Vorlesung 6

• Maschinenbau (M-CAD Daten)

  • Objekte

  • Beziehungen zwischen den einzelnen Objekten

  • Geometrien der einzelnen Objekte/Apparate

• Elektrotechniok (E-CAD Daten)

  • Objekte (Geräte)

  • Verkabelung

  • Signale

  • z.B. e-Plan

• Automatisierungstechnik (AT Daten)

  • POU´s

  • Variablen

  • Ablaufstruktur

  • z.B. CODESYS

• unstrukturierte Daten

• redundante Daten (kein Datenabgleich im ersten)

• unterschiedliche Datentypen

• unterschiedliche Bezeichnungen (Semantik)

• Austausch ist nicht trivial

• CAE-Systeme basieren meist auf heterogene, nicht kompatible Datenmodellen, in denen die Planungsergebnisse gespeichert werden

• Austausch zwischen den Tools erfolgt spezifisch (hohe Schnittstellenanzahl)

• kein automatisches Datenimport, eher manuelle Datenübernahme

• Planungstätigkeiten erfolgen mittels Nutzung von spezialisierten CAE-Tools

• nach NAMUR

• standardisierte Informationsmodelle erstellen

• Abbildung eines realen oder gedanklichen Gegenstands, das einen Teilaspekt der Funktionalität, Struktur oder Verhaltensweise in einem System

Wesentliche Rolle, da …

• repräsentieren die jeweiligen Planungsergebnisse der einzelnen Phasen

• Informationsgrundlage für nachfolgende Phasen und Planungstätigkeiten

Beispiele:

• statische Modelle / Strukturmodelle (Grundfließbild, R&I-Fließbild)

• dynamische Modelle zur Auslegung (Simulationsmodelle, Massen- und Energiebilanzen)

• Modelle zur Beschreibung von Abläufen (Petri-Netze, Automaten

• besitzen vordefinierte Elemente

• ein Objekt inklusive der spezifischen Attribute (=Eigenschaften) repräsentieren

• Zusammenhänge zwischen den Elementen ist fest definiert

Beispiel:

Element:

• Tank

Attributen:

• Volumen

• Höhe

• Material

Vorteile

• syntaktisch und semantisch einfach zu interpretieren

• gültiger Sprachraum

Nachteile

• fest definierte Modell-Elemente, die das Modell enthalten

• nicht, oder nur schwer erweiter- oder änderbare Struktur des Modells

  • nicht definierte Modelle können auch nicht in dem Modell dargestellt werden

• hohe Anzahl an spezifischen Datenformaten

• herstellerspezifisch bedeutet, dass geringe Kompatibilität mit anderen CAE-Tools

• Proprietäre Datenformate können von nachgelagerten Gewerken nicht importiert werden

• Informale Informationsübergabe (Excel, PDF …)

• Informationen gehen zwischen Gewerken verloren

  
  

• CAE-Systeme basieren auf heterogenen, nicht kompatiblen Datenmodellen, in denen die Planungsergebnisse gespeichert werden

• Durchgängige Nutzung von Planungsergebnissen wird verhindert

• Automatisierte Verwendung der Ergebnisse ist nicht möglich

  • manuelle Datenübertragung in die CAE-Tools weiterhin nötig

    • Zeit- und sehr kostenintensiv

    • Fehleranfällig z.B. Tipp- oder Interpretationsfehler (Qualität)

• Autodesk

• Catia

• E-Plan

• CODESYS

• SIMATIC Step 7

• mehr effizienz bei der Durchführung von Engineering Aufgabe

• Vermeidung von Zeitverlust an Schnittstellen

• Vermeidung von Informationsverlust an Schnittstellen

• Anwendung von neutralem Datenformat wie AML, Step oder Plant-XML

• weniger Schnittstellen zwischen CAE-Tools

• Alle sprechen die gleiche Sprache und verstehen sich

• Modelle können mit Algorithmen automatisch ausgewertet werden

• Planungsaufgaben können leichter, schneller und fehlerfreier und automatisiert durchgeführt werden

• Ein Meta-Modell enthält Informationen über ein Modell

• Es definiert die Elemente einer Modellierungssprache und die Beziehungen der Elemente untereinander

• Es wird nicht das Element im konkreten definiert/genannt!

