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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Simulation eines Produktions-Automatisierungs-Systems mit service-orientierter Architektur, wobei Komponenten des Produktions-Automatisierungssystems durch service-orientierte Geräte-Modelle in einer service-orientierten Simulationsumgebung repräsentiert werden, wobei Funktionen und/oder Eigenschaften der Geräte-Modelle als Funktions- und/oder Eigenschafts-Services über ein SoA-Kommunikationsnetzwerk angeboten und/oder aufgerufen werden und wobei auf der Grundlage einer zeitlichen Abfolge der Aufrufe der Funktions- und/oder Eigenschaft-Services eine Simulation des Produktions-Automatisierungs-Systems durchgeführt wird.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein System zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 sowie auf ein Computer-Programm-Produkt nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
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Ein Ansatz für ein Verfahren und ein System zur Simulation eines Produktions-Automatisierungs-Systems mit service-orientierter Architektur ist in dem Aufsatz von D. Cachapa et al. „Improving energy efficiency in service-oriented production automation systems" angesprochen. In diesem Aufsatz werden verschiedene Simulationsverfahren beschrieben. Eine Computersimulation ist ein Ansatz zur Bildung eines Modells eines realen Systems auf einem Computer, so dass das Verhalten des Systems analysiert werden kann. Das Modell kann verschiedene Feinheitsgrade aufweisen, in Abhängigkeit von den Anforderungen der Analyse. Diese Technik kann auch in der Automation angewandt werden, um ein Layout eines Produktionssystems und die Interaktionen zwischen verschiedenen Geräten des Produktionssystems zu modellieren und um verschiedene Facetten des Produktionsprozesses zu studieren, wie beispielsweise das Design des Anlagenlayouts, Testen von Steuerungsstrukturen, Vorhersage von Produktionsausstoß oder Material- und Energieverbrauch.
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Im Allgemeinen können Computer-Simulationstechniken in zwei Hauptkategorien unterteilt werden, einerseits die Echtzeit-Simulation und andererseits die Diskrete-Ereignis-Simulation.
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Die Echtzeit-Simulation bezieht sich auf ein virtuelles Modell, welches während der Simulation entsprechend zu einer realen Zeit abläuft. Prozesse werden stetig abgebildet. In der Simulation kann der Ablauf der simulierten Zeit jedoch verlangsamt oder beschleunigt werden, entsprechend den Bedürfnissen der Analyse.
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Die Echtzeit-Simulation wird verwendet, um die Entwicklung des Systems während der Prozessausführung darzustellen, z. B. um sicherzustellen, dass ein mechanischer Arm während seiner Ausführung nicht mit seiner Umgebung kollidiert.
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Die Echtzeit-Simulation wird beim Engineering von Produktionssystemen verwendet, um Layouts von Produktionslinien, Sequenzen im Produktionsprozess und die Ausführung der Überwachung der Produktionslinie zu testen sowie zum Training von Bedienpersonen.
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Echtzeit-Simulationen sind zeitintensiv. Bei der Beschleunigung der Simulation können aufgrund von verkürzten Abtast-Raten Informationen verlorengehen.
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Die Diskrete-Ereignis-Simulation benutzt die Zeit um nach gemessenen Zeitintervallen, die statistisch oder zufällig bemessen sein können, bestimmte Ereignisse anzustoßen, welche ihrerseits den (nächsten) Systemzustand bestimmen. Auch als „Ablauf-Simulation“ oder „ereignis-gesteuerte“ Simulation bezeichnet, findet die Diskrete-Simulation im Produktions- und logistischen Bereich eine Anwendung. Die Diskrete-Ereignis-Simulationstechnik umfasst einen Simulationsablauf, welcher nicht einer realen Zeit folgt, sondern stattdessen einer Sequenz von chronologischen Ereignissen. Bei dieser Art der Simulation wird auch die Zeit festgehalten, jedoch auf einer Relativskala, so dass das System zu der Zeit angestoßen wird, zu der ein vorgegebenes Ereignis passiert, um anschließend nach einem vorbestimmten Zeitwert unmittelbar zu dem nächsten Ereignis zu springen. Da die Zeit, welche für jede Operation verwendet wird, abstrakt ist, wird eine Diskrete-Ereignis-Simulation üblicherweise viel schneller als eine Echtzeit-Simulation sein. Die Diskrete-Ereignis-Simulation wird üblicherweise bei industriellem Produktionsengineering verwendet, um verschiedene Typen von Statistiken von relevanten Produktionsparametern, wie beispielsweise Tätigkeiten pro Stunde, Überwachungszeitabläufe oder Maschinenverwendung schnell zu erfassen.
