Simulation komplexer Kommunikationssysteme in der Fertigungsautomatisierung:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Erlangen
FAU University Press
2023
|
| Schriftenreihe: | FAU Studien aus dem Maschinenbau
Band 429 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Volltext Volltext Volltext Volltext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | xiv, 163 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 17 cm, 507 g |
| ISBN: | 9783961476732 396147673X |
| DOI: | 10.25593/978-3-96147-674-9 |
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|---|---|
| adam_text |
INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
.
IX
BILDVERZEICHNIS
.
XI
TABELLENVERZEICHNIS
.
XIII
I
EINLEITUNG
.
I
1.1
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
.
I
1.2
VORGEHENSWEISE
.
2
2
STAND
DER
TECHNIK
UND
FORSCHUNG
.
5
2.1
AUTOMATISIERTE
PRODUKTIONSANLAGE
.
5
2.1.1
LEBENSZYKLUS
EINER
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
6
2.1.2
DIE
AUTOMATISIERUNGSPYRAMIDE
UND
IHR
EINFLUSS
AUF
DIE
STRUKTUR
INNERHALB
DER
PRODUKTION
.
8
2.1.3
AUFLOESUNG
DER
KLASSISCHEN
AUTOMATISIERUNGSPYRAMIDE
UND
AUSWIRKUNGEN
AUF
KOMMUNIKATIONSBEZIEHUNGEN
10
2.1.4
KOMMUNIKATIONSSCHNITTSTELLEN
INNERHALB
DER
PRODUK
TION
.
11
2.1.5
VERWALTUNGSSCHALE
ZUR
INFORMATIONSBESCHREIBUNG
.
13
2.2
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
.
15
2.2.1
DIENSTGUETEPARAMETER
-
QUALITY
OF
SERVICE
.
15
2.2.2
ECHTZEIT
.
19
2.2.3
DETERMINISTISCHER
UND
NICHTDETERMINISTISCHER
KOM
MUNIKATIONSVERKEHR
.
21
2.2.4
SPEZIELLE
ANFORDERUNGEN
AN
INDUSTRIELLE
KOMMUNIKA
TION
.
23
2.2.5
KLASSIFIZIERUNG
VON
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
NACH
3GPP
24
2.3
INDUSTRIELLE
KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIEN
UND
-PROTOKOLLE
IN
DER
PRODUKTION
.
26
2.3.1
OSI-REFERENZMODELL
.
27
2.3.2
INDUSTRIELLE
KOMMUNIKATIONSMEDIEN
.
29
2.3.3
5G
-
NEUER
INDUSTRIELLER
FUNKSTANDARD
.
31
2.3.4
WIFI
6
.
38
2.3.5
INDUSTRIELLE
FELDBUSSE
UND
KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLE
39
2.4
PLANUNG
UND
SIMULATION
.
46
2.4.1
PRODUKTIONSPLANUNG
UND
MATERIALFLUSSSIMULATION
.
46
2.4.2
EREIGNISDISKRETE
UND
MATHEMATISCHE
KOMMUNIKATI
ONSSIMULATION
.
47
2.5
BESTEHENDE
FORSCHUNGSANSAETZE
.
49
2.6
ABLEITUNG
DES
FORSCHUNGSBEDARFS
UNTER
ABGRENZUNG
BESTEHENDER
FORSCHUNGSANSAETZE
.
51
3
ANALYSE
DER
KOMPLEXITAET
UND
HERAUSFORDERUNGEN
BEI
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
55
3.1
BEDARF
UND
MOTIVATION
DER
UMFRAGE
.
55
3.2
UMFRAGEDESIGN,
FRAGESTELLUNG
UND
VERTEILUNG
.
56
3.3
DATENAUSWERTUNG
DER
UMFRAGE
.
59
3.4
BEWERTUNG
DER
UMFRAGEERGEBNISSE
UND
ABLEITUNG
DER
HANDLUNGSBEDARFE
.
65
3.4.1
ERKLAERUNGEN
DER
HOHEN
UND
STEIGENDEN
KOMPLEXITAET
VON
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
.
.
65
3.4.2
ERKLAERUNGEN
DES
EINSATZES
VON
SIMULATIONSSOFTWARE
BEI
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
.
.
66
4
KONZEPT
.
69
4.1
ZUSAMMENFUEHRUNG
DER
ANFORDERUNGEN
AUS
LITERATUR
UND
DER
UMFRAGEERGEBNISSE
.
69
4.2
CO-SIMULATIONSFRAMEWORK
PLANET
.
70
5
STRUKTURIERUNG
INDUSTRIELLER
IT-/OT-APPLIKATIONEN
HINSICHTLICH
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
MITHILFE
EINES
KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE-PORTFOLIOS
75
5.1
DEFINITION
HEUTIGER
UND
ZUKUENFTIGER
INDUSTRIELLER
APPLIKATIONEN
IN
DER
FERTIGUNGSAUTOMATISIERUNG
.
