Beschreibungsmodell zur Standardisierung von Schnittstellen für Cyber-Physische Module
-
Eduard Wagner
und Daniella Brovkina
Kurzfassung
Die in der Regel von den Marktveränderungen induzierte, zunehmende Automatisierung und Vernetzung innerhalb von Produktionssystemen eines Industrieunternehmens erhöht den Bedarf, bestehende und neue Produktionsanlagen um Cyber-Physische Funktionen zu erweitern. Folglich entstehen neue Anforderungen an die Cyber-Physischen Schnittstellen. Damit steigt die Bedeutung einer Standardisierung für diese Schnittstellen innerhalb der Anlagenverbunde und -prozesse. Bislang fehlt jedoch die vollständige Beschreibung für die Standardisierung von Schnittstellen Cyber-Physischer Produktionssysteme. In diesem Beitrag wird die Entwicklung eines standardisierten Schnittstellenmodells beschrieben. Dieses Modell erfährt eine Validierung und Generalisierung mithilfe einer Simulation anhand der Prozesse in der Stanz- und Laserbearbeitung.
Abstract
The increasing automation and networking within production systems of an industrial company, usually induced by market changes, increases the need to extend existing and new production assets with cyber-physical functions. As a result, new requirements for the cyber-physical interfaces arise. Consequently, the importance of standardized interfaces within production system networks and processes is increasing. So far, however, a comprehensive description for the standardization of interfaces of cyber-physical production systems is missing. This paper describes the development of a standardized interface model. This model is validated and generalized by means of a simulation based on the processes in stamping and laser machining.
Literatur
Spath, D. (Hrsg.): Produktionsarbeit der Zukunft - Industrie 4.0: [Studie]. Fraunhofer-Verlag, Stuttgart2013Suche in Google Scholar
McKee, D. W.; Clement, S. J.; Almutairi, J.; Xu, J.: Survey of Advances and Challenges in Intelligent Autonomy for Distributed Cyber-Physical Systems. CAAI Transactions on Intelligence Technology3 (2018) 2, S. 75–8210.1049/trit.2018.0010Suche in Google Scholar
Fitzgerald, J.; Gamble, C.; Payne, R.; Lam, B.: Exploring the Cyber-Physical Design Space. INCOSE International Symposium27 (2017) 1, S. 371–38510.1002/j.2334-5837.2017.00366.xSuche in Google Scholar
Knössl, T.: Schlankes Schnittstellendesign in Theorie und Praxis. In: Günthner, W. A.; Boppert, J. (Hrsg.): Lean Logistics. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2013, S. 177–190. 10.1007/978-3-662-46139-6_16Suche in Google Scholar
Nyhuis, P. (Hrsg.): Wandlungsfähige Produktionssysteme: Heute die Industrie von morgen gestalten. Technische Informationsbibliothek u. Universitätsbibliothek; PZH Produktionstechnisches Zentrum, Hannover, Garbsen200810.3139/104.101285Suche in Google Scholar
Cook, D.: Schindel, W. D.: Utilizing MBSE Patterns to Accelerate System Verification. INCOSE International Symposium25 (2015) 1, S. 1085–110010.1002/j.2334-5837.2015.00117.xSuche in Google Scholar
Heidel, R.; Hoffmeister, M.; Hankel, M.; Döbrich, U.: Industrie 4.0 - Basiswissen RAMI4.0: Referenzarchitekturmodell mit Industrie4.0-Komponente. DIN (Hrsg.), Beuth Verlag, Berlin2017Suche in Google Scholar
Kao, H.-A.; Jin, W.; Siegel, D.; Lee, J.: A Cyber Physical Interface for Automation Systems-Methodology and Examples. Machines3 (2015) 2, S. 93–10610.3390/machines3020093Suche in Google Scholar
Lachenmaier, J. F.; Lasi, H.; Kemper, H.-G.: Simulation of Production Processes Involving Cyber-physical Systems. Procedia CIRP62 (2017), S. 577–58210.1016/j.procir.2016.06.074Suche in Google Scholar
