Vom Internet der Dinge zur effektiven Fabrik Cyber Physische Mikrosysteme in Produktionsanlagen Dr.-Ing. Jochen Schlick Stellv. Forschungsbereichsleiter Innovative Fabriksysteme Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz, DFKI GmbH Wissenschaftlicher Koordinator Technologie-Initiative SmartFactoryKL e.V.

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Übersicht

• I4.0 - Das Internet der Dinge im Produktionsumfeld •Technologieparadigmen • Das Intelligente Produkt Digitale Produktgedächtnisse für produktbezogene Informationen • Die Intelligente Maschine Mit vernetzten mechatronischen Systemen zur vertikalen Integration

• Mikrosysteme – Übertragungselemente zur Cyber-Welt? • Der Markt - Von Anbietern und Anwendern • Zusammenfassung

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Internet of Things – Ursprung einer Vision “In the 21st century the technology revolution will move into the everyday, the small and the invisible.” 1

•

1991: Mark Weiser prägt mit seinem Aufsatz The Computer for the 21st Century den Begriff „Ubiquitous Computing“

•

Vision:

Der Personal-Computer wird als Gerät verschwinden und durch „ intelligente Gegenstände“ ersetzt werden. Statt – wie derzeit – selbst Gegenstand der Aufmerksamkeit zu sein, sollen die intelligenten Gegenstände den Menschen bei seinen Tätigkeiten unmerklich unterstützen2.

[1] [2]

M. Weiser, “The computer for the 21st century,” Scientific American, vol. 272, 1995, S. 78–89. F. Mattern und C. Flörkemeier, “Vom Internet der Computer zum Internet der Dinge,” 2009.

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Paradigmen des Internet of Things Allgegenwärtige Vernetzung - „Digitalisierung“ von Alltagsgegenständen Auslesen/

http://

Datenerfassung in „High Resolution“

Filtern/ Interpretieren/

Allgegenwärtige Intelligenz - Proaktive autonome Regelung

-

Allgegenwärtige Assistenz

Information/ Feedback Auswertung

Interaktion Erfassung

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Regler/ Wissen

Prozess

Datenerfassung

Der Mensch im Zentrum des IoT

http://

Aktuelle und umfassende Information

Optimierte Prozesse Vision / Mission /Strategie Entscheidung -

Controller/ Knowledge

Process

Data Acquisition

Aufbereitung und Interpretation © Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-5

Anwendungspotenziale eines durchgängigen Informationszugriffs

Horizontale Integration Effektiver Informationsaustausch im Wertschöpfungsnetzwerk

Effektiver Informationszugriff im produzierenden Unternehmen Vertikale Integration Vernetzte Produktions- und IT-Systeme

Produkt

Anlage

Digitale Durchgängigkeit des Engineerings Informationszugriff über Lebenszyklus und Wertschöpfungsketten

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Vernetzte Produktions- und IT-Systeme

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• Mikrosysteme – Übertragungselemente zur Cyber-Welt? • Der Markt - Von Anbietern und Anwendern • Zusammenfassung

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Anwendungsbeispiele für intelligente Produkte mit Digitalen Produktgedächtnissen Medienbruchfreie Wartungsdokumentation

Informationen zur Geräteintegration

Monitoring Produkt- und Betriebsdaten

Automatische Kompatibilitätsprüfung Vorbeugende Instandhaltung

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Bild: Wittenstein AG

Zugriff auf Digitale Produktgedächtnisse Applikation Infrastruktur (Hard und Software für Zugriff und Auswertung) Autonomes Embedded system SmartCard Referenz

Speicher

z.B. Barcode als Referenz auf Produktionsauftrag in SAP ERP

Daten auf dem Tag, z.B. Data Matrix Code oder RFID

Diensteangebot über schlankes Embedded-System, z.B. SmartCard

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Autonome komplexe Verarbeitung basierend auf standard Embedded-System, z.B. Industrie-PC

Durchgängige Gedächtnislösung über den gesamten Lebenszyklus eines Produkts

Individuelle Montage

Individuelle Befüllung

Kontrolle

Mehrwert durch Speicherung von produktbezogenen PLC-Daten in „open-loop“-Prozessen durch das DPG

Bereitstellung für den Endnutzer

Überwachung der Logistik-Kette

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ID-basierter Informationsaustausch durch EPC-Global und GS1 EPC-Global und GS1 bieten Lösungen für einen ID-basierten konsistenten Informationsaustausch in unterschiedlichen Domänen Lösungen zeichnen sich durch hohe Abhängigkeit von BackendServer-Systemen aus Framework bietet vergleichsweise limitierte Möglichkeiten zur Speicherung und Nutzung von Produktlebenszyklusdaten

Application A

EPC Information Services (EPCIS)

Application B Application . . .

