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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Konfigurierung einer
Service-orientierten Fertigungslinie umfassend virtuelle und/oder
reale Geräte bzw Komponenten.
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Ein
Verfahren und ein System sowie Entwicklungswerkzeug zur Konfiguration
eines virtuellen Service-orientierten Fertigungssystems umfassend virtuelle
und reale intelligente Geräte mit implementierten Web-Services, über
die Funktionalitäten der Geräte angeboten werden,
ist in der
WO 2008/090216
A1 beschrieben. Das Fertigungssystem wird von einem einzigen,
zentralisierten Web-Service gesteuert, der auf einem einzigen Computer
abläuft.
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Die
WO 2008/068333 A1 beschreibt
ebenfalls ein Steuerungssystem für Service-orientierte Geräte,
ohne allerdings eine Verknüpfung von intelligenten Geräten
untereinander anzusprechen.
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Die
Integration realer und virtueller intelligenter Geräte
unter Berücksichtigung der Service-orientierten Architektur
in eine virtuelle Umgebung wie beispielsweise DELMIA- Automation
ist in dem Aufsatz D. Cachapa u. a. „An approach
for integrating real and virtual production automation devices applying the
service-oriented architecture paradigm", ETFA. IEEE Conference,
Issue 25.–28. September 2007, Seiten 309–314.
Basierend auf der Integration des Paradigmas der Service-orientierten
Architektur (SoA) und existierenden 2D/3D basierenden Entwicklungssystemen
wird ein neuer Ansatz und entsprechende Werkzeuge für den
Entwurf, die Entwicklung und Anwendung von modularen, virtuellen Web-basierten
Produktions-Automations-Geräten beschrieben. Dabei wird
die Entwicklungsplattform „DELMIA-Automation” verwendet,
um die SoA-Umgebung zu modellieren.
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In
dem Aufsatz wird eine Entwicklungsumgebung beschrieben, welche die
Darstellung von virtuellen Fertigungslinien erlaubt, die Service-orientiert arbeiten.
Dies wird erreicht durch die Erstellung einer Rahmenstruktur bzw.
eines Programmiergerüstes (Framework) welches die Addition
von mehreren autonomen virtuellen Geräten mit unabhängigen Web-Services
in die virtuelle Umgebung erlaubt. Dabei folgen die Geräte
einer „Plug-and-Play”-Architektur, die diesen
erlaubt, mit minimalem oder keinem Konfigurationsaufwand in die
Umgebung integriert zu werden.
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Zu
diesem Zweck wurden virtuelle Geräte als wiederverwendbare
Komponenten entwickelt. Diese können als intelligente Geräte
bezeichnet werden, welche die Gerätegeometrie, die Bewegung
des Geräts beschreibende Kinematik und das Verhalten, welches
das Gerät in Form von Services zeigt, aufweisen. Jedes
virtuelle Gerät ist mit einer externen Bibliothek verknüpft,
sodass dann, wenn die Simulation läuft, jedes Gerät
auf seine eigene Bibliothek zugreift und seinen eigenen Web-Service
ablaufen lässt.
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Obige
Ansätze beziehen sich zwar auf die Erstellung, Implementierung
und Verwendung von Service-orientierten intelligenten Geräten,
wobei der Ansatz allerdings nicht geeignet ist ein Layout einer komplexen
Fertigungslinie zu beschreiben.
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Beispielsweise
erfordert die in
WO 2008/090216
A1 beschriebene Steuerung Service-orientierter Geräte,
dass der Steuerungs-Controller mit jeder Gerätefunktionalität
und deren Einschränkungen sowie der Layouts der Fertigungslinie eng
vertraut ist.
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Daraus
folgt die Einschränkung, dass die gesamte Maschinenlogik
zum Betrieb des Gerätes in den Controller implementiert
werden muss. Dies führt zu einer Vermischung der Maschinenlogik
mit der Produktionslogik, welche konzeptionell auf verschiedenen
hierarchischen Levels des Produktionssystems angeordnet sind.
