Datenaustausch in der Anlagenplanung mit AutomationML (eBook)

Dr.-Ing. Rainer Drath studierte an der Technischen Universität Ilmenau Automatisierungstechnik und ist nach seiner Promotion als Automatisierungsingenieur und einem Forschungsaufenthalt in Japan seit 2001 im ABB Forschungszentrum Ladenburg in Projekt- und Linienverantwortung tätig. Dort beschäftigt er sich als Senior Principal Scientist unter anderem mit der Entwicklung neuer Methoden und Werkzeuge zur Steigerung der Effizienz im Engineering. Im AutomationML-Konsortium vertritt er die Themen Architektur, CAEX, Anlagenstrukturen, Bibliotheken sowie Logik.

Einleitung 30
1.1 Lesefahrplan: welche Kapitel Sie nicht lesen müssen 30
1.2 Motivation und Problembeschreibung 31
1.2.1 Motivation 31
1.2.2 Problembeschreibung 32
1.2.3 Ansätze 35
1.3 Initiatoren 38
1.4 Ziele von AutomationML 39
1.4.1 Übersicht 39
1.4.2 Offenheit 41
1.4.3 Datenaustausch im Engineering 41
1.4.4 Hoher Abdeckungsgrad 42
1.4.5 Hohe Marktdurchdringung 43
1.4.6 Kombination bewährter Datenformate 43
1.4.7 Erweiterbarkeit und Standardisierung 44
1.4.8 Abgrenzung 44
1.5 Vergleich von Planungsprozessen 45
1.5.1 Ein typischer Planungsprozess in der Automobilindustrie 45
1.5.2 Ein typischer Planungsprozess in der Prozessindustrie 48
1.5.3 Gemeinsamkeiten von Fertigungs- und Prozesstechnik 51
1.5.4 Problematik heterogener CAE-Systeme 52
1.6 AutomationML in a Nutshell: ein Architekturüberblick 54
1.6.1 Architekturanforderungen und Architekturübersicht 54
1.6.2 Beschreibung der Anlagentopologie 57
1.6.3 Geometrie- und Kinematikbeschreibung 59
1.6.4 Beschreibung von Abläufen und Verhalten 60
1.6.5 Schnittstellen- und Rollen-Bibliotheken 62
1.6.6 Erweiterte AutomationML-Konzepte 63
1.7 Anwendungen und Beispiele 64
1.8 Standardisierungsvorhaben 68
1.9 Möglichkeiten der Mitgestaltung 71
Literatur 72
Grundarchitektur: das Objektmodell 74
2.1 Die Architektur von AutomationML 74
2.2 Ein Wort zur Objektorientierung in der Anlagenplanung 75
2.3 Einführung in CAEX 77
2.3.1 Überblick über wesentliche CAEX-Elemente 77
2.3.2 CAEX-Bibliotheken 78
2.3.3 Die Instanz-Hierarchie 79
2.3.4 Das CAEX-Rollenkonzept 81
2.4 AutomationML-spezifische Festlegungen zu CAEX 83
2.4.1 Drei Wege zum Umgang mit der Instanzhierarchie 83
2.4.2 Objektidentifizierung 84
2.4.3 Unterstützung mehrerer Rollen 85
2.5 Beziehungen zwischen CAEX-Objekten 87
2.5.1 Überblick 87
2.5.2 Vater-Kind-Relationen 88
2.5.3 Vererbungsbeziehungen 89
2.5.4 Klassen-Instanz-Relationen 90
2.5.5 Relationen zwischen Instanzen 91
2.6 Referenzierung extern gespeicherter Informationen 93
2.6.1 Referenzierung von COLLADA- und PLCopen-XML-Daten 93
2.6.2 Relationen zwischen extern gespeicherten Informationen 93
2.7 AutomationML-Standardbibliotheken 96
2.7.1 AutomationML-Schnittstellenbibliothek 96
2.7.2 AutomationML-Basis-Rollenbibliothek 97
2.7.3 Fertigungstechnische Rollenbibliothek 98
2.7.4 Leittechnische Rollenbibliothek 98
2.8 Abbildung nutzerdefinierte Daten 99
2.8.1 Übersicht 99
2.8.2 Nutzerdefinierte Attribute 99
2.8.3 Nutzerdefinierte SystemUnit-Klassen 100
2.8.4 Nutzerdefinierte Rollenbibliotheken 101
2.8.5 Fazit 102
2.9 Erweiterte AutomationML-Konzepte 103
2.9.1 Überblick 103
2.9.2 AutomationML Port-Konzept 103
2.9.3 AutomationML Facetten-Konzept 106
2.9.4 AutomationML Gruppen-Konzept 108
2.9.5 Kombination aus Gruppen- und Facetten-Konzept 109
2.9.6 Ressource-Produkt-Prozess-Konzept 112
2.10 Import und Export von AutomationML-Objekten 120
Literatur 123
Beschreibung von Geometrie und Kinematik mit COLLADA 124
3.1 Übersicht zu COLLADA 1.5 124
