Develop³ Systems Engineering 01.2015

ANWENDUNGEN INDUSTRIE 4.0
Durch die Interpretation von BPMN2-Workflows werden SPS- und Roboterfunktionen
modulspezifisch ausgeführt
Die Rolle des Mitarbeiters in der Smart Factory wandelt sich zu einem „Augmented
Operator“, der die Maschine interaktiv anpassen und überwachen kann
Produkttypspezifische Prozessmodelle
Die für die Ausführung solcher Prozessmodelle notwendige Koordinationsarchitektur
weist dabei für eine Fertigungslinie eine übergeordnete
sowie je eine lokale Koordinationskomponente pro Fertigungszelle
auf. Diese sogenannten „Process Engines“ können produkttypspezifische
Prozessmodelle dynamisch aus einer Datenbank
abrufen und bei Bedarf innerhalb der Systemarchitektur der modularen
Fertigungslinie ausführen. Die ausführbaren Prozessmodelle
enthalten typischerweise eine Sequenz von wiederverwendbaren
Sub-Prozessen bspw. für eine Schraubaktivität, die in den Koordinationskomponenten
der Fertigungsmodule ausgeführt werden und in
Aufrufen der beschriebenen Services resultieren. Darüber hinaus
können Prozessmodelle weitere Aktivitäten und Sub-Prozesse wie
beispielsweise Interaktionen mit Maschinenbediener oder -einrichter
sowie Kommunikation mit anderen Akteuren oder Teilsystemen
der modularen Produktionsplattform beinhalten.
In der Koordinationsarchitektur wird für die konkrete Fertigung eines
individuellen Produkts jeweils eine neue Instanz eines Prozessmodels
erzeugt und gestartet. Die „Verheiratung“ von Prozessinstanz
und Produkt (also die Erzeugung und spezifische Parametrisierung
eines als Modell vorhandenen Prozesses) erfolgt dabei über
einen definierten Eintrittspunkt in eine Fertigungslinie – beispielsweise
über das Auslesen eines RFID-Tags. Die auf Basis eines passenden
Prozessmodells erzeugte Prozessinstanz begleitet jedes
Produkt über seinen Lebenszyklus hinweg durch die Zellen der Fertigungslinie.
Diese Eigenschaft erlaubt später eine einfache Nachvollziehbarkeit
der Produktionshistorie eines einzelnen Produkts innerhalb
der wandlungsfähigen Produktionsumgebung.
Die Unterstützung parallel aktiver Prozessinstanzen durch die Koordinationsarchitektur
erlaubt zudem die zeitgleiche Fertigung verschiedener
Produkte in einer Fertigungslinie. Durch die spezifischen
Prozessinstanzen können in einer physisch konfigurierten Anlage alle
hardwareseitig möglichen Varianten von Produkten gefertigt und
somit eine Art „One-Piece Flow“ erreicht werden.
Die realisierte Koordinationsarchitektur bietet eine offene und herstellerunabhängige
Integrationsplattform, die über die BPMN2-basierten
Prozessmodelle eine explizite Verzahnung aller relevanten
Ebenen innerhalb des Produktionsprozesses über IP-basierte Standardprotokolle
erlaubt. Aufgrund der zunehmenden Verbreitung
von BPMN2 in der Unternehmens-IT verspricht das vorgestellte
Konzept eine nahtlose Abbildung der Produktionslogik in die ERP-
Ebene in Ergänzung zu den Möglichkeiten etablierter Standards wie
OPC-UA.
Inkrementelle Optimierung
Perspektivisch soll ein in BPMN beschriebener Produktionsprozess
durch den individuellen Kundenwunsch bereits auf der ERP-Ebene
angelegt und sukzessive vervollständigt werden. Sollten beispielsweise
Informationen zur Ausführung auf der Maschinenebene fehlen,
kann ein Experte für den Produktionsprozess diese direkt an der
Maschine über eine benutzerfreundliche Schnittstelle dem Prozessmodell
hinzufügen.
Inkrementelle Optimierung
Um Fehlerrisiken, die auf die erhöhte technische Komplexität durch
die konsequente Modularisierung zurückgehen, beherrschbar zu machen,
werden die Mitarbeiter im Konfigurations- und im Produktionsmodus
durch Assistenzfunktionen unterstützt. Damit können Fehlerzustände
im Betrieb interaktiv beschrieben und mit Produktionsdaten
sowie aktiven Prozessschritten in den Prozessmodellen assoziiert
werden. Diese Daten werden in der folgenden Projektphase die Anwendung
maschineller Lernverfahren zur Parameter- und Prozessoptimierung
oder das Trainieren von Klassifikationsalgorithmen für
das Condition Monitoring erlauben. Auf dieser Basis können wiederum
Prozessmodelle automatisch verbessert und die Bediener in der
Interaktion mit der Maschine unterstützt werden. Mitarbeiter können
auf diese Weise frühzeitig in die flexibilisierten Produktionsformen
eingebunden werden und sie zudem aktiv mit gestalten.
FlexiMon ist ein gemeinschaftliches Forschungsprojekt der Harting
Technologiegruppe und des CoR-Lab (Research Institute for Cognition
and Robotics) der Universität Bielefeld. Es wird vom Bundesministeriums
für Forschung und Technologie im Rahmen des Spitzenclusters
it’s OWL gefördert und vom Projektträger Karlsruhe
PTKA betreut.
ge
Dr.-Ing. Volker Franke, Geschäftsführer Harting Applied Technologies
GmbH
Dr.-Ing. Sebastian Wrede, Leiter Cognitive Systems Engineering,
CoR-Lab & CITEC, Universität Bielefeld
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