Aufgabenstellung

Ziel des Verbundvorhabens HÜMNOS war die Spezifikation und Entwicklung von Anwendungsmodulen für den herstellerübergreifenden Einsatz einer offenen Steuerungsarchitektur. Dabei betrachtete Teilaspekte umfaßten den Ausbau der Offenheit der Steuerungssystemplattform und das Entwickeln neuer Anwendungsmodule. Aufgaben waren das Erfassen der Nutzeranforderungen, die Gestaltung von Benutzungsoberflächen und die Erschließung der Offenheit für den Maschinenhersteller. Im Rahmen prototypischer Realisierungen war die Funktionsfähigkeit darzustellen und eine Analyse der wirtschaftlichen Aspekte beim Einsatz herstellerübergreifender offener Steuerungssysteme durchzuführen.

Die ISG beteiligte sich in der Projektgemeinschaft (PG) 1 "Anwendungsdienste für die Steuerungsarchitektur", PG 2 "Konfigurierungswerkzeug" und PG 4 "Organisationsmodule".

Wissenschaftlicher und technischer Stand zu Beginn des Vorhabens

Durch die ständig zunehmende Leistungsfähigkeit der für den Steuerungstechnikbereich zur Verfügung stehenden Hardware hat die Software durch die Anwendung von Hochsprachen und die damit verbundene Hardwareunabhängigkeit überproportional an Bedeutung gewonnen. Zur Lösung der dadurch neu auftretenden Problematiken hinsichtlich der Softwareentwicklung, -wartung und -wiederverwendung waren verschiedene nationale und internationale Projekte initiiert worden. Dazu zählen in erster Linie das seit 1992 laufende, durch die Europäische Union (EU) geförderte ESPRIT III Projekt 6379 / 9115 OSACA "Open System Architecture for Controls within Automation Systems" und das in den USA seit 1989 laufende und durch das National Center for Manufacturing Sciences (NCMS) koordinierte Projekt "Next Generation Controller (NGC) Specifications for an Open System Architecture Standard (SOSAS)". Beide Projekte befassen sich schwerpunktmäßig mit der Spezifikation und Standardisierung einer Steuerungssystemplattform als Basis für die steuerungsspezifischen Softwaremodule. Während zu Beginn des Vorhabens bei OSACA bereits detaillierte und nutzbare Resultate vorhanden waren, ist über den genauen Stand bei NGC / SOSAS, insbesondere die industrielle Umsetzung, nichts bekannt. Der Teilbereich Benutzungsschnittstelle des Verbundvorhabens wird von den nationalen Forschungsprojekten WesuF ("Handlungsorientierte Lösungen für Werkzeugmaschinensteuerungen zur Unterstützung erfahrungsgeleiteter und gruppenfähiger Facharbeit") und InnovatiF ("Innovative Wege für die Handlungsunterstützung des Facharbeiters an Werkzeugmaschinen") tangiert, die sich mit handlungsorientierten Tätigkeiten des Benutzers, z.B. NC-Programmierung oder Fehlerbehebung, befassen.

Stand bei Beendigung des Vorhabens

Die zweite Phase des Projekts OSACA (ESPRIT III Projekt 9115 OSACA II) wurde im April 1996 nach Realisierung einer Steuerungssystemplattform und dem Nachweis der Anwendbarkeit erfolgreich abgeschlossen. Zur weiteren industriellen Verbreitung des OSACA-Gedankens und der Anwendung der erarbeiteten Ergebnisse begann Anfang 1997 auf europäischer Ebene das ESPRIT IV Projekt 2218 IDAS-OSACA "Information Dissemination and Awareness Actions". Herstellereigene Umsetzungen offener Steuerungen basierend auf den Resultaten von OSACA und HÜMNOS sind in Arbeit.

In den USA existiert seit 1995 die durch die Automobilindustrie, insbesondere General Motors (GM), Ford und Chrysler, initiierte Initiative OMAC "Open, modular architecture controls", die an einer konkreten anwendernahen Entwicklung eines PC-basierten einheitlichen Steuerungssystems arbeitet. Diesem Projekt haben sich in der Zwischenzeit zahlreiche Firmen angeschlossen, darunter Endanwender aus der Luftfahrtindustrie (Boeing, Pratt & Whitney), der Automobilindustrie (Caterpillar, Cummins, Delco Electronics, Michelin, Goodyear), der Konsumgüterindustrie (Kraft Foods, Philip Morris) sowie Steuerungs- und Softwarehersteller (u.a. Fanuc, Siemens, Allen Bradley, Microsoft, Indramat, Mitsubishi, Phoenix Contact, Venturcom, Yaskawa). In Japan existiert das durch die Industrie ins Leben gerufene Projekt OSEC "Open System Environment for Controls", das sich ebenfalls mit offenen Steuerungen, auch PC-basierten, befaßt.

