Zusammenfassung
Dieser Beitrag beschreibt eine Methode für das Engineering von Abhängigkeiten zwischen Services, die ein Modul einer Produktionsanlage in der Prozessindustrie anbietet. Hierzu wird eine Serviceabhängigkeitsmatrix eingeführt, die beim Engineering eines Moduls genutzt werden kann, um die Abhängigkeiten zwischen Services festzulegen. Die Services werden jeweils als Petri-Netz beschrieben und durch die Abhängigkeiten in eine zusammenhängende Petri-Netz-Struktur überführt. Zur effizienten Darstellung der Services und ihrer Abhängigkeiten wird, basierend auf dem PNML-Kernmodell, ein neuer Petri-Netz-Typ eingeführt, die ServiceNets. Eine formale Analyse dieser Petri-Netze erlaubt die Verifikation u. a. hinsichtlich erreichbarer Zustände und Deadlock-Freiheit.
Abstract
The capabilities of modules in modular plants in the process industry can be described by services. To describe the dependencies between such services, a service dependency matrix is introduced in this contribution. Each service is modelled by a seperate Petri Net first, which are then linked by the dependencies. For an efficient modelling of this larger Petri Net, so-called Service Nets are introduced on the basis of a PNML core model. By means of an analysis, the system can be verified regarding the presence/absence of deadlocks and other undesired characteristics.
About the authors
M. Sc. Jan Ladiges war wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Automatisierungstechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg. Seine Forschungsschwerpunkte waren die automatisierte Bewertung evolvierender Fertigungssysteme mithilfe aus Daten generierter Petri-Netze sowie die modulare Prozessautomation.
M. Sc. Aljosha Köcher forschte im Rahmen seines Wirtschaftsingenieur-Studiums am Institut für Automatisierungstechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg.
B. Sc. Peer Clement forscht im Rahmen seines Wirtschaftsingenieur-Studiums am Institut für Automatisierungstechnik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg.
M. Sc. Henry Bloch arbeitet seit Juli 2015 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Automatisierungstechnik der Helmut-Schmidt- Universität Hamburg bei Herrn Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay. Sein Forschungsschwerpunkt liegt in der Entwicklung von Steuerungskonzepten modularer Prozessanlagen.
Dr-Ing Thomas Holm ist Head of Innovation & Technology bei WAGO Kontakttechnik GmbH & Co.KG, Minden.
Prof. Dr.-Ing. Paul Altmann ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Prozessleittechnik an der Technischen Universität Dresden.
Prof. Dr.-Ing. Alexander Fay ist Professor für Automatisierungstechnik an der Fakultät für Maschinenbau der Helmut-Schmidt- Universität/Universität der Bundeswehr Hamburg. Sein Forschungsschwerpunkt sind Beschreibungsmittel, Methoden und Werkzeuge für ein effizientes Engineering von Automatisierungssystemen.
Prof. Dr.-Ing. Leon Urbas (geb. 1965) ist Inhaber der Professur für Prozessleittechnik an der Technischen Universität Dresden. Seine Hauptarbeitsgebiete beim Engineering verteilter sicherheitskritischer Systeme sind Funktionsintegration, modellgetriebenes Engineering, Modularisierung, Informationsmodelle der Prozessindustrie und Middleware in der Automatisierungstechnik.
