Diskussionspapier - VWS-Referenzmodellierung Exemplarische Modellierung einer fertigungstechnischen Anlage mit AASX Package Explorer auf Basis des ...
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Diskussionspapier VWS-Referenzmodellierung Exemplarische Modellierung einer fertigungstechnischen Anlage mit AASX Package Explorer auf Basis des VWS-Metamodells
VWS-Referenzmodellierung
Impressum
Herausgeber
Plattform Industrie 4.0
Bülowstraße 78
10783 Berlin
geschaeftsstelle@plattform-i40.de
Redaktion, Layout und Fotos/Grafiken
Plattform Industrie 4.0
Bülowstraße 78
10783 Berlin
Stand
April 2021
Diese Publikation wird von der Plattform Industrie 4.0 herausgegeben. Die Publikation wird
kostenlos abgegeben und ist nicht zum Verkauf bestimmt.
2
VWS-Referenzmodellierung
Inhalt
(1) Ziel und Vorgehen des Dokumentes ........................................................................................5
(2) Gegenstand der Modellierung...................................................................................................6
(3) Modellierungsmethode ...............................................................................................................8
VWS-Interaktionspartner- Rollenbeschreibung ...........................................................................8
VWS-Interaktionspartner-Rolle “Anlagenplanungswerkzeug” ..................................................9
VWS-Interaktionspartner-Rolle “Inbetriebnahmewerkzeug”....................................................9
VWS-Interaktionspartner-Rolle “Service Requester und Service Provider”...........................10
Festlegungen zum allgemeinen Vorgehen bei der Modellierung .............................................10
Nutzung des AASX-Package-Explorers zur Veranschaulichung ..............................................13
(4) Modellierung der ausgewählten Komponenten der P&P-Station ............................................14
P&P-Station aus Sicht der Planung ...........................................................................................14
P&P-Station aus Sicht der Inbetriebnahme ..............................................................................15
Motortyp aus Sicht der Planungs- und Inbetriebnahme ...........................................................15
Motorinstanz aus Sicht der Planung- und Inbetriebnahme .......................................................16
VWS der Transporteinheit: Teilmodelle für SP/SR ....................................................................18
Workstation-Typ aus Sicht der Planung.....................................................................................19
Workstation-Instanz aus Sicht der Planung ...............................................................................22
Workstation-Instanz: Teilmodelle für SP/SR ..............................................................................23
(5) VWS Modellierungskonzepte ...................................................................................................25
Grundstruktur der VWS und ausgewählte wichtige Attribute ....................................................25
Identifizierung von Elementen ....................................................................................................26
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................26
Darstellung im Package Explorer............................................................................................26
Erläuterungen ..........................................................................................................................27
Semantische Zuordnung zu Modellelementen - die “semanticId” ............................................27
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................27
Verwendete Eingangsinformationen für das Modell ...............................................................27
Verwendete Modellelemente des VWS-Metamodells ............................................................28
Darstellung im Package Explorer............................................................................................28
Erläuterungen ..........................................................................................................................28
Beziehung zwischen VWS, Asset und Asset Identification Teilmodell .....................................29
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................29
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VWS-Referenzmodellierung
Verwendete Modellelemente des VWS-Metamodells ............................................................29
Erläuterungen und Darstellung im Package Explorer ............................................................30
Bill of material .............................................................................................................................30
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................30
Verwendete Modellelemente des VWS-Metamodells ............................................................30
Erläuterungen und Darstellung im Package Explorer ............................................................30
Das Kind-Attribute – Typen/Templates und Instanzen ............................................................35
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................35
Verwendete Modellelemente des VWS-Metamodells ............................................................35
Erläuterungen und Darstellung im Klassendiagramm und im Package Explorer ..................35
I4.0 Verbundkomponente ...........................................................................................................37
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................37
Verwendete Eingangsinformationen für das Modell ...............................................................37
Verwendete Modellelemente des VWS-Metamodells ............................................................37
Erläuterungen ..........................................................................................................................37
Concept Descriptions and Data Specifications ..........................................................................39
Ziel des Kapitels ......................................................................................................................39
Verwendete Modellelemente des VWS-Metamodells ............................................................39
Erläuterungen ..........................................................................................................................39
Teilmodell-Templates .................................................................................................................41
(6) Metamodell Referenzen ...........................................................................................................42
(7) Zusammenfassung und Ausblick .............................................................................................44
Literaturverzeichnis........................................................................................................................45
Anhang...........................................................................................................................................46
Identifikatoren .............................................................................................................................46
Instanzen ....................................................................................................................................47
Package Explorer und AASX-Dateien .......................................................................................48
Autoren ......................................................................................................................................48
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VWS-Referenzmodellierung
(1) Ziel und Vorgehen des unterschiedliche Sichten auf ein Asset haben
und unterschiedliche Darstellungen des As-
Dokumentes sets in seiner VWS erwarten. Um Vielfalt und
starke Ausdrucksmöglichkeiten des VWS-
Ziel ist es, die Modellierungsmöglichkeiten Metamodells zu veranschaulichen werden in
des Verwaltungsschalen (VWS)-Metamo- diesem Kapitel beispielhaft drei VWS-Inter-
dells [PLA20] systematisch zu verwenden, aktionspartner-Rollen eingeführt. Die defi-
sodass die Aussagekraft der VWS-Modellie- nierten VWS-Interaktionspartner-Rollen er-
rungselemente erprobt werden kann. Das heben nicht den Anspruch auf Allgemeingül-
Dokument möchte sowohl ein Leitfaden bie- tigkeit und Vollständigkeit. Sie dienen im
ten, wie die Daten der Assets in der VWS Kontext dieses Dokument der besseren Ver-
einzusortieren sind (Kochbuch für VWS Kon- anschaulichung von VWS-Modellierungs-
figurationen) als auch eine Anleitung für Nut- konzepten.
zer von VWS sein, die die Daten in den An-
wendungen verwenden. Außerdem soll ein Kapitel 4: Modellierung von unterschiedli-
Nachschlagewerk entstehen, mit dem bei- chen VWS-Interaktionspartner-bezogenen
spielhafte Anwendungen der Elemente des Aspekten (s. Kapitel 3) der ausgewählten As-
VWS-Metamodells zu finden sind. sets (s. Kapitel 2) als VWS-Teilmodelle. Da-
Das Dokument kann nur Orientierungshilfe bei erfolgt keine Erläuterung der Elemente
geben, da es sehr viele Möglichkeiten gibt, des VWS-Metamodells. Es wird nur gezeigt,
die Modellelemente zu verwenden und es welche VWS-Metamodell-Elemente in den
schwierig ist, eine Konsistenz mit der sich jeweiligen Teilmodellen verwendet wurden.
weiterentwickelnden VWS-Spezifikation auf- Dabei wird auf die VWS-Metamodell-Erläute-
recht zu erhalten. rungen im Kapitel 5 verwiesen.
