Konzept zur Unterstützung der dezentralen Wiederverwendung in komponentenbasierten Systemen der operativen Leittechnik

Produktbeschreibung

Aus dem Inhalt

Kurzfassung

Im Rahmen der Entwicklung von Automatisierungslösungen sind der überwiegende Anteil der durchgeführten Arbeiten repetitiver Art. Diese wiederholenden Arbeiten sind fehleranfällig und entscheiden nur in geringem Maße über den Projekterfolg. Daher lohnt es sich, die Mitarbeiter bei diesen Arbeiten zu unterstützen, so dass mehr Ressourcen für andere Tätigkeiten zur Verfügung stehen. Die entwickelten Automatisierungslösungen ähneln sich sehr häufig funktional oder auch ihre Implementierung betreffend. Dies führt zur Wiederverwendung von Lösungen bzw. Teillösungen. Diese Wiederverwendung ist meist unsystematisch und nicht explizit dokumentiert. Daraus ergeben sich Herausforderungen für die Erweiterung oder Änderung von mehrfach genutzten Lösungen. Im Zuge des demografischen Wandels und der damit einhergehenden Verknappung von qualifizierten Arbeitskräften muss die Arbeit effizienter werden. Eine Möglichkeit die Effizienz zu verbessern ist die Nutzung von Methoden und Tools zur Unterstützung der Wiederverwendung.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungen VII
Kurzfassung VIII
Abstract X
1 Einführung 1
1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Problemdefinition und Lösungsweg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2 Grundlagen und Stand der Technik 8
2.1 Grundlagen der Automatisierungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.1.1 Aufbau von Dezentralen Prozessleitsystemen . . . . . . . . . . . . . 10
2.1.2 Package Units und Modulare Anlagen in der Prozessindustrie . . . 17
2.1.3 Engineering von automatisierten Systemen . . . . . . . . . . . . . . 19
2.1.4 Quo vadis Automatisierungstechnik? – Ein Ausblick im Zeitalter von
Industrie 4.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.2 Komponentenbasierte Architekturen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.1 Der Komponentenbegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.2.2 Komponentenbasierte Architekturen in der Automatisierungstechnik 30
2.3 Zwischenfazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3 Anforderungen an das Konzept im Kontext der Automatisierungstechnik 34
3.1 Besonderheiten in der Automatisierungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2 Anforderungen an das Konzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4 Stand der Wissenschaft 39
4.1 Eigene Vorarbeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
4.2 Grundlagen der Wiederverwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.1 Gegenstand der systematischen Wiederverwendung . . . . . . . . . 41
4.2.2 Arten der Wiederverwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2.3 Versionen und Versionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
4.2.4 Wiederverwendung in der Automatisierungstechnik . . . . . . . . . 45
4.3 Grundlagen der Variantenbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4.3.1 Varianten und Variabilität . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4.3.2 Variabilitätsmodelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4.3.3 Delta-Modelle in der Softwaretechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.4 Modellierungsgrundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.4.1 Ebenen der Modellierung – Metamodelle als Wegbereiter der Interoperabilität
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
4.4.2 Modellierungssichten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.4.3 Modelle in der Automatisierungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.5 Diskussion des Stands der Wissenschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5 Wiederverwendung in komponentenbasierten Architekturen 76
5.1 Komponenten-Metamodell – Basis für die Wiederverwendung . . . . . . . . 78
5.1.1 Modellbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.1.2 Anwendungsregeln für die Komponenten-Metamodelle . . . . . . . . 82
5.1.3 Einordnung des Komponenten-Metamodells . . . . . . . . . . . . . 84
5.1.4 Abgebildete Implementierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2 Metamodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
5.2.1 Modellbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
5.2.2 Variantenbeschreibung mit Delta-Modellen . . . . . . . . . . . . . . 90
5.2.3 Verketten von Delta-Modellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
5.2.4 Visualisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5.2.5 Mapping in den Problemraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
5.3 Gesamtkonzept für die variantenbasierte Wiederverwendung . . . . . . . . 97
5.3.1 Überblick über das Konzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
5.3.2 Modelltransformationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.3.3 Gegenstand der Wiederverwendung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.3.4 Die verteilte Nutzung der Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
5.3.5 Verwendung in der Praxis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5.4 Kritische Betrachtung des Konzepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.1 Added Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
5.4.2 Randbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
5.4.3 Handlungsempfehlungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6 Prototypische Realisierung und Anwendungsfälle 115
6.1 Implementierung in ACPLT/RTE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
6.1.1 Umsetzung der Modelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.1.2 Realisierung der dezentralen Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
6.2 Anwendungsfälle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.2.1 PID-Regler-Baustein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
6.2.2 Prozessführungskomponenten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.2.3 Modulare Anlage M4P.AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
6.3 Evaluierung der Implementierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7 Diskussion der Ergebnisse 129
8 Zusammenfassung und Ausblick 132
Literaturverzeichnis 133

Keywords: Prozessleittechnik, Wiederverwendung, Variantenmodell, Komponentensysteme, Delta-Modellierung,