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Industrielle AutomatisierungstechnikIndustrielle CloudbASierte SteurungsplattfOrm für eine Produktion mit cyber-physischen Systemen

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pICASSO Industrielle CloudbASierte SteurungsplattfOrm für eine Produktion mit cyber-physischen Systemen

Motivation:

In heutigen Produktionsanlagen herrscht bezüglich der Steuerungsarchitektur eine hierarchische Trennung zwischen einzelnen Steuerungsebenen. Es werden in der jeweiligen Steuerungsebene ausgehend von Istwerten mittels statischer Algorithmen neue Sollwertvorgaben für die darunterliegende Ebene berechnet. Die Steuerung in einer heutigen Produktion erfolgt somit stets Top-Down. Bei den einzelnen Steuerungen handelt es sich dabei um abgeschlossene Einheiten, die über eine Vielzahl unterschiedlichster Schnittstellen meist statisch konfigurierte Informationen austauschen können. Zusätzlich verfügen die einzelnen Steuerungen über einen fest vorgegebenen Funktionsumfang und Rechenleistung. Dies führt zu deutlichen Einschränkungen in der Produktion bei Unternehmen


Zielsetzung:

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Erschließung von Effizienzgewinnen durch eine flexible Bereitstellung von Steuerungstechnik für Cyber-Physische Systeme in der industriellen Produktion. Die vorhandene, monolithische Steuerungstechnik wird aufgebrochen, modularisiert und mit Mechanismen des Cloud-Computing, wie zentraler Datenverarbeitung und Service-Orientierten Softwarearchitekturen, erweitert. Dadurch kann das beim Anlagenhersteller oder zentral im Unternehmen vorhandene Expertenwissen optimal genutzt werden. Eine Cloud-basierte Steuerung bietet eine geeignete Grundlage für die Vernetzung und Bereitstellung von Rechenleistung für Cyber -Physische Systeme in der Produktionstechnik.

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Ziel und Ergebnisse des Teilvorhabens "Benutzer- und Steuerungsschnittstellen für cloudbasierte Mehrwertdienste" am Fachgebiet IAT.

Das Vorhaben fokussiert vorwiegend auf die Zielsetzung einer bessern Bedienbarkeit und Interoperabilität im Anwendungsfall Robotersteuerung durch die Schaffung und Ausgestaltung bisher nicht vorhandener Schnittstellen. Das Konzept der cloudbasierten Steuerung ermöglicht zusammen mit diesen Schnittstellen auch weiterreichende Dienste (Mehrwertdienste). Das Vorhaben soll hierbei die notwendigen Voraussetzungen für deren Umsetzung und Anbindung an die verteilte Cloud-Infrastruktur schaffen. Mehrwertdienste sind mit herkömmlichen Steuerungen nicht realisierbar, werden aber in einer flexiblen und effizienten Produktion, wie im Zukunftsprojekt Industrie 4.0, gefordert. Sie ermöglichen den Einzug von neuen Funktionalitäten, die bisher aufgrund der vorhandenen Steuerungsstrukturen nicht umsetzbar waren.

Mögliche Beispiele für Mehrwertdienste für die Bedienung sind aufgabenorientierte Programmierumgebungen mit Spezialisierung auf bestimmte Tätigkeiten (z.B. Fügen, Pick’n‘Place, Schweißen,…) und die Visualisierung von Simulations- und Analyseergebnissen mit Augmented-Reality-Werkzeugen bspw. für die virtuelle Inbetriebnahme. So ist es unter anderem Ziel des Vorhabens, die Bedienung und Rückmeldedarstellung von technischen Systemen wie einer Industrieroboteranlage mit Hilfe der Mehrwertdienste einem breiteren Kreis von Werksmitarbeitern zugänglich zu machen und zukünftig Integrations-, Wartungs- und Inbetriebnahme-Zeiten stark zu verkürzen.

Im Gesamtkontext sollen auch Schnittstellen zu neuartigen und intuitiven Bedienungs- und Programmierkonzepten geschaffen werden, so dass sich fortschrittliche Technologien aus dem Consumer-Bereich (Gestenbasierte Steuerung, Augmented Reality, App-Konzepte etc.) einfach integriert werden können. Eine neuartige, auf Gesten basierende Programmiermethode für eine aufgabenorientierte Programmierung von Robotern wird evaluiert und die sich daraus ableitbaren Anforderungen in das Schnittstellendesign integriert.

Um Mehrwertdienste der Steuerung zu ermöglichen, sollen innerhalb des Vorhabens notwendige Schnittstellen innerhalb der Robotersteuerung konzipiert werden. Die zukunftssichere Gestaltung der Schnittstellen z.B. zur Erfassung von Prozessdaten mit Potenzial für tiefer gehende Analysen (Data-Mining), steht im Vordergrund. Hierdurch werden weitere denkbare Mehrwertdienste beispielsweise aus dem Bereich „Big-Data“ geschaffen, die in Verbindung mit künftigen ERP-Systemen eine Prozessanalyse in Echtzeit ermöglichen. Dadurch wird dem ständigen Zeit- und Kostendruck durch eine verbesserte Optimierung der Prozessabläufe begegnet.

Das Ergebnis des Teilvorhabens ist die Dokumentation der Analyse vorhandener Schnittstellen der Programmierumgebungen und der Robotersteuerungen, sowie die Definition neuer Schnittstellen zur Verbindung der beiden Komponenten untereinander sowie über cloudbasierte Kommunikationskanäle zu weiteren Mehrwertdiensten wie Energiesimulationen oder VR-Umgebungen. Die Schnittstellen ermöglichen eine Untersuchung zur Auslagerung und Ausführung von Bedien- und Steuerungsfunktionen sowie Mehrwertdiensten in die Cloud. Die erzielten Ergebnisse im Anwendungsfall Robotersteuerung werden mit den Projektpartnern REIS und IPK anhand eines Demonstrators dargestellt, in dem auch die Integration von Mehrwertdiensten für einen zuvor festgelegten Use-Case exemplarisch gezeigt wird.

 

 

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