Automatisierte Inbetriebnahme von rekonfigurierbaren Bearbeitungsmaschinen mit serviceorientierten Paradigmen

Abstract

Rekonfigurierbare Maschinen sind ein Mittel, um die Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens auf technischem Niveau umzusetzen. Die (Re)Konfiguration der Maschinen erfolgt dabei durch die Kombination von mechatronischen Modulen, welche die Funktionalität der Maschine bereitstellen. Nach einer Rekonfiguration müssen die Maschinen erneut zeitaufwendig in Betrieb genommen werden. Diese Arbeit stellt daher ein Konzept zur automatisierten Inbetriebnahme von rekonfigurierbaren Bearbeitungsmaschinen vor, um diese Stillstandszeiten zu minimieren. Zu Beginn werden eine Analyse und eine Systematisierung von Tätigkeiten bei der Inbetriebnahme vorgenommen. Auf dieser Basis wird ein Informationsmodell der Inbetriebnahme abgeleitet. Danach wird ein Konzept zur automatisierten Inbetriebnahme von rekonfigurierbaren Bearbeitungsmaschinen auf Basis einer maschineninternen serviceorientierten Architektur entwickelt. Im Anschluss wird eine für die automatisierte Inbetriebnahme geeignete Systemarchitektur abgeleitet. Den Kern dieser Architektur stellen innerhalb der mechatronischen Module der Maschine verteilte Dienste in Kombination mit einem Inbetriebnahmekoordinatorsystem dar. Letzteres ist nach serviceorientierten Prinzipien entworfen und nutzt eine Orchestration-Engine zur Ausführung von Inbetriebnahmetätigkeiten. Abschließend wird eine Forschungsplattform mit dem Ziel der Evaluierung von Inbetriebnahmestrategien für rekonfigurierbare Bearbeitungsmaschinen vorgestellt. Die Forschungsplattform dient einerseits der praxisnahen Erprobung des entwickelten Inbetriebnahmekonzepts und andererseits der Evaluierung von Aufbaukonzepten und den daraus resultierenden Inbetriebnahmestrategien. Das in dieser Arbeit entworfene Inbetriebnahmekonzept für rekonfigurierbare Maschinen stellt einen weiteren Schritt in Richtung einer Praxis-Einführung dieses Maschinentyps dar, da dieser Maschinentyp erst dadurch zu einem wirtschaftlichen Einsatz in der Praxis befähigt wird.

Reconfigurable production machines are one option to realize changeable production systems on a technical level. The (re)configuration of such machines is performed by combining mechatronic modules, that provide the functionality of the overall machine. Unfortunately, during a reconfiguration the effort-intensive commissioning phase has to be repeated. The purpose of this thesis is to introduce a concept for the automated commissioning of reconfigurable production machines in order to reduce the cost-intensive downtime during reconfigurations. First of all, an analysis and systematization of necessary tasks during commissioning is performed. On this basis, an information model of the commissioning procedure is derived. In the next step, a concept for the automated commissioning of reconfigurable production machines that is based on a machine-internal service-oriented architecture is created. Afterwards, a system architecture for automated commissioning is deduced. The core of this architecture is formed by a central coordination system for the commissioning process, as well as supporting services, which are located in the machine modules. The latter is designed according to the principles of service-oriented architectures and utilizes an orchestration engine to execute commissioning tasks. Finally, a research platform is introduced, which can be used to evaluate differing commissioning strategies for reconfigurable production machines. On the one hand, this research platform serves as evaluation platform to evaluate the derived commissioning concept. On the other hand, it serves as an evaluation platform for machine design concepts and the resulting commissioning strategies. The developed commissioning concept represents a further step towards the introduction of reconfigurable machines into practice. Therefore, automated commissioning forms an enabler technology for a profitable application of this machine type in production environments.