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In 1a ist ein Kommunikationsdiagramm zwischen
einem Controller CO1 und einem Lifter LI nach dem Stand der Technik
dargestellt. 1b zeigt rein schematisch
die einzelnen Ablaufschritte. Dem Lifter LI wird über ein
Förderband CO1 ein Werkstück WP zugeführt,
welches aus einer oberen Position POS1 in eine untere Position POS2
transportiert und sodann auf einen zweiten Förderer CO2
abgelegt wird.
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Eine
zugehörige Kommunikation zwischen einem Controller CON
und dem Lifter LI ist in 1a dargestellt.
Der Controller gibt zunächst den Befehl „Start
conveyer: right” um das Förderband CO1 in Richtung
Rechts zu starten, sodass das Werkstück WP in den Lifter
LI transportiert wird. Es erfolgt eine Rückmeldung „transfer
completed” des Lifters LI, das die Übergabe des
Werkstückes WP erfolgt ist. Schließlich wird der
Förderer CO1 durch den Controller CON gestoppt „stop
conveyer”. Anschließend erhält der Lifter
LI den Befehl „start lifter: down”, wodurch das
Werkstück WP aus der Position POS1 in die Position POS2
transportiert wird. Der Controller CON erhält die Rückmeldung „lifter
is down” von dem Lifter LI. Schließlich erhält
der Lifter LI den Befehl „start conveyer: left”,
wodurch das Werkstück WP auf den Förderer CO2 übergeben
wird. Der Vorgang wird durch den Befehl „stop conveyer” beendet.
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Das
in 1 dargestellte Beispiel zeigt, dass bereits einfache
Funktionen, wie der Transport eines Werkstückes WP innerhalb
eines Lifters LI von einer oberen Position POS1 in eine untere Position
POS2 bereits einen komplexen Controller benötigt. Zudem ignoriert
das Beispiel den zugehörigen Steuerungsdatentransfer, die
Fehlererkennung und Fehlerbehebung.
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2 zeigt
rein schematisch den Lifter LI mit vier physikalischen Eingabe/Ausgabe-Anschlüssen, welche
insgesamt 42 (= 16) Betriebs-Modi erlauben. Alle
Modi bzw. eine Vielzahl dieser müssen in den Controller
codiert werden. Dies zeigt den Anstieg der Komplexität
in der Logik des Controllers für jedes Gerät einer
Fertigungslinie.
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Davon
ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung das Problem zugrunde,
ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
dass die Konfigurierung Service-orientierter Fertigungslinien mit
virtuellen und/oder realen Geräten bzw. Komponenten vereinfacht
wird.
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Ein
Verfahren zur Konfiguration einer Service-orientierten Fertigungslinie
mit virtuellen und/oder realen Geräten bzw. Komponenten,
welche mechanisch und logisch zusammenwirken, umfasst vorzugsweise
die folgenden Verfahrensschritte:
- – Erstellen
von virtuellen Modellen der Geräte bzw. Komponenten, umfassend
ein Mechatronik-Interface (MechI), welches ein physikalisch tatsächlich
vorhandenes Geräte- bzw. Komponentendesign einschließlich
mechanischer Übergabepunkte wie Eingangs-/Ausgangs-Anschlüsse zu
anderen Geräten bzw. Komponenten darstellt,
- – ein Steuerungs-Modul mit einem Steuerungs-Interface,
welches die Steuerungslogik, insbesondere Kinematik des Gerätes
bzw. der Komponente darstellt, und
- – ein Kommunikations-Interface, welches als Web-Service-Interface
ausgebildet ist, und Funktionen des Gerätes bzw. der Komponente
anderen Geräten bzw. Komponenten anbietet und Kommunikation
mit anderen Geräten bzw. Komponenten und gegebenenfalls
Steuereinheiten ermöglicht,
- – Definieren von den Übergabepunkten eines
Gerätes bzw. einer Komponente zugeordneten Ports mit eindeutiger
Identifikationsnummer,
- – Verknüpfen der Ports in der virtuellen Umgebung
entsprechend des realen mechanischen Layouts, wobei die Ports in
der virtuellen Umgebung auf Web- Service-Endpunkte bzw. Web-Service-Interfaces
der virtuellen Geräte abgebildet werden.
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Vorzugsweise
kann durch Zusammensetzen bzw. Verknüpfen von zwei oder
mehr virtuellen Geräten bzw. Komponenten eine Komposition
von Web-Services gebildet werden, welche den Layout-Spezifikationen
in der realen Fertigungslinie folgen.