Das Dokument zeigt Best Practice Muster für Kapitel 5: Beinhaltet Erläuterungen des
die Umsetzung von VWS von konkreten As- VWS-Metamodells und deren Nutzung bei
sets und spricht deshalb folgende Zielgrup- der Abbildung der Sachverhalte der physi-
pen an: schen Welt in die Informationswelt
● Produktmanager
● Entwickler, die die Details bei der Kon- Kapitel 6: Beinhaltet eine alphabetische
figuration der VWS umsetzen müssen Liste wichtiger Modellelemente, die in den
● Maschinenbauer, die mit den Informa- vorherigen Kapiteln verwendet wurden. Es
tionen der Zulieferer-Assets und deren werden jeweils die Referenzen auf die ent-
Dokumentation umgehen müssen sprechenden Unterkapitel in Kapitel 4 und 5
● Entwickler der technischen Dokumen- bereitgestellt.
tation
Kapitel 7: Zusammenfassung und Ausblick
Das Dokument ist wie folgt aufgebaut:
Kapitel 2: Kurze Einführung des Demonstra- Die Version 3.0 RC01 des VWS-Metamo-
tors, dessen Komponenten als VWS be- dells ist die Grundlage der hier verwendeten
schrieben werden. Die Anwendung des Elemente des Metamodells in den textuellen
VWS-Metamodells wird in weiteren Kapiteln Beschreibungen [PLA20].
anhand dieser beispielhaften VWS erläutert.
Es werden alle VWS in dem AASX-Aus-
Kapitel 3: VWS sollen Informationen über tauschformat des Open Source Werkzeugs
ein Asset über den gesamten Asset-Lebens- AASX Package Explorer bereitgestellt. Zum
zyklus hinweg bereitstellen können. Es kann Zeitpunkt der Erstellung der Beispiele hat der
durchaus sein, dass unterschiedliche VWS- Package Explorer noch nicht alle Details des
Nutzer bzw. VWS-Interaktionspartner Metamodells der V3.0 RC01 korrekt
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VWS-Referenzmodellierung
umgesetzt. Deshalb kann es Abweichungen Steuerungen für den Deltaroboter und den
zu den textuellen Beschreibungen geben. Da Bearbeitungsstationen. Zum Deltaroboter
es hier um ein prinzipielles Verständnis geht, gehören die drei Motoren mit ihren jeweiligen
sollten eventuelle Inkonsistenzen toleriert Motor-Controllern. Von der P&P-Station kön-
werden. nen mehrere Produkte bearbeitet werden.
Jede Steuerung steuert die jeweilige Station
beziehungsweise die Motor-Controller. Sie
(2) Gegenstand der sind alle mit einer VWS verbunden. Auch die
Produkte haben jeweils eine VWS. Die VWS
Modellierung interagieren untereinander mit der I4.0 Spra-
Für die Modellierung wird exemplarisch die che und organisieren den Ablauf in der P&P-
Pick and Place Station (P&P-Station) der Station. Zusätzlich gibt es die Möglichkeit in
Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg die VWS über ein Browser-Schnittstelle hin-
(OvGU) (Abbildung 2-1) verwendet. einzuschauen (zurzeit nur statische Daten).
In Abbildung 2-2 stellt die steuerungstechni-
sche Struktur der P&P-Station vor. Der De-
monstrator besteht aus den drei Bearbei-
tungsstationen (Workstation) sowie den
Abbildung 2-2: Automatisierungsarchitektur der Pick and Place Station
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VWS-Referenzmodellierung
Zunächst wird der Demonstrator als ein Gan-
zes mit einer eigenen VWS versehen. Da die
P&P-Station durchaus komplex ist und aus
Komponenten besteht, die unter Umständen
als eigenständige I4.0-Komponenten be-
trachtet werden können, erhalten einige aus-
gewählte Komponenten eigene VWS. Die
VWS der P&P-Station beinhaltet die Refe-
renzen auf die einzelnen VWS der Kompo-
nenten. Damit soll die Anwendung des Prin-
zips der geschachtelten/zusammengesetz-
ten Verwaltungsschale (Verbundkompo-
nente) demonstriert werden.
Abbildung 2-1: Pick and Place Demonstrator der
Für die exemplarische Modellierung wurden
OvGU als eigenständige Teilkomponenten der
P&P-Station die Transporteinheit und die Be-
arbeitungsstation ausgewählt. Die Trans-
Abbildung 2-3: Auswahl von Assets, die mit eigenen Verwaltungsschalen in diesem
Dokument versehen werden (Verfeinerung siehe Kapitel 3.2)
In diesem Dokument soll gezeigt werden, porteinheit besteht aus einem Delta-Roboter,
wie ausgewählte Komponenten (Assets) die- einem elektromechanischen Linearaktuator
ses Demonstrators in I4.0-Komponenten und zugehörigen Steuerungseinheiten und
überführt werden, in dem diese eigene VWS wird bei der Modellierung als ein Asset be-
erhalten. Durch die entsprechenden VWS trachtet. Ebenso wird eine Workstation als
werden die erwähnten Assets in einem I4.0- ein Asset betrachtet, die aus einem Trans-
System repräsentiert. Dabei werden rele- portband und einer Bohrmaschine besteht.
vante Informationen dieser Assets als Teil-
An den Beispielen dieser Assets soll die Aus-
modelle gemäß dem VWS-Metamodell in der
drucksstärke der Modellierungsmöglichkei-
Informationswelt abgebildet und in den ent-
ten des VWS-Metamodells, diverse Detaillie-
sprechenden VWS den potentiellen VWS-
rungsgrade und Modellierungstechniken bei
Nutzern zur Verfügung gestellt.
der Erstellung der Teilmodelle und Verwal-
tungsschalen zur Geltung kommen. Dies soll
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VWS-Referenzmodellierung
durch die Einführung unterschiedlicher normativer Anspruch. Trotzdem ist beabsich-
VWS-Interaktionspartner-Rollen, welche auf tigt, gute praktische Beispiellösungen anzu-
diese Rollen zugeschnittene Teilmodell-In- bieten.
halte erfordern, verdeutlicht werden. Ebenso
soll damit die Flexibilität des VWS-Metamo-
dells hinsichtlich der Einteilung der VWS-In- VWS-Interaktionspartner-
halte für unterschiedliche Stakeholder darge- Rollenbeschreibung
stellt werden, z. B. durch die Verwendung
des Konzeptes View. VWS sollen Informationen über ein Asset
über den gesamten Asset-Lebenszyklus hin-
Zusätzlich wird das Konzept der technologie- weg bereitstellen. Es kann durchaus sein,
neutralen, durchgängigen und interoperab- dass unterschiedliche Interaktionspartner
len Beschreibung und des Zugriffs auf die In- von VWS unterschiedliche Sichten auf ein
formationen am Beispiel der Modellierung ei- Asset haben und unterschiedliche Darstel-
nes elektrischen Motors gezeigt. lungen des Assets in seiner VWS erwarten.
