Projekte

itsowl-IV:
Clusterquerschnittsprojekt Intelligente Vernetzung

Projektlaufzeit: 1.7.2012 bis 30.6.2017 (Laufend)
Forschungsbereich: Industrielle Kommunikation : Industrielle Kommunikation, Industrielle Signalverarbeitung : Sensorfusion, Industrielle Kommunikation : Industrial Ethernet
Projektleiter: Prof. Dr.-Ing. Jürgen Jasperneite , Prof. Dr.-Ing. Volker Lohweg


  

Intelligente Technische Systeme werden in Zukunft in zunehmendem Maße in den unterschiedlichsten Anwendungen und Prozessen zu finden sein (Smart Factory, Smart Grid, Automobil, Gebäudeautomation, etc.). Dort sollen sie sich eigenständig vernetzen, untereinander autonom kom­mu­ni­zie­ren und ihren Zustand verlässlich ermitteln können. Die gesamte Integration sollte zukünftig idealerweise selbstkonfigurierend als Plug-and-play-Verfahren ohne jegliche Benutzerinteraktion erfolgen, um die zeitaufwendige und fehleranfällige manuelle Konfiguration der Systeme zu vermeiden. Neben der Selbstkonfiguration gewinnen die Zustandsdiagnose und Qualitätsüberwachung von komplexen, vernetzten Systemen basierend auf Sensor- und Informationsfusion zunehmend an Bedeutung, um die Möglichkeit der Erfassung des eigenen Zustands zu haben und darauf adaptiv reagieren zu können. Daraus resultiert ein System, welches fehlertoleranter und flexibler ist. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass zur Aufwandseinsparung und Fehlerreduzierung sowie damit verbundener Kostenersparnis durch Reduzierung von Ausfallzeiten ein Intelligentes Technisches System nicht nur aufgrund seiner mechanischen Konstruktion einfach in ein bestehendes System integrierbar sein muss, sondern insbesondere über neue Methoden der Selbstkonfiguration auf den drei Ebenen Konnektivität, Middleware und Anwendung verfügen und Selbstdiagnosemechanismen beinhalten muss.

Übergeordnetes Ziel des Clusterquerschnittsprojekt 3 – „Intelligente Vernetzung“ (itsowl-IV) ist es daher, die notwendigen Methoden und Basisarchitekturen für die Realisierung der Selbstkonfiguration und der Selbstdiagnose eines Intelligenten Technischen Systems zu erarbeiten. Die wichtigsten Anforderungen sind Interoperabilität, Verlässlichkeit, Selbstkonfiguration und Integrationsfähigkeit in res­sour­cen­be­schränk­te Geräte. Detailliertere Anforderungen werden basierend auf den in den Kernunternehmen durchgeführten Innovationsprojekten im Verlauf des Projekts ermittelt und analysiert. Im Projekt itsowl-IV sollen ein Entwurfsinstrumentarium für Kommunikationsprotokolle für die Vernetzung, Mechanismen zur Selbstkonfiguration auf den drei Ebenen Anwendung (Semantik), Middleware und Konnektivität sowie Verfahren zur Sensor- und Informationsfusion spezifiziert werden, die die Kernunternehmen für ihre Innovationsprojekte benötigen. Die Spezifikationen werden in Hard- und Soft­ware­kom­po­nen­ten im Rahmen einer Eva­luations­umgebung prototypisch realisiert, die von den Clusterpartnern für eigene Projekte genutzt werden kann. Für die Erreichung des Gesamtziels wurden auf Basis verschiedener Problemstellungen und Handlungsfelder die folgenden sieben Teilbereiche identifiziert und werden im Rahmen des Projektes bearbeitet.