Bedenbender, H.; Bock, J.; Boss, B.; Diedrich, C.; Garrels, K.; Gatterburg, A.; Heidrich, K.; Hillermeier, O.; Rauscher, B.; Sauer, M.; Schmidt, J.; Werner, T.; Zimmermann, P.: Verwaltungsschale in der Praxis: Wie definiere ich Teilmodelle, beispielhafte Teilmodelle und Interaktion zwischen Verwaltungsschalen (Version 1.0). BMWi, Berlin2019, S. 15–40Suche in Google Scholar
Kübler, K.; Scheifele, S.; Scheifele, C.; Riedel, O.: Model-Based Systems Engineering for Machine Tools and Production Systems (Model-Based Production Engineering). Procedia Manufacturing24 (2018), S. 216–22110.1016/j.promfg.2018.06.036Suche in Google Scholar
Vogel-Heuser, B.; BauernhanslT.; ten Hompel, M.: Handbuch Industrie 4.0 (Bd. 4). Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg201710.1007/978-3-662-53254-6Suche in Google Scholar
Bracht, U.; Geckler, D.; WenzelS.: Digitale Fabrik. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg201810.1007/978-3-662-55783-9Suche in Google Scholar
Zheng, C.; Hehenberger, P.; Le Duigou, J.; Bricogne, M.; EynardB.: Multidisciplinary Design Methodology for Mechatronic Systems Based on Interface Model. Research Engineering Design28 (2017) 3, S. 333–35610.1007/s00163-016-0243-2Suche in Google Scholar
Pike, L.: Hints for High-Assurance Cyber-Physical System Design. In: Proceedings of the IEEE Cybersecurity Development (SecDev), IEEE, Boston, MA, USA, USA, 3–4 November 2016, S. 25–2910.1109/SecDev.2016.016Suche in Google Scholar
Bauernhansl, T.; ten Hompel, M.; Vogel-Heuser, B. (Hrsg.): Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik: Anwendung, Technologien, Migration. Springer-Vieweg-Verlag, Wiesbaden201410.1007/978-3-658-04682-8Suche in Google Scholar
Monostori, L.; Kádár, B.; Bauernhansl, T.; Kondoh, S.; Kumara, S.; Reinhart, G.; Sauer, O.; Schuh, G.; Sihn, W.; Ueda, K.: Cyber-Physical Systems in Manufacturing. CIRP Annals65 (2016) 2, S. 621–64110.1016/j.cirp.2016.06.005Suche in Google Scholar
Thramboulidis, K.; Christoulakis, F.: UML4IoT-A UML-based Approach to Exploit IoT in Cyber-Physical Manufacturing Systems. Computers in Industry82 (2016), S. 259–27210.1016/j.compind.2016.05.010Suche in Google Scholar
Adams, K. M.: Nonfunctional Requirements in Systems Analysis and Design. Springer International Publishing, Cham201510.1007/978-3-319-18344-2Suche in Google Scholar
Wiendahl, H.-P.; Reichardt, J.; Nyhuis, P.: Handbuch Fabrikplanung: Konzept, Gestaltung und Umsetzung wandlungsfähiger Produktionsstätten. Carl Hanser Verlag, München, Wien201410.3139/9783446437029Suche in Google Scholar
Masin, M.; Palumbo, F.; Myrhaug, H.; de Oliveira Filho, J. A.; Pastena, M.; Pelcat, M.; Raffo, L.; Regazzoni, F.; Sanchez, A. A.; Toffetti, A.; de La Torre, E.; Zedda, K.: Cross-layer Design of Reconfigurable Cyber-Physical Systems. In: Proceedings of the Design, Automation & Test in Europe Conference & Exhibition (DATE), Lausanne, Switzerland, 2017, S. 740–74510.23919/DATE.2017.7927088Suche in Google Scholar
Marseu, E.; Kolberg, D.; Birtel, M.; Zühlke, D.: Interdisciplinary Engineering Methodology for Changeable Cyber-Physical Production Systems. IFAC-PapersOnLine49 (2016) 31, S. 85–9010.1016/j.ifacol.2016.12.166Suche in Google Scholar
Barbieri, G.; Fantuzzi, C.: Design of Cyber-Physical Systems: Definition and Metamodel for Reusable Resources. In: Proceedings of the 21st International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), IEEE, Berlin, Germany, 2016, S. 1–910.1109/ETFA.2016.7733733Suche in Google Scholar