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Die
in der virtuellen Umgebung erzeugten Web-Services können
für entsprechende reale Geräte bzw. Komponenten
der realen Fertigungslinie verwendet werden.
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Es
ist vorgesehen, dass eine Steuerungslogik in der virtuellen Umgebung
validiert wird.
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Vorzugsweise
können die Ergebnisse der virtuellen Umgebung in die reale
Welt durch Änderung der Adressierung der Web-Services umgesetzt werden.
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Gemäß bevorzugter
Ausführungsform können die Web-Service beinhaltenden
intelligenten Geräte bzw. Komponenten in einer Bibliothek
aufgenommen werden, welche unmittelbar in der Service-orientierten
virtuellen Umgebung verwendet wird.
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Eine
weitere bevorzugte Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, dass
die physikalische Zusammensetzung von Geräten bzw. Komponenten auf
die Zusammensetzung der zugehörigen Web-Service-Interfaces
abgebildet wird.
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Eine
Netzwerkkommunikation der virtuellen Geräte bzw. Komponente
kann vorzugsweise ausschließlich über deren Web-Service-Ports
erfolgt.
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Obige
Verfahren ermöglicht auch die die Validierung der physikalischen
und logischen Layout- und Komponenten bzw. Geräteinteraktionen.
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Das
Problem wird unter anderem auch dadurch gelöst, dass die
Maschinenlogik derart gekapselt wird, sodass spezifische interne
Gerätesteuerungen zu der Geräteimplementierung
verschoben werden.
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Auf
diesem Weg „sieht” der Controller die Geräte
als „Blackbox”, welche klar definierte funktionale
Interfaces aufweisen, welche den Aufbau und die Verwaltung der Produktionslogik
sehr vereinfachen ohne deren Funktionalität zu beeinträchtigen.
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Da
das intelligente Gerät bereits Intelligenz zur Unterstützung
des Web-Service-Interface bereitstellt, kann der interne Controller
mit Maschinenlogik bereichert werden, welche geeignet ist, die internen Geräte-Operationen
zu realisieren. Diese werden durch definierte Services an den externen
Interfaces des Gerätes darstellt.
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Für
ein Gerät, welches Bestandteil beispielsweise eines Materialhandhabungssystems
ist, sind dessen externe Interfaces vorzugsweise mechanische Übergabepunkte
wie Eingabe- und Ausgabe-Anschlüsse, durch die Systempaletten
empfangen oder aufgenommen werden können.
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Das
Verfahren ermöglicht, dass das Layout einer Fertigungslinie
und seine Funktionen „hybrid”, das heißt
in realen/virtuellen Konfigurationen bearbeitet werden können,
um diese stufenweise zu testen, zu entwickeln und zu validieren.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren betrifft die vorliegenden
Hauptaspekte:
Ein Ansatz zur Entwicklung von Komponenten/Geräten
einer Fertigungslinie in einer virtuellen Umgebung, wenn solche
Komponenten Service-orientiert sind, zum Beispiel ihre Funktionen
als Web-Services WS an externen Interfaces Port1 ... Portn darstellen.
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Ein
Ansatz, um ein Layout einer Fertigungslinie und Verhaltensspezifikationen
zu entwickeln und zu validieren.
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Ein
Verfahren zur Verbindung von Service-orientierten virtuellen und
realen Komponenten bzw. Geräten unter Berücksichtigung
von Hardware, Software (Kommunikation) und Software (Funktion).
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Das
beschriebene Verfahren erlaubt einem Entwicklungsingenieur den Aufbau
einer Bibliothek von Web-Service beinhaltenden intelligenten Geräten,
welche unmittelbar in einer Service-orientierten virtuellen Fertigungslinie
verwendet werden können, um diese zu studieren, Prototyp-Untersuchungen oder Überwachung
realer Fertigungsstätten ohne die Komplexität,
welche üblicherweise mit solchen Aktionen verbunden ist.
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Da
die Bibliothek Web-Service enthaltender intelligenter Geräte
ansteigt, sinkt die Zeit zur Entwicklung oder Durchführung
von Änderungen einer Service-orientierten Fertigungslinie
drastisch. Dadurch wird es Systemintegratoren ermöglicht,
den gesamten Vorteil der von der virtuellen Fertigungslinie dargebotenen
Eigenschaften zu nutzen, bevor solche Änderungen in der
realen Welt wirksam werden.