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Ein service-orientiertes Simulationssystem auf der Basis von diskreten Simulations-Ereignissen ist bisher nicht bekannt.
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In einem weiteren Aufsatz von D. Cachapa et al. „SoA-based production monitoring systems for energy efficiency: a case-study using FORD’s POSMon System", 2009 wird ein SoA-basiertes Produktionsüberwachungssystem zur Überwachung der Energie-Effizienz beschrieben. Die Implementierung einer modernen Fabrikstätte ist ein aufwendiger und zeitintensiver Vorgang, wobei Produktions-Spezifikationen in eine Maschinensprache transformiert werden, welche die bei der Produktion beteiligten Geräte miteinander verbindet.
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Entsprechend muss auch ein Überwachungs-Framework implementiert werden, so dass ein Produktions-Ingenieur einen Echtzeit-Überblick über den Status der Maschinen, den Produktionsfluss, den Energieverbrauch, das Lager-Management sowie andere wesentliche Produktionsindizes erhalten kann.
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Die Untersuchungen herkömmlicher Produktionsüberwachungssysteme zeigen einige Nachteile derartiger Implementierungen unter Verwendung bekannter Technologien. Als Lösung wird vorgeschlagen, ein SoA-basiertes Überwachungssystem zu implementieren, da die ereignis-basierte und entkoppelte Natur von SoA-basierten Produktionsgeräten eine einfachere Integration, Konfiguration und Instandhaltung von Fabrik-Überwachungs-Systemen gewährleistet.
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Der Nachteil von ereignis-basierter Datenkommunikation verhindert jedoch die Verfügbarkeit von wahrer Echtzeitinformation, die aber benötigt wird, um automatische Interaktionen zwischen den Teilnehmern des Produktionssystems zu implementieren. Die ereignis-basierte Natur der Kommunikation in einer SoA-Umgebung würde diese Anwendungsfälle erlauben, wobei Netzwerk-Staus reduziert und Antwortzeiten auf Änderungen in der Produktionslinie verbessert würden.
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Ein weiterer Ansatz wird in dem Aufsatz von S. Karnouskous et al. „Simulation of web service enabled smart meters in an event-based infrastructure", ein IEEE 2009, verfolgt, wenngleich als Service-Framework ein Multi-Agent-Framework vorgeschlagen wird.
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Bei den zuvor erläuterten Ansätzen zur SoA-basierten Simulation eines service-orientierten Produktions-Automationssystems handelt es sich um Echtzeit-Simulationen mit den oben beschriebenen Einschränkungen.
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Davon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Simulation eines service-orientierten Produktions-Automatisierungs-systems, ein System zur Durchführung des Verfahrens sowie ein Computer-Programm-Produkt der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass die service-orientierte Simulation als Diskrete-Ereignis-Simulation ausführbar ist.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die service-orientierten Geräte-Modelle während des Ablaufs der Simulation als Reaktion auf einen Aufruf eines angebotenen Funktions-und/oder Eigenschafts-Services einen von einem Simulations-Manager angebotenen Simulations-Service aufrufen, dass durch jeden Aufruf des Simulations-Services ein neues diskretes Simulations-Ereignis erzeugt wird, welches jeweils eine Information über eine Ereignis-Zeit zur Ausführung eines Ereignisses, eine Ereignis-Art sowie das aufrufende Geräte-Modell enthält, dass die diskreten Simulations-Ereignisse entsprechend der Ereignis-Zeit in zeitlicher Reihenfolge in einer Datenbank des Simulationsmanagers gespeichert werden, dass die Simulation als Diskrete-Ereignis-Simulation durch Ausführung der gespeicherten diskreten Simulations-Ereignisse in zeitlicher Reihenfolge ausgeführt wird und dass bei Ausführung eines der diskreten Simulations-Ereignisse durch den Simulations-Manager jeweils ein Simulations-Service in dem zugehörigen Geräte-Modell aufgerufen wird, durch den das entsprechende Ereignis in dem aufgerufenen Geräte-Modell gestartet und eine mit dem Ereignis verbundene Aktion in dem Geräte-Modell simuliert wird.