3.2 Geometriebeschreibung 125
3.2.1 Einführung 125
3.2.2 Aufbau eines COLLADA-Dokuments 126
3.2.3 Boundary Representation (BREP) 127
3.2.4 Tessellierte Geometrien 132
3.2.5 Modellieren von Produktbäumen 136
3.2.6 Modellieren von Materialien 137
3.2.7 Modellieren unterschiedlicher Detaillierungsgrade 140
3.3 Kinematikbeschreibung 140
3.3.1 Anforderung an ein Kinematikbeschreibung 140
3.3.2 Beschreibung von Gelenken 141
3.3.3 Kinematische Modelle 142
3.3.4 Abbildung von Formeln 144
3.3.5 Artikulierte Systeme 145
3.3.6 Vereinen von Kinematik und Geometrie 150
3.3.7 Zusammengesetzte Kinematiken 152
3.3.8 Verknüpfung von CAEX und COLLADA 153
3.4 Beispiele 157
3.4.1 BREP: Flansch mit Loch 157
3.4.2 Dreieckmodell: Flansch mit Loch 159
3.4.3 Kinematik einer Schraube mit Formel 162
3.5 Zusammenfassung 162
Literatur 163
Verhaltensbeschreibung mit PLCopen XML 164
4.1 Überblick 164
4.2 Beschreibungsmittel zur Verhaltensmodellierung 168
4.2.1 Verhaltensinformationen einer Anlagenkomponente 168
4.2.2 Beschreibungsmittel für Verhalten 169
4.2.3 Beschreibungsmittel im Engineering-Prozess 170
4.2.4 Gantt Charts 172
4.2.5 PERT Charts 173
4.2.6 Impuls-Diagramme 174
4.2.7 Sequential Function Charts 176
4.2.8 Logiknetzwerke 178
4.2.9 State Charts 179
4.3 PLCopen XML 2.0 182
4.3.1 Überblick 182
4.3.2 Das AutomationML addData-Schema 185
4.4 Der Intermediate Modelling Layer IML 189
4.4.1 Motivation 189
4.4.2 IML-Modellelemente 190
4.4.3 IML-Definition und Klassendiagramm 192
4.4.4 Transformation von Gantt Charts nach IML 192
4.4.5 Transformation von PERT Charts nach IML 196
4.4.6 Transformation von Impuls-Diagrammen nach IML 198
4.4.7 Transformation von State Charts nach IML 203
4.4.8 Vergleich der Abbildungsvorschriften nach IML 206
4.4.9 Transformation von IML nach PLCopen XML 208
4.4.10 Vorgehensweise bei der Implementierung von IML 210
4.5 Verriegelungslogik 212
4.5.1 Übersicht 212
4.5.2 Signal- und Komponentengruppen 212
4.5.3 Beschreibung boolescher Verriegelungsbedingungen 215
4.5.4 Erweiterte Verriegelungskonzepte 216
4.6 Integration von Verhaltensbeschreibung in CAEX 217
4.6.1 Referenzierung von PLCopen-XML-Daten 217
4.6.2 Verknüpfung von Verhaltensbeschreibung 218
4.7 Zusammenfassung 220
Literatur 221
Ansatz zur integrierten Prozessbeschreibung 223
5.1 Einleitung 223
5.2 Übersicht und Motivation 224
5.2.1 Problembeschreibung 224
5.2.2 Anforderungen an AutomationML 226
5.2.3 Vision 228
5.2.4 Bestehende Datenformate zur Prozessdarstellung 229
5.3 Modellierung von Bearbeitungsprozessen 229
5.3.1 Übersicht 229
5.3.2 Basisanforderungen an eine Prozessbeschreibung 230
5.3.3 Die Eckpfeiler der Prozessbeschreibung 230
5.3.4 Von der Prozessbeschreibung zum Roboter-Code 232
5.4 Datentechnische Inhalte der Objekte 233
5.4.1 Übersicht 233
5.4.2 Modellierung des Bahn-Objektes 234
5.4.3 Modellierung des Werkzeug-Objektes 236
5.4.4 Modellierung des Prozess-Objektes 241
5.5 Beispielmodellierung mit AutomationML 242
5.6 Zusammenfassung 248
Literatur 248
Praktische Anwendung 249
6.1 Überblick 249
6.2 Referenzwerkzeuge 252
6.2.1 Editieren und Visualisieren mit dem AutomationML Editor 252
6.2.2 AutomationML Logic Editor 257
6.2.3 AutomationML Engine 261
6.2.4 COLLADA Tools 267
6.3 Graphic Conditioner Pipeline Framework 267
6.3.1 Motivation 267
6.3.2 Anforderungen 268
6.3.3 Umsetzung des Graphic CPF 271
6.3.4 Fazit 275
6.4 Das Logic CPF 275
6.4.1 Übersicht 275
6.4.2 Rahmenapplikation 277
6.4.3 IML-DOM 278
6.4.4 Plugins 281
6.4.5 Beispiel 282
6.4.6 Erweiterungsmöglichkeiten 284
6.4.7 Aufbau der Pipeline-Konfigurationsdatei 285