Insgesamt werden für die Modellierung in Je nachdem können unterschiedliche Merk-
diesem Dokument folgende Assets ausge- male und Teilmodelle relevant sein. Um die
wählt: Vielfalt und Stärken der Ausdrucksmöglich-
keiten des VWS-Metamodells zu veran-
● Asset 1: Transporteinheit insgesamt schaulichen, werden in diesem Kapitel drei
● Asset 2: Motor mit Encoder des Del- Rollen der Interaktionspartner von VWS ein-
ta-Roboters geführt. Als mögliche Interaktionspartner
● Asset 3: Workstation insgesamt werden zunächst Werkzeuge für Planung
● Asset 4: P&P-Station als Ganzes und Inbetriebnahme einer Anlage gesehen,
in der das jeweilige Asset verwendet werden
Diese Assets werden mit eigenen VWS aus- soll. Als dritte Interaktionspartner-Rolle wur-
gestattet. Die bei der Modellierung der VWS den Service Requester und Service Provider
entstandenen Teilmodelle haben keinen An- eingeführt. Da es vorstellbar ist, dass einige
spruch auf die fachliche Korrektheit und Voll- Komponenten der P&P-Station in bestimm-
ständigkeit. Die vollständigen und wider- ten I4.0-Anwendungsszenarien als auto-
spruchsfreien Teilmodelle für die Abbildung nome Dienstleister betrachtet werden kön-
von diversen Aspekten von in diesem Doku- nen, wie z. B. Transporteinheit und Worksta-
ment betrachteten Assets entstehen derzeit tion als Anbieter von Transport- oder Bohr-
in Arbeitsgruppen und Gremien der jeweili- dienstleistungen. Um diese VWS-Interakti-
gen Expertenorganisationen. Nach Möglich- onspartner-Rollen zu charakterisieren, wer-
keit und dem Kenntnisstand der Autoren wird den die eventuellen Anforderungen an die
im Dokument auf die jeweiligen Arbeiten ver- VWS-Inhalte aus Sicht dieser Rollen spezifi-
wiesen. ziert. Die Definition von VWS-Interaktions-
partner-Rollen, die Auswahl von Teilmodel-
len und ihren Inhalten haben keinen allge-
(3) Modellierungsmethode meingültigen Charakter und gelten nur im
Kontext dieses Dokument.
In diesem Kapitel werden Festlegungen zum
allgemeinen Vorgehen bei der Modellierung
und Erstellung von VWS für die exempla-
risch ausgewählten Assets des Demonstra-
tors getroffen. Es sei noch einmal darauf hin-
gewiesen, dass es sich hier um eine beispiel-
hafte Anwendung der Modellierungsmöglich-
keiten der VWS handelt. Es besteht kein
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VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 3-1: VWS-Interaktionspartner-Rollen ○ Elektrische, pneumatische, hyd-
raulische und mechanische
Schnittstellen
VWS-Interaktionspartner-Rolle ○ Einsatzbedingungen (z. B. klima-
“Anlagenplanungswerkzeug” tisch, Betriebstemperaturen)
○ Funktionale Ein- und Ausgänge
Die Planung einer komplexen Anlage stellt ● Montagevorschriften
eine herausragende Rolle innerhalb der Le- ● Wartungsmanagement
bensphasen einer Anlage dar. Der Planer ei-
ner Anlage bzw. der Anlagenkonstrukteur er-
stellt ein Pflichtenheft, in dem prinzipielle An- VWS-Interaktionspartner-Rolle
forderungen an die Eigenschaften der ge- “Inbetriebnahmewerkzeug”
planten Anlage definiert werden.
Hersteller von Komponenten erstellen eine Eine VWS kann auch eine technologieneut-
datentechnische Beschreibung ihrer Kompo- rale interoperable Schnittstelle eines Assets
nenten. Diese Beschreibung soll im Sinne bereitstellen, die eine Kopplung des Assets
von Konzepten der Industrie 4.0 in Form ei- mit Engineering- und Steuerungssoftware für
ner VWS mit entsprechenden Teilmodellen das Testen und die Inbetriebnahme ermög-
zur Verfügung gestellt werden. Diese VWS licht.
beschreibt den Asset-Typen.
Dabei soll die VWS als eine Asset-Schnitt-
Der Abgleich der angeforderten und zugesi- stelle dem Inbetriebnehmer ermöglichen,
cherten Eigenschaften von Komponenten, das Asset zu parametrieren und einen Funk-
beziehungsweise die Prüfung auf die Erfül- tionstest des Assets durchzuführen. Dafür
lung der geforderten Eigenschaften soll im sollen die Funktionalitäten des Assets aufge-
Sinne von I4.0 mit Hilfe eines Planungswerk- rufen und gesteuert werden können (Abbil-
zeuges möglichst automatisiert bzw. teilauto- dung 3-3).
matisiert erfolgen. Dies erfordert eine durch-
gängige und interoperable Beschreibung der Zum Nachweis der angeforderten Prozessfä-
Eigenschaften in der VWS des Asset-Types higkeit der Anlage soll es dem Inbetriebneh-
in Form von entsprechenden Teilmodellen mer möglich sein, und Asset-Funktionalitä-
der Komponenten. Diese Beschreibung soll ten zu überprüfen und die relevanten Sens-
von dem Planungswerkzeug eingelesen und ordaten auszulesen. Diese sollen z. B. für die
korrekt interpretiert werden (Abbildung 3-2). Erstellung der Kennlinien verwendet werden
können, die weitere Aufschlüsse bezüglich
der Funktionstüchtigkeit der Anlage ermögli-
chen sollen.
Abbildung 3-2: Auswahl von Teilmodellen für das An-
lagenplanungswerkzeug
Teilmodelle für die Rolle Planer: Abbildung 3-3: Auswahl von Teilmodellen für das Inbe-
triebnahmewerkzeug
● Technical Data für die Planer einer
Anlage
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VWS-Referenzmodellierung
Teilmodelle für die Rolle Inbetriebnehmer: den Interaktionspartnern bereitstellen kön-
nen.
● Typenschild
Die Assets werden in solchen Szenarien zu
● Dokumentationen
autonomen Service Provider oder Service
● Technical Data für Inbetriebnehmer
Requester (Abbildung 3-4). Die VWS ermög-
○ Mess- und Stellbereiche
lichen eine Teilhabe an horizontalen proto-
○ Elektrische und kommunikations-
kollbasierten Interaktionen, wie sie beispiels-
technische Schnittstellen
weise in der VDI/VDE 2193 - Richtlinie für
● Teilmodelle für funktionale Daten
das Ausschreibungsverfahren definiert sind.
○ Aktualdaten von Mess- und Stell-
werten, z.B. “Motorstrom”, “Posi-
tion”
○ Einstellparameter der Geräte und
Komponenten
○ Status- und Diagnosewerte über
die Anlage und über die Geräte
und Komponente
VWS-Interaktionspartner-Rolle Abbildung 3-4: Auswahl von Teilmodellen für die auto-
“Service Requester und Service nomen VWS
Provider”
Eine semantisch eindeutige maschinenles- Die Teilmodelle sollen folgende Informatio-
bare Beschreibung der Eigenschaften und nen bereitstellen können:
Fähigkeiten von Assets, so wie diese die ● Welchen Zweck erfüllt das Asset?
Teilmodelle für Planer und Inbetriebnehmer ● Was sind die Fähigkeiten des Assets
bieten, ist ein wichtiger Schritt zur Erhöhung und welche Dienstleistungen kann das
der Interoperabilität und Integration von Asset/ I4.0-Komponente anbieten?