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Eine bevorzugte Verfahrensweise zeichnet sich dadurch aus, dass der Simulations-Manager jedes diskrete Simulations-Ereignis als Teil eines Zyklus ausführt, wobei der Zyklus folgende Phasen umfasst:
- a) Nehme nächstes diskretes Simulations-Ereignis aus der Datenbank,
- b) Aktualisiere die Simulationszeit auf die nächste Ereignis-Zeit,
- c) Rufe den Simulations-Service des Geräte-Modells auf, welches mit dem diskreten Simulations-Ereignis assoziiert ist,
- d) Starte einen weiteren Zyklus, wenn die Datenbank nicht leer ist.
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Des Weiteren ist vorgesehen, dass die von dem Geräte-Modell simulierte Aktion eine Funktion und/oder Eigenschaft wie ein Start oder Stopp einer Bearbeitung eines Werkstücks und/oder ein Transport eines Werkstücks und/oder ein Energieverbrauch des modellierten Gerätes ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Verfahrensweise ist vorgesehen, dass nicht ausgeführte oder annullierte diskrete Simulations-Ereignisse durch Aufruf eines von dem Simulations-Manager angebotenen Simulations-Services aus der Datenbank gelöscht werden.
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Des Weiteren zeichnet sich das Verfahren dadurch aus, dass der Simulations-Manager einen Simulations-Service zur Abfrage der Simulations-Zeit bereitstellt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Geräte-Modelle als Reaktion auf den Aufruf des Simulations-Services ein Kommunikations-Ereignis an alle Teilnehmer des SoA-Netzwerkes senden, wobei das Kommunikations-Ereignis eine Information über den Status und/oder eine Eigenschaft des jeweiligen Geräte-Modells enthält.
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Vorzugsweise wird der Aufruf der Simulations-Services als „Peer-to-Peer“-Aufruf ausgeführt. Die Aussendung der Kommunikations-Ereignisse wird üblicherweise als „Broadcast“-Sendung ausgeführt.
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Zur Simulation von Eigenschaften des Produktions-Automatisierungssystems ist gemäß bevorzugter Verfahrensweise vorgesehen, dass bei der Simulation einer Eigenschaft wie Energieverbrauch eines Gerätes oder des Produktions-Automatisierungs-systems, Eigenschafts-Monitoring-Indizes definiert werden, wobei Eigenschafts-Services, wie Energie-Services in die Geräte-Modelle implementiert werden, wobei eine Monitoring-Komponente nach Aufruf eines Eigenschafts-Services mit der Aufzeichnung der Eigenschaft wie Energie eines gestarteten Ereignisses startet.
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Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein System mit SoA-Architektur zur Simulation eines Produktions-Automatisierungssystems mit SoA-Architektur, umfassend service-orientierte Geräte-Modelle von Komponenten des Produktions-Automatisierungs-Systems, wobei in den service-orientierten Geräte-Modellen Funktions- und/oder Eigenschafts-Services implementiert sind, mittels der über ein SoA-Netzwerk Funktionen und/oder Eigenschaften der service-orientierten Geräte-Modelle darstellbar und/oder abrufbar sind.
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Es ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Simulations-System zur Ausführung einer service-orientierten Diskrete-Ereignis-Simulation einen service-orientiert ausgebildeten Simulations-Manager aufweist, dass in dem Simulations-Manager zumindest ein Simulations-Service zur Erzeugung und Speicherung eines diskreten Simulations-Ereignisses in einer Datenbank in zeitlicher Reihenfolge als Reaktion auf den Aufruf des Simulations-Services durch ein Geräte-Modell implementiert ist, dass in den service-orientierten Geräte-Modellen jeweils ein Simulations-Service implementiert ist, über den die entsprechenden Geräte-Modelle jeweils bei einer Ausführung eines der in der Datenbank in zeitlicher Reihenfolge gespeicherten diskreten Simulations-Ereignisse durch den Simulations-Manager aufrufbar sind.
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Ein System zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Simulations-Manager ferner ein Simulations-Service zum Löschen eines diskreten Simulations-Ereignisses aus der Datenbank implementiert ist.
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Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, ein SoA-basiertes Produktions-Automatisierungssystem zu verwenden, um eine Echtzeitüberwachung einer Eigenschaft wie z. B. des Energieverbrauchs durchzuführen und um die Produktivität von Produktionsstätten zu steuern, welche durch SoA-basierte intelligente Geräte und Systeme zusammengesetzt sind, wobei in ein solches Simulations-System eine SoA-basierte Diskrete-Ereignis-Simulationsumgebung implementiert wird, umfassend Strategien zur Betriebsführung und Steuerung der Produktion basierend auf z. B. Energie- und Produktionsüberwachungs- sowie Steuerungs-Kriterien.