Literaturverzeichnis
1. CEFIC The European Chemical Industry Council: The european chemical industry – Facts and Figures. http://www.cefic.org/Facts-and-Figures/, 2014.Search in Google Scholar
2. Bramsiepe, C.; Schembecker, G.: Die 50 %-Idee: Modularisierung im Planungsprozess. Chemie Ingenieur Technik, Vol. 84(5), S. 581–587, 2012.10.1002/cite.201100250Search in Google Scholar
3. M. Obst, T. Holm, S. Bleuel, U. Claussnitzer, L. Evertz, T. Jäger, T. Nekolla: Automatisierung im Life Cycle modularer Anlagen: Welche Veränderungen und Chancen sich ergeben. atp edition – Automatisierungstechnische Praxis (01–02), 2013, S. 24.10.17560/atp.v55i01-02.1927Search in Google Scholar
4. T. Holm: Aufwandsbewertung im Engineering modularer Prozessanlagen. Fortschritt-Berichte VDI-Reihe 20 Nr. 465: Rechnerunterstützte Verfahren. Düsseldorf: VDI Verlag 2016.10.51202/9783186465207Search in Google Scholar
5. Forschungsunion/acatech: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 – Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0., 2013.Search in Google Scholar
6. DECHEMA e.V.: Modular Plants: Flexible chemical production by modularization and standardization – status quo and future trends, 2016.Search in Google Scholar
7. J. Bernshausen, A. Haller, T. Holm, M. Hoernicke, M. Obst, J. Ladiges: Namur Modul Type Package – Definition: Beschreibungsmittel für die Automation modularer Anlagen. atp edition – Automatisierungstechnische Praxis, Vol. 58(1–2), 2016, S. 72–81.10.17560/atp.v58i01-02.554Search in Google Scholar
8. M. Hoernicke, T. Holm, A. Haller, J. Bernshausen, D. Schulz, T. Albers, C. Kotsch, M. Maurmaier, A. Stutz, H. Bloch, S. Hensel: Technologiebewertung zur Beschreibung für verfahrenstechnische Module – Ergebnisse des Namur AK 1.12.1. In: Kongress Automation 2016, Baden-Baden, 07.-08. Juni 2016.10.51202/9783181022849-67Search in Google Scholar
9. T. Holm, M. Obst, J. Ladiges, L. Urbas, A. Fay, T. Albers, U. Hempen: Namur Modul Type Package – Implementierung: Anwendung des Namur-MTP für Prozessanlagen. atp edition – Automatisierungstechnische Praxis, Vol. 58(1–2), 2016, S. 72–81.10.17560/atp.v58i01-02.554Search in Google Scholar
10. H. Bloch, S. Hensel, M. Hoernicke, K. Stark, A. Menschner, L. Urbas, A. Fay, T. Knohl, J. Bernshausen, A. Haller: Zustandsbasierte Führung modularer Prozessanlagen. In: atp edition Ausgabe 10/2017, Seite 46–57.10.17560/atp.v59i10.1899Search in Google Scholar
11. H. Bloch, A. Fay, M. Hoernicke: Analysis of service-oriented architecture approaches suitable for modular process automation. IEEE International Conference on Emerging Technology & Factory Automation (ETFA 2016), Berlin, September 6–9, 2016.10.1109/ETFA.2016.7733651Search in Google Scholar
12. H. Bloch, M. Hoernicke, S. Hensel, A. Hahn, A. Fay, L. Urbas, T. Knohl, J. Bernshausen: A Microservice-Based Architecture Approach for the Automation of Modular Process Plants. In: ETFA 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies And Factory Automation, September 12–15, 2017, Limassol, Cyprus.Search in Google Scholar
13. DIN EN 61512-1. Chargenorientierte Fahrweise – Teil 1: Modelle und Terminologie, 2000.Search in Google Scholar
14. H. Bloch, A. Fay, S. Hensel, A. Hahn, L. Urbas, S. Wassilew, M. Hoernicke, T. Knohl, J. Bernshausen, A. Haller: Model-based Engineering of CPPS in the process industries. In: IEEE 15th International Conference of Industrial Informatics INDIN’2017, July 24–26, 2017, Emden, Germany.Search in Google Scholar
15. ANSI/ISA-TR22.00.02-2015. Machine and Unit States: An implementation example of ANSI/ISA-88.00.01, 2015.Search in Google Scholar