Komponenten der Automatisierungstechnik. ● Technische Daten für die detaillierte
Anwendungsbereich ist die Produktions- Überprüfung der Anforderungen (siehe
stätte des Betreibers, welcher die eigentliche Planer)
Produktionsfähigkeit des Assets in seine
Produktions- und Arbeitspläne einbinden
möchte und somit eine einfache Integration Festlegungen zum allgemei-
in ERP- oder MES-Systemen anstrebt. nen Vorgehen bei der
Jedoch erfordern bestimmte I4.0-Anwen-
dungsszenarien eine gewisse Autonomie der Modellierung
Produktionssysteme und ihrer Komponen- In diesem Dokument wird beschrieben, wie
ten, z. B. dynamische Optimierung der Pro- eine P&P-Station (der prinzipielle Aufbau
duktionsauslastung, Vermeidung von Still- dargestellt in Abbildung 2-2) in einem I40-
standszeiten durch Maschinenausfälle, auf- System digital repräsentiert und mit eigenen
tragsgesteuerte Produktion sowie die dyna- VWS ausgestattet werden können. Die fol-
mische Orchestrierung von Produktionsres- genden Annahmen und Anforderungen lie-
sourcen für eine kostenoptimierte Pro- gen der Struktur der VWS der P&P Station
duktion in Losgröße Eins. Zu diesem Zweck zu Grunde:
sollen die Teilmodelle der VWS die Informa-
tionen über die Asset-Fähigkeiten oder die ● I4.0-Komponenten bestehen aus ei-
von Assets angebotenen Dienstleistungen nem Asset und seiner VWS. Assets
können durch eigene VWS oder in
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Teilmodellen einer VWS beschrieben der Asset-Instanzen ausgewählte
werden, in der dieses Asset ein Be- VWS der entsprechenden Asset-Ty-
standteil ist. Dies wird durch SelfMana- pen modelliert. VWS ist eine digitale
gedEntity und CoManagedEntity be- Abbildung eines Assets. In unter-
schrieben. Dies wird hier beispielhaft in schiedlichen Lebenszyklusphasen
einer Bill of Material (BoM) gezeigt. wird diese digitale Abbildung von un-
● Einige VWS eines „self-managed“-As- terschiedlichen Interaktionspartnern
sets haben eine Stückliste (Teilmodell benutzt.
mit semanticId BOM) ● Damit die unterschiedlichen Interakti-
● Das Gerüst mit seinen mechanischen onspartnern die für sie relevanten Teil-
Teilen wird als Teilmodell der P&P-Sta- modelle identifizieren können, wird das
tion-VWS beschrieben und besitzt Konzept “View” für die Strukturierung
keine eigene VWS. von VWS-Inhalten beispielhaft einge-
● Als Komponenten werden in diesem führt. Views können auch verwendet
Dokument jeweils die Bestandteile der werden, um Informationen zu gruppie-
P&P-Station, bzw. allgemein die Be- ren, die für den Asset Type und die As-
standteile von Assets bezeichnet. set Instanz von Bedeutung sind. Dann
● Die Assets werden mit einer oder meh- können beide Aspekte in einer VWS
reren VWS versehen, die als eigen- enthalten sein.
ständige Komponente betrachtet wer- ● Jede VWS hat je ein Teilmodell für
Nameplate, Dokumentation und Tech-
den1. Dahinter steht die Idee, dass die
nicalData
eigenständige Komponente auch eine
in sich konsistente Beschreibung hat,
Abbildung 3-5 zeigt auszugsweise eine mög-
die z. B. vom Zulieferer bereitgestellt
liche Abbildung der ausgewählten Kompo-
wird. Diese Assets werden als „Self- nenten der P&P-Station in VWS. Es wird
ManagedEntity“ (5.5) bezeichnet. prinzipiell zwischen dem Asset-Typ und der
● P&P-Station als Ganzes wird als ein Asset-Instanz unterschieden. Der Asset-Typ
Asset betrachtet und erhält eine eigene wird durch die Katalogdaten und weiteren
VWS. Die VWS der P&P-Station bein- Planungsunterlagen beschrieben, die noch
haltet als sogenannte Verbundkompo- keine spezifischen Angaben zum individuel-
nente in einem speziellen Teilmodell len Gerät oder zur individuellen Komponente
Referenzen/Verweise auf die VWS der haben (z. B. die mögliche Spannungsversor-
anderen modellierten Assets gungsvarianten).
● Als Asset werden die tatsächlich in die
P&P-Station eingebauten Automatisie-
rungskomponenten verstanden, sozu-
sagen die Instanzen. Dementspre-
chend werden die VWS dieser Assets
als die VWS von Asset-Instanzen ver-
standen.
● Zusätzlich wird es davon ausgegan-
gen, dass es Asset-Typen existieren.
Vollständigkeitshalber werden in die-
sem Dokument in Ergänzung zu VWS
1
In dieser Beschreibung wird nur ein Subset der möglichen Beschreibung aller VWS würde den Rahmen des Dokumen-
VWS tatsächlich aufgenommen. Eine vollständige tes sprengen.
Page 11/48VWS-Referenzmodellierung Abbildung 3-5: Übersicht über die VWS Modellierung der P&P-Station (Ausschnitt) In Abbildung 3-2 sind auszugsweise nur die In den Abbildungen 3-6 bis 3-8 wird die Aus- P&P-Station selbst (PandPtype)2, der Delta- wahl der in diesem Dokument beispielhaft Roboter (DeltaRobot), die Workstation und beschriebenen VWS dargestellt. der Motor dargestellt. Jeder Asset-Typ ist durch eine VWS repräsentiert (PaP: AAS), die z. B. beim Verkauf mitgeliefert wird. Be- trachtete Asset-Typen sind u. a. die P&P- Station selbst (PaP1: PandPtype), ein Delta- Roboter (Robot1: DeltaRobot), eine Work- station (Workstation1: Workstation, …) und ein Motor (Motor1: Motor, …). Zwischen As- set-Instanz und VWS von einer Asset-In- stanz und VWS eines Asset-Types und gibt Abbildung 3-6: Die in Kapitel 4 für die Abbildung des es Beziehungen, die im Kapitel 5.6 näher be- Motors erstellten Teilmodelle schrieben werden. Diese sind hier als Links (zwischen den Asset-Instanzen und der VWS – durchgezogene Linie) und als De- pendency (zwischen den Asset-Typen und VWS – durchgezogene Linie) beschrieben. 2 Die Angaben in den Klammern dieses Abschnitts sind die Bezeichner der Klassen und Objekte in Abbildung 3-2 Page 12/48
VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 3-10 zeigt einen anderen Weg.
Hier werden die Teilkomponenten mit eige-
nen VWS ausgestattet. Dies ist sinnvoll,
wenn die Teilkomponenten separat erwor-
ben und beim Nutzer zusammengesetzt wer-
den. Die Beschreibung befindet sich im
Kapitel 4.6 und 4.7.
Abbildung 3-7: Die in Kapitel 4 für die Abbildung der
Transporteinheit erstellten Teilmodelle
Abbildung 3-9: Built-in Assets der I4.0-Komponente
“Motor with integrated encoder” werden als Teilmodelle
in der VWS modelliert
Abbildung 3-8: Die in Kapitel 4 für die Abbildung der
Workstation erstellten Teilmodelle
Für die Modellierung zusammengesetzter Abbildung 3-10: VWS der Workstation verweist auf die
Assets werden hier zwei verschiedene Mög- VWS von Built-in Assets der Workstation
lichkeiten verwendet. Dies soll den Gestal-
tungsraum beim Entwurf verdeutlichen.