Brovkina, D.; Riedel, O.: Skill-Based Metamodel for Sustaining the Process-Oriented Cyber-Physical System Description. In: Proceedings of the 39th Central America and Panama Convention (CONCAPAN), IEEE, Guatemala City, Guatemala, 2019, S. 1–610.1109/CONCAPANXXXIX47272.2019.8976997Suche in Google Scholar
© 2020, Carl Hanser Verlag, München
Artikel in diesem Heft
- Editorial
- Im Angesicht der Ohnmacht
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Maschinelles Lernen
- Detektion von Anomalien in automatisierten Schraubprozessen
- Mensch-Roboter-Kollaboration
- Vorgehensmodell zur Integration der Mensch-Roboter-Kollaboration
- Smart Devices
- Informationsaufbereitung für Smart Devices
- Datenbasierte Dienstleistung
- Temperaturüberwachung und automatisierte Bestandsbuchungen im intelligenten Ladungsträgermanagement
- Produktionsstrategien
- Über den Wertkettenansatz zur Customer Centricity
- Ki-Basierte Systeme
- KI-gestützte Prozessüberwachung in der Zerspanung
- Sensornetzwerk
- Optisches Multi-Sensornetzwerk zur Instandhaltung
- Traceability-Systeme
- Implementierung von unternehmensübergreifender Traceability
- Process Mining
- Datenanalyse in Produktionsprozessen
- Supply-Chain-Management
- Verbreitungsgrad von Supply-Chain-Management-Methoden
- Suppy-Chain-Management
- Supply-Chain-Management 4.0
- Montage
- Webbasiertes Framework und Apps für die Montage
- Werkzeugmaschinen
- Dynamische Schmierzustandserkennung Öl-Luft-geschmierter Spindellager
- Energieeffizienz
- Ganzheitliche Energieeffizienz in Produktionsstätten
- Instandhaltung
- Vorausschauende Instandhaltung – Wenn der Digitale Schatten an seine Grenzen stößt
- Digitaler Zwilling
- Modelle als Grundlage für den Digitalen Zwilling
- Digitalisierung
- Interoperabilität als Erfolgsfaktor für die vernetzte, adaptive Produktion
- Informationssystem
- Effektives Wertstromdesign 4.0
- Cyber-Physische Systeme
- Beschreibungsmodell zur Standardisierung von Schnittstellen für Cyber-Physische Module
- Vorschau/Preview
- Vorschau
Artikel in diesem Heft
- Editorial
- Im Angesicht der Ohnmacht
- Inhalt/Contents
- Inhalt
- Maschinelles Lernen
- Detektion von Anomalien in automatisierten Schraubprozessen
- Mensch-Roboter-Kollaboration
- Vorgehensmodell zur Integration der Mensch-Roboter-Kollaboration
- Smart Devices
- Informationsaufbereitung für Smart Devices
- Datenbasierte Dienstleistung
- Temperaturüberwachung und automatisierte Bestandsbuchungen im intelligenten Ladungsträgermanagement
- Produktionsstrategien
- Über den Wertkettenansatz zur Customer Centricity
- Ki-Basierte Systeme
- KI-gestützte Prozessüberwachung in der Zerspanung
- Sensornetzwerk
- Optisches Multi-Sensornetzwerk zur Instandhaltung
- Traceability-Systeme
- Implementierung von unternehmensübergreifender Traceability
- Process Mining
- Datenanalyse in Produktionsprozessen
- Supply-Chain-Management
- Verbreitungsgrad von Supply-Chain-Management-Methoden
- Suppy-Chain-Management
- Supply-Chain-Management 4.0
- Montage
- Webbasiertes Framework und Apps für die Montage
- Werkzeugmaschinen
- Dynamische Schmierzustandserkennung Öl-Luft-geschmierter Spindellager
- Energieeffizienz
- Ganzheitliche Energieeffizienz in Produktionsstätten
- Instandhaltung
- Vorausschauende Instandhaltung – Wenn der Digitale Schatten an seine Grenzen stößt
- Digitaler Zwilling
- Modelle als Grundlage für den Digitalen Zwilling
- Digitalisierung
- Interoperabilität als Erfolgsfaktor für die vernetzte, adaptive Produktion
- Informationssystem
- Effektives Wertstromdesign 4.0
- Cyber-Physische Systeme
- Beschreibungsmodell zur Standardisierung von Schnittstellen für Cyber-Physische Module
- Vorschau/Preview
- Vorschau