Innovative Informations- und Kommunikationstechnologien charakterisieren den Schwerpunkt von Wandel und Entwicklung im Laufe der letzten Jahrzehnte, verändern maßgeblich unser alltägliches Leben und bieten uns zunehmend neue Potenziale, Lebenssituationen zu erleichtern, zu verbessern oder zu gestalten. Der grundlegende Wandel spiegelt sich innerhalb der Industriedomäne vor allem durch den Übergang von statischen Produktionsabläufen hin zu dynamischen Prozessketten wider. Unter dem Leitwort „Ambient Intelligence“ werden eingebettete Aktor-Sensor-Netze mit Intelligenz und Kommunikationsmöglichkeiten versehen, um eine intelligente Vernetzung von dezentralen Informationsträgern und Informationserzeugern innerhalb eines dynamischen, rekonfigurierbaren Netzwerks zu ermöglichen. Innerhalb dieses Ad-hoc-Netzwerks werden die cyber-physischen Systeme mit Informationen und Diensten der digitalen Fabrik verknüpft und schaffen mit dem Internet der Dinge einen neuen Grad der Automatisierung, eine neue, digitale Ära.
Eine zentrale und entscheidende Notwendigkeit wird es zukünftig sein, innerhalb des flexiblen, vernetzten und autonomen Prozesses, die nötige Beherrschbarkeit zu gewährleisten und ausreichend Transparenz zu schaffen. Neben der Verfügbarkeit jeglicher Prozessinformationen stellen sich diesbezüglich wachsende Anforderungen, beispielsweise an standardisierte Benutzungsschnittstellen, die zu bewältigen sind. Dennoch soll der Mensch trotz zunehmender Autonomie weiterhin im Mittelpunkt stehen.
Neuartige Interaktionstechnologien des Konsumgütermarktes bieten in diesem Punkt eine von vielen Möglichkeiten, im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion (MMI) die geforderte Transparenz zu schaffen. Sie ermöglichen neben einer intuitiven Benutzungsoberfläche ebenfalls die Nutzung neuartiger Softwareprogramme, die speziell für die gegenwärtigen, mobilen Endgeräte entwickelt werden, sprich auf den Smartphones oder Tablets installiert werden können. Die Rede ist von mobilen Applikationen, den sog. Apps. Werden sie in industrielle Märkte vordringen und den Wirtschaftszweig mit einhergehenden Veränderungen und Herausforderungen sensibilisieren, ergibt sich mit ihrem Einsatz ein innovatives Spektrum für neue Anwendungsmöglichkeiten.
Inhalt
1 Einleitung
2 Aufgabenstellung
3 Stand der Technik
3.1 Bedeutende Entwicklungstrends
3.1.1 Trends des Konsumgütermarktes
3.1.2 Trends in der Industrie
3.1.3 Potenziale und Hemmnisse
3.1.4 Zusammenfassung und Fazit
3.2 Mobile Gestaltungsarchitekturen
3.2.1 Webbasierte Apps
3.2.2 Native Apps
3.2.3 Hybride Apps
3.2.4 Vergleich und Bewertung
3.3 Entwicklungsprozesse mobiler Applikationen
3.3.1 Entwicklungsaufwand und -kosten in Deutschland
3.3.2 Proprietäre Entwicklung und fehlende Standardisierung
3.3.3 Zusammenfassung und Bewertung
3.4 Frameworks für plattformunabhängige Programmierung
3.4.1 Aufbau einer Cross-Compiler-Platform
3.4.2 Ausgewählte Plattformen
3.4.3 Zusammenfassung und Bewertung
3.5 Auserwählte Kommunikationstechnologien
3.5.1 Representational State Transfer (REST)
3.5.2 Simple Object Access Protocol (SOAP)
3.5.3 OLE for Process Control Unified Architecture (OPC UA)
3.5.4 Vergleich und Bewertung
4 Vorgehensweise
5 Entwicklung eines Konzepts für die Interaktion in CPPS mittels neuartiger, mobiler Endgeräte
5.1 Einstufung der zu betrachteten Problemstellung
5.2 Anforderungsanalyse
5.2.1 Funktionale Anforderungen
5.2.2 Nichtfunktionale Anforderungen