Nutzung des AASX-Package-
Abbildung 3-9 zeigt, wie weitere Informatio-
nen zu einzelnen Bauteilen des Motors (hier
Explorers zur Veranschauli-
der Encoder) in einem Teilmodell des zu- chung
sammengesetzten Assets beschrieben wer-
Die dargestellten Modellierungen sind gene-
den können. Dies ist dann sinnvoll, wenn die
rell als Beispiele zu verstehen, die die Model-
Einzelteile dauerhaft miteinander verbunden
lierungselemente und -möglichkeiten veran-
sind und die Assets in der Regel nur zusam-
schaulichen. Sie sind keine Vorgaben. Des-
mengesetzt erworben werden. Auch kann
halb werden auch manchmal verschiedene
der Motorhersteller durch diesen Modellie-
Modellierungsmöglichkeiten in verschiede-
rungsansatz Informationen zum Encoder
nen Beispielen verwendet.
einbinden (bspw. die Positioniergenauigkeit)
ohne dessen VWS an den nächsten Wert- Zur Veranschaulichung werden alle Bei-
schöpfungspartner weiterzureichen. Die un- spiele mit dem AASX-Package-Explorer in
terschiedlichen Teilkomponenten werden in der zurzeit verfügbaren Version verwendet.
separierten Teilmodellen beschrieben. Dies Die AASX-Dateien sind unter http://liabro-
ist sinnvoll, wenn die Komponente nur als ker.ddns.net:51001/ einsehbar.
Ganzes erworben werden kann. Die Be-
schreibung befindet sich in Kapitel 4.3 und
4.4.
Page 13/48VWS-Referenzmodellierung
Nicht alle beispielhaften Umsetzungen im die Transportaufgaben zwischen den Work-
Package Explorer entsprechen zurzeit der stations. Ein Planer hat zunächst eine grobe
Version 3.0 RC01 der VWS-Spezifikation. Sicht und betrachtet den Deltaroboter und
Trotzdem sind die Autoren der Meinung, die Workstations als jeweils eine Kompo-
dass die AASX-Modelle und die daraus ent- nente. In diesem Sinne ist die P&P-Station
standenen Screenshot das Verständnis un- eine I4.0 Verbundkomponente (Abbildung 4-
terstützen. 1). Eine Stückliste (Bill of Material - BoM) lis-
tet die Komponenten auf. Dies wird näher in
Kapitel 5.6 erläutert. Wie für diese Modellie-
(4) Modellierung der aus- rung festgelegt (Kapitel 3.2), hat die VWS der
P&P-Station die Teilmodelle Nameplate,
gewählten Komponenten Documentation und TechnicalData. Die Teil-
der P&P-Station modelle Nameplate und Documentation be-
ruhen auf den entsprechenden Teilmodell-
Dieses Kapitel beschreibt die exemplarische Templates. Nähere Informationen sind in
Modellierung der in Kapitel 2 ausgewählten [DNI20] und [DD20] enthalten. In diesen
Assets in Form von VWS und Teilmodellen. Teilmodellen wird die Station als Ganzes be-
Der dargestellten Modellierung liegt die im schrieben, wie z. B. die elektrischen An-
Kapitel 3 beschriebene Modellierungsme- schlusswerte und die geometrischen Abmes-
thode zugrunde. sungen. Der Planer braucht jedoch auch die
technischen Details der Komponenten. Des-
halb hat die VWS der P&P-Station Beziehun-
P&P-Station aus Sicht der Pla- gen (Relationship) zu den VWS der Kompo-
nung nenten. Diese sind in einem eigenen Teilmo-
dell “CompositeRelationship” hinterlegt (nä-
Der Demonstrator ist eine P&P-Station, in here Beschreibungen dazu in Kapitel 5.8).
der drei Workstations verschiedene Fähig-
keiten anbieten. Ein Deltaroboter übernimmt
Abbildung 4-1: Teilmodell-Übersicht P&P-Station Typ
Page 14/48VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 4-2: Ansicht der VWS des Motortyps
Über den Einstiegspunkt der P&P-Station “derivedFrom” beschreibt keine klassische
VWS werden damit sowohl alle Komponen- objektorientierte Typ/Instanz-Beziehung.
ten, die zur Station gehören als auch ihre Da-
ten auffindbar. In ihnen sind die typbezoge- Hier wird lediglich ausgedrückt, dass die As-
nen Daten der Komponenten enthalten. set-Instanz-VWS einmalig bei der Instanziie-
rung Elemente aus dem Asset-Typ-VWS
übernimmt oder durch Referenz auf die Da-
P&P-Station aus Sicht der ten der anderen VWS diese zugreifbar
Inbetriebnahme macht. Dabei können die Elemente der VWS
verändert, gekürzt oder ergänzt werden.
Sind die konstruktiven Arbeiten der Planung
beendet und die Komponenten bestellt und
geliefert, so muss die Montage und Inbe- Motortyp aus Sicht der
triebnahme durchgeführt werden. Die VWS Planungs- und Inbetrieb-
der P&P-Station Instanz verweist nicht wie
ihr Typ auf jeweils eine Asset-Typ bezogene nahme
Komponenten-VWS, sondern auf alle in- Der Demonstrator beinhaltet drei Schrittmo-
stanzbezogenen VWS, in diesem Beispiel toren zur Ansteuerung des Delta-Roboters.
auf drei Workstations und einen Deltarobo- Alle drei Motoren sind Ausprägungen dessel-
ter. Wie in den folgenden Kapiteln beschrie- ben Produkttyps. Daher wird zunächst eine
ben, unterscheiden sich die Teilmodell-Ein- VWS für diesen Typ modelliert. Abbildung 4-
träge der I4.0-Komponenten zwischen de- 2 zeigt die Ansicht der VWS des Motortyps
nen die den Asset-Typ und die Asset-Instanz im AASX Package Explorer.
beschreiben. Die VWS der Instanz der P&P-
Station verwendet das VWS-Attribut “deri- Angelegt sind ein Asset sowie eine zugehö-
vedFrom”, in dem die AASId der VWS des rige VWS. Das Asset ist vom AssetKind
P&P-Station Types eingetragen wird.
Page 15/48VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 4-3: Teilmodell TechnicalData mit verschiedenen SubmodelElement-Typen
Type, da es den Typen des Motors repräsen- dem value-Attribut einer Property einen Be-
tiert. Die VWS enthält sechs Teilmodelle, de- reich zuzuweisen bzw. auf eine Datei zu ver-
ren Wahl sich an der Gliederung der Doku- weisen. Die Property mit dem Bezeichner
mentationsunterlagen [IGUS03] des Motors protection type verwendet zudem eine Valu-
orientiert. Sämtliche IDs der Teilmodelle fal- eID, um für deren Ausprägung auf einen
len unter die Authority www.ovgu.de. standardisierten Wert aus einer ValueList zu
verweisen (bspw. IP65, IP67). Einzelne Sub-
Alle Teilmodelle sind hier vom ModelingKind
modelElements sind einem der beiden Views
Instance.Die SubmodelElements der Teilmo-
„Engineering“ oder „Commissioning“ zuge-
delle vom Kind Instance sind ebenfalls vom
wiesen. Verschiedene Nutzerrollen können
Kind Instance. Die des einen Teilmodells
damit gezielt auf die für sie als relevant er-
vom Kind Template sind ebenfalls vom Kind
achteten SubmodelElements zugreifen.
