Schütten, Ulrich:

Konzept eines modulbasierten Engineerings in der Anlagenautomatisierung

Duisburg-Essen (2003), IV, 138 S.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften
Dissertation
Abstract:
m Anlagenbau nimmt die Automatisierung einen immer größeren werdenden Anteil an der Gesamtwertschöpfung einer Anlage ein. Die Entwicklungsleistungen der Automatisierung können im Einzelfall bereits mehr als die Hälfte des Gesamtengineerings ausmachen. In einem Markt, der geprägt ist von immer kürzeren Durchlaufzeiten, höherer Qualität und reduzierten Kosten, werden die Automatisierung und insbesondere deren Softwarelösungen zur Abgrenzung im Wettbewerb durch Schaffung neuer und eigenständiger Leistungsmerkmale einer Anlage benutzt. Vor dem Hintergrund steigender Entwicklungsleistungen in der Automatisierung erweisen sich die Problemfelder des Anlagenbaus wie fehlende Durchgängigkeit der ausgetauschten Planungsun-terlagen zwischen Anlagenbau und Automatisierung, die unterschiedlichen Werkzeuge der Automa-tisierung für die einzelnen Stufen der Automatisierungspyramide mit ihren proprietären Datenfor-maten als Insellösungen und die fehlenden Möglichkeiten zur Wiederverwendung von Automatisierungslösungen als gravierende Nachteile für eine kosten- und zeitoptimale Abwicklung einer Anlagenplanung. Um diesen Problemfeldern zu begegnen, wird ein Konzept vorgestellt, das auf zwei Ebenen ansetzt: einerseits wird ein neues Dokumentenformat auf Basis von XML für die industrieweit eingesetzte Motoren- und Komponentenliste (MuK-Liste) veröffentlicht, was die Kommunikation zwischen Anlagenbau und Automatisierung vereinfacht; andererseits wird ein Konzept zur Verwaltung und Wiederverwendung von Musterlösungen der Automatisierung auf Basis einer Modulbibliothek vorgestellt. Beide Ebenen arbeiten zusammen, wobei das Konzept zur Modulverwaltung die Informationen der MuK-Liste importieren und automatisch auswerten kann. Dabei werden die benötigten Module der Bibliothek referenziert und zur weiteren Verwendung in einem neuen Projekt parametriert, womit die Durchlaufzeit des Projektes in der Automatisierung verkürzt wird. Mit herkömmlichen Vorgehensweisen ist eine modulorientierte Entwicklung über die verschiedenen Ebenen der Automatisierung und deren unterschiedliche Engineeringwerkzeuge nicht möglich. Mit der vollständigen Unterstützung der Aspekte nach DIN EN 61346 durch das Konzept, ist eine verbesserte Verwaltung der Referenzkennzeichen für Bauteile einer Anlage durch Überführung eines Aspektes in einen anderen möglich, wie in DIN EN 61346 gefordert und eine Vereinfachung der Verständigung zwischen Anlagenbau und Automatisierung gegeben. Hier wird auf der Basis des Softwarekomponentenmodells COM und eines unterlagerten Da-tenbankmanagementsystems (DBMS) ein Software- und Datenbankkonzept erarbeitet, das nicht nur dem modulbasierten Engineeringansatz folgt, sondern sich durch den Aufbau als COM-basiertes System flexibel skalieren und um weitere Module in der Funktionalität erweitern lässt. Durch die Definition eines einzigen klar strukturierten und offen gelegten Interfaces für Erweite-rungen bietet das Konzept die Möglichkeit zur Anbindung beliebiger Planungssysteme der Auto-matisierung. Das System wird abgerundet durch die Möglichkeit unterschiedlichste Datenbankmanagement-systeme einsetzen zu können, weil durch das COM-Modell die allgemeinen Datenbank-Zugriffskomponenten ADO als Teil des Betriebssystems zur Verfügung stehen, sowie durch ein Customizing, das es dem Anwender ermöglicht, gezielt die Funktionen von Planungswerkzeugen anzusprechen und zu selektieren, um damit die benötigte Planungsunterstützung zu skalieren. Die Umsetzung dieses Konzepts wird exemplarisch für das Zusammenwirken des erarbeiteten Softwaretools