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Durch
das erfindungsgemäße Verfahren wird der Vorteil
erreicht, dass die physikalische Zusammensetzung von Geräten
wirklich auf die Zusammensetzung der zugehörigen Web-Service-Interfaces
abgebildet wird. Dies wird in einer Service-orientierten virtuellen
Umgebung ausgeführt. Da sich der Fabrikbereich in Richtung
Service-orientierte Technologien bewegt, um den Anspruch der individualisierten
Massenfertigung und Produktionsflexibilität zu erreichen,
sind die Werkzeuge, welche das Design und die Validierungsphase
des „Lifecycles” unterstützen, Service-erkennend
ausgebildet, um deren Integration in den Produktionsprozessen zu
vereinfachen.
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Da
das die Ports spezifizierende Web-Service-Interface in den virtuellen
und realen Komponenten identisch ist, besteht keine Beschränkung, virtuelle
und reale Komponenten in einer einzige Service-orientierte Architektur
zu integrieren, welche ein Hardware-/Software-In-Loop-Paradigma
realisiert.
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Durch
Zusammensetzung der verschiedenen intelligenten Geräte
in einer virtuellen Umgebung und deren Verbindung untereinander
kann eine virtuelle Fertigungslinie erstellt werden. Eine solche
Service-orientierte Fertigungslinie umfasst eingebettete Komponenten,
wie beispielsweise Förderer, Kreuzverschiebetische u. a.,
welche zu Maschinen, wie Transporteinheiten oder Lifter zusammengesetzt werden
können, die wiederum zu eingebetteten Produktionssystemen
arrangiert werden können. Die beiden erstgenannten Geräte
sind im Wesentlichen intelligente Geräte wie zuvor beschrieben,
während das Produktionssystem durch eine virtuelle Fertigungslinie
dargestellt ist.
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Die
in dem Netzwerk bekannten Geräte können miteinander
kommunizieren sowie mit den verschiedenen Teilnehmern im Netzwerk.
Dies ergibt eine Fertigungsarchitektur, wobei die virtuelle Fertigungslinie
viele verschiedene Bereiche oder Produktionsressourcen umfasst.
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Da
alle Teilnehmer der Fertigungslinie dasselbe Netzwerk und High-Level-Funktionalität
teilen, und die Komponenten in der virtuellen Umgebung erscheinen
in dem Netzwerk als autonome Geräte, wobei keine klare
Trennung zwischen diesen und den realen Geräten existiert.
Dies erlaubt den Austausch von einigen der virtuellen Komponenten
gegen reale Komponenten zum Zweck des Testens. Folglich wird eine
offene Architektur bereitgestellt, wobei sämtliche Teilnehmer
frei gemäß ihrer Funktion partizipieren können.
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Weitere
Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht
nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich
und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden
Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsformen.
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Es
zeigen:
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1a,
b Ein Kommunikationsdiagramm zwischen einem Controller und einem
Lifter sowie einer schematischen Darstellung eines Lifters mit Förderbändern;
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2 eine
schematische Darstellung eines Lifters mit Eingangs-/Ausgangs-Ports
sowie Darstellung von Betriebs-Modi;
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3 eine
schematische Darstellung des Lifters mit Eingangs-/Ausgangs-Ports;
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4a,
b eine schematische Darstellung des Lifters sowie ein Kommunikationsdiagramm
einer Kommunikation zwischen einem Controller und dem Lifter;
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5 eine
schematische Darstellung eines Netzwerkes mit Geräten einer
Fertigungslinie sowie einem Controller;
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6 eine
schematische Darstellung der Architektur einer Schleife einer Fertigungslinie
bestehend aus zwei Liftern, zwei Förderbändern
und einer Führungslinie;
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7 eine
funktionale Ansicht der Fertigungslinie gemäß 6 mit
Web-Service-Interfaces;
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8 eine
schematische Darstellung eines intelligenten Gerätes am
Beispiel eines Förderbandes, umfassend Mechatronik-Interface,
Kommunikations-Interface sowie Steuerungs-Interface;
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9 eine
physische Sicht sowie eine funktionelle Sicht der Verknüpfung
einzelner Service-orientierter Geräte zur Bildung eines
neuen Services;
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10 ein
Kommunikationsdiagramm des zusammengesetzten Services gemäß 9;
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11 Zusammenfassung
einzelner Web-Services zu einem zusammengesetzten Web-Service höherer
Ordnung;
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12 Darstellung
eines Kommunikationsdiagramms zwischen einem Controller und dem
zusammengesetzten Web-Service;
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13 Darstellung
virtueller Geräte in einer Entwicklungsumgebung, welche
mit einem Controller über ein Netzwerk verbunden sind,
und
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14 Darstellung
virtueller Geräte einer Entwicklungsumgebung, welche über
ein Netzwerk mit einem realen Gerät und einem Controller
verbunden sind.