Template. Alle SubmodelElements tragen
semanticIds, die als GlobalReference vom
Typ IRDI oder IRI auf einen Standard wie z. Motorinstanz aus Sicht der
B. ECLASS oder IEC61360-CDD verweisen.
Planung- und Inbetriebnahme
Abbildung 4-3 zeigt exemplarisch für das Abbildung 4-4 zeigt die Ansicht der VWS ei-
Teilmodell TechnicalData, dass verschie- ner Motorinstanz im AASX Package Explo-
dene Subtypen von SubmodelElements Ver- rer. Hiervon liegen insgesamt drei vor. Ange-
wendung finden. So enthält dieses Teilmo- legt sind ein Asset sowie eine zugehörige
dell neben dem häufig verwendeten Typ Pro- VWS. Das Asset ist vom ModelingKind In-
perty auch die Typen Range und File, um stance, da es eine Instanz des Motors
Page 16/48VWS-Referenzmodellierung Abbildung 4-4: Ansicht der VWS einer Motorinstanz repräsentiert. Die VWS enthält nun nur noch fünf Teilmodelle, da bezüglich des Teilmo- dells Nameplate nun keines vom Modeling- Kind Template mehr benötigt wird. Stattdes- sen haben nun alle SubmodelElements von Nameplate konkrete Werte und sind daher in einem einzigen Teilmodell vom Modeling- Kind Instance zusammengefasst. Auch die Instanz-VWS enthält wieder die beiden Views „Engineering“ und „Commissi- oning“. In Abbildung 4-5 ist exemplarisch die View „Commissioning“ aufgeklappt. Zu se- hen sind die Verweise auf SubmodelEle- ments der verschiedenen Teilmodelle. Die Zuordnung zu den Views ist als beispielhaft anzusehen und wird je nach Verwendungs- zweck des Assets und dessen VWS unter- schiedlich ausfallen. Das Metamodell selbst kann dafür keine Kriterien bieten. In den üb- rigen Aspekten unterscheidet sich die In- Abbildung 4-5: Ansicht der VWS einer Motorinstanz mit stanz-VWS nicht von der zuvor beschriebe- aufgeklappter View „Commissioning“ nen Typ-VWS. Page 17/48
VWS-Referenzmodellierung
VWS der Transporteinheit: liegen in dem das Capability-
Teilmodellelement eingetragen ist oder die
Teilmodelle für SP/SR Merkmale sind in einem anderen Teilmodell,
In den vorherigen Kapiteln wurde erklärt, wie das durch Referenz vom Teilmodell mit dem
die Eigenschaften, Parameter und Zustände Capability-Teilmodellelement verbunden ist.
von Assets mit Merkmalen als Teilmodelle Ein Capability-Teilmodellelement beschreibt
modelliert werden können. Die nächste Her- die Fähigkeit eines Assets oder einer Kom-
ausforderung ist es zu beschreiben, wozu ponente, eine bestimmte Funktion zu erfül-
die Assets geeignet sind, um ihre Verwen- len. Die Merkmalsätze für die Beschreibung
dung exakt definieren zu können. Damit ein von unterschiedlichen Capability-Teilmo-
Asset in einem CPS eingebunden werden dellelementen sind funktionsspezifisch und
kann, muss dieser Gegenstand relevante In- können für jede technische Funktion in Pro-
formationen und die Beschreibung seiner duktbeschreibungsstandards (z. B. EC-
Fähigkeiten in seiner VWS bereitstellen. In LASS) zur Verfügung gestellt werden.
I4.0-Systemen können manche I4.0-Kompo-
nenten vertragliche Verhandlungen zur Ein- Wie auf der Abbildung 4-6 dargestellt, stellt
das in diesem Kapitel betrachtete Asset eine
bringung von Produktionsleistungen unter-
Transporteinheit dar. Die Aufgabe bzw. er-
stützen. In einem Dienstsystem, das in In-
dustrie 4.0 zur Anwendung kommt, können wartete Wirkung dieses Assets ist es, ein
manche I4.0-Komponenten als Dienstleis- Werkstück innerhalb der P&P-Station von A
tungserbringer oder –nutzer aufgefasst wer- nach B zu transportieren.
den. Die Informationen über die verfügbaren
Dienstleistungen und bereitgestellten Funkti-
onen müssen in einer Weise zur Verfügung
gestellt werden, dass alle Interaktionspartner
diese auch gleich verstehen. Das bedeutet,
dass die Semantik der Dienst- und der Funk-
tionsbeschreibung eindeutig sein muss.
In der heutigen Diskussion der I4.0-Commu-
nity spielen die Begriffe „Funktion“, „Funktio-
nalität“, „Fähigkeit“, „Skill“, “Operation”, Abbildung 4-6: Agiert die Transporteinheit im I4.0-Sys-
“Capability” „Prozess“, „Service“, „Dienst“ tem als ein autonomer Dienstleister, werden ihre Fä-
und „Dienstleistung“ zur Beschreibung einer higkeiten und angebotene Dienstleistungen in der
VWS beschrieben
Wirkung eines Assets eine zentrale Rolle.
Jedoch ist ein Konzept zu einer sauberen Dementsprechend ist die Fähigkeit der
Abgrenzung dieser Begriffe den Autoren Transporteinheit Dinge von A (Startposition)
nicht bekannt. nach B (Zielposition) mit dem Capability-
In diesem Dokument werden Begriffe „Funk- Konzept [PLA20] zu modellieren.
tion“, „Funktionalität“, „Fähigkeit“ als Syno- Die Abbildung 4-7 zeigt einen beispielhaften
nym gesehen und mit dem VWS-Metamodell Modellierungsansatz. In diesem Beispiel be-
Element “Capability” modelliert. Die Begriffe inhaltet das Teilmodell “Capability” alle Cap-
„Service“, „Dienstleistung“ und „Dienst“ sind abilities über die ein Asset verfügt. In diesem
im Kontext dieses Beitrages auch als Syno- Fall handelt es sich um eine Capability, näm-
nyme gesehen. Soll zum Beispiel eine lich “Transportieren”. SemanticId der Capa-
Dienstleistung mit Merkmalen modelliert bility “Transportieren” verweist auf die ent-
werden, so kann dafür ein Capability-Teilmo- sprechende semantische Beschreibung im
dellelement verwendet werden. Die Merk- ECLASS-Standard. Das Capability-Modellie-
male können sowohl in dem Teilmodell rungskonzept, beschrieben im relevanten
Page 18/48VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 4-7: Beschreibung der Capability “Transportieren” angelehnt an das Konzept der Capability-Beschreibung im
Capability-Whitepaper [DCI20]
Whitepaper der Plattform I4.0 [DCI20], sieht kommt ohne Verwendung der Operationen
vor, dass es ein zweites Teilmodell gibt, dass aus. Die in dem vorigen Beispiel der Opera-
die Merkmale für die Beschreibung der As- tion zugeordneten Properties werden in dem
set-Fähigkeit beinhaltet. Dabei sieht das Mo- Alternativvorschlag dem Teilmodell “Trans-
dellierungskonzept eine Strukturierung eini- porting” direkt zugeordnet.
ger Merkmale zu den einzelnen Operationen
vor, um die Ausführung der Capability zu
spezifizieren. In diesem Beispiel gehören
dazu Start- und Zielposition, Material und
Gewicht des transportierenden Werkstü-
ckes. Soll eine Dienstleistung modelliert wer-
den, so können dem Teilmodell zusätzlich zu
den Funktions-beschreibenden (techni-
schen) Merkmalen die Dienstleistung-be-
schreibenden (kaufmännischen) Merkmalen
hinzugefügt werden (z. B. Preis, Ort und Zeit
der Erbringung einer Dienstleistung).