und dem unterlagerten DBMS als Prototypen am Beispiel des SPS-Programmiersystems SIMATIC STEP 7 gezeigt. Im Anlagenbau nimmt die Automatisierung einen immer größeren werdenden Anteil an der Gesamtwertschöpfung einer Anlage ein. Die Entwicklungsleistungen der Automatisierung können im Einzelfall bereits mehr als die Hälfte des Gesamtengineerings ausmachen. In einem Markt, der geprägt ist von immer kürzeren Durchlaufzeiten, höherer Qualität und reduzierten Kosten, werden die Automatisierung und insbesondere deren Softwarelösungen zur Abgrenzung im Wettbewerb durch Schaffung neuer und eigenständiger Leistungsmerkmale einer Anlage benutzt. Vor dem Hintergrund steigender Entwicklungsleistungen in der Automatisierung erweisen sich die Problemfelder des Anlagenbaus wie fehlende Durchgängigkeit der ausgetauschten Planungsun-terlagen zwischen Anlagenbau und Automatisierung, die unterschiedlichen Werkzeuge der Automa-tisierung für die einzelnen Stufen der Automatisierungspyramide mit ihren proprietären Datenfor-maten als Insellösungen und die fehlenden Möglichkeiten zur Wiederverwendung von Automatisierungslösungen als gravierende Nachteile für eine kosten- und zeitoptimale Abwicklung einer Anlagenplanung. Um diesen Problemfeldern zu begegnen, wird ein Konzept vorgestellt, das auf zwei Ebenen ansetzt: einerseits wird ein neues Dokumentenformat auf Basis von XML für die industrieweit eingesetzte Motoren- und Komponentenliste (MuK-Liste) veröffentlicht, was die Kommunikation zwischen Anlagenbau und Automatisierung vereinfacht; andererseits wird ein Konzept zur Verwaltung und Wiederverwendung von Musterlösungen der Automatisierung auf Basis einer Modulbibliothek vorgestellt. Beide Ebenen arbeiten zusammen, wobei das Konzept zur Modulverwaltung die Informationen der MuK-Liste importieren und automatisch auswerten kann. Dabei werden die benötigten Module der Bibliothek referenziert und zur weiteren Verwendung in einem neuen Projekt parametriert, womit die Durchlaufzeit des Projektes in der Automatisierung verkürzt wird. Mit herkömmlichen Vorgehensweisen ist eine modulorientierte Entwicklung über die verschiedenen Ebenen der Automatisierung und deren unterschiedliche Engineeringwerkzeuge nicht möglich. Mit der vollständigen Unterstützung der Aspekte nach DIN EN 61346 durch das Konzept, ist eine verbesserte Verwaltung der Referenzkennzeichen für Bauteile einer Anlage durch Überführung eines Aspektes in einen anderen möglich, wie in DIN EN 61346 gefordert und eine Vereinfachung der Verständigung zwischen Anlagenbau und Automatisierung gegeben. Hier wird auf der Basis des Softwarekomponentenmodells COM und eines unterlagerten Da-tenbankmanagementsystems (DBMS) ein Software- und Datenbankkonzept erarbeitet, das nicht nur dem modulbasierten Engineeringansatz folgt, sondern sich durch den Aufbau als COM-basiertes System flexibel skalieren und um weitere Module in der Funktionalität erweitern lässt. Durch die Definition eines einzigen klar strukturierten und offen gelegten Interfaces für Erweite-rungen bietet das Konzept die Möglichkeit zur Anbindung beliebiger Planungssysteme der Auto-matisierung. Das System wird abgerundet durch die Möglichkeit unterschiedlichste Datenbankmanagement-systeme einsetzen zu können, weil durch das COM-Modell die allgemeinen Datenbank-Zugriffskomponenten ADO als Teil des Betriebssystems zur Verfügung stehen, sowie durch ein Customizing, das es dem Anwender ermöglicht, gezielt die Funktionen von Planungswerkzeugen anzusprechen und zu selektieren, um damit die benötigte Planungsunterstützung zu skalieren. Die Umsetzung dieses Konzepts wird exemplarisch für das Zusammenwirken des erarbeiteten Softwaretools und dem unterlagerten DBMS als Prototypen am Beispiel des SPS-Programmiersystems SIMATIC STEP 7 gezeigt.