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3 zeigt
den Lifter LI mit vier Eingangs-/Ausgangs-Ports Port1, Port2, Port3,
Port4. Beispielsweise ist der Lifter LI in der Lage, Werkstücke
WS von der linken und rechten Seite aufzunehmen oder auszugeben
und ebenso von einem oberen Level zu einem unteren Level zu fördern.
Diese Funktionalität kann durch die Eingangs-/Ausgangs-Ports Port1,
Port2, Port3, Port4 abstrahiert werden, wie dies in 1 dargestellt
ist. Den einzelnen Ports können eindeutige Identifikationswertenummern
1 bis 4 zugeordnet werden. Ein Web-Service WS dieses Gerätes
agiert als ein Interface zwischen der Maschinenlogik und der äußeren
Welt und verbirgt die Komplexität der Gerätefunktionen
und zeigt lediglich die Ports Port1, Port2, Port3, Port4 als Service-Interfaces.
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4a veranschaulicht das erfindungsgemäße
Verfahren am Beispiel des Lifters LI. Der Lifter LI als intelligentes
Gerät ist erfindungsgemäß mit der internen
Maschinenlogik ausgestattet. Die Ports Port1, Port2 können über/als
Web-Service-Interface aufgerufen werden.
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Auf
diese Weise wird das intelligente Gerät eine „Blackbox” mit
wohl definierten Web-Service-Interfaces.
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Das
obige Beispiel zeigt, dass die Wirkungsweise des Gerätes
vereinfacht wird während die Funktionalität des
Gerätes vollständig erhalten bleibt.
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4b zeigt rein schematisch ein Kommunikationsdiagramm,
welches nur noch drei Befehle umfasst, im Vergleich zu den nach
dem Stand der Technik notwendigen sieben Befehlen gemäß 1. Durch
den Befehl „transfer in: Port1” wird das Werkstück
WP dem Lifter LI übergeben. Der Befehl „transfer
completed” zeigt dem Controller an, dass das Werkstück
WP in dem Lifter LI übertragen wurde. Lediglich durch den
einen Befehl „transfer out: Port4” werden intern
die Befehle „stop conveyer”, „start lifter:
down”, „lifter is down”, „start
conveyer: left” sowie „stop conveyer” ausgeführt.
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5 zeigt
rein schematisch eine Service-orientierte Automatisierungsstruktur
einer Fertigungslinie umfassend intelligente Geräte SD1
... SDn mit jeweils integriertem programmierbaren Logik-Controller
PLC1 ... PLCn sowie Web-Services WS1 ... WSn, die über
ein Kommunikationsnetzwerk NW wie Ethernet miteinander sowie mit
einem Controller CON verbunden sind.
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Die
intelligenten Geräte SD1 ... SDn sind autonom, eigenständig
und unabhängig von externen Geräten, um ihre volle
Funktionalität zu erreichen und sind in der Lage, mit anderen
Geräten zu kooperieren.
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Die
intelligenten Geräte SD1 ... SDn enthalten eigenständige
(self-contained) Funktionalitäten, welche über
Services WS angeboten werden, die im Stande sind, deren Eigenschaften
vollständig auszunutzen. Um die Komplexität zu
minimieren sind die Geräte SD1 ... SDn ihrerseits so einfach
wie möglich aufgebaut, wobei sich die wahre Eigenschaft
der Fertigungslinie durch Interaktionen zwischen den Geräten
SD1 ... SDn, der Fertigungslinie PL ergibt.
