Internet of Production
Motivation
Das Ziel der Forschungsinitiative Industrie 4.0 ist es, global vernetzte, flexible und somit anpassungsfähige Produktion zu ermöglichen. In der Vision des Exzellenzclusters Internet of Production (IoP) ist dafür die Schaffung eines durchgängigen Netzwerks notwendig, in dem semantisch adäquate und kontextabhängige Produktionsdaten in entsprechender Granularität verfügbar sind. Die Basis für die Schaffung eines solchen Netzwerks sind sogenannte Digitale Schatten als digitale Abbildungen der vernetzten Produktion. Herausfordernd bei der Umsetzung der Vision sind insbesondere die Integration neuer IT-Technologien in bestehende Prozesse, die Heterogenität und fehlender Kontext der anfallenden Produktionsdaten.
Anlagensteuerung im Internet of Production
Der Forschungsdemonstrator IoP-AC (Internet of Production Automation Cell) abstrahiert die Windschutzscheibennachbearbeitung und verbindet diese mit den Vorteilen von Cloud- und Edge-Architekturen zur Steuerung von Automatisierungsprozessen in cyberphysischen Produktionssystemen. Bevor Windschutzscheiben im Auto eingebaut werden, werden sie für die Applikation weiterer Komponenten vorbereitet. Hierzu durchlaufen sie die Prozessstufe „Cleaner“ zum Reinigen der Funktionsflächen und „Primer“ zum Auftragen der Grundierung. Trotz allgemein robuster Automatisierungstechnik führen Maßabweichungen innerhalb von Produktlinien, sowie häufiges Umrüsten der Anlagen aufgrund der hohen Variantenvielfalt zu häufigen Anlagenstillständen und händischem „Nach-Teachen“ von Robotern. Der Ansatz besteht darin, mittels eines sensitiven Roboters eine gemessene reale Trajektorie mithilfe von Edge Devices an den nachfolgenden Roboter zur Weiterverarbeitung des Produktes zu senden. Beide Mechanismen sowie die Prozesssteuerung agiert auf Basis des Digitalen Schattens, der dank Edge-Technologie Daten auf Shopfloor-Ebene bereitstellt.
Adressierte Forschungsthemen
Das Demonstrationsszenario gibt Einblicke in die Forschungstätigkeiten im Rahmen des Exzellenzclusters „Internet of Production“ rund um den Bereich der Steuerungstechnik. Adressiert werden die Themen: Digitaler Schatten, eventbasierte Zellensteuerung, Vernetzung entlang der Werschöpfungskette und Sicherheit.
Die Bereitstellung und Verarbeitung von Daten zur Verwendung im Digitalen Schatten ist Kernthema des Exzellenzcluster „Internet of Production“. IoP-AC adressiert die Beschreibung und Bereitstellung steuerungstechnischer Daten. Diese können mithilfe des ontologiebasierten Datamanagements orchestriert werden. Das Konzept des Digitalen Schattens wird für Fragen der Prozesssteuerung, Sicherheit und Vernetzung umgesetzt.
Mithilfe des Digitalen Schatten wird eine produktzentrierte Steuerung umgesetzt. Hierfür stellen alle Produktionsassets Statusinformationen mithilfe des Edge Computings bereit. Steuerungsfunktionen können auf Basis dieser Informationen auf der Edge eventbasiert ausgeführt werden.
Durchgängige Vernetzung zwischen den Teilnehmenden der Produktionskette wird im Demonstrator ebenso adressiert. Wenn Produktionsdaten über (Unternehmens-)Grenzen hinweg ausgetauscht werden, sollen sie für alle Teilnehmenden zugänglich und verständlich sein. Das kann mithilfe semantischer Informationsmodellierung einzelner Prozessteilnehmenden erreicht werden, die am Demonstrator entwickelt wird.
Auch in CPPS muss die funktionale Sicherheit oberste Priorität haben. Zur Absicherung von Hardware und adaptiven Automatisierungsprozessen in CPPS wurden flexible, vertragsbasierte Sicherheitsfunktionen implementiert. Diese integrieren Sicherheitseinrichtungen und sorgen für die Umsetzung von Nothalt- und Interrupt-Funktionen im Internet of Production.