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Dies wird durch die Bereitstellung eines SoA-basierten Simulations-Systems erreicht, welches die folgenden Fähigkeiten besitzt:
- − Simulation des SoA-basierten Produktionssystems,
- − Simulation des Produktionssteuerungssystems,
- − Simulation des Produktionsüberwachungssystems,
- − Simulation des Energieüberwachungssystems und Implementierung der oben genannten Simulations-Tools in einer serviceorientierten Art und Weise.
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Mit dem Simulations-System besteht die Möglichkeit,
- − verschiedene Produktionsszenarien mit unterschiedlichen Energie-Verbrauchs-Profilen zu validieren,
- − das Produktionsmanagement zu unterstützen und andere vom Herstellungs-Ausführungs-Systeme (Manufacturing Execution System MES) angebotene Funktionalitäten wie z. B. Wartungs-Planung, Produktionsqualitätsmanagement u. a. auf den Ebenen 2 und 3 z. B. der ISA95/PERA Architektur bereitzustellen.
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Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens und des Systems besteht die Möglichkeit z. B. den Energieverbrauch zu optimieren und als unmittelbare Konsequenz für den Nutzer die Gesamtenergiekosten in Produktionsstätten zu reduzieren, ohne die Anlagenproduktivität zu beeinträchtigen.
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In weiterer bevorzugter Ausführungsform bezieht sich die Erfindung auf ein SoA-basiertes Simulationsverfahren sowie ein Simulationssystem zur Simulation einer Produktionssteuerung unter Berücksichtigung von Energie-Effizienz-Anforderungen.
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Bei der erfindungsgemäßen service-orientierten Produktions- und Energie-Überwachung erfolgen eine Komposition von Services zur Energie-Überwachung mit Services zur Produktions-Überwachung sowie eine Verbindung der Überwachung von Maschinenauslastung und -produktionsfluss mit der Überwachung des Energieverbrauchs.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf
- − die service-orientierte Produktionssteuerung bei Optimierung des Energieverbrauchs mittels SoA-basiertem Energieverbrauch einer Fabrikhalle,
- − die SoA-basierte Energieverbrauchs-Steuerung einer Anlage,
- − die SoA-basierte Produktions-Steuerungs-Planung und
- − die Verbindung der Steuerung von Maschinenauslastung und – produktionsfluss mit dem Management des Energieverbrauchs.
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Folglich wird die Implementierung eines Produktions-Simulations-Systems mit einem Schwerpunkt bezogen auf die Verbesserung der Energieeffizienz in Produktions-Automatisierungssystemen vorgeschlagen. Dabei werden einige Aspekte der herkömmlichen Simulations-Softwarepakete angesprochen und ein neues SoA-basiertes Framework für ein ereignis-basiertes System vorgeschlagen. Ferner wird gezeigt, wie diese Architektur erweitert werden kann, um die Simulation des Energieverbrauchs während der Produktion einzubeziehen.
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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 eines der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispiels.
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Es zeigen: 1 ein Schema der Architektur des Simulationssystems, 2 ein Ablaufdiagramm zur Ausführung eines Ereignisses als Teil eines Zyklus in einem Simulations-Manager,
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3 ein Kommunikations-Zeit-Diagramm betreffend die Kommunikation der Komponenten des Simulationssystems,
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4 eine schematische Darstellung des Status der Event-Datenbank des Simulations-Managers zu verschiedenen Zeiten.
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1 zeigt rein schematisch ein Simulationssystems SIMS mit service-orientierter Architektur zur Durchführung einer Diskrete-Ereignis-Simulation eines auf service-orientierter Architektur basierenden Produktions-Automatisierungssystems.
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Das Simulationssystem SIMS umfasst service-orientierte Geräte-Modelle MA, LE, GA, SCHED und LI, durch die das Verhalten realer Geräte wie Bearbeitungsmaschinen, Transportbänder, Regallager, Lifter in dem Simulationssystem SIMS abgebildet wird. Die Geräte-Modelle MA, LE, GA, SCHED und LI weisen Service-Schnittstellen auf, über die Funktions und/oder Eigenschafts-Services in Form von Produktions-Services P oder Eigenschafts-Services E wie Energie-Services über ein SoA-Netzwerk N angeboten und angefragt werden.
