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Laufzeit-Modellierung objektorientierter interaktiver Prozesse in der Produktion
(2008) Schlegel, Thomas; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h.)
Moderne Organisationsformen und globale Marktfaktoren im produzierenden Gewerbe stellen neue Herausforderungen an die Flexibilität und Dynamik von Produktionssystemen. Eine statische Automatisierung und Prozessimplementierung kann mit dieser Entwicklung weder strategisch noch operativ Schritt halten. Diese Arbeit stellt daher ein integriertes Konzept für eine Prozessmodellierung vor, das aktuelle Konzepte des objektorientierten Paradigmas wie Ontologien und Vererbung nutzt. Ergänzt man diese um eine Laufzeitkomponente und eine Methodik zur verteilten, dezentralen Anwendung, wird es möglich, Prozesse dynamisch zu modellieren, auszuführen und zu adaptieren. Hierzu werden zunächst existierende Konzepte IT-basierter Produktionssysteme analysiert. Zudem fließen Erkenntnisse aus dem Workflowmanagement und der Prozessmodellierung sowie informationstechnische Methoden der Prozessausführung wie erweiterte Petrinetz-Konzepte mit ein. Die Objektorientierung bietet für Prozesse eine Reihe von Vorteilen, wie konsistente Variantenbildung und -pflege durch Vererbung und individuelle Produktions-/Ablaufverfolgung mit Hilfe von Prozessinstanzen. Um diese Vorteile objektorientierter Konzepte für Prozesse in der Produktion nutzen zu können, müssen jedoch Ablauf- und Objektorientierung zunächst integriert werden. Hierzu wird ein Komponenten-Relationen-Modell entworfen, das beide Aspekte vereint. Während dies für einzelne Komponenten weitgehend mit existierenden Methoden möglich ist, können komplexe, aggregierte Prozesse derzeit nicht von Vererbung, Instanziierung und Typsemantik profitieren. Daher werden die objektorientierten Prozesse gezielt für komplexe Komponenten erweitert, so dass Vererbung und Polymorphie nun auch für komplexe Prozesse eingesetzt werden können. Dabei wird die hierarchische Aggregation und Schnittstellenbildung als modellinhärentes Konzept eingeführt. Mit der Definition und Formalisierung des Meta-Metamodells von OMICRON entsteht so ein objektorientiertes Gesamtkonzept für objektorientierte komplexe Prozesse. Dieses bildet die Grundlage für eine Prozessentwicklung und -ausführung zur Laufzeit. Durch geeignete Kontrollflusskonzepte wie Aktivierung, Tokens und Ereignisbehandlung sowie Ansätze für generative Konzepte kann das Modellsystem um eine Laufzeitkomponente ergänzt werden, die das Modell interpretiert und ausführt. So wird es möglich, Prozesse und deren Varianten objekt- und ablauforientiert zu beschreiben und zur Systemlaufzeit zu adaptieren. Zudem können nun Prozessinstanzen erzeugt, animiert und weitergegeben werden. Um dies auch in verteilten, dezentralen Systemen zu erreichen, wird eine dezentrale, nachrichtenbasierte Infrastruktur geschaffen, die eine verteilte Ausführung des Modells in einem dynamisch veränderlichen Produktionssystem ermöglicht. So können flexible, heterogene Organisationsformen wie Betreibermodelle und virtuelle Unternehmen gemeinsame Prozesse ohne Neukonfiguration und Stillstandszeiten nutzen. Dies wird in den Szenarien erläutert. Zunächst wird hierzu eine beispielhafte Systemkonstellation gezeigt, die existierende Teilsysteme wie MES an die OMICRON-Prozessinfrastruktur anbindet. Eine Übertragung auf die Fertigung der BSH Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH und ein Variantenszenario im OMICRON Modell zeigen die Einsatzmöglichkeiten und Systemgrenzen auf. Die Implementierung und Evaluation zeigen in der Folge die Realisierung ebenso wie Grenzen in der Umsetzbarkeit. So liefert diese grundlegende Arbeit eine von den Basiskonzepten bis zur Anwendungsebene durchkonzipierte Basis für die weitere Forschung und Systementwicklung dezentraler, flexibler Systeme in der modernen Produktion. Sie zeigt zudem weiteren Forschungsbedarf und neue Fragestellungen auf – beispielsweise im dezentralen Scheduling und über semantische Modelle hinausgehende System-Organisationsstrukturen – die durch die vorgestellten Konzepte erst entstehen.