• herstellerneutrales Datenformat

Vorteile

• sehr flexibel

  • keine Vordefinierten Elemente vorhanden, sondern beliebige Elemente können erzeugt werden

  • Elemente können beliebig viele Attribute unterschiedlicher Gewerke zugeordnet sein

• struktur der Anlage kann beliebt gewählt und beliebig tief gegliedert werden

Nachteile

• kaum semantische Informationen enthalten, die einem konkreten Objekt eine Bedeutung zuweisen (nur auf Basis des Meta-Modells)

• höherer Aufwand zur Erstellung einer Möglichkeit zur semantischen Interpretation der Modellinhalte

• Unabhängigkeit

  • Entkopplung der Daten von herstellerspezifischen Datenformaten und CAE-Tools der Hersteller

• Investitionsschutz

  • Lesbarkeit der Engineeringdaten orientiert sich an der Lebensdauer der Anlage (20 Jahre)

• Standardschnittstelle

  • durchgängiger Datenaustausch

• Qualität durch Automatismen

  • Automatische Übertragung von Masseninformationen

• Effizienz

  • Redukution des Engineeringaufwands durch konsequente Wiederverwendung existierender Engineeringdaten

• Alle Zwischenstände im Anlagenzyklus abbilden

• “Top-Down” und “Buttom-Up” Workflow-Arten unterstützen

• Unterstützen von objektorientierter Techniken

• Nutzung von Bibliotheken

• Felxibilität zur Änderung und Erweiterung von Planungsständen

• nutzt ein Bibliothekenkonzept die jeweils eine Säule abbilden

  • Schnittstellen (Materialschnittstellen, Signal- und ENergieschnittstellen)

  • Rollen (Platzhalter für technische Realisierung, z.B. Ventil, Tank, Sensor …)

  • SystemUnit (Objekte als Klassen, z.B. Ventile, Pumpen

• die vierte Säule bildet die Anlagenhierarchie

  • Struktur der zu projektierende Anlage

  • konkrete Anlagenelemente (Pumpen, Ventile, Sensoren, Behälter und Rohrleitungen

  • Verbindungen zwischen den Anlagenelementen

• Rollen fungieren als Platzhalter während des Entwurfsprozess der Anlage z.B. für Tanks, Ventil, Sensor etc.

• Grund: Zu Beginn des Engineerings wird zuerst die geplante Funktion festgehalten wie z.B. Flüssigkeit speichern

  • Wie dies technisch realisiert werden soll ist dabei noch unbekannt!

• Erst im weiteren Verlauf erfolgt eine Auswahl der technischen Realisierung unter beachtung verschiedenster Faktoren wie Bauraum, Sicherheitsaspekt, Materialanforderung, mechanische Auslegung etc.

• Anforderungen an einer Anlage ändern sich i.d.R. nicht

• SystemUnits können abstrakt oder konkret sein

• Mithilfe der SystemUnits können können konkrete technische Realisierungen in dem Modell erzeugt werden (=InstanceHierarchy)

• Ab einem Fortschrittsgrad im Engineering werden die Rollen mit der technischen Realisierung aus der SystemUnit aufgefüllt

• Die Anforderungen an die Rolle müssen stets erfüllt sein

• Abstrakte Klassen: Es sind Klassen einzelner Anlagenobjekte (Herstellerunabhängig)

  • Projektunabhängig

  • Herstellerunabhängig

• Konkrete Klassen: Das sind real existierende Objekte wie z.B. Pumpen oder Ventile verschiedener Größen, Materialien, Leistungen etc. vom Hersteller (Herstellerabhängig)

  • Projektunabhängig z.B. Produktkatalog

  • Herstellerabhängig z.B. Produktkatalog

    
    

• alle Materialschnittstellen wie z.B. Signal- und Energieschnittstellen oder Kraftschnittstellen

• überall dort wo el. Energie in mechanische Energie umgewandelt wird

• Eingang / Ausgang von Pumpen (Produktflusseingang/-ausgang)

• Kraftschnittstelle zwischen Antriebsmotor und Pumpe

• Schnittstellen in der Schnittstellen Bibliothek sind …

  • …Herstellerunabhämngig

  • …Projektunabhängig

• Schnittstellen in der InstanceHierarchy sind …

  • …Herstellerabhängig

  • …Projektabhängig

InstanceHierarchy:

• herstellerunabhängig: Tank T_003 oder Pumpe P_001

• herstellerabhängig:

  • Tank T_003

  • Hersteller: Heidolph

  • Typ: RZR 2051

• Ist ein Verbund aus

  • CAEX: Austausch von Anlagenstrukturinformationen

  • COLLADA: Austausch für 3D-Geometriedaten

  • PLCopen XML: Austausch für Programmiersprachen (Speicherprogrammierbaresteuerung)

• Unterstützt die 4 Säulen von CAEX

Ziele:

• Speicherung diverser gewerkespezifischer Anlagenplanungsdaten aus heterogenen CAE-Tools

• Austausch dieser Planungsdaten sowie den dazugehörigen Planungsbibliotheken zwischen den CAE-Tools