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Ferner ist ein Controller-Modell CON einer Steuerungs-Komponente vorgesehen, über welches die Geräte-Modelle MA, LE, GA, SCHED und LI instanziiert und konfiguriert sowie schließlich die Simulation gestartet und deren Fortschritt überwacht wird.
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Optional kann ein Monitoring-Modell MON einer Monitoring-Komponente implementiert sein, umfassend eine Datenbank LD, in der eine Liste von relevanten Ereignissen gespeichert wird, die als Ergebnis ausgegeben werden, wenn eine Simulation endet.
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Üblicherweise sind in den Geräte-Modellen des Simulationssystems Produktions-Services P implementiert. Über die Produktions-Services P werden produktionsrelevante Funktionen angeboten oder aufgerufen. Ergänzend weisen die Geräte-Modelle von energieverbrauchenden oder energie-erfassenden Geräten wie Maschinen oder Messgeräte Energie-Services E auf, über welche energie-relevante Daten wie Energieverbrauch in dem SoA-Netzwerk N bereitgestellt oder aufgerufen werden. Ferner ist auch in der Monitoring-Komponente MON ein Energie-Service E implementiert, um entsprechende Ereignisse erfassen zu können.
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Das Simulationssystem gemäß der Erfindung unterscheidet sich von Simulationssystemen des Standes der Technik dadurch, dass ein service-orientierter Simulations-Manager SIMM in die SoA-Architektur implementiert ist und dass die Geräte-Modelle MA, LI, GA, das Controller-Modell CON sowie der Simulations-Manager SIMM jeweils eine Service-Schnittstelle S aufweisen. In dem Simulations-Manager SIMM sind Simulations-Services SE, UE, GT implementiert, die über das SoA-Netzwerk N angeboten und von den Geräte-Modellen aufgerufen werden können. Ferner ist in die Geräte-Modelle CON, MA, LE, GA ein Simulations-Service TE implementiert, der durch den Simulations-Manager SIMM aufrufbar ist.
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Der Simulations-Manager SIMM bietet die folgenden Simulations-Services GT, SE, UE den anderen Teilnehmern des SoA-Netzwerkes N an:
| Simulations-Service GT |
| „GetTime“: | Anfrage der aktuellen Simulations-Zeit, |
| Simulations-Service SE |
| „ScheduleEvent“: | Erzeugen eines neuen diskreten Simulations-Ereignisses, welches in einem spezifizierten Zeitabstand gestartet wird, |
| Simulations-Service UE |
| „UnscheduleEvent“: | Löschen eines diskreten Simulations-Ereignisses aus der Datenbank ED, wenn dieses bis dato nicht gestartet oder annulliert wurde. Dies ist in Situationen nützlich, wenn bestimmte Aktionen annulliert wurden. |
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Der Simulations-Manager SIMM hält die aktuelle Simulationszeit aufrecht. Bei jedem Aufruf des Simulations-Services SE durch eines der Geräte-Modelle wird ein diskretes Simulations-Ereignis DSE1...DSEn erzeugt, welches eine Information über eine Ereignis-Zeit zur Ausführung des Ereignisses, die Ereignis-Art sowie das Geräte-Modell zur Ausführung der Simulation der mit dem Ereignis verbundenen Aktion enthält. Die Simulations-Ereignisse werden sodann in einer Datenbank ED des Simulations-Managers SIMM in zeitlicher Reihenfolge gespeichert, wie dies in 4 dargestellt ist.
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Sämtliche Geräte-Modelle bieten den Simulations-Service TE „Trigger Event“ als Service-Aufruf an. Wenn ein Simulations-Ereignis durch den Simulations-Manager gestartet wird, wird der Simulations-Service TE „TriggerEvent“ durch den Simulations-Manager SIMM in dem Geräte-Modell aufgerufen, welches das Ereignis erzeugt hat, so dass das Geräte-Modell die mit diesem Ereignis verbundenen Aktionen simulieren kann. Eine Aktion kann z. B. das Aussenden eines Kommunikations-Ereignisses sein, mit dem das Geräte-Modell die Teilnehmer des Netzwerkes über den aktuellen Status informiert.
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Obiger Service-Rahmen beschreibt die abrufbaren Services und spezifiziert, wie die verschiedenen Teilnehmer des Simulationssystems miteinander kommunizieren.
