Automatisierung 4.0 - Objektorientierte Entwicklung modularer Maschinen für die digitale Produktion

Thomas Schmertosch, Markus Krabbes

Automatisierung 4.0

Objektorientierte Entwicklung modularer Maschinen für die digitale Produktion

2018

280 Seiten

Format: PDF, ePUB

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ISBN: 9783446458659

 

Vorwort

6

Inhalt

10

1 Automatisierung 4.0 – Anforderungen und Perspektiven

14

1.1 Wahrnehmung von Industrie 4.0

14

1.2 Trends und Anforderungen im Maschinen- und Anlagenbau

19

1.2.1 Endprodukte bestimmen die Richtung

19

1.2.2 Der Engineering-Prozess verändert sich

20

1.2.3 Effizienz entscheidet über Erfolg

22

1.2.4 Service schafft Vertrauen

27

1.2.5 Qualität ist bedingungslos

28

1.2.6 Wandelbarkeit macht fit für die Zukunft

30

1.2.7 Sicherheit muss sein

31

1.2.8 Neue Technologien in Erfolge umsetzen

37

1.2.9 Digitale Produktion

40

1.3 Schlussfolgerungen

42

1.4 Literatur

43

2 Entwurf modularer Maschinen und Anlagen

46

2.1 Definition und Eigenschaften von Modulen

47

2.1.1 Modularität

47

2.1.2 Funktionalität

50

2.1.3 Zustand und Zustandsänderungen

51

2.1.4 Kompatibilität

54

2.2 Modularität im Kontext zu Industrie 4.0

56

2.2.1 Objekte und Entitäten

57

2.2.2 Methoden und Funktionen

60

2.2.3 Botschaften und Dienste

61

2.2.4 Die I4.0-Komponente

63

2.2.4.1 Das Referenz-Architektur-Modell Industrie 4.0 (RAMI 4.0)

64

2.2.4.2 Technische Assets

65

2.2.4.3 Assets in der Informationswelt

68

2.2.4.4 Die Verwaltungsschale

70

2.2.4.5 Interaktion von I4.0-Komponenten

74

2.3 Methoden der Modularisierung

77

2.3.1 Etablierte Entwurfsmethoden

78

2.3.2 Zielanalyse der Anforderungen

79

2.3.2.1 Produktsicht

81

2.3.2.2 Investitionssicht

84

2.3.2.3 Standortsicht

87

2.3.2.4 Herstellersicht

90

2.3.3 Konstruktive Detailanalyse

92

2.4 Modellierung

98

2.4.1 Entwurf einer funktionalen Struktur

98

2.4.1.1 Das Funktions- und Klassendiagramm

98

2.4.1.2 Das Zustandsdiagramm

102

2.4.1.3 Das Interaktionsdiagramm

105

2.4.2 Entwurf einer modularen Konstruktion

108

2.4.2.1 Das Moduldiagramm

108

2.4.2.2 Qualitatives Modulschema

115

2.4.3 Entwurf des Automatisierungssystems

118

2.4.3.1 Hardwarekonzept

118

2.4.3.2 Softwarekonzept

121

2.5 Zusammenführung und Fazit

124

2.6 Literatur

129

3 Digitale Projektierung von Maschinen

132

3.1 Spezifikation als Ausgangsunkt einer Projektierung

132

3.2 Projektierung nach dem V-Modell

133

3.3 V-Modell in der Anwendung

138

3.4 Übertragbarkeit des interdisziplinären Mechatronikansatzes

148

3.5 Literatur

151

4 Modulare Automatisierung in der Praxis

152

4.1 Sukzessive Modularisierung

152

4.1.1 Szenarien einer sukzessiven Modularisierung

154

4.1.2 Dezentralisierte Hardware ist möglich

155

4.1.3 Dezentralisierte Hardware ist eingeschränkt möglich

158

4.1.4 Dezentralisierte Hardware ist nicht möglich

159

4.1.5 Heterogene Automatisierungstechnik

163

4.1.6 Zusammenfassung

164

4.2 Echtzeitfähigkeit dezentraler Systeme

164

4.2.1 Reaktionszeit – Definition und Anforderungen

165

4.2.2 Jitter – die große Unbekannte

173

4.2.3 Kurze Reaktionszeiten in dezentralen Strukturen

177

4.2.3.1 Erhöhung der Systemleistung

179

4.2.3.2 Interrupt basierte Systeme

181

4.2.3.3 Intelligente Feldgeräte

183

4.2.3.4 Spezialentwicklungen

185

4.2.3.5 Intelligente I/O-Module

186

4.2.4 Zusammenfassung und Lösungsbeispiele

190

4.2.4.1 Dickenmessung sammelgehefteter Broschüren

190

4.2.4.2 Fehlbogenkontrolle

194

4.3 Maschinensicherheit

195

4.3.1 Anwendung der Maschinenrichtlinie in modularen Systemen

195

4.3.2 Sicherheitstechnik im Überblick

198

4.3.3 Sichere Steuerungstechnik

203

4.3.4 Sicherheitstechnik ergänzen oder integrieren?

208

4.3.5 Zusammenfassung

212

4.4 Kommunikation ist (fast) alles

213

4.4.1 Industrielle Kommunikation im Überblick

213

4.4.2 Ethernet-basierte Feldbusse – Eigenschaften und Arbeitsweise

218

4.4.3 OPC UA im Industrial Ethernet

223

4.4.4 Sichere Kommunikation – Safety

228

4.4.5 Sichere Kommunikation bis in die Cloud – Security

231

4.4.6 Zusammenfassung

235

4.5 Literatur

235

5 Automatisierung 4.0 im Überblick

238

Index

242

 

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