5.2.3 Priorisierung und Bewertung
5.3 Ausarbeitung fester Anforderungsbausteine
5.3.1 Kommunikation
5.3.2 Mehrnutzerverhalten
5.3.3 Feedbackverhalten
5.3.4 Caching-Verhalten
5.3.5 Zusammenfassung und Fazit
5.4 Konzeptionelle Gesamtarchitektur
5.4.1 Verknüpfung der Anforderungsbausteine
5.4.2 Funktionale Architekturansicht
5.4.3 Logische Architekturansicht
5.4.4 Zusammenfassung und Bewertung
6 Prototypische Implementierung
6.1 Abgrenzung des Anwendungsbereichs
6.2 Ausarbeitung des Use Cases
6.2.1 Motivation
6.2.2 Instandhaltungsszenario
6.2.3 Zusammenfassung und Begründung
6.3 Realisierung einer effektiven, plattformunabhängigen App
6.3.1 Auswahl des Entwicklungstools und der Gestaltungsart
6.3.2 App-Implementierung
6.3.3 Instandhaltungsszenario mit App-Unterstützung
6.4 Derzeitige Umsetzungsproblematiken und Defizite
7 Bewertung und Ausblick
8 Zusammenfassung
9 Literaturverzeichnis
10 Anhang
Zielsetzung & Themen
Ziel dieser Arbeit ist die Erarbeitung eines Konzepts für die mobile Interaktion zwischen Endanwendern und cyber-physischen Produktionssystemen (CPPS). Dabei soll eine digitale Lücke durch den Einsatz standardisierter Kommunikationstechnologien und mobiler Apps geschlossen werden, um die industrielle Instandhaltung und Steuerung effizienter zu gestalten.
- Anforderungsanalyse für mobile Interaktion in der Industrie
- Vergleich mobiler Gestaltungsarchitekturen (webbasiert, nativ, hybrid)
- Konzeption einer plattformunabhängigen Gesamtarchitektur
- Prototypische Implementierung eines Instandhaltungsszenarios
Auszug aus dem Buch
3.1.2 Trends in der Industrie
Mit der einhergehenden Ausweitung neuer Innovationen und dem zunehmenden Bedarf an Flexibilität, sowie innerhalb als auch außerhalb des Fabrikumfeldes, sind in den letzten Jahren besonders zwei absehbare Trends innerhalb der Industriedomäne erkennbar geworden. Der Fokus liegt zum einen auf dem wachsenden Mobilisierungsbedarf, zum anderen prägen „smarte“ Technologien der vierten industriellen Revolution das zukünftige Bild in der Industrie.
Verstärkte Mobilisierung: Angesichts der weltweiten Unternehmensverflechtung und internationalen Wertschöpfung [Kag13b], sowie auch insbesondere durch den wachsenden Vernetzungs- und Komplexitätsgrad innerhalb einer Fabrik, hat der Begriff Mobilität im Industriesektor stark an Bedeutung gewonnen. Um Geschäftsprozesse effizienter zu gestalten und damit Kosten zu senken und wettbewerbsfähig zu bleiben [Küh12], nimmt das Bedürfnis an mobilen Geschäftsanwendungen einen wichtigen Stellenwert ein.
Zunächst wird vor allem aus unternehmerischer Sicht Flexibilität und Mobilität von den Mitarbeitern erwartet. Bekräftigt wird dies durch die zunehmende Veränderung der Arbeitsprozesse und Arbeitsweise aufgrund der wachsenden Wirtschaftsglobalisierung. Unternehmen bilden Wertschöpfungsnetzwerke mit weltweiten Partnern; Auslandseinsätze sowie die damit verbundene mobile Kommunikation werden immer häufiger gefragt sein [Eul12]. Abbildung 4 visualisiert nach [IDC10] die Entwicklung der weltweit geschäftlichen, mobilen Bevölkerungsgruppe in den letzten Jahren. Während im Jahre 2005 ca. 709 Millionen Menschen mobile Technologien bei der Arbeit nutzten, wurden für das jetzige Jahr 2013 bereits mehr als 1,18 Milliarden Menschen prognostiziert.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt den Wandel industrieller Prozesse hin zu dynamischen Prozessketten und das damit einhergehende Potenzial für mobile Interaktionstechnologien.