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Nach dem Start der Simulation wird ein Inbetriebnahme-Ablauf aufgerufen, resultierend in einer Instanziierung und Konfiguration aller benötigten Komponenten. Dies schließt den Start der Geräte-Modelle MA, LE, GA, des Simulations-Managers SIMM und der Monitoring-Komponente MON sowie die Konfigurierung des Gesamt-Layouts einer virtuellen Produktionszelle und des zu verwendenden Zeitablauf-Algorithmus ein.
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Unter der Voraussetzung, dass eine Kommunikation mit der Umgebung nicht notwendig ist, ist die Service-Implementierung in den Geräte-Modellen MA, LE im Controller-Modell CON sowie dem Simulations-Manager SIMM grundsätzlich geändert, und zwar wird anstelle der Verwendung eines standardisierten Service-Entwicklungs-Rahmens, wie beispielsweise DWPS, OPUA oder REST ein neuer Infrastruktur-Rahmen bereitge- stellt, welcher auf lokale Kommunikation ausgerichtet ist und welcher die Hauptfähigkeiten, die von intelligenten Geräten erwartet werden, unterstützt.
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Selbst wenn deren asynchrone Kommunikationseigenschaften fallen gelassen werden, ist das SoA-Paradigma in einem geschlossenen System weiterhin sehr hilfsreich, wie dies hier beschrieben ist, aufgrund dessen Fokussierung auf voll integrierte und autonome Funktionalität mit einer klaren Schnittstellen-Beschreibung und Ereignis-Fähigkeiten (eventing capabilities). Diese Eigenschaften tragen dazu bei, Entwicklung und Integration der intelligenten Geräte in das interne Simulations-Netzwerk zu realisieren.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines in dem Simulations-Manager SIMM ablaufenden Zyklus. Der Simulations-Manager SIMM führt jedes diskrete Simulations-Ereignis DSE als Teil eines Zyklus aus, wie dies in 2 dargestellt ist. Der Zyklus umfasst:
- 1. Nehme nächstes diskretes Simulations-Ereignis DSE von Datenbank ED
- 2. Aktualisiere die Simulationszeit auf die nächste Ereignis-Zeit,
- 3. Rufe den Simulations-Service TE „TriggerEvent“ in dem Geräte-Modell auf,
- welches mit diesem diskreten Simulations-Ereignis assoziiert ist,
- 4. Starte einen weiteren Zyklus, wenn die Datenbank ED nicht leer ist.
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3 zeigt rein schematisch ein Kommunikations-Zeitdiagramm zwischen Komponenten des SoA-basierten Simulationssystems. Zum Zeitpunkt 00:00 ruft das Geräte-Modell LE den von dem Simulations-Manager SIMM angebotenen Simulations-Service SE „ScheduleEvent“ auf und erzeugt in der Datenbank ED des Simulations-Managers SIMM ein neues diskretes Simulations-Ereignis DSE1 „00:10; LE; Neues Teil“. Das Simulations-Ereignis DSE1 wird in der Datenbank ED gespeichert, wie in 4 dargestellt.
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Zur Ereignis-Zeit 00:10 des Simulations-Ereignisses DSE1 ruft der Simulations-Manager SIMM in dem Geräte-Modell LE den Service TE „TriggerEvent“ auf. In dem Geräte-Modell LE wird die Aktion simuliert, die mit dem Simulations-Ereignis DSE1 “Neues Teil“ verbunden ist. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel sendet das Geräte-Modell LE
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(als Broadcast) ein Kommunikations-Ereignis „Neues Teil angekommen“ an alle Teilnehmer des SoA-Netzwerkes. Dieses Kommunikations-Ereignis wird von dem Controller-Modell CON empfangen, der daraufhin den Funktions-Service FS „Starte Ablauf“ des Geräte-Modells MA aufruft und eine Simulation einer Aktion wie Bearbeitung eines Werkstücks startet. Alternativ kann das Geräte-Modell MA auch durch den Simulations-Manager SIMM aufgerufen werden, wenn ein entsprechendes Simulations-Ereignis in der Datenbank ED gespeichert ist.
