ASG; Industry 4.0; Flexible Safety System; Safety Verification
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Abstract:
Die schnell rekonfigurierbare Fertigung ist ein Eckpfeiler des Industrie-4.0-Programms. Neben der flexiblen Anpassung an unsichere Marktsituationen kann es die Nachhaltigkeit einer Produktionsanlage verbessern, indem es die Umweltbelastung, den Abfall, den Energieverbrauch und den Verbrauch natürlicher Ressourcen minimiert. Die Verifizierung der funktionalen Sicherheit einer rekonfigurierbaren Fabrik stellt jedoch eine wesentliche Herausforderung dar, da herkömmliche Sicherheitsverfahren auf umfangreichen, manuellen Überprüfungen durch Sicherheitsingenieure basieren. Diese Dissertation wendet eine Design-Science-Research-Methodologie an, um einen beschleunigten Ansatz zu entwickeln: einen Prozess zur semi-automatisierten Verifizierung, bei dem automatisiertes Schließen die Konformität eines Modells eines industriellen Systems mit seinen Sicherheitsanforderungen überprüft. Der Prozess beginnt mit der Erstellung eines Systems Modeling Language (SysML)-Modells des Systems und seiner Anforderungen, die anschließend in eine Web Ontology Language (OWL)-Wissensbasis übersetzt werden, um dem automatisierten Schließen zugänglich zu sein. Schließlich wird ein Satz von Semantic-Web-Schlussfolgerungssprachen, verwendet, um die Sicherheitsanforderungen zu verifizieren. Als durchgängiger Proof-of-Concept wird dieser Prozess auf eine beispielhafte Produktionseinheit angewendet. Die Evaluierung des Prozesses zeigt, dass, obwohl die manuellen Systemmodellierungsschritte eine vollständige Automatisierung behindern, die Automatisierung nach der Investition in die Modellierung der rekonfigurierbaren Fabrik die Sicherheitsverifizierung jeder Konfiguration erheblich unterstützt.
de
Rapidly reconfigurable manufacturing is a pillar of the Industrie 4.0 program. In addition to flexibly adapting to uncertain market situations, it can improve a production facility's sustainability by minimizing the environmental impact, waste, energy consumption, and use of natural resources. However, verifying the functional safety of a reconfigurable factory is a major challenge, since standard safety practices rely on extensive manual reviews by safety engineers. This thesis applies a Design Science Research methodology to develop a faster way: a process for semi-automated verification, in which automated reasoning verifies the compliance of a model of an industrial system with its safety requirements. The process begins with the creation of a Systems Modeling Language (SysML) model of the system and its requirements, which are then translated into a Web Ontology Language (OWL) knowledge base in order to be amenable to automated reasoning. Finally, a set of Semantic Web reasoning languages are used to verify the safety requirements. As an end-to-end proof of concept, this process is applied to an example production unit. Evaluation of the process shows that while the manual system-modeling steps hold it back from full automation, once the time is invested in modeling the reconfigurable factory, the automation greatly assists in verifying the safety of any configuration.
