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Die Erfindung betrifft ein Produktionssystem.
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In der gegenwärtigen Industrie wächst der Bedarf an flexiblen Produktionssystemen. Insbesondere sollen solche Produktionssysteme schnell erweiterbar oder verkleinerbar sein und einen möglichst übergangsarmen Ersatz von Ressourcen sowie eine leichte Anpassbarkeit der gefertigten Produkte erlauben. Wichtige weitere Kenngrößen wie etwa die Produktionszeit, der Durchsatz sowie die zeitliche Auslastung und die Ressourcennutzung sollen verbessert werden.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Produktionssystem bereitzustellen, mittels welchem insbesondere die vorgenannten Kennzahlen verbessert werden können.
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Diese Aufgabe wird mit einem Produktionssystem mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den zugehörigen Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnung angegeben.
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Das erfindungsgemäße Produktionssystem weist eine Mehrzahl miteinander im Datenkontakt stehender Produktionsmodule auf, wobei eines oder mehrere, vorzugsweise sämtliche, der Produktionsmodule zum semantischen Abgleich einer oder mehrerer Dienstanfragen jeweils eines oder mehrerer anderer der Produktionsmodule mit einem eigenen Dienstangebot des Produktionsmoduls ausgebildet ist oder sind.
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Vorzugsweise sind bei dem erfindungsgemäßen Produktionssystem eines oder mehrere, vorzugsweise sämtliche, der Produktionsmodule ausgebildet, jeweils Dienstanfragen an mehrere weitere der Produktionsmodule zu senden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Produktionssystem sind Produktionsmodule (sog. (engl.) „cyber physical production modules“ (CPPM)) etwa jeweils durch eine Bohrmaschine oder ein Förderband gebildet. Damit die verschiedenen Produktionsmodule des Produktionssystems ihre Einsatzmöglichkeiten effizient anbieten oder Produktionsmodule mit gewünschten Einsatzmöglichkeiten geeignet nachfragen können, ist erfindungsgemäß eine Repräsentation einer Dienstbeschreibung vorhanden. Mittels dieser Dienstbeschreibung beschreiben die Produktionsmodule ihre Dienste detailliert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Produktionssystem beschreibt die Dienstbeschreibung nicht lediglich Parameter einer bereits festgelegten Funktionalität, etwa bei einer Bohrmaschine die Bohrtiefe oder Bohrdauer. Vielmehr beschreibt die Dienstbeschreibung eines Produktionsmoduls des Produktionssystens dessen Funktionalität an sich, d.h., ob das Produktionsmodul überhaupt die Funktionalität eines Bohrers aufweist oder die Funktionalität eines Förderbandes etc.
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Zur Dienstbeschreibung wird geeigneterweise ein bereits vorhandenes Kommunikationssystem herangezogen und erweitert. Dazu wird insbesondere ein Industrie-Kommunikationssystem herangezogen, vorzugsweise OPC-UA (OPC-UA = (engl.) „Process control Unified Architecture“ der Stiftung OPC). Dieses Industrie-Kommunikationssystem zählt zum Stand der Technik und bildet eine plattformübergreifende, dienstorientierte Architektur für die Prozesssteuerung, wobei zugleich hohe Sicherheitsanforderungen realisiert werden und ein Informationsmodel umfasst ist. Vorteilhaft wird das Kommunikationssystem auf diese Weise um eine Kommunikation der Produktionsmodule untereinander erweitert, ohne dass ein Umweg über einen Server erforderlich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Produktionssystem sind einzelne Produktionsmodule ausgebildet, Dienstanfragen an eine Mehrzahl von weiteren Produktionsmodulen zu richten. Dabei sind die Dienstanfragen zweckmäßig semantisch an die Informationsmodellsprache des verwendeten Industrie-Kommunikationssystems angepasst. Auf diese Weise können Dienstanfragen an mögliche Dienstanbieter des Produktionssystems angepasst werden, sodass die möglichen Dienstanbieter prüfen können, ob die Dienstanfrage zu Diensten des Dienstanbieters passen.
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Erfindungsgemäß ist es daher nicht erforderlich, dass ein zentraler Server des Produktionssystems sämtliche Ressourcen zentral verwaltet. Vielmehr wird die dienstbezogene Information bei dem erfindungsgemäßen Produktionssystem durch die Produktionsmodule selbst ausgehandelt.
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Mehrere und vorzugsweise sämtliche der Produktionsmodule weisen vorzugsweise zugleich Client- und Serverfunktionalität auf, d.h. das Produktionsmodul ist ausgebildet, sowohl eine semantische Dienstanfrage an mehrere Produktionsmodule des Produktionssystems zu stellen als auch Dienstanfragen von weiteren Produktionsmodulen zu empfangen und zu beantworten. Dazu weist ein solches Produktionsmodul ein Schnittstellen- und Logikmodul auf, welches semantische Dienstanfragen von Produktionsmodulen interpretieren und beantworten kann.
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Zweckmäßigerweise beurteilt das Schnittstellen- und Logikmodul die Qualität einer positiven Antwort auf eine Anfrage. Die Qualität gibt die Passgenauigkeit einer Anfrage an. Beispielsweise kann die Qualität als OEE (OEE = (engl.) „Overall Equipment Effectiveness“) angegeben werden.
