Methoden und Modelle für das automatische Kommunikationsengineering

Im Bereich der Prozessautomatisierung und auch in anderen Industriebereichen besteht der zunehmende Bedarf nahezu auf alle verfügbaren und entstehenden Daten systemumfassend und -übergreifend zugreifen zu können („Industrie 4.0“,"Cyber Physical Systems“). Die Informations- und Kommunikationstechnologien werden mit wachsendem Maße zentrale Aspekte in heutigen industriellen Anlagen, da es zum Ausbau der Vernetzung kommt und die Anforderungen bezüglich Flexibilität und Interoperabilität der Leit- und Datenhaltungssysteme steigen. Durch diese Anforderungen und zusammen mit dem Ausbau des Vernetzungsgrades mit teilweise komplexen Kommunikationssystemen und -strukturen werden die Aufwände für das Engineering dieser Systeme zunehmen. Dem gegenüber stehen die durch den globalen Wettbewerb im Industrieanlagenbau stetig reduzierten Planungszeiten und -budgets und der zunehmende Mangel an Fachkräften in der Planung für die spezifischen Kommunikationssysteme. Mit diesem Problembereich einer komplexen Planungsaufgabe mit teilweise sich stark wiederholenden Tätigkeiten und zunehmender zeitlicher und finanzieller Restriktionen setzt sich diese Arbeit auseinander. Mittels einer Analyse des manuellen Planungsprozesses für die prozessnahen Kommunikationssysteme und den dazu notwendigen Eingangsdaten, internen Daten und erzeugten Ergebnissen wurden mögliche Einsatzszenarien für einen automatischen Planungsprozess erarbeitet. Auf Basis der Analyse und generellen und spezifischen Anforderungen an einen automatischen Engineeringschritt wurde ein Konzept entwickelt, das die Vorgehensweisen, Datenmodelle, Strukturierungs- und Parametrierungsoptionen, den Optimierungsansatz und die grundlegende Softwarewerkzeugarchitektur beinhaltet. Für ein bereitzustellendes EMSR-Mengengerüst wird unter Berücksichtigung der Anlagenkonstruktion automatisch ein Kommunikationsnetzwerk generiert, mit dem die Feldgeräte über verschiedene Kommunikationsysteme und -ebenen an die übergeordneten Systeme (z. B. Prozessleitsystem) angebunden werden können. Zentraler Ansatzpunkt ist die Abstraktion in Graphen und die Anwendung spezifischer Algorithmen der Graphentheorie. Das Konzept wurde im Rahmen dieser Arbeit in eine prototypische Realisierung (NetGen: X) überführt, die die allgemeine Machbarkeit des Ansatzes zeigt und damit auch deutlich die Vorteile und Nutzen eines automatisierten Planungsprozesses im Vergleich zur manuellen Vorgehensweise herausstellen kann, die durch viele wiederholende Tätigkeiten und die Verknüpfung vieler Daten geprägt ist. Die notwendige Planungszeit wird erheblich reduziert, es entstehen dabei aber keine quantitativen und qualitativen Unterschiede zur manuellen Planung.