  • Der Entwurf von Kommunikationsprotokollen auf Anwendungsebene soll mit modellbasierten Techniken unterstützt werden, da diese verschiedene Abstraktionen bieten und automatisierte Weiterverarbeitungen ermöglichen. Dafür soll eine Spezifikationstechnik für Kommunikationsprotokolle erstellt werden, mit der selbstkonfigurierende Kommunikation auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen modelliert werden kann.
  • Die semantische Selbstbeschreibungsfähigkeit erlaubt die Identifikation von Netzwerksignalen durch eine Selbstbeschreibungsfähigkeit zur Realisierung der Selbstkonfiguration. Sie ermöglicht die Gewinnung von semantischen Informationen über Kommunikationsteilnehmer und Kommunikationsnetzwerke, die als Grundlage für die Selbst­kon­fi­gu­ra­tions­fä­hig­keit bekannt sein müssen.
  • Der Entwurf und die Validierung einer Middleware, die sich in der dreischichtigen Architektur zwischen Anwendung und Konnektivität befindet, basiert auf existierenden Middleware-Ansätzen und soll die zu Projektbeginn identifizierten Anforderungen der IPs möglichst umfassend erfüllen. Sie dient im Wesentlichen zur Entkopplung der Softwaremodule der Anwendungsschicht von der darunter liegenden Netzwerktopologie.
  • Ein zur Laufzeit rekonfigurierbarer Echtzeit-Kommunikationskanal auf Netzwerkebene gewährleistet die deterministische Kommunikation. Er kann von existierenden Echtzeit-Ethernet-Systemen oder auch von Feldbussystemen wie CAN oder Flexray bereitgestellt werden. Die Rekonfigurierbarkeit zur Laufzeit und das dynamische Hinzufügen und Entfernen von (Teil-)Systemen oder Komponenten wird hierdurch ermöglicht.
  • Eine Entwicklungsmethodik zur Erstellung von Sensor- und Informationssystemen, die unter dem Gesichtspunkt der Ressourceneffizienz zu erforschende und entwickelnde Verfahren der Sensor- und Informationsfusion optimal auswählt und parametriert, soll bereitgestellt und validiert werden. Somit wird ein verlässlicher und nutzerfreundlicher Betrieb Intelligenter Technischer Systeme durch die Erfassung des Zustands des Systems selbst sowie eine Bewertung dessen ermöglicht.
  • Intelligente selbstadaptive Sensorsysteme sollen entworfen werden und eine zuverlässige Auskunft über den momentanen Zustand des Ereignisraumes ermöglichen. Diese Sensorsysteme beinhalten eine Reihe von Elementarsensoren und sollen sich den Eingangsgrößen des Ereignisraumes anpassen sowie die angestrebte Sensorsignalfusion ermöglichen.
  • Eine Evaluationsumgebung dient zur praxisnahen Validierung und Bewertung der im Rahmen des Projektes entwickelten Methoden und Konzepte. Gleichzeitig soll die Evaluationsumgebung als Technologieplattform für die in den Innovationsprojekten entwickelten Methoden und Systemkomponenten dienen. Durch die Integration neuer und etablierter Verfahren und Komponenten in eine gemeinsame Umgebung soll die Akzeptanz neuer Methoden bei den Industriepartnern gesteigert werden.

Konsortialführer

Institut für industrielle Informationstechnik, Lemgo

Partner

  • Fraunhofer IOSB, Anwendungszentrum Industrial Automation, Lemgo
  • Fraunhofer IPT, Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik, Paderborn
  • Universität Bielefeld, CITEC, Bielefeld
  • Universität Paderborn, C-LAB, Paderborn
  • Fraunhofer ENAS, Advanced System Engineering, Paderborn
  • Universität Paderborn, Fachgruppe Sensorik, Paderborn
Bild: Clusterquerschnittsprojekt Intelligente VernetzungBild: Clusterquerschnittsprojekt Intelligente Vernetzung


Publikationen:

Dürkop, Lars; Imtiaz, Jahanzaib; Trsek, Henning; Jasperneite, Jürgen: Service Oriented Architecture for the Auto-configuration of Real-Time Ethernet Systems. In: 3. Jahreskolloquium "Kommunikation in der Automation (KommA 2012)" Lemgo, Nov 2012 (Details)

Jasperneite, Jürgen: Industrie 4.0 - Alter Wein in neuen Schläuchen? In: Computer&Automation(12/12) S.: 24-28, Dec 2012 (Details)

Mönks, Uwe; Bator, Martyna; Dicks, Alexander; Lohweg, Volker: Informationsfusion mit verteilter elektromotorischer Sensorik im Maschinen- und Anlagenbau. In: Wissenschaftsforum Intelligente Technische Systeme (Heinz Nixdorf Institut, Paderborn)(9. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme) Apr 2013 (Details)