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Das
Konzept des intelligenten Gerätes SD wird verwendet um
ein Gerät zu beschreiben, welches von Grund auf autonom
und kooperativ ist. In dem Gerät SD ist die Kinematik;
das Verhalten, welches nach außen durch einen Service WS
dargestellt wird; und die Geometrie, oder im Fall eines virtuellen Gerätes
VD, die physikalische Dimensionen integriert.
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Die
intelligenten Geräte SD1 ... SDn setzen sich daher aus
Informationen über deren Geometrie, deren Kinematik sowie
deren Web-Services WS1 ... WSn zusammen. Geometrie und Kinematik
sind Bestandteil des programmierbaren Logik-Controllers PLC1 ...
PLCn. Einzelne intelligente Geräte SD1 ... SDn können
in die Fertigungslinie PL eingebracht werden, indem diese mit dem
Netzwerk NW verbunden werden, wobei ihre volle Funktionalität
für den Controller CON sofort verfügbar ist.
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In 3 ist
das Konzept der Einführung von Ports Port1 ... Port4 erläutert.
In der Fertigungslinie PL interagieren die verschiedenen intelligenten
Geräte SD1 ... SDn untereinander, um beispielsweise die
Bewegung oder Bearbeitung eines Werkstückes WP auszuführen.
Insbesondere zur Durchführung der Streckenführung
(routing) können Transportgeräte wie Lifter LI
oder Förderband CO derart beschrieben werden, dass diese
feststehende Ports aufweisen, von. denen die Werkstücke
WP in das Gerät hinein und/oder aus diesem heraus übergeben
werden können.
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Durch
Zuordnung einer lokal eindeutigen Identifikationsnummer zu jedem
Port Port1 ... Port4 kann das Gerät SD, VD erkennen, von
wo ein Werkstück WP kommt und wohin es übergeben
werden soll. Gemäß der Erfindung können
die Ports Port 1 ... Port4 beispielsweise in eine 3D-Umgebung zu Web-Service-Endpunkten
eines zugeordneten virtuellen Gerätes VD abgebildet (gemappt)
werden. Somit können virtuelle Geräte VD in der
3D-Umgebung an bzw. mit ihren Ports Port1 ... Portn verbunden werden,
um eine kontinuierliche Sequenz von virtuellen Geräten
VD zu bilden, welches beispielsweise Werkstücke im Inneren
einer Produktionszelle transportieren kann. Durch Zusammensetzen
von zwei virtuellen Komponenten erfolgt somit eine Komposition von Web-Services,
welche den Layout-Spezifikationen der Fertigungslinie folgt.
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Die
Zusammenschaltung vieler individueller Geräte SD1 ... SDn
in dem Netzwerk NW führt zu einer hohen Anzahl von individuellen
Services WS, die ihrerseits wenig Funktionalität bieten,
jedoch gemeinsam eine hilfreiche und oft komplexe Aufgabe ausführen
können.
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Um
die Geräte SD, VD zusammenzubringen werden Synchronisationsmuster
entwickelt, sodass jedes Gerät SD, VD im Stande ist, mit
seinen Nachbarn zu kommunizieren und zu verhandeln, wie diese miteinander
interagieren wollen. Soll beispielsweise das Werkstück
WP von dem Förderer CO zu dem Lifter LI übertragen
werden, dann muss zunächst festgestellt werden, dass der
Lifter LI:
- a) richtig funktioniert,
- b) nicht belegt ist oder nicht voll ist,
- c) sich in der korrekten Höhe befindet, um das Werkstück
aufzunehmen.
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Nachdem
die Vorbedingungen erfüllt sind, kann die Übergabe
beginnen:
- a) Start des Förderers an
dem Lifter,
- b) Start des das Werkstück haltenden Förderers,
- c) warten auf das Signal des Lifters, dass dieser das Werkstück
erhalten hat,
- d) Stopp des Förderers und des Förderbandes des
Lifters.
