Technik und Erfahrung: Arbeit in hochautomatisierten Systemen

Moderne Informations- und Steuerungstechnologien beruhen auf der praktischen Anwendung formaler Logik und (natur-)wissenschaftlicher Methoden. Welche Auswirkungen ergeben sich hieraus für die Arbeit mit dieser Technik? Die vorliegende Untersuchung gibt eine provokative Antwort: Technisches Verständnis und analytisches Denken sind notwendig, doch reichen sie nicht aus, um hochautomatisierte Systeme zu beherrschen. Diese Untersuchung befaßt sich mit der Arbeit bei der Überwachung komplexer Produktionsanlagen. Anhand empirischer Recherchen in verschiedenen Wirtschaftsbereichen wird die praktische Bedeutung einer 'erfahrungsgeleiteten' Arbeit aufgezeigt, ihre Besonderheiten und Leistungen im Umgang mit technischen Systemen. Damit geraten neue Risiken im Arbeitsprozeß ins Blickfeld: Eine erfahrungsgeleitete Arbeit ist wichtig, doch wird sie bei technischen Entwicklungen nicht berücksichtigt; sie wird behindert und gefährdet. Die Analyse der daraus resultierenden Probleme wird ergänzt durch Ansatzpunkte und Perspektiven für technische Konzepte, die eine erfahrungsgeleitete Arbeit unterstützen

Plug and Produce für modulare verfahrenstechnische Anlagen

Sales market in process industry, especially for chemical, pharmaceutical and food industry, is becoming more and more volatile. Furthermore, the global availability of alternative products shortens the product life cycle. At the same time, the requested volumes depend on strong regional and temporal fluctuations, which are increasingly difficult to predict. To be able to bring product innovations successfully to market, rapid series-production readiness of the prototype is needed. However, the competition after successful approval is increasingly getting tougher. As soon as the product has been accepted by the market, the time necessary to reach sufficient product quantities with required product quality is essential for its profitability. By the end of the product life cycle, the production should be close to the largest remaining sales markets, which means that the production can be shifted accordingly. Classical production processes in process industry do not fulfil these requirements jet. Conti-systems are optimized for a certain production quantity per unit of time, which should not be changed for years, if possible. The higher flexibility of conventional batch plants is associated with unproductive times, for example during conversion. However, modularization of process plants with flexible combinatory design would allow faster turnover times and higher productivity. Individual modules realize standardized production steps and can be combined according to the requested product. Changes to the product are achieved by the exchange of modules, the production quantity can be increased by adding more of the same modules. The integration of a module into an upper classic process control system is laborious using the information models and tools available today. Various aspects of automation, such as human machine interfaces, statuses of sequences or interlocks must be added manually for the visualization and guidance of the module in an upper process control system. However, today's control systems are not prepared to provide the required flexibility of a system based on different modules. This drawback requires a modular plug-and-production methodology. Therefore, an outright modeling of information, beginning with modular and function-oriented integrated engineering is needed. On the one hand, this work considers with a selection of integration aspects, a detailed modeling of this aspects in an information carrier and the integration into the process control level. On the other hand, the concrete selection of one or more descriptive formats is analyzed. For this purpose, a uniform integration architecture and an integration process is described, this allows integration into an upper process control system level. This analysis shows that, with the available descriptive formats, a mapping of the individual integration aspects into an information carrier is possible. It is important to distinguish whether a separate mapping is chosen for each aspect, as chosen by GrapML in the second practical implementation, or whether a uniform format is used for the entire information carrier. The evaluation of the description formats suggests for the use in the information carrier AutomationML. The practical implementation and investigation with AutomationML are already in the scope of the Namur MTP developments and couldn’t therefore investigated deeply in this work. For the most important aspects, the human machine interface as well as the process management, detailed information modeling is available and was checked during implementation. Two different possibilities were presented and discussed for the selection of description formats. To allow flexible extensibility, it is advantageous to choose a description means in which the integration aspects are described separately from each other, independently of the specifically chosen format. A uniform interface within automation systems is required for the needs of the so-called industry 4.0 for the networking and consistency of all components involved throughout the entire life cycle. This work provides the first building blocks of this approach and enables application in process industry but also manufacturing industry

Infrastruktur für den Online-Zugriff auf prozesstechnische Apparate ohne dedizierte Kommunikationsanschaltung

