Knowledge base for reconfigurable safety systems

Abstract

In den letzten Jahrzehnten war es charakteristisch, dass industrielle Fertigungssysteme für die Herstellung eines einzelnes Produktes entwickelt wurden. Das Durchführen von Änderungen am System, um ein anderes Produkt herzustellen, war meist langsam und umständlich. In der heutigen Zeit unterziehen sich diese Systeme einem Wandel. Mit Industrie 4.0 sind dezentralisierte Systeme üblicher geworden, womit stark vernetzte Umgebungen entstehen. Intelligente Fertigungssysteme gewinnen an Popularität und ein Trend weg von Massenfertigung ist erkennbar. Kunden möchten individuelle Produkte, womit eine Anpassung der Fertigungssysteme erforderlich wird. Bei solchen veränderbaren Systemen stellt sich die Frage, wie die funktionale Sicherheit innerhalb dieser gewährleistet werden kann. Für ein System, das eine schnelllebige Produktionsumgebung ermöglicht, muss sich auch das Sicherheitssystem entsprechend ändern können. Mit dem aktuellen statischen Ansatz zur funktionalen Sicherheit ist dies aber nicht möglich. Es muss ein dynamisches Sicherheitssystem geschaffen werden.Diese Arbeit befasst sich mit einigen der Probleme, die bei diesem dynamischen Ansatz auftreten. Es wird eine Wissensbasis entwickelt, welche sicherheitsrelevante Informationen über das Fertigungssystem speichert. Die relevanten Domänen werden beschrieben und bestehende Ontologien, die diese Domänen abdecken, werden recherchiert und bewertet. Für Domänen, die von bestehenden Ontologien nicht ausreichend abgedeckt werden, werden neue Ontologien erstellt. Die Wissensbasis wird dann anhand zuvor definierter Kompetenzfragen evaluiert und in einem Anwendungsszenario eingesetzt. In diesem Anwendungsszenario stellt die Wissensbasis die Konfiguration für das Sicherheitssystem bereit, welches Time Sensitive Networking (TSN) und Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) verwendet, um die Kommunikation zwischen Komponenten zu ermöglichen.

In the last few decades, it was typical for industrial manufacturing systems to be developed for the creation of a single product. Performing changes to the system to create a different product was usually slow and cumbersome. In today's time, those systems are changing. With Industry 4.0, decentralized systems have become more common, which creates a highly interconnected environment. Smart manufacturing systems are gaining popularity, and the trend of dedicated manufacturing systems for only one product is decreasing. Customers wish to individualize products, which means an adaptation of the manufacturing system is required. With these changing systems, the question of how safety can be ensured within them arises. For a system to allow for a fast-paced production environment, the safety system must also be able to change accordingly. With the current static approach for functional safety, this is not possible. A dynamic safety system needs to be developed.This thesis addresses some of the problems that arise with this dynamic approach. A knowledge base is developed, which stores safety-relevant information about the manufacturing system. The relevant domains are described, and existing ontologies covering these domains are researched and rated. For domains that are not suitably covered by existing ontologies, new ontologies are created. The knowledge base is then evaluated based on before-defined competency questions and used in an application scenario. In this application scenario, the knowledge base provides the configuration for the safety system, which uses Time Sensitive Networking (TSN) and Open Platform Communications Unified Architecture (OPC UA) to enable communication between components.