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Sobald
die Interaktionsmuster wie oben beschrieben erstellt sind, können
diese in einen neuen Service WS auf höherem Level implementiert
werden. Diese zusammengesetzten Services WS abstrahieren vier der
Interaktionen um die aus dem Pool der existierenden Geräte
zugängliche Funktionalität hervorzubringen, während
die Komplexität ihrer Nutzung vereinfacht oder reduziert
wird.
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Da
ein zusammengesetztes Gerät zwei oder mehr Geräte
verbindet, können seine resultierenden Eigenschaften von
der einfachen Summe der Eigenschaften und Begrenzungen jeder Komponente
unterschiedlich sein, zum Beispiel wirken zusammengesetzte Geräte
so wie ihre Ports diese beschreiben, während die neue Zusammensetzung
eine unterschiedliche Anzahl von Ports offerieren kann, welche ihrerseits
einzigartig für dieses einzelne Gerät sind. Die
Zusammensetzung eines Förderbandes und eines Verschiebetisches
resultiert in neuer Funktionalität und Eigenschaften, beispielsweise
eines Kreuzverschiebetisches (cross table).
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Die
zusammengesetzten Geräte können ihrerseits zu
anderen zusammengesetzten Geräten höherer Hierarchie
hinzugefügt werden, sodass sich schließlich eine
Arbeitsstation bzw. Fertigungslinie ergibt.
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Dieses „Schicht-Verfahren” entspricht
dem Prinzip einer „russischen Puppe”, wobei jede
obere Schicht die Komplexität der darunter liegenden Schichten
verdeckt und deren Interaktionsmuster in Services höherer
Level abstrahiert. Diese Services können dann ihrerseits
mit anderen Services zusammengesetzt werden, um Services höherer
Ordnung zu erreichen. Wenn zwei oder mehrere Komponenten zusammengebracht
werden, zeigt die zusammengesetzte Struktur zusammengesetzte Services.
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6a zeigt schematisch eine Architektur einer
Schleife mit zwei Förderbändern CO1, CO2, zwei
Liftern LI1, LI2 und einer Rückführlinie RL1. Eine
funktionelle Ansicht ist in 6b dargestellt.
Dabei sind Eingangs-/Ausgangs-Port-Verbindungen als Routen dargestellt.
Eine funktionelle Darstellung des Systems aus Sicht des Controllers
CON unter Verwendung von Web-Service-Interfaces ist in 7 dargestellt.
Unter Verwendung dieses Verfahrens werden die physikalische und
funktionelle Ansicht analog zueinander, da das Layout und die Verbindungen
zwischen den Geräten exakt gleich aussehen. Das physikalische
Eingabe/Ausgabe-Interface zur Übergabe der physikalischen
Palette/des physikalischen Werkstückes und das funktionelle
Interface zur Verbindung eines Gerätes mit einem anderen
werden durch einen einzigen „Port” repräsentiert.
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Der
Ausdruck „Port” bezeichnet ein High-Level-Interface,
welches sich aus den folgenden Komponenten zusammensetzt:
- Mechatronik-Interface
(MechI),
- Kommunikations-Interface (KomI),
- Steuerungs-Interface (ConI).
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Beispielsweise
umfasst ein einfaches Förderband CO zwei Ports Port1, Port2,
die in 8 dargestellt sind. Diese können in Komponenten
zerlegt werden, nämlich in das Mechatronik-Interface MechI, Kommunikations-Interface
KomI sowie Steuerungs-Interface ConI. Das Mechatronik-Interface
MechI wird repräsentiert durch die tatsächlich
physikalisch vorhandenen Eingabe/Ausgabe-Anschlüsse. Diese
sind definiert durch das physikalische Gerätedesign, an
den Stellen, an denen Paletten aufgenommen oder ausgegeben werden.
Dies wird durch das Design der tatsächlichen Hardware beschrieben
und eine äquivalente geometrische Repräsentation
eines virtuellen Gerätemodells.
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Das
Kommunikations-Interface ConI wird repräsentiert durch
den Web-Service WS. Der Web-Service WS bietet oder stellt ein Interface
zu der Außen-Welt bereit, welches das Vorhandensein der physikalischen
Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse des Gerätes erkennt
und im Stande ist, für jeden individuellen Port einen Service
anzubieten, beispielsweise „transfer in from port x and
transfer out to port y”.