Der Betrieb von prozesstechnischen Produktionsanlagen wird stetig von verschiedenen Aufgaben begleitet, zum Beispiel der Steuerung und Optimierung der Produktion und der Aufrechterhaltung der Verfügbarkeit. Alle Gewerke, die sich mit dem Zustand der Anlage und des darin ablaufenden Prozesses beschäftigen, sind auf Daten angewiesen, die in der Anlage erfasst werden. Ein Großteil dieser Daten werden für die automatische Steuerungs-, Regelungs- und Sicherheitstechnik erfasst und darin in Echtzeit verarbeitet. Apparate und anderes Equipment sind zumeist nicht mit für deren Zustandsüberwachung dedizierter Messtechnik ausgestattet. Um Qualitätsmerkmale, Anlagenzustände oder Wartungsbedarfe erkennen zu können, müssen andere in der Anlage vorhandene Daten kombiniert und in Berechnungsmodellen kondensiert werden. Diese Methodik teilt sich in unterschiedliche Schritte auf: Datenakquise, Entwurf von Auswertemodellen, Modellintegration und Auswertung von Ergebnissen mit Ableitung von Aufgaben. Die vorliegende Arbeit ordnet sich in die Softwareaspekte dieser Methodik ein. Dabei versucht sie, die zentrale Frage „Wie könnte eine Infrastruktur auf Basis von verbreiteten Standardtechnologien aussehen, welche alle Schritte des Engineeringprozesses für freie Apparatemodelle automatisieren kann?“ anhand eines Vorschlags für eine Infrastruktur zu beantworten. Es wird eine Möglichkeit dargelegt, im Betrieb ohne Änderungen am bestehenden System kontinuierlich Daten für die Weiterverwendung in Apparatemodellen auszulesen. Der Entwurf und die Implementierung von Auswertemodellen wurde mit Hilfe eines entwickelten Werkzeugs unterstützt und dadurch die Struktur der Apparatemodelle vorgegeben, um eine einheitliche Modellintegration zu ermöglichen. Die Durchführung der Modellintegration erfolgte über die automatische Auswertung von Planungsdaten. Eine auf offenen Technologien basierende Ausführungsplattform für die Bewertungsmodelle wurde implementiert. Die Auswertung von Berechnungsergebnissen wurde über die Integration der Modelle in verbreitete, für Feldgeräte vorgesehene Standardwerkzeuge ermöglicht. Diese Infrastruktur ermöglicht es den verschiedenen Gewerken des Anlagenbetreibers, generische Bewertungsmodelle auf die Apparateinstanzen in der Anlage anzuwenden, und mit deren Berechnungsergebnissen ihre Aufgaben einfacher oder besser bearbeiten zu können. Nach einer Analyse der technischen Rahmenbedingungen wurde ein Konzept zur Modellintegration entwickelt und dessen Automatisierbarkeit diskutiert. Dieses Konzept wurde prototypisch umgesetzt. Es wurden Softwarekomponenten für den Betrieb sowie Softwarewerkzeuge für die Unterstützung sowohl der Erstellung als auch der Integration von Apparatemodellen entwickelt. Anhand dieser wurde Umsetzbarkeit des Konzepts überprüftOperating process plants goes along with different tasks, e. g. control and optimization of the production and maintaining availability of the plant. There are several subsections of operations who deal with the state of the plant and the processes it runs. They are all dependent on information which is gathered throughout the plant. Most of this data is acquired for the automatic control, regulation, and safety gear and is processed in real-time. Apparatuses and other equipment are usually not equipped with measurement devices which are dedicated to monitor their state. For being able to recognize specific quality attributes, states of the plant, or maintenance needs, the existing measurements have to be combined and condensed by calculations. This methodology can be split into the following steps: data acquisition, design of evaluation models, integration of these models, and assessment of findings including inferring actions. This thesis addresses software aspects of this methodology. It tries to answer the key question „How to build an infrastructure, which shall be based on common standard technologies, in which all steps to engineer equipment models may be automated?“ by proposing a concrete infrastructure. A technique has been designed to continuously acquire data for further processing in equipment models without any changes to existing systems. The process of design and implementation of equipment models has been supported by a purpose-built tool. This tool puts out the designed models in a uniform structure to allow uniform model integration. This integration has been automated using the plant’s engineering data. An execution platform has been developed based on open technologies. Infrastructure and model structure have been designed to easily integrate calculation results into standard tools for being able to use them in common work environments. It enables the different subsections of operations in a plant to apply generic equipment assessment models on concrete equipment instances. Using the output of the models, they shall be enabled to perform their task in an easier or better manner. The technical requirements and prerequisites have been analyzed. Using the resulting conclusions, a concept to integrate models has been developed and the options to automate it have been discussed. This concept has been implemented prototypically. This implementation includes a runtime component and two tools to support development of models and their instantiation. It has been used to prove the feasibility of the concept

Integriertes System- und Dienste-Management in der industriellen Automation

Die Industrie ist im Wandel. Die Grenzen zwischen Industrien, Anwendungsbereichen und Unternehmen verschwinden immer weiter, sind teils kaum noch in ihrer alten Ausprägung zu erkennen. Auch die industrielle Automation kann und sollte sich diesem Trend nicht entziehen. Immer mehr Technologien und Paradigmen anderer Bereiche gewinnen an Bedeutung. Hinzu kommt, dass die Anzahl und die Vielfalt an Geräten, Anwendungen, Anforderungen und Technologien stetig wächst. Diese Arbeit befasst sich mit Ansätzen, die es ermöglichen, einigen Aspekten der wachsenden Komplexität zu begegnen. Dabei handelt es sich um Technologien und Konzepte zum Thema Management, genauer zum Netzwerk-, System- und Dienste-Management. Ziel ist es nicht nur einen Ansatz zu finden, der gegenwärtigen Ansprüchen genügt, sondern auch noch für kommende Entwicklungen geeignet ist