Abbildung 4-8: Alternative Möglichkeit, Capability
Die in dem Capability-Whitepaper [DCI20] “Transportieren” zu beschreiben
dargestellten Konzepte der VWS-Capability
und VWS-Operation lassen sich auch anders
interpretieren, so dass eine alternative ver- Workstation-Typ aus Sicht der
einfachte Variante der Capability-Beschrei- Planung
bung vorstellbar wäre. Die in der Abbildung
4-8 dargestellte Capability-Beschreibung Das VWS-Konzept unterstützt die Aggrega-
tion von I4.0-Komponenten zu einer neuen,
Page 19/48VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 4-9 - Klassendiagramm Workstation
übergeordneten I4.0-Komponente [PLA17]. In der P&P-Station sind drei Instanzen des
Daraus ergibt sich, dass unterschiedliche AssetType workstation_type3 verbaut. Ge-
Möglichkeiten existieren, die Asset- und mäß RAMI 4.0 ist es sinnvoll, den Produktle-
VWS-Struktur der Bearbeitungsstation benszyklus von Assets nach Typ- und In-
(Workstation) zu modellieren. In diesem Ab- stanzinformationen zu separieren (siehe Ab-
schnitt werden die Komponenten, aus denen schnitt 5.6). Dieser Abschnitt zeigt die Mo-
sich die Workstation zusammensetzt, als je- dellierung einer VWS der Workstation als As-
weils eigene VWS modelliert (Vgl. Abbildung setType. Ein Vorschlag, wie die VWS einer
4-9). Die Workstation ist dann ein Asset, wel- AssetInstance aus der VWS eines As-
ches sich aus verschiedenen Sub-Assets, setType abgeleitet werden kann, wird in Ab-
wie Steuerung, Förderband und Bohrmodul, schnitt 4.6 beschrieben.
zusammensetzt.
Neben der SPS (PLC_workstation) besteht
Dies ist in der Praxis durchaus vorstellbar, workstation_type weiterhin aus einem För-
weil die Workstation aus einer Menge ver- derband (conveyor_module) und einem Ro-
schiedener Zuliefererkomponenten konstru- tationsmodul (rotation_module). Diese As-
iert wird. In einem möglichen Zukunftsszena- sets bestehen wiederum aus weiteren Sub-
rio können die VWS der entsprechenden Assets, wie Aktoren und Sensoren. Aufgrund
Komponenten von den Zulieferern mitgelie- des Aufwands werden nur die Sub-Assets
fert und in die VWS der Workstation von des der ersten Ebene modelliert (Vgl. rot mar-
kierte Klassen und Aggregationsbeziehun-
sen Hersteller (bzw. Systemintegrator), in
gen in Abb. 4-9).
dem Fall die OvGU, integriert werden.
3
zur Schreibweise in diesem Kapitel: Die Stereotypen nutzen “_” für die Trennung der einzelnen Benen-
der Klassen sind die Modellelemente der VWS und ha- nungselemente.
ben die gleiche Schreibweise (CamelCase) wie in der
VWS-Spezifikation. Die Klassen- und Objektnamen
Page 20/48VWS-Referenzmodellierung Die Zuordnung der Beziehungen erfolgt für Informationen der Hersteller. Diese wurde diese I4.0-Komponente in einem eigenen von den Autoren dieses Dokuments festge- Teilmodell. Dieses Teilmodell enthält Relati- legt oder von den Typenschildern der Assets onships zwischen den Assets, die in dem abgelesen (siehe Tabelle 4-1). Ein Sonder- umgesetzten Beispiel (rot in Abbildung 4-10 fall wird bei dem AssetType der Steuerung gekennzeichnet) workstation_type zusam- PLC_workstation_type betrachtet. Die Typ- mengehören. Die Beziehungen werden auf Informationen werden hierbei nicht von ei- Asset-Ebene eingetragen (siehe Abbildung nem konkreten Hersteller übernommen. Der 4-10) und nicht auf der Ebene der VWS. Der Systemintegrator der Workstation hat ent- Grund hierfür ist, dass ein Asset prinzipiell schieden, je nach Bestand, SPSen unter- mehrere VWS besitzen kann und ein Aus- schiedlicher Typen einzubauen. Diese kön- tausch eingepflegt werden müsste. Vermut- nen prinzipiell auch von unterschiedlichen lich ist ein Austausch der Assets seltener. Herstellern stammen. Allerdings versichert Eine speziell für diese Aufgabe vorgesehene der Systemintegrator in dem Teilmodell andere Variante ist die Modellierung als Ver- TechnicalData, dass die genannten Merk- bundkomponente (siehe Kapitel 5.7) in dem male eingehalten werden. das Stücklisten-Teilmodell (Bill of Material - BoM, Kapitel 5.5) Verwendung findet. Jede VWS besteht aus den Teilmodellen Nameplate, Document (Sammlung relevan- ter Unterlagen), Service (Informationen bzgl. Support/Maintenance), Identification (identi- fizierende Merkmale) und TechnicalData (technische Merkmale). Die Auswahl der Merkmale und die Zuordnung von Werten ergibt sich aus den verfügbaren Abbildung 4-10 - Definition der Beziehungen zwischen den Sub-Assets der Workstation VWS im Teilmodell Relationships Page 21/48
VWS-Referenzmodellierung
Der gemeinsame Einsatz von Nameplate Insbesondere das Teilmodell TechnicalData
und Identification erscheint redundant, da erscheint interessant für einen Planer, der
zum Teil dieselben SubmodelElements ent- nach Komponenten sucht, welche die Anfor-
halten sind. Dies ist auf den Einsatz in ver- derungen einer geplanten Anlage befriedi-
schiedenen Use-Cases zurückzuführen. gen. In diesem Sinne stellen die Merkmale
Eine Fehlerquelle, die zu Inkonsistenz führen dieses Teilmodells hier Zusicherungen dar,
kann, besteht darin, gleichnamigen Submo- dass der Typ des entsprechenden Assets
delElements unterschiedliche Werte zuzu- diese Merkmale erfüllen wird.
ordnen.
Asset AssetKind Quelle
Workstation_type Type Eigene Festlegung
Rotation_module_type Type [FES01]
Conveyor_module_type Type [FES02]
PLC_workstation_type Type Eigene Festlegung
Workstation_instance1 Instance Eigene Festlegung
Drilling_module_instance1 Instance [FES01] + Typenschildinformationen
Conveyor_module_instance1 Instance [FES02] + Typenschildinformationen
PLC_workstation_instance1 Instance [WAG01] + Typenschildinformationen
Tabelle 4-1 - Informationsquellen für Teilmodelle der Workstation
AssetType kann durch die DerivedFrom-Be-
Workstation-Instanz aus Sicht ziehung kenntlich gemacht werden (siehe
Abb. 4-11).
