Konzepte zur Umsetzung von mehrwertbringenden Use Cases in Produktionsanlagen mittels I4.0 Verwaltungsschalen

Abstract

One of the goals of automation is the development of flexible, economically profitable and resource-saving manufacturing processes. By linking the Asset Adminsitration Shell and its associated asset to form an Industry 4.0 component, reasearchers have established a tool that enables digital networking of assets not only within the company but also across companies. Nevertheless, the scope of application of the Asset Administration Shell at small and medium-sized companies is manageable. Reasons for this may be the questions regarding the added value of Asset Administration Shells and its implementation costs. To demonstrate the potential of the Industry 4.0 component, this master thesis deals with use cases from the manufacturing industry. Effectiveness-increasing use cases are described and various practical scenarios from a selected use case are explored. The selected use case involves the maintenance of documentation for a device replacement with the help of Asset Administration Shells. For the implementation of the use case the relationships between the various assets and their Asset Asminstration Shells are considered. They form the network from which the entire documentation of a production resource emerges. Additionally, the analysis of the required interface operations for accessing the Asset Administration Shells plays an important role. The interfaces enable the external access to the data of Asset Adminstration Shells and thus the updating of the documentation in the event of a device replacement. The investigations in this thesis are based on the comparison of different solution approaches with their advantages and disadvantages and enable the selection of the best possible solution. The concepts provide information about the use of the Asset Administration model elements and their interfaces for realizing the use case. Both the technology-neutral and technology-specific sequence diagramms created in the different concepts provide insights into the use of the Asset Administration Shell. To illustrate the aquired results, the best evaluated concepts are applied to the LIA-I4.0 demonstrator of Otto-von-Guericke-University Magdeburg. The focus is on the principal realization of the data exchange between the interaction participants involved in the device exchange for the implementation of the documentation maintenance.

Eines der Ziele der Automatisierung ist es, Produktionsprozesse flexibel, ökonomisch rentabel und ressourcenschonend zu gestalten. Mit der Verknüpfung der Verwaltungsschale und ihrem zugehörigen Asset zu einer Industrie 4.0-Komponente haben Forschende ein Mittel geschaffen, das nicht nur unternehmensintern sondern auch übergreifend die digitale Vernetzung von Betriebsmitteln (Assets) ermöglicht. Der Anwendungsbereich der Verwaltungsschale bei klein- und mittelständischen Unternehmen ist dennoch überschaubar. Gründe dafür sind möglicherweise die Fragen nach dem Mehrwert einer Verwaltungsschale und deren Implementierungskosten. Um das Potential der Industrie 4.0-Komponente aufzuzeigen, beschäftigt sich diese Masterarbeit mit Use Cases aus der Fertigungsindustrie. Es werden effektivitätssteigernde Use Cases beschrieben und verschiedene praxisnahe Szenarien aus einem ausgewählten Use Case untersucht. Bei dem ausgewählten Use Case handelt es sich um die Dokumentationspflege bei einem Gerätetausch mit Hilfe von Verwaltungsschalen. Für die Umsetzung des Use Case werden die Beziehungen zwischen den verschiedenen Assets bzw. ihren Verwaltungsschalen betrachtet. Sie bilden das Geflecht, aus dem die gesamte Dokumentation einer Produktionsressource hervorgeht. Weiterhin spielt die Analyse der erforderlichen Schnittstellenoperationen für den Zugriff auf die Verwaltungsschalen eine wichtige Rolle. Die Schnittstellen ermöglichen den externen Zugriff auf die Daten einer Verwaltungsschale und somit die Aktualisierung der Dokumentation bei einem Gerätetausch. Die Untersuchungen in dieser Arbeit stützen sich auf die Gegenüberstellung verschiedener Lösungsansätze mit ihren Vor- und Nachteilen und ermöglichen die Auswahl der bestmöglichsten Lösung. Die Konzepte geben Aufschluss über die Verwendung der Verwaltungsschalen-Modellelemente und deren Schnittstellen zur Realisierung des Use Case. Sowohl die in den verschiedenen Konzepten erstellten technologieneutralen als auch technologiespezifischen Sequenzdiagramme geben Einsicht über die Verwendung der Verwaltungsschale. Zur Veranschaulichung der erworbenen Ergebnisse werden die am besten bewerteten Konzepte auf den LIA-I4.0-Demonstrator der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg angewendet. Im Vordergrund steht die prinzipielle Realisierung des Datenaustausches zwischen den am Gerätetausch beteiligten Interaktionsteilnehmern zur Umsetzung der Dokumentationspflege.