Insgesamt kann festgestellt werden, daß sich die Tendenz hin zu herstellerübergreifenden offenen Steuerungssystemen gegenüber dem Projektbeginn wesentlich verstärkt hat. Insbesondere wird durch die Forderungen der Anwender der Steuerungstechnik, also Maschinenhersteller und Endanwender, auf die Steuerungshersteller ein Nachfragedruck ausgeübt, was bei Ausbleiben entsprechender Reaktionen auch zu Eigeninitiativen der Anwender führen kann (siehe OMAC).

: OSACA-Ankopplung des ISG-NC-Kerns

PG1

Die ISG arbeitete in der PG1 "Anwendungsdienste für die Steuerungsarchitektur" in der AG "MC" in den Bereichen MC, AC, SC und MCM. Die Ergebnisse der Spezifikation wurden im PG1-Deliverable "Referenzarchitektur der HÜMNOS-Basissteuerung" präsentiert. Die dort aufgeführten Schnittstellen mit ihren Kommunikationsobjekten stellen aus Sicht der Projektgruppe den Basisumfang einer offenen Steuerung dar. Für die Aufteilung der steuerungsinternen Funktionalitäten werden verschiedene Strukturierungsprinzipien (Aufgaben-, Funktions-, Teilbereich, Architekturobjekt) aufgezeigt. Die ISG sieht bei der Realisierung der Systemplattform ihren Schwerpunkt beim Zugang zu Motion Control (MC). Für diese Aufgabenstellung wurde der ISG-Softwarebaukasten für offene numerische Steuerungen so erweitert, daß zusätzlich zu den bereits vorhandenen Schnittstellen des NC-Kerns auch eine OSACA-konforme Schnittstelle mit den HÜMNOS-Kommunikationsobjekten zur Verfügung steht.

: Grafische Benutzerschnittstelle des Konfigurierungswerkzeugs

PG2

In der PG 2 "Konfigurierungswerkzeug" war die ISG an der Spezifikation und Entwicklung des Konfigurierungswerkzeugs beteiligt und für die Teilkomponenten "Parametereditor" und "Postprozessor" verantwortlich. Die Verbindung zur Datenbasis des Konfigurierungswerkzeugs, das auf dem sogenannten MoWiMa-Tool des gleichnamigen BMBF-Projektes basiert, erfolgt über die OLE-Mechanismen von Windows. Auf diese Weise wird ein einziger Datenbestand von mehreren Programmen genutzt und dennoch die Datenkonsistenz gewährleistet. Unterstützt durch verschiedene Fenster und Werkzeugleisten kann der Anwender des Konfigurierungswerkzeugs die erforderlichen Softwaremodule aussuchen und im Topologieplan die gewünschte Steuerungsstruktur aufbauen. Die informationstechnische Verknüpfung der Kommunikationsobjekte erfolgt durch "verdrahten" der Ein- und Ausgänge. Zur Optimierung der grafischen Darstellung können die Steuerungsobjekte und Verbindungslinien durch einen automatischen Layout-Algorithmus optimal plaziert werden.

: Softwarestruktur der Freien Programmierbarkeit

PG4

PG 4 "Organisationsmodule" befaßte sich mit Zellen-, Paletten-, Werkstückauftrags- und Werkzeugmanagement sowie der Transportgerätesteuerung. Aufgabe der ISG war es, für die Anpassung der Organisationsmodule an die jeweiligen geometrischen bzw. funktionalen Gegebenheiten der Maschine die "Freie Programmierbarkeit" (FP) bereitzustellen. Die Anbindung erfolgt dabei dynamisch mit dem Architekturobjekt "Palettenwerkstückauftragsmanagement" (PWAM).

Die Partner des HÜMNOS - Verbundes:

Alfing Kessler Sondermaschinen GmbH, Aalen
BMW AG, München
Daimler-Benz AG, Stuttgart
Felix Gruenwald Modellbau KG, Bocholt
GLEASON-PFAUTER Maschinenfabrik GmbH, Ludwigsburg
Gebr. Heller Maschinenfabrik GmbH, Nürtingen
Homag Maschinenbau AG, Schopfloch
Hüller Hille GmbH, Ludwigsburg
INDEX-Werke GmbH & Co. KG Hahn & Tessky, Esslingen
ISG Industrielle Steuerungstechnik GmbH, Stuttgart
MMB-Gelma Automation GmbH, Berlin
MIKROMAT Werkzeugmaschinen GmbH, Dresden
Robert Bosch GmbH Automatisierungstechnik, Stuttgart
Siemens AG Automatisierungssysteme, Erlangen
Trumpf GmbH & Co. Maschinenfabrik, Ditzingen
UNIPO Electronik Verwaltung und Vertrieb GmbH & Co. KG, Michelstadt

Betriebswirtschaftliche Projektgruppe für Unternehmensentwicklung GmbH (BPU), München
Forschungs- und Ingenieurgesellschaft für Steuertungstechnik der Werkzeugmaschinen GmbH (FISW), Stuttgart
Frauenhofer-Institut für Arbeitswissenschaften und Organisation (IAO), Stuttgart
Institut für Sozialwissenschaftliche Forschung e.V. (ISF), München
Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der TU München
Lehrstuhl für Produktionsautomatisierung (PAK) der Universität Kaiserslautern
Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre der RWTH Aachen

Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.V., Frankfurt