16. T. Holm, J. Ladiges, S. Wassilew, P. Altmann, A. Fay, L. Urbas, U. Hempen: DIMA im realen Einsatz: Von der Idee zum Prototypen. In: Kongress Automation, Baden-Baden, 07.-08. Juni 2016.10.51202/9783181022849-71Search in Google Scholar
17. IEC 62881 Ed. 1.0 (draft). Cause & Effect Table, 2016.Search in Google Scholar
18. ISO/IEC 15909-2. Systems and software engineering – High-level Petri nets – Part2: Transfer format, 2011.Search in Google Scholar
19. W. Reisig, K. Schmidt, C. Stahl, Kommunizierende Workflow-Services modellieren und analysieren. Informatik – Forschung und Entwicklung, Vol. 20(1), 2005, S. 90–101.10.1007/s00450-005-0209-5Search in Google Scholar
20. S. Buchwald, T. Bauer, Modellierung von Service-Aufrufbeziehungen zwischen prozessorientierten Applikationen. EMISA Forum, Vol. 30(2), 2010, S. 32–48.Search in Google Scholar
21. M. Becker, S. Klingner, Formalisierung von Regeln zur Darstellung von Abhängigkeiten zwischen Elementen von Product-Service-Systems. Universität Leipzig, 2012.Search in Google Scholar
22. B. Heinrich; M. Klier, S. Zimmermann, Automatisierte Modellierung, Umsetzung und Ausführung von Prozessen – Ein Web Service-basiertes Konzept, Wirtschaftsinformatik Proceedings 2011.Search in Google Scholar
23. C. M. MacKenzie, K. Laskey, F. McCabe, P. F. Brown, and R. Metz, Reference Model for Service Oriented Architecture 1.0., Stand vom 12. Oktober 2006. Verfügbar: http://docs.oasis-open.org/soa-rm/v1.0/soa-rm.html (5. Februar 2018).Search in Google Scholar
24. H. Cervantes, R. S. Hall, Automating service dependency management in a service-oriented component model. ICSE CBSE Workshop. 2003.Search in Google Scholar
25. B. Li, Managing Dependencies in Component-Based Systems Based on Matrix Model. In: Proc. Of Net. Object. Days 2003, S. 22–25, 2003.Search in Google Scholar
26. V. Dubinin, V. Vyatkin, T. Pfeiffer, Engineering of Validatable Automation Systems Based on an Extension of UML Combined With Function Blocks of IEC 61499, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2005, pp. 3996–4001.10.1109/ROBOT.2005.1570732Search in Google Scholar
27. C. Reichmann, P. Graf, K. D. Müller-Glaser, Automatisierte Modellkopplung heterogener eingebetteter Systeme. In: Holleczek P., Vogel-Heuser B. (Eds) Eingebettete Systeme. Informatik aktuell. Springer, Berlin, Heidelberg, 2004.10.1007/978-3-642-18594-6_9Search in Google Scholar
28. O. Fengler, W. Fengler, V. Duridanova, Modeling of complex automation systems using colored State Charts, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2002.Search in Google Scholar
29. T. J. Prati, J. M. Farines, M. H. de Queiroz, Automatic test of safety specifications for PLC programs in the Oil and Gas Industry, IFAC-PapersOnLine, Vol. 48(bissue6), 2015, pp. 27–32.10.1016/j.ifacol.2015.08.005Search in Google Scholar
30. T. Stahl, M. Völter, J. Bettin: Modellgetriebene Softwareentwicklung: Techniken, Engineering, Management. 1. Aufl. Heidelberg: dpunkt-Verl., 2005.Search in Google Scholar
31. IEC 61131-3: Programmable controllers – Part 3: Programming languages, 2013.Search in Google Scholar
32. R. Drath, A. Fay, T.Schmidberger: Computer-aided design and implementation of interlocking control code. In: 2006 IEEE International Symposium on Computer-Aided Control Systems Design (CACSD’06), München, 04.–06. 10. 2006, ISBN: 0-7803-9797-5, pp. 2653–2658.Search in Google Scholar
33. R. David, H. Alla: Discrete, Continous, and Hybrid Petri Nets. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2005.Search in Google Scholar
© 2018 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