Dürkop, Lars; Imtiaz, Jahanzaib; Trsek, Henning; Wisniewski, Lukasz; Jasperneite, Jürgen: Using OPC-UA for the Autoconfiguration of Real-time Ethernet Systems. In: 11th International IEEE Conference on Industrial Informatics Bochum, Germany, Jul 2013 (Details)

Trsek, Henning; Jasperneite, Jürgen: Cloud Computing for Industrial Automation Systems - A Comprehensive Overview. In: 18th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) Cagliari, Italy, Sep 2013 (Details)

Shrestha, Ganesh Man; Imtiaz, Jahanzaib; Jasperneite, Jürgen: An Optimized OPC-UA Transport Profile to Bringing Bluetooth Low Energy Device into IP Networks. In: 18th IEEE IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (best WIP paper award) Cagliari, Italy, Sep 2013 (Details)

Mönks, Uwe; Priesterjahn, Steffen; Lohweg, Volker: Automated Fusion Attribute Generation for Conditioning Monitoring. In: 23. Workshop Computational Intelligence, 05.-06.12.2013, Dortmund VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA), Düsseldorf Dec 2013 (Details)

Hinrichsen, Sven; Jasperneite, Jürgen: INDUSTRIE 4.0 – Begriff, Stand der Umsetzung und kritische Würdigung. In: Betriebpraxis & Arbeitsforschung S.: 45-47, Dr. Curt Haefner-Verlag GmbH, Heidelberg, May 2013 (Details)

Dörksen, Helene; Mönks, Uwe; Lohweg, Volker: Fast Classification in Industrial Big Data Environments. In: 19th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) Barcelona Spain, Sep 2014 (Details)

Ehlenbröker, Jan-Friedrich; Mönks, Uwe; Wesemann, Derk; Lohweg, Volker: Condition Monitoring for Hazardous Material Storage. In: 19th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) Barcelona, Spain, Sep 2014 (Details)

Mönks, Uwe; Trsek, Henning; Dürkop, Lars; Geneiß, Volker; Lohweg, Volker: Assisting the Design of Sensor and Information Fusion Systems. In: 2nd International Conference on System-integrated Intelligence Bremen, Jul 2014 (Details)

Mönks, Uwe; Lohweg, Volker: Fast Evidence-based Information Fusion. In: 4th Internation Workshop on Cognitive Information Copenhagen, Denmark, May 2014 (Details)

Jasperneite, Jürgen: OPC UA on chip level as an enabler for Industry 4.0. In: Fachzeitschrift OPC-UA as pioneer of Industry 4.0 (R)Evolution (OPC Foundation) Feb 2014 (Details)

Gausemeier, Jürgen; Dumitrescu, Roman; Jasperneite, Jürgen; Kühn, Arno; Trsek, Henning: Auf dem Weg zu Industrie 4.0: Lösungen aus dem Spitzencluster it´s OWL. In: Imagebroschüre des Spitzenclusters zum Thema Industrie 4.0 Apr 2014 (Details)

Jasperneite, Jürgen; Hinrichsen, Sven: Das Chamäleon der Montage. In: Computer&Automation(04) S.: 30 - 33, Apr 2014 (Details)

Dürkop, Lars; Trsek, Henning; Otto, Jens; Jasperneite, Jürgen: A field level architecture for reconfigurable real-time automation systems. In: 10th IEEE Workshop on Factory Communication Systems Toulouse, May 2014 (Details)

Imtiaz, Jahanzaib; Jasperneite, Jürgen; Trsek, Henning: Control-as-a-Service from the Cloud: A Case Study for using Virtualized PLCs. In: IEEE Workshop on Factory Communication Systems (WFCS’2014) Toulouse, France, May 2014 (Details)

Niggemann, Oliver; Jasperneite, Jürgen: Konzepte und Anwendungsfälle für die intelligente Fabrik. In: Bauernhansl, Thomas; ten Hompel, Michael; Vogel-Heuser, Birgit (Hrsg.): Industrie 4.0 in Produktion, Automatisierung und Logistik Springer-Verlag, Jun 2014 (Details)

Pohlmann, Uwe; Trsek, Henning; Dürkop, Lars; Dziwok, Stefan; Oestersötebier, Felix: Application of an Intelligent Network Architecture on a Cooperative Cyber-Physical System: An Experience Report. In: 19th IEEE International Conference on Emerging Technology and Factory Automation (ETFA) Barcelona, Spain, Sep 2014 (Details)

