Modellierung von Dienstleistungen, Capabilities und Skills zur Einbindung von Unternehmen in eine marktplatzbasierte Fertigung

Produktbeschreibung

Diese Dissertation erläutert die Umsetzung eines RAMI 4.0 konformen Marktplatz in der spanenden Bearbeitung. Ziel ist es einen Lösungsansatz zu definieren, in dem firmenübergreifende Prozessketten für kleine Losgrößen automatisiert identifiziert werden und die Fertigung eines individuellen Produktes realisiert wird. Die Extraktion von Produktinformationen, die Fertigung eines individualisierten Produktes sowie die Beschreibung der Informationen in den Verwaltungsschalen wird validiert. Vor allem stellt sich als Herausforderung für die Zukunft heraus, eine gemeinsame Semantik für die Beschreibung von Capabilities zu definieren. Diese würde ermöglichen, dass ein Matching zwischen proprietären Produktinformationen und Skills möglich wird.

Inhaltsverzeichnis
Danksagung III
Kurzfassung VII
Abstract VIII
1 Einleitung 1
1.1 Motivation und Problemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Zielsetzung und Forschungsfragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Vorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2 Grundlagen und Stand der Technik 7
2.1 Produktions­ und Steuerungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1.1 Verwaltungsschale / I4.0­Komponente / I4.0­Sprache . . . . . . . . . . 10
2.1.2 Cyber­physische Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.1.3 IEC 61499 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.4 OPC UA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.1.5 Namur open Architecture (NoA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2 Aktuelle Forschung im Bereich der flexiblen Fertigung . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2.1 Multiagentensysteme und holonische Systeme . . . . . . . . . . . . . 21
2.2.2 Unternehmensübergreifende verteilte Systeme . . . . . . . . . . . . . 24
2.3 Automatisierte Prozessplanung in der spanenden Bearbeitung . . . . . . . . . 28
2.3.1 Programmierung von Werkzeugmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.2 Computer Aided Process Planning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.3.3 STEP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4 Forschung zur automatisierten Fertigung mit Werkzeugmaschinen . . . . . . . 37
2.5 Marktplätze und digitale Angebotserstellung für Lohnfertiger . . . . . . . . . . 39
2.6 Zusammenfassung und Analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3 Systemkonzept für eine marktplatzbasierte Fertigung mit Capabilities und Skills 44
3.1 Definition des Fertigungsablaufs und der Systemarchitektur . . . . . . . . . . . 44
3.2 Featureextraktion zur Generierung einer Produkt­VWS . . . . . . . . . . . . . 56
3.2.1 Extrahierbare Features aus STEP­AP 242 . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.2.2 Extrahierbare Features in Siemens NX . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
3.2.3 Produkt­VWS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
3.3 Beschreibung von Dienstleistung, Capabilities und Skills . . . . . . . . . . . . . 65
3.3.1 Beschreibung von Dienstleistungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
3.3.2 Beschreibung von Capabilities und Skills . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
3.3.3 Matching von Capabilities und Features . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
3.4 Skill­Schnittstelle des CPPM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4.1 OPC UA­Skills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4.2 VWS­Teilmodell für Skills . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
4 Implementierung und Validierung 94
4.1 Extraktion von Features aus CAD/CAM­Software . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.2 Teilmodelle für ein Mapping von Services, Capabilities und Skills . . . . . . . . 99
4.3 Skillbasierte Ansteuerung eines Fräsroboters . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5 Fazit und Ausblick 113
5.1 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.2 Fazit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
5.3 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Anhang 119
A Appendix A . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
Literaturverzeichnis 122
Monografien und Artikel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Normen und Richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Webseiten und Internetreferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Betreute studentische Arbeiten mit thematischer Relevanz . . . . . . . . . . . . . . 149

Keywords: Skills, Capabilities, Services, spanende Bearbeitung, Marktplatz, flexible Fertigung, Industrie 4.0, Dienstleistungen, Verwaltungsschale, Fähigkeiten, Skills, Capabilities, Services, machining, marketplace, flexible manufacturing, Industry 4.0, CPPM, Asset Administration Shell, shared production