EPC-64, EPC-96, EPC-128

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Semantisches Datenformat Object Memory Model •

Vorschlag zur strukturellen Beschreibung eines erweiterbaren Datenmodells für Objekt-orientierte Informationssammlungen

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Metadaten zur Verwaltung von Inhalten

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Blöcke müssen keiner vordefinierten Semantik folgen, Inhalte werden über Metadaten beschrieben

•

Es obliegt dem Autor, ob Inhalte in einem Block gebündelt oder über mehrere verteilt dargestellt werden

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Inhalt kann im Block oder außerhalb gelagert werden Object Memory Modeling XG •

http://www.w3.org/2005/Incubator/omm/

•

Konzeptuelle Ausarbeitung des Object Memory Models

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Konkretisierung des Models zu einem Object Memory Format

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• Mikrosysteme – Übertragungselemente zur Cyber-Welt? •Der Markt - Von Anbietern und Anwendern • Zusammenfassung

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Die intelligente Maschine als vernetztes mechatronisches System Einkauf

Produktionsplanung Cloud Monitoring, Prognose, Prozessüberwachung

Steuerungslogik

Rechenleistung wird virtualisiert Die Vernetzung der intelligenten Elemente ermöglicht die örtliche Trennung der Programmlogik und der physischen Interaktion Logistik Industrielle Steuerung

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Case Study: SmartFactoryKL CPPS Demonstration System Digi ME 9210 as service gateway Service b

Service c Service z Service b Service b

Service a Service a

Service b Service b

Assembly unit

Pneumatic assembly module © Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-16

Service b

Embedded Device + I/O board

Service-oriented Control Architecture (2013) Control services

Grafchart Service

Service

Service

Composed services

Service

Ethernet Service

Service

Service

Service

Basic services

Service

Service call © Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-17

Service

Service

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MST in I4.0 ?

Institut für Mikrotechnik Mainz , Germany mymotors & actuators GmbH, Germany

QinetiQ Optronics Centre, UK Institut für Mikrotechnik Mainz , Germany

Prof. D. Zühlke, TU Kaiserslautern

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Übersicht

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• Mikrosysteme – Übertragungselemente zur Cyber-Welt? •Der Markt - Von Anbietern und Anwendern • Zusammenfassung

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Zentrale These zu I4.0

Die Abbildung des IoT in die industrielle Produktion erzeugt einen Nutzen durch die Optimierung von Prozessen sowie das Anbieten und Nutzen von Mehrwertdiensten auf Basis von umfassenden und aktuellen Informationen über Produkte, Anlagen und Betriebsmittel, technische und organisatorische Prozesse!

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Heute

Anwender – Integratoren – Hersteller Cyber

Traceability Realtime-Monitoring

FPGA

Embedded

Wandlungsfähigkeit

Security

OPC-UA

Selbstoptimierung Multi-Core

Werkstückidentifikation

Code-Generierung SysML Lastenheft

Komponentenhersteller

Anwender

Spezifikation

Tools Engineering Virtuelle Fabrikplanung Baukasten

Systemintegrator © Dr. Jochen Schlick, DFKI-IFS 2013-22

Voraussetzung für I4.0 Anwender – Integratoren – Hersteller - Stärkung des Wertschöpfungsnetzwerks

Komponentenhersteller

Anwender

Gemeinsame AnwendungsprozessEntwicklung

Gemeinsame Nutzenoptimierung für Systemintegrator

Systemintegrator

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Übersicht

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• Mikrosysteme – Übertragungselemente zur Cyber-Welt? •Der Markt - Von Anbietern und Anwendern • Zusammenfassung

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Zusammenfassung

• Das Internet der Dinge – Umfassender Zugriff auf aktuelle und hochauflösende Informationen • Industrie4.0 – Das Internet der Dinge in der industriellen Anwendung • Umsetzung – Technologie und Anwendungen müssen verschmelzen • Basistechnologien – Vorhanden und in der Standardisierung

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Fragen, Kommentare

VIELEN DANK

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