A service-oriented domain specific language programming approach for batch processes

Abstract

Die Verkürzung von Produktlebenszyklen sowie die kundenspezifische Nachfrage nach individuellen Produkten stellt industrielle Produktionsbetriebe derzeit vor große Herausforderungen. Waren früher noch hohe Produktmengen für niedrige Produktionskosten entscheidend, wird derzeit und in Zukunft eine Individualisierung bei ähnlichem Preisniveau von Kunden gefordert. Dies macht es in weiterer Folge notwendig, die Steuerungssysteme der Produktionsanlagen hinsichtlich Flexibilität zu verbessern um Änderungen mit möglichst wenig Aufwand und in kurzer Zeit implementieren zu können. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, ein Konzept zu entwickeln und implementieren, welches einem Anlagenbetreiber ermöglicht Produktionsrezepte zu erstellen, ohne die Anlage selbst aufwendig umprogrammieren zu müssen. Dafür wird ein Tool entwickelt, welches eine einfache Möglichkeit zur Definition von Produktionsrezepten bereitstellt und diese anschließend ohne weiteren Aufwand abgearbeitet werden können. Das zu steuernde Equipment stellt dafür Services im Sinne einer serviceorientierten Architektur zur Verfügung, die vom Abarbeitungsalgorithmus des Rezepts angesprochen werden. Dieses Konzept wird anhand eines Labortanksystems gezeigt und evaluiert, mit dem Pump-, Heiz- und Mixprozesse durchgeführt werden können. Zur Verbesserung der Flexibilität wird außerdem ein dynamischer Pfadfindungsalgorithmus integriert, der für Pumpprozesse anhand des tatsächlichen Tanksystems den kürzesten Pfad ermittelt.

Nowadays, major challenges of the manufacturing industry are the shortening of product life-cycles and the trend towards personalized productions. This trend is a tremendous turnaround in the industry, since the last decades were coined by mass productions at low costs. Although the demands of current products increased, the price level should stay the same. Therefore, the improvement of flexibility of automation systems is a current issue, in order to enable the implementation of product specific changes with little effort. This thesis targets this issue by developing and implementing a concept for a flexible process control, based on a domain specific tool, which enables the creation of production recipes by process engineers, without reconfiguring the plant. In order to control the equipment, services in terms of a Service-Oriented Architecture are provided. Based on the recipe, a recipe processing algorithm calls the corresponding services from the equipment. For demonstrating purposes, this concept is evaluated on two linked laboratory tank system plants, which enable process actions for pumping, heating, and mixing. Furthermore, for improving the concept of a flexible process control even more, a dynamic route finding algorithm is integrated, which finds the shortest path for pumping processes based on a model of the plant.