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Im erfindungsgemäßen Produktionssystem sind die Dienste, die ein Produktionsmodul anbietet, vorzugsweise hierarchisch geordnet. So umfasst das Produktionssystem Bestandteile, welche die Untergruppe der Geräte aufweist, die wiederum einzelne Instanzen wie Aktuatoren oder Sensoren umfasst. Zweckmäßig ist diese hierarchische Ordnung im Dienstangebot eines Produktionsmoduls repräsentiert. Beispielsweise bietet eine bestimmtes Gerät einen bestimmten Dienst an, welcher speziell den Dienst des Bohrens umfasst, welcher sich unterteilt in die speziellen Dienste „horizontales Bohren“ oder „schräges Bohren“.
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Ferner ist das flexible und adaptive Produktionssystem besonders für solche Produktionen, welche flexible Produktionsmodule, wie etwa Roboter, umfassen, besonders geeignet.
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Das Schnittstellen- und Logikmodul erhält beispielsweise eine Dienstanfrage betreffend den Dienst „Bohren“. Das Schnittstellen- und Logikmodul schließt nun, dass unter den Begriff Bohren semantisch die speziellen Dienste horizontales Bohren und schräges Bohren fallen. Das Schnittstellen- und Logikmodul gleicht den angefragten mit dem bereitstellbaren Dienst des Produktionsmoduls ab und und handelt ggf. weitere Parameter aus. Die Anfrage erreicht erfindungsgemäß weitere Produktionsmodule.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kommunikationssystem schematisch in einer Prinzipskizze sowie
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2 einen Abgleich einer semantischen Dienstanfrage eines erfindungsgemäßen Kommunikationssystems schematisch in einer Prinzipskizze.
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Das in 1 dargestellte Kommunikationssystem ist Bestandteil einer Fertigungsanlage für Automobile.
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Die Fertigungsanlage beinhaltet eine cyberphysische Produktionsausstattung umfassend eine Vielzahl von cyberphysischen Produktionsmodulen CPPM, welche beispielsweise jeweils ein Förderband oder eine Bohrmaschine umfassen. Die cyberphysischen Produktionsmodule CPPM sind an ein Datennetzwerk B der Fertigungsanlage angebunden und stehen über dieses Datennetzwerk B miteinander in Verbindung. Zum Datenaustausch steht das System „OPC Unified Architecture“ (OPC UA) zur Verfügung, ein industrielles M2M-Protokoll (M2M = (engl.) „Maschine-to-Maschine“). Dieses M2M-Protokoll ist vorliegend gegenüber dem marktüblichen Standard um die Möglichkeit, die Funktionalität von Diensten zu beschreiben erweitert.
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Jedes cyberphysische Produktionsmodul CPPM umfasst einen Client C und einen Server S. Mittels des Clients C kann jedes cyberphysische Produktionsmodul semantische Dienstanfragen an weitere cyberphysische Produktionsmodule übersenden. Die Dienstanfragen spezifizieren einen gewünschten Dienst. Sämtliche übrigen cyberphysischen Produktionsmodule erhalten jeweils die Dienstanfrage. Diese wird jeweils mittels des Servers S bearbeitet.
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Der Server S weist ein internes Dienstabgleichsmodul M auf, welches ausgebildet ist, semantische Dienstanfragen mit einer Beschreibung derjenigen Dienste, welche durch das den Server S enthaltende cyberphysische Produktionsmodul CPPM bereitstellbar sind, abzugleichen.
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Ein solches Abgleichen durch das interne Dienstabgleichsmodul M erfolgt dabei wie in 2 dargestellt:
Im dargestellten Fall enthält das interne Dienstabgleichmodul M eine Repräsentation des cyberphysischen Produktionsmoduls und der Art der durch das cyberphysische Produktionsmoduls angebotenen Dienste.
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Für ein konkret herausgegriffenes cyberphysisches Produktionsmodul gleicht dessen Dienstabgleichsmodul M mittels des Abgleichdiagramms in 2 die Anfrage nach einem Dienst eines Geräts, und zwar nach dem Dienst „Bohren“ ab. Die interne Repräsentation des cyberphysischen Produktionsmoduls CPPM weist das cyberphysische Produktionsmodul CPPM als Gerät DEV einer Anlage PLA auf (in 2 stellen Pfeile, die vertikal oder schräg nach oben weisen, stets Relationen der Art „ist enthalten in“ dar). Das cyberphysische Produktionsmodul CPPM weist sowohl eine aktive Komponente in Gestalt eines Aktuators ACT als auch eine passive Komponente in Gestalt eines Sensors SEN auf.
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Nach der Übereinstimmung mit der Kategorie „Gerät“ DEV prüft das Dienstabgleichmodul M weiter, ob ein durch das cyberphysische Produktionsmodul CPPM angebotener Dienst (nach rechts weisende Pfeile in 2 stellen die Beziehung „bietet an“ dar) dem angefragten Dienst entspricht. Der Dienst SER schließt einen Arbeitsgang OPE ein (nach unten weisende Pfeile stellen stets Beziehungen der Art „schließt ein“ dar). Der Arbeitsgang OPE enthält den Vorgang „Bohren“ DRI, welcher sich bei dem betrachteten cyberphysischen Produktionsmodul in die einzelnen Verfahren „horizontales Bohren“ HOD und „Bohren in geneigter Lage“ SLD zergliedert.
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Das interne Dienstabgleichmodul M stellt beispielsweise eine Übereinstimmung der Verfahren „horizontales Bohren“, welches das cyberphysische Produktionsmodul M bereitstellt, mit der Anfrage nach dem Dienst „Bohren“ und weiteren, einschlägig in der Dienstanfrage mit dem Dienst „Bohren“ verknüpften, Parametern fest.
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Dementsprechend beantwortet das cyberphysische Produktionsmodul CPPM die Anfrage nach dem Dienst „Bohren“ positiv und handelt mit der anfragenden Komponente weitere Parameter aus.
