MoProLog

Viele Zweige der Prozessindustrie wie die Feinchemie- und Pharmaindustrie sehen sich derzeit einer wachsenden Unsicherheit und Dynamik von Marktverläufen, zunehmenden Anforderungen zur Produktdifferenzierung und kürzeren Produktlebenszyklen ausgesetzt. Herausforderungen ergeben sich aus langen Planungs- und Realisierungszeiten, starren Produktionslinien sowie unflexiblen Produktionslayouts. Vor diesem Hintergrund wächst die Bedeutung eines modularen und wandelbaren Gesamtkonzeptes. Modulare Konzepte für Produktion und Logistik stellen einen Paradigmenwechsel in der Prozessindustrie dar. Im Bereich der Produktion konnten bereits erste modulare Ansätze entwickelt werden. Die Logistik soll der Modularisierung der Produktion folgen. Jedoch existieren noch keine standardisierten und modularen Konzepte, welche die erforderlichen Flexibilitätsanforderungen volatiler Märkte erfüllen. Durch den Einsatz dieser Konzepte werden die herkömmlichen, starren Planungsansätze aufgehoben und eine flexible sowie anpassbare Umgebung geschaffen. Modulare Logistikkonzepte sind besonders innovativ, da eine kurzfristige Reaktion auf veränderte Marktbedingungen ermöglicht wird und durch Up- und Down-Scaling die benötigten Kapazitäten bedarfsgerecht und effizient bereitgestellt werden können.

Um das Ziel einer modularen und standardisierten Produktionslogistik zu erreichen, wurde das Projekt MoProLog (»Modulare Produktionslogistik«) initiiert. Gemeinsam mit den Konsortialpartnern BASF SE, BEUMER Maschinenfabrik GmbH & Co. KG, Alfred Talke GmbH & Co. KG, Fachhochschule Südwestfalen und der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg werden im Rahmen von MoProLog energieeffiziente, modulare Anlagenkonzepte für Logistikanlagen mitsamt ihren produktionslogistischen und informationstechnischen Schnittstellen konzeptioniert. Zum Zwecke Demonstration der Projektergebnisse wird beispielhaft ein modularer Lagenpalettierer entwickelt. Das Vorhaben MoProLog ist ein Teil des ENPRO Projektverbundes und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz im Rahmen der Förderinitiative »Energieeffizienz in der Industrie« durchgeführt und gefördert. 

Weitere Informationen zur ENPRO-Initiative finden Sie hier.

Projektlaufzeit

01.11.2019 – 31.10.2022

Unter der Modularisierung eines technischen Systems wird der Prozess der räumlichen und funktionalen Aufteilung eines Gesamtsystems in einzelne Teile (Module) verstanden, die definierte Funktionen bzw. Dienste bereitstellen. Nach dem Baukastenprinzip können einzelne Module zu einem Gesamtsystem kombiniert werden. Die Dienste einzelner Module werden dementsprechend zu einem Gesamtprozess orchestriert. Damit eine (Re-)Konfiguration nach dem Plug-&-Operate-Prinzip erfolgen kann, bedarf es standardisierter Schnittstellen physikalischer und automatisierungstechnischer Art. Im Rahmen von MoProLog werden daher elektrische, mechanische und automatisierungstechnische Schnittstellen spezifiziert mit dem Ziel, einen offenen Standard zu etablieren.  

Als eine wesentliche Innovation modularer logistischer Anlagen wird eine dienstbasierte Architektur eines Moduls angestrebt. Damit soll »das Abrufen und Überwachen von logistischen Operationen innerhalb einer modularen logistischen Anlage durch parametrierbare Dienste erfolgen, die einem einheitlichen, standardisierten und offenen Zustandsmodell folgen. Im Gegensatz zu konventionellen Anlagen ist somit eine direkte Einflussnahme auf einzelne Aktoren während der Betriebsphase des Moduls nicht vorgesehen. Stattdessen sollen die logistischen Operationen der Module über das Ansteuern von Diensten bzw. durch Zustandsänderungen im Zustandsmodell beeinflusst (bspw. gestartet, beendet, angehalten, abgebrochen oder parametriert) werden.« (Quelle: NAMUR-Empfehlung 171: Anwendung des modularen Anlagenkonzeptes in der produktionsnahen Logistik)

Damit einher geht auch die Spezifikation der Kommunikations- und Steuerungsarchitektur in der Betriebsphase eines modularen logistischen Systems. Damit Module sowohl über ein zentrales Automatisierungssystem (vertikale Kommunikation) als auch dezentral mit anderen am Prozess beteiligten Modulen (horizontale Kommunikation) kommunizieren können, müssen diese informationstechnisch verknüpft werden und eine entsprechende Steuerungslogik implementiert werden. In diesem Zuge wird der Ansatz des Modul Type Package (MTP) – eine herstellerneutrale Beschreibung für verfahrenstechnische Module – herangezogen und auf den Anwendungsfall der produktionsnahen Logistik weiterentwickelt.

Abgerundet werden die Arbeiten im Rahmen von MoProLog durch die Entwicklung eines Digitalen Zwillings seitens des Fraunhofer IML. Dieser stellt eine systematische Abbildung aller Prozesse, Aufträge, Leistungsobjekte, Ressourcen und Produktionsereignisse des Wertschöpfungssystems in einem Prozessmodell dar und ist somit die zentrale Informationsbasis für die Module des Gesamtsystems. Module verfügen zwar über einen gewissen Grad der Autonomie, benötigen jedoch die richtigen Informationen zur richtigen Zeit, um »Entscheidungen« (wie die Abschaltung nicht benötigter Komponenten zwecks Energieeinsparungen) zu treffen. Der digitale Zwilling wird mit dem Demonstrator des modulares Lagenpalettierers verknüpft, um dieses Modul einerseits mit den relevanten Produktions- und Auftragsinformationen zu versorgen und andererseits Daten (z.B. Sensor- und Energiedaten, ausgetauschte Informationen, getroffenen Entscheidungen) über die implementierten Schnittstellen zu sammeln. Weiterhin wird mit diesem Vorhaben die Grundlage für Verfahren des maschinellen Lernens gelegt, wodurch diese Daten in künftigen Forschungsprojekten ausgewertet sowie Muster und Gesetzmäßigkeiten auf der Basis von Vergangenheitsdaten identifiziert werden können. Damit können zukünftig basierend auf dem zu entwickelnden digitalen Zwilling für modulare Produktions- und Logistiksysteme Vorhersagen und Vorschläge für die Zukunft, wie z.B. Wartungsvorschläge, getroffen werden. (Quelle: NAMUR-Empfehlung 171: Anwendung des modularen Anlagenkonzeptes in der produktionsnahen Logistik / MoProLog-Antrag)