der Planung
Bei der Ableitung einer VWS aus der VWS
Im Folgenden soll gezeigt werden, wie die eines AssetType können sich bezüglich der
VWS der AssetInstance der Workstation mo- SubmodelElements verschiedene Konse-
delliert wurde. Ein Asset vom Kind Instance quenzen ergeben:
ist ein konkretes Asset, welches nur einmalig
existiert. Im P&P-Demonstrator sind drei In-
stanzen des Typs workstation_type vorhan- ● die Art des SubmodelElements kann
den. Allerdings wird exemplarisch nur die In- sich ändern
stanz drilling_workstation_Instance1 model- ○ Beispiel: die Länge des Förderbands
liert. Die "Instantiierung" erfolgte im AASX vom workstation_type kann vom Kun-
Package Explorer durch das rekursive Ko- den bei der Bestellung in bestimmten
pieren der bestehenden VWS worksta- Grenzen konfiguriert werden und wird
tion_type. Rekursiv bedeutet in diesem Kon- daher als Range modelliert. Das För-
text, dass alle Teilmodelle und ihre Inhalte derband einer Instanz hat schließlich
aus der Quell-VWS übernommen werden. eine feste Länge und wird zum Pro-
idShort und id der neuen VWS, ihrer Teilmo- perty
delle und der Assets müssen umbenannt
werden. Die Ableitung von der VWS des
Page 22/48VWS-Referenzmodellierung
● die Bedeutung des Merkmals kann sich Workstation-Instanz: Teilmo-
ändern und erhält eine andere semanti-
cId delle für SP/SR
○ Beispiel: der Planer legt fest, dass Das Konzept der Modellierung der Fähigkei-
der SPS-Typ mind. 8 digitale Ein- ten und Dienstleistungen eines Assets mit
gänge erfordert (MinNumberOfIn- Capability-Teilmodellelementen wird im Ka-
puts: 0173-1#02-AAP328#001). Die pitel 4.6 eingeführt. Um Wiederholungen zu
Instanz der SPS hat 8 Eingänge vermeiden, wird für allgemeine Erläuterun-
(NumberOfInputs: 0173-1#02- gen an der Stelle auf das entsprechende Ka-
AAP508#003) pitel verwiesen.
Dieses Kapitel bezieht sich auf eine beispiel-
Es werden in einer VWS immer nur Merk- hafte Modellierung der Fähigkeit “Bohren”
male modelliert, welche für die Beschreibung der Workstation. Eine abstrakte Beschrei-
des jeweiligen AssetKinds relevant sind. bung der Capability der Workstation, in die-
Merkmale, die auf Instanz-Ebene existieren, sem Fall “Bohren”, angelehnt an das Beispiel
aber für die Beschreibung des AssetType in dem Capability-Whitepaper [DCI20], ist in
nicht relevant sind, müssen in einem geeig- der Abbildung 4-12 und Abbildung 4-13 dar-
neten Submodel in der VWS der AssetIn- gestellt.
stance hinzugefügt werden. Ein Beispiel ist
die Seriennummer eines Assets. Dieses
Merkmal wird nur in der VWS der AssetIn-
stance modelliert.
Abbildung 4-11: Derived From - Ableitung einer VWS aus Asset-Kind:Type
Page 23/48VWS-Referenzmodellierung
Die VWS-Capability- und VWS-Operation-
Konzepte lassen sich auch anders interpre-
tieren, so dass eine alternative Variante der
Capability-Beschreibung vorstellbar wäre.
Die auf der Abbildung 4-15 dargestellte Cap-
ability-Beschreibung kommt ohne Verwen-
dung der Operationen aus. Die in dem vori-
Abbildung 4-12: Agiert die Workstation im I4.0-System gen Beispiel der Operation zugeordneten
als ein autonomer Dienstleister, werden ihre Fähigkei- Properties werden in dem Alternativvor-
ten und angebotene Dienstleistungen in der VWS be- schlag dem Teilmodell “Boring” direkt zuge-
schrieben
ordnet.
Die Abbildung 4-16 zeigt wie die Beschrei-
bung der Capability “Bohren” ohne Verwen-
dung der Operationen im AASX Package Ex-
plorer umgesetzt wird.
Abbildung 4-13: Beschreibung der Capability “Bohren”
angelehnt an das Capability-Whitepaper [DCI20]
Die Abbildung 4-14 zeigt, wie die Beschrei-
bung der Capability “Bohren” im AASX Pack-
age Explorer umgesetzt wird.
Abbildung 4-14: Umsetzung der Beschreibung der Capability “Bohren” im AASX Package Explorer
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Abbildung 4-15: Alternativer Vorschlag zur Beschreibung der Capability “Bohren”
Abbildung 4-16: Umsetzung der Capability-Beschreibung (Option 2) im AASX Package Explorer
(5) VWS Modellierungs- Grundstruktur der VWS und
konzepte ausgewählte wichtige Attribute
Dieses Kapitel beschreibt die grobe Struktur
Dieses Kapitel greift wesentliche Konzepte
der VWS und stellt diese beispielhaft vor. Ziel
der VWS-Modellierung heraus und stellt
ist es, die Einstiegspunkte für die Modellie-
diese beispielhaft vor. Ziel ist es, das Zusam-
rung zu beschreiben.
menwirken verschiedener Modellelemente
für eine konkrete Aufgabe zu beschreiben. Die Asset Administration Shell (VWS) be-
steht aus der AssetInformation sowie den
Die Beispiele im Kapitel 5 beziehen sich auf
Teilmodellen und den Views. Alle vier Infor-
den Delta Roboter. Deshalb wird durchgän-
mationseinheiten haben Attribute, die diese
gig dessen technische Dokumentation [I-
näher beschreiben. Eine Auswahl von den
GUS01] als Asset-bezogene Informations-
Attributen mit ihren Kardinalitäten ist in Abbil-
quelle verwendet.
dung 5-1 eingetragen (weiße Schrift).
Security-Attribute und Funktionalitäten sind
durchgängig in allen Elementen verankert.
Page 25/48VWS-Referenzmodellierung
Abbildung 5-1: Übersicht der Grundstruktur der VWS
Zugrundeliegende Kapitel der Spezifikation
Das Asset und die ConceptDescriptions ge-
“VWS in Detail”
hören nicht in das Innere der VWS. Das As-
set wird durch die AssetInformation be- ● Kapitel 4.4.3 “Identifiers for Assets
schrieben. In der AssetInformation ist eine and Administration”
Referenz auf das Asset enthalten. Außer- ● Kapitel 4.4.4. “Which Identifier to use
dem kann auf eine Stückliste (Bill of Material in which Elements” (Table 2)
– BOM), die als Teilmodell beschrieben wird, ● Kapitel 4.7.2.2 “Referable”
verwiesen werden. Einige SubmodelEle- ● Kapitel 4.7.2.3 “Identifiable”
ments (z. B. Property) verweisen mit der se-
manticId jeweils auf ihre ConceptDescription
(gestrichelte Linie). Jedes Element ist identi-
fizierbar (siehe Kapitel 5.3). Darstellung im Package Explorer
Am Beispiel der VWS der P&P-Station sind
Identifizierung von Elementen in Abbildung 5-2 die Attribute der “Referable”
und “Identifiable” dargestellt. “idShort” ist das
wesentliche Attribut für Referable. Identifi-
Ziel des Kapitels able ermöglicht es verschiedene Typen von
Identifiern zu wählen, die im idType als IRI,
Darstellung der Verwendung der Konzepte IRDIs oder Custom angegeben werden. Ent-
für die Identifizierung von VWS-Elementen. sprechend ist dann die “id“ auszufüllen. Au-
ßerdem wird diese Angabe mit Version und
Revision versehen.
Page 26/48Sie können auch lesen
