve this, it is necessary to introduce new automation standards to achieve agile and intelligent manufacturing systems, this is the reason why the IEC-61499 standard is considered as the main option. In an industrial level, the ISA-88 standard offers a coherent set of rules and terminology for batch digital control and it defines models for this kind of industries. This is why it is necessary to contribute with low cost alternatives to the industry with which it can implement the Industry 4.0 concepts in various control systems. The present working paper proposes the development of Function Blocks (FBs) networks under IEC-61499 standard to integrate distributed control systems with the help of embedded hardware using the ISA-88 standard as a basis for the development of control algorithms and FB’s Execution Control Chart (ECC)

Semantic Modelling of Control Logic in Automation Systems - Knowledge-Based Support of the Engineering and Operation of Control Logic in Building and Industrial Automation Systems

Automatisierungssysteme schaffen in vielen Bereichen die Grundlagen, auf denen heutige, moderne Industriegesellschaften basieren. Obwohl in der Vergangenheit wichtige Errungenschaften in der Forschung zur Automatisierungstechnik erreicht wurden, bestehen weiterhin Herausforderungen bezüglich des Engineerings und des Betriebs von Automatisierungssystemen, die die Nutzung und den Einsatz dieser Systeme erschweren. Als Gründe für diese Probleme sind die Komplexität dieser Systeme durch ihre schiere Grö{\ss}e und ihre Komplexität aufgrund der Kombination von cyber und physikalischen Komponenten zu nennen. Des Weiteren führt der zunehmende Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien zu einer weiteren Verflechtung dieser System über ihre bisherigen, hierarchischen Strukturen hinaus und damit zu einer weiteren Zunahme der Komplexität. Eine weitere Herausforderung ist, dass für ein reibungsloses Engineering und einen reibungslosen Betrieb dieser Systeme eine Vielzahl von Beteiligten aus unterschiedlichen Fachdisziplinen zusammenarbeiten müssen. Dies wird durch die Heterogenität der eingesetzten Softwarewerkzeuge und Datenformate erschwert, die einen automatisierten Austausch von Wissen behindern. Folglich besteht ein dringender Bedarf an Methoden, die die wissensintensiven Aufgaben in Zusammenhang mit dem Engineering und dem Betrieb von Automatisierungssystemen im Kontext heterogener Softwarewerkzeuge und Datenformate unterstützen und, als Antwort auf die Komplexitätszunahme, automatisieren. Eine Voraussetzung für die Entwicklung solcher Methoden ist die formale Repräsentation von Domänenwissen mit Hilfe eines Modells. Die Analyse des Stands der Technik in dieser Arbeit zeigt, dass kein Ansatz existiert der es erlaubt einen wesentlichen Bestandteil der Domäne Automatisierungssystem, die Domänen Regelung und Steuerung und Regelungslogik, explizit zu beschreiben und dieses Wissen mit angrenzenden Domänen zu vernetzen. Ein wesentlicher Beitrag dieser Arbeit besteht in der Vorstellung eines neuartigen, semantischen Modells, dass es erlaubt, sowohl Wissen der Domänen Regelung und Steuerung, als auch der Domäne Regelungslogik explizit und formal zu beschreiben. Zusätzlich ist es nun erstmals möglich dieses Wissen mit angrenzendem Domänenwissen, wie zum Beispiel aus dem Maschinenbau oder der Elektrotechnik, zu vernetzen. Das Modell wird unabhängig von der Implementierung in der Unified Modeling Language spezifiziert und mit Hilfe von Semantic Web Technologien implementiert. Das Modell ist in zwei Schichten aufgebaut. Auf der oberen Ebene wird allgemeines Wissen der Domäne Regelung und Steuerung modelliert, dass, wie in der Arbeit demonstriert, leicht mit angrenzenden Domänen verbunden werden kann. Auf der unteren Ebene wird das allgemeine Wissen der Domäne Regelung und Steuerung, um die Domäne der Regelungslogik erweitert und für die jeweilige Regelungslogik explizit spezifiziert. Zur Validierung des Modells wird in zwei separaten Fallstudien evaluiert, ob es das notwendige Wissen für zwei neuartige wissensbasierte Methoden repräsentieren kann. In der ersten Fallstudie wird eine wissensbasierte Methode zur Verbesserung des Betriebs von Automatisierungssystemen in Gebäuden prototypisch umgesetzt und getestet. Dabei ermöglicht das entwickelte Modell Faktenwissen, das aus dem Engineering der Regelungslogik gewonnen wurde, formal zu beschreiben. Dieses Wissen wird dann genutzt, um automatisiert Regeln zu instanziieren, die es ermöglichen automatisiert zu überprüfen, ob die tatsächlich implementierte Regelungslogik sich im Betrieb genauso verhält wie ursprünglich entworfen. In der zweiten Fallstudie wird eine wissensbasierte Methode zur Unterstützung des Engineerings von industriellen Automatisierungssystemen vorgestellt. Hier wird gezeigt, dass, basierend auf dem neuen Modell, die gleichzeitige formale Verifikation von verschiedenen Regelungsverfahren und die gleichzeitige formale Verifikation von Regelungsverfahren und Wissen über die automatisierte Anlage möglich ist. Zusätzlich, wird gezeigt, dass die Methode inkrementelle Aktualisierungen des Faktenwissens ermöglicht und ein bidirektionaler Austausch von Fallwissen zwischen dem ursprünglichen Format und der Wissensbasis möglich ist. Durch die Schaffung des neuen Modells ist nun die Möglichkeit gegeben formal und explizit Wissen der Domänen Regelung und Steuerung, sowie Regelungslogik zu beschreiben. Basierend auf diesem Modell werden zwei neuartige, wissensbasierte Methoden vorgestellt, die es ermöglichen das Engineering und den Betrieb von Automatisierungssystemen zu vereinfachen und zu verbessern

Assessment of investments towards digitalised production

Since 2011 the term “Industrie 4.0” represents the process of digital transformation for industrial production. The discussion in regard to this transformation is dominated by technological aspects but neglects the economical rational for investments in many cases. However, the necessary investments in digitalised technical equipment creates new challenges in solid judgement on ROI and priorities. The complexity related to digital transformation confronts companies with new aspects of uncertainty. Therefore, a paradox situation is observed by a “digital gap” between investment in technology and where the added value is captured and monetised. This thesis investigates how complexity of digitalisation, respectively the “digital gap” can be understood and bridged by the usage of value-constructs originated from recent business model research. The moderating role of constructs like value proposition, value network and value capture towards decision for investments is investigated in relation with digitalisation initiatives, technology and measurement of industrial productivity. Based on differences between industries in their digital maturity level the survey primarily focuses on Food, Beverage, Pharma, Life science and FMCG companies. A second survey sample covers other industries, mainly machine builders and automotive companies, to see differences or possible generalisable elements in the results. The research method is based on a mixed-method design, combining qualitative research results with quantitative analyses by triangulation. An intensive literature research of four related scientific disciplines delivers theory for the paradigmatic coding and formulation of a Grounded Theory. The results of Grounded Theory deliver the theoretical rational to build a structural model to use within statistical factor analysis methods. The thesis delivers a wide range of results and insights into the complex relations of transformation within the context of digitalised production. It shows innovative research design in using value-constructs for the moderation of value within an organisation. Finally, the mixed-method design complements the results by the combination of diverse disciplines of science. Results to explain how moderation of value does bridge the “digital gap”, how data is enabling monetisation of value generated and how standardisation shows relevance in successful investments are delivered within the thesis