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Der
Web-Service WS ist zwischen der realen und virtuellen Welt portable,
so dass das Port-Kommunikations-Interface sowohl in der virtuellen
als auch in der realen Welt gleich funktioniert.
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Das
Steuerungs-Interface ConI wird repräsentiert durch die
funktionale Darstellung des Gerätes SD aus Sicht des Controllers
CON. Dieses repräsentiert die Eigenschaften des Gerätes
SD gesehen aus der Sicht des Controllers, zum Beispiel die Anschlüsse,
an welchen das Gerät seine Funktionalitäten mit
der Außenwelt austauscht.
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Das
Verfahren kann erweitert werden, um die Orchestration von verschiedenen
Services WS1, WS2, WS3 zu unterstützen, resultierend in
einem neuen Service WS-NEU, welcher mehrere Geräte SD1
... SDn miteinander verbindet, mit neuen Ports PORT1-NEU, PORT2-NEU
an den externen Interfaces des neuen zusammengesetzten Gerätes.
Ein Beispiel ist in 9 dargestellt, umfassend die
Reihenschaltung von drei Förderbändern CO1, CO2
und CO3 einerseits in physikalischer Sicht und andererseits in funktioneller
Sicht.
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Die
Förderbänder CO1, CO2, CO3 dienen lediglich als
Transportmechanismen, sodass eine Steuerungslogik zur Bewegung einer
Palette/eines Werkstückes von dem Gerät vor dem
Förderband CO1 zu einem Gerät nach dem Förderband
CO3 das in 9 dargestellte Kommunikationsschema
sehen würde.
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Da
keine weiteren Funktionalitäten zwischen beiden Schritten
notwendig sind, können die in 9 dargestellten
Interaktionen in einen zusammengesetzten Service WS-NEU mit höherem
Level abstrahiert werden. Der zusammengesetzte Web-Service eines
Lang-Förderbandes LCO ist in 12 dargestellt.
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Dies
bedeutet, dass das zusammengesetzte Gerät LCO gegenüber
dem Controller als ein einziges Gerät erscheint, wie dies
in 12 dargestellt ist. Die entsprechende Kommunikation
zwischen dem Controller und dem Lang-Förderband LCO ist ebenfalls
in 12 dargestellt. Das Muster ist gegenüber
dem in 10 dargestellten erheblich vereinfacht,
da lediglich drei Befehle auszuführen sind.
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Die
Steuerungslogik kann durch Abstrahierung der individuellen Gerätefunktionalität
und Darstellung dieser an externen Interfaces des zusammengesetzten
Gerätes sehr vereinfacht werden. Unter Berücksichtigung
der Tatsache, das Web-Service-Technologie zwischen der virtuellen
und der realen Welt portable ist, wie dies in der
WO 2008/090216 A1 beschrieben
wurde, kann ein Service-orientiertes Layout einer Fertigungslinie
in einer virtuellen Umgebung entwickelt und validiert werden.
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Aus
funktionaler Sicht besteht kein Unterschied für den Controller
zwischen Ports in einem realen Gerät und Ports in einem
virtuellen Gerät. Dies bedeutet, dass die Produktionslogik
in einer virtuellen Fertigungslinie validiert werden kann. Eine
Entwicklungsplattform in einer virtuellen Umgebung ist in 13a dargestellt. Diese umfasst virtuelle
Modelle von intelligenten Geräten VSD1 ... VSD5, welche über
ein Netzwerk NW mit einem realen Controller CON verbunden sind.
Eine funktionelle Ansicht ist in 13b dargestellt.
Anschließend kann das Ergebnis stufenweise in die reale
Welt umgesetzt werden, durch einfache Änderung der Adressierung
der Web-Services WS.
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14 zeigt
ein Beispiel, bei dem der Lifter LI2, der zuvor als virtuelles Gerät
VSDS in 13a dargestellt ist, nunmehr
als reales Gerät RSDS mit dem Netzwerk NW verbunden ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/090216
A1 [0002, 0008, 0084]
- - WO 2008/068333 A1 [0003]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - D. Cachapa
u. a. „An approach for integrating real and virtual production
automation devices applying the service-oriented architecture paradigm”,
ETFA. IEEE Conference, Issue 25.–28. September 2007, Seiten
309–314 [0004]