Mönks, Uwe: Industrie 4.0: Intelligente Vernetzung als integraler Bestandteil. In: nrw.uniTS trifft Produktion: IT'S – YOUR FUTURE! Technische Universität Dortmund, Dortmund, Aug 2014 (Details)

Schriegel, Sebastian; Niggemann, Oliver; Otto, Jens; Dürkop, Lars; Henning, Steffen: Selbstkonfiguration in der Automation. In: VDI-Tagung Multisensorik in der Fertigungsmesstechnik 2015 Nürtingen, Mar 2015 (Details)

Dürkop, Lars; Jasperneite, Jürgen; Fay, Alexander: An Analysis of Real-Time Ethernets With Regard to Their Automatic Configuration. In: 11th IEEE World Conference on Factory Communication Systems (WFCS 2015) Palma de Mallorca, Spain, May 2015 (Details)

Dürkop, Lars; Wisniewski, Lukasz; Heymann, Sascha ; Lücke, Benedikt; Jasperneite, Jürgen: Analyzing the engineering effort for the commissioning of industrial automation systems. In: 20th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) Luxembourg, Sep 2015 (Details)

Ax, Johannes; Buda, Aurel; Schneider, Daniel; Hartfiel, John; Dürkop, Lars; Jungeblut, Thorsten; Jasperneite, Jürgen; Vedral, Andreas; Rückert, Ulrich: Universelle Echtzeit-Ethernet Architektur zur Integration in rekonfigurierbare Automatisierungssysteme. In: GI-Edition - Lecture Notes in Informatics (LNI): INFORMATIK 2015 Cottbus, Sep 2015 (Details)

Wisniewski, Lukasz; Schumacher, Markus; Jasperneite, Jürgen; Diedrich, Christian: Increasing Flexibility of Time Triggered Ethernet based Systems by Optimal Greedy Scheduling Approach. In: 20th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation IEEE, Luxemburg, Sep 2015 (Details)

Neumann, Arne; Wisniewski, Lukasz; Jasperneite, Jürgen: Utilizing OPC UA as comprehensive communication technology for Cyber Physical Production Systems. In: 9th International Workshop on Service-Oriented Cyber-Physical Systems in Converging Networked Environments (SOCNE) Luxembourg, Sep 2015 (Details)

Dürkop, Lars; Wisniewski, Lukasz; Heymann, Sascha ; Lücke, Benedikt; Priss, Philip; Jasperneite, Jürgen: Analyse des Inbetriebnahmeaufwandes von industriellen Produktionsanlagen anhand von Anwendungsbeispielen. In: KommA 2015 – Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation Magdeburg, Nov 2015 (Details)

Wisniewski, Lukasz; Wendt, Verena; Schumacher, Markus; Jasperneite, Jürgen; Diedrich, Christian: Scheduling of PROFINET IRT Communication in Redundant Network Topologies. In: 12th IEEE World Conference on Factory Communication Systems (WFCS 2016), Aveiro, Portugal May 2016 (Details)

Rentschler, Markus; Trsek, Henning; Dürkop, Lars: OPC UA extension for IP Auto-Configuration in Cyber-Physical Systems. In: 14th IEEE International Conference on Industrial Informatics (INDIN 2016) Poitiers, France, Jul 2016 (Details)

Dürkop, Lars; Jasperneite, Jürgen: Übertragbarkeit des Plug&Play-Prinzips aus der Informationstechnik auf die Automatisierungstechnik. In: KommA 2016 – Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation Lemgo, Nov 2016 (Details)

Rentschler, Markus; Trsek, Henning; Dürkop, Lars: IP Autokonfiguration für industrielle Netzwerkkomponenten in Industrie 4.0 Anwendungen basierend auf der OPC UA Protokollsuite. In: KommA 2016 – Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation Lemgo, Nov 2016 (Details)

Dürkop, Lars; Jasperneite, Jürgen: „Plug & Produce“ als Anwendungsfall von Industrie 4.0. Springer, Berlin Heidelberg, Feb 2016 (Details)


gefördert durch: BMBF (PTKA)Förderkennzeichen: 02PQ1020
Förderlinie: Spitzencluster it´s OWL - Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Lukasz Wisniewski
Mitarbeiter: Dr.-Ing. Lars Dürkop , Dr.-Ing. Uwe Mönks
Link: Projekthomepage