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Das Geräte-Modell MA sendet (als Broadcast) ein Kommunikations-Ereignis „Ablauf gestartet“ an alle Teilnehmer des SoA-Netzwerkes N. Ferner ruft das Geräte-Modell MA den Simulations-Service SE „ScheduleEvent“ auf, woraufhin das diskrete Simulations-Ereignis DSE2 „05:00; MA; Ablauf beendet“ erzeugt und in der Datenbank ED gespeichert wird. Aufgrund der Intelligenz der Geräte-Modelle MA, LE, GA haben diese die Fähigkeit, dem Simulations-Manager durch Aufruf des Simulations-Services SE zukünftig eintretende Ereignisse mitzuteilen; im vorliegenden Fall z. B. das „05:00 Ereignis beendet“.
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Ruft beispielsweise das Geräte-Modell LE zu einem späteren Zeitpunkt den Simulations-Service SE „ScheduleEvent“ auf, um mitzuteilen, dass ein „neues Teil“ vorliegt, wird das Simulations-Ereignis DSE3 „03:00; LE; Neues Teil“ erzeugt und in der Datenbank ED gespeichert. Zur Ereignis-Zeit 03:00 startet der Simulations-Manager SIMM das diskrete Simulations-Ereignis DSE3 und ruft den Simulations-Service TE „TriggerEvent“ des Geräte-Modells LE auf. Das Geräte-Modell LE sendet (als Broadcast) ein Kommunikations-Ereignis „Neues Teil angekommen“ an alle Teilnehmer des SoA-Netzwerkes. Da im beschriebenen Ausführungsbeispiel das Geräte-Modell MA in Aktion ist, kann das Simulations-Ereignis „Neues Teil“ zum Zeitpunkt 03:00 nicht abgearbeitet werden.
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Zur Ereignis-Zeit 05:00 startet der Simulations-Manager SIMM das Simulations-Ereignis DSE2 „05:00; MA; Ablauf beendet“ und ruft den Simulations-Service TE „TriggerEvent“ des Geräte-Modells MA auf, um das Geräte-Modell MA aufzufordern, den Ablauf zu beenden. Das Geräte-Modell MA sendet (als Broadcast) das Kommunikations-Ereignis „Ablauf beendet“ an alle Teilnehmer des SoA-Netzwerkes. Ausgeführte Simulations-Ereignisse werden in der Datenbank ED gelöscht.
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Die Service-Aufrufe “ScheduleEvent“, „TriggerEvent“ sowie „UnscheduleEvent“ sind als „Peer-to-Peer“-Aufrufe konzipiert, während die Kommunikations-Ereignisse als „Broadcast“-Nachrichten ausgeführt werden.
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Der Status der Event-Datenbank ED ist in 4 dargestellt. Aufgrund der Kenntnis der in der Datenbank gespeicherten zukünftigen Ereignisse kann eine Optimierung der Simulation erfolgen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Simulationssystems SIMS werden Energie-Monitoring-Indizes definiert. Auf Basis der SoA-basierten Eigenschaft des Simulationssystems SIMS kann die Erweiterung um zusätzliche gewünschte Funktionalitäten erreicht werden, indem neue energie-bezogene Services E zu dem existierenden Service-Rahmen hinzugefügt werden. Sobald die Energie-Services E definiert sind, müssen diese in die Geräte-Modelle implementiert werden durch Hinzufügen der Services zu dem existierenden Pool von in dem Gerät vorhandenen Services. Anschließend, nachdem die Monitoring-Komponente MON über die neuen Nachrichten informiert wurde, kann diese mit der Aufzeichnung der geänderten Werte starten, üblicherweise bei Verwendung der systemweiten Ereignisse, die von Geräte-Modellen erzeugt werden, obwohl diese Daten ebenfalls in einer direkteren Art und Weise gesammelt werden können, unter Verwendung regulärer Service-Aufrufe. Es hängt von der besonderen Implementierung ab, welches Verfahren geeigneter ist, abhängig von der beabsichtigten Verwendung.
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Das Hinzufügen von Energie-Monitoring-Indizes zu einem existierenden Simulationssystem ist ein Beleg für die Flexibilität, die durch SoA-basierte Simulationssysteme ermöglicht werden und ist eines der stärksten Argumente für dessen Nutzung in großtechnischen Produktionsanlagen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- D. Cachapa et al. „Improving energy efficiency in service-oriented production automation systems“ [0003]
- D. Cachapa et al. „SoA-based production monitoring systems for energy efficiency: a case-study using FORD’s POSMon System”, 2009 [0011]
- S. Karnouskous et al. „Simulation of web service enabled smart meters in an event-based infrastructure“, ein IEEE 2009 [0015]
- ISA95/PERA [0031]
