Node-RED-basierte IT-Architektur zur Vernetzung von Cyber-Physischen Produktionssystemen

Abstract:
Die in den letzten Jahren auf dem Gebiet der Automatisierung / Fertigung aufkommende Technologie ist die Entwicklung von Cyber-Physische-Systemen, von denen jede Ebene der Automatisierungspyramide und damit jeder Bereich eines Unternehmens betroffen sein wird. Cyber-Physische-Systeme sind beschrieben in der Forschungsagenda CPS der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik: „Cyber-Physical Systems (CPS) zeichnen sich durch eine Verknüpfung von realen (physikalischen) Objekten und Prozessen mit informationsverarbeitenden (virtuellen) Objekten und Prozessen, über offene, teilweise globale und beliebige miteinander verbundene Informationsnetze.“ Die Kernidee von CPS ist, dass die Kommunikation nicht hierarchisch ist, also die Ebenen der Pyramide mit einem Richtungsfluss, Aufgaben von ERP bis zur Automatisierung „runter reichen“, Ergebnisse von Automatisierung bis ERP „hoch reichen“, nicht mehr existieren. Nichtsdestotrotz haben die verschiedenen Systeme die derzeit existieren, alle ihre Berechtigung und die Anzahl der eingesetzten IT-Systeme wird eher noch steigen. Funktional werden sich die Systeme auch zukünftig einer Ebene zuordnen, je nach Nutzen oder Ziel des Systems. Dennoch wird die Kommunikation nicht hierarchisch sein. Die Erfahrung mit der Zentralisierung der Daten in einem ERP-System war ein Schlüsselfaktor bei der Entwicklung von MES als dediziertes System. Diese Fakten zeigen, dass weder ein Zentralisierungs-Szenario auf ERP-Ebene, noch auf MES-Ebene zielführend sind. Daher ist eine Service-orientierte Architektur nötig, die Informationen in flachen Hierarchien verteilt. Das Konzept dieser Architektur wurde bereits in Faller, C.; Falkenhain, J.: Serviceorientierung für Cyber-Physische-Produktionssysteme, AALE 2018 präsentiert. Zur Automatisierung und informationstechnischen Integration ist nun aber zur Koordination der Aufgaben und Verteilung der Daten ein Leitalgorithmus notwendig. Wenn alle Teilnehmer OPC-UA-Client und Server beinhalten, ließe sich dieser Algorithmus dezentral auf die Teilnehmer verteilen. Da aber bisher oftmals nur OPC-Server auf den beteiligten SPSen laufen, muss dieser Leitalgorithmus auf einem anderen IT-System implementiert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Leitalgorithmus mittels Node-Red auf einem PC implementiert, um den automatisierten Ablauf eines Prozesses in der Lernfabrik des Campus Velbert/Heiligenhaus der Hochschule Bochum zu realisieren.