2 Aufgabenstellung: Dieses Kapitel definiert die Zielsetzung, eine digitale Lücke zwischen mobilen Anwendungen und industriellen Anlagen durch ein durchgängiges, plattformunabhängiges Konzept zu schließen.
3 Stand der Technik: Hier werden Entwicklungstrends, Gestaltungsarchitekturen für mobile Apps sowie relevante Kommunikationstechnologien für den industriellen Einsatz theoretisch fundiert analysiert.
4 Vorgehensweise: Dieses Kapitel strukturiert das Entwicklungsvorhaben in konzeptionelle und prototypische Teilphasen, um die Anforderungen systematisch umzusetzen.
5 Entwicklung eines Konzepts für die Interaktion in CPPS mittels neuartiger, mobiler Endgeräte: In diesem Hauptkapitel werden Anforderungen analysiert, Anforderungsbausteine definiert und eine konzeptionelle Gesamtarchitektur entworfen.
6 Prototypische Implementierung: Hier wird das erarbeitete Konzept anhand eines konkreten Instandhaltungsszenarios in der SmartFactoryKL prototypisch umgesetzt und evaluiert.
7 Bewertung und Ausblick: Dieses Kapitel zieht ein Fazit der Arbeit und benennt zukünftige Forschungsfelder auf technologischer sowie wirtschaftlicher Ebene.
8 Zusammenfassung: Eine abschließende Zusammenfassung der Ergebnisse des Konzepts und der prototypischen Realisierung.
Schlüsselwörter
Industrie 4.0, CPPS, mobile Interaktion, App, Instandhaltung, Mensch-Maschine-Interaktion, Plattformunabhängigkeit, Middleware, Kommunikationstechnologien, OPC UA, REST, SOAP, Caching, Mehrnutzerverhalten, SmartFactory
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Konzepts zur mobilen Interaktion zwischen Endanwendern und cyber-physischen Produktionssystemen mittels Apps, um industrielle Prozesse effizienter zu gestalten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Zentrale Themen sind die mobile Softwareentwicklung, industrielle Kommunikationsstandards, Anforderungsanalyse in der Automatisierungstechnik sowie die Systemarchitektur für mobile Industrie-Applikationen.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, ein plattformunabhängiges Konzept zu schaffen, das die digitale Lücke zwischen mobilen Konsumgütergeräten und der Fabrikanlage schließt, um signifikanten Mehrwert in der Instandhaltung zu generieren.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer theoretischen Aufarbeitung des Stands der Technik, einer detaillierten Anforderungsanalyse und mündet in einer prototypischen Realisierung eines Anwendungsfalls in der SmartFactoryKL.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine umfassende Anforderungsanalyse, die Definition von Anforderungsbausteinen (Kommunikation, Mehrnutzerverhalten, Feedback, Caching) und den Entwurf einer modularen Middleware-Architektur.
Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Industrie 4.0, CPPS, mobile Applikationen, plattformunabhängige Architektur und Instandhaltungsszenarien charakterisieren.
Wie wurde das Problem des Mehrnutzerverhaltens gelöst?
Durch einen konzeptionellen Ansatz, der zwischen Authentifizierung und Autorisierung unterscheidet und ein "Single-Sign-On"-Modell innerhalb der Architektur vorsieht, um gleichzeitige, widersprüchliche Zugriffe zu vermeiden.
Warum wurde für den Prototyp PhoneGap gewählt?
Das Framework wurde gewählt, weil es als plattformübergreifende Lösung die Nutzung webbasierter Technologien (HTML5, CSS, JavaScript) erlaubt und somit den Entwicklungsaufwand für mehrere mobile Zielplattformen reduziert.
- Quote paper
- Stephan Weyer (Author), 2013, Entwicklung eines Konzepts zur mobilen Interaktion mittels Apps in der industriellen Produktion, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/307192