76
5.2
APPLIKATIONSBEZOGENE
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
IN
DER
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
.
78
5.2.1
DYNAMISCHE
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
.
79
5.2.2
KOMMUNIKATIONSBEZIEHUNG
IN
DER
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
.
80
5.2.3
PARAMETER
APPLIKATIONSBEZOGENER
KOMMUNIKATIONS
ANFORDERUNGEN
.
81
5.3
APPLIKATIONSBEZOGENE
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
ANHAND
EINER
BEISPIELHAFTEN
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
83
VI
5.4
KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE-PORTFOLIO
VON
INDUSTRIELLEN
APPLIKATIONEN
.
84
5.4.1
DEFINITION
UND
ERLAEUTERUNG
DER
EIGENSCHAFTEN
DES
PORTFOLIOS
85
5.4.2
ERSTELLUNG
DER
TECHNOLOGIEGRENZEN
INNERHALB
DES
PORT
FOLIOS
.
86
5.4.3
EINORDNUNGDER
APPLIKATIONEN
IN
DAS
PORTFOLIO
.
.
.
88
5.5
FAZIT
.
89
6
MODELLIERUNG
VON
HOLISTISCHEN
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
AUTOMATISIERTER
PRODUKTIONSANLAGEN
.
91
6.1
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
VON
APPLIKATIONEN
IN
DER
PLANUNGSPHASE
.
91
6.2
KOMMUNIKATIONSEIGENSCHAFTEN
IN
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
93
6.2.1
KOMMUNIKATION
AUF
METAEBENE
ZWISCHEN
AKTIVEN
VER
WALTUNGSSCHALEN
.
93
6.2.2
KOMMUNIKATION
MIT
EINER
REAKTIVEN
VERWALTUNGSSCHALE
94
6.3
ABBILDUNG
VON
APPLIKATIONSBEZOGENEN
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN IN
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
96
6.3.1
TEILMODELL
SIMULATION
.
96
6.3.2
TEILMODELL
SIMULATION-KOMMUNIKATION
.
97
6.4
PROTOTYPISCHE
IMPLEMENTIERUNG
EINES
TEILMODELLS
IN
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
99
6.5
TRANSFER
DER
INFORMATIONEN
AUS
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
.
.
100
6.5.1
ANFORDERUNGEN
AN
DIE
SCHNITTSTELLE
.
101
6.5.2
KONZEPTION
DER
SCHNITTSTELLE
.
102
6.6
FAZIT
.
103
7
CO-SIMULATION
VON
KOMPLEXEN
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
105
7.1
ANFORDERUNGEN
UND
ZIELSETZUNG
AN
DIE
CO-SIMULATION
.
.
.
105
7.2
GESAMTKONZEPT
UND
INFORMATIONSAUSTAUSCH
DER
CO-SIMULATION
.
106
7.2.1
GESAMTARCHITEKTUR
.
107
7.3
AUSWAHL
UND
BEWERTUNG
GEEIGNETER
SIMULATIONSWERKZEUGE
ZUR
CO-SIMULATION
.
108
7.3.1
DEFINITION
DER
KRITERIEN
ZUR
AUSWAHL
GEEIGNETER
SIMU
LATIONSWERKZEUGE
.
109
VII
7.3.2
ANALYSE
VORHANDENER
SIMULATIONSWERKZEUGE
ZUR
MATERIALFLUSS
UND
KOMMUNIKATIONSSIMULATION
.
.
IN
7.3.3
BEWERTUNG
VON
SIMULATIONSWERKZEUGEN
ANHAND
EINER
MATRIX
.
114
7.4
WERKZEUGE
UND
AUFGABEN
INNERHALB
DES
GESAMTKONZEPTS
.
115
7.4.1
PRODUKTIONSPLANUNGS
UND
MATERIALFLUSSSIMULATION
115
7.4.2
KOMMUNIKATIONSSIMULATION
.
117
7.4.3
KONFIGURATIONSEXPORT
UND
-IMPORT
ZUR
INITIALISIERUNG
VON
OMNET++
118
7.4.4
SOCKETBASIERTER
DATENAUSTAUSCH
ZUR
INFORMATIONSSYN
CHRONISATION
.
120
7.4.5
ERGEBNISSE
DER
CO-SIMULATION
.
122
7.5
FAZIT
.
123
8
UMSETZUNG
UND
VALIDIERUNG
DES
GESAMTSYSTEMS
.
125
8.1
PROTOTYPISCHE
IMPLEMENTIERUNG
.
125
8.1.1
ANPASSUNGEN PLANT
SIMULATION
.
125
8.1.2
ANPASSUNGEN
OMNET++
.
127
8.1.3
MODELLAUFBAU
ANHAND
DER
BEISPIELHAFTEN
PRODUKTION
128
8.1.4
TECHNOLOGIEFLEXIBILITAET
IN
DER
CO-SIMULATION
.
129
8.1.5
SIMULATIONSSZENARIO
UND
-ERGEBNISSE
.
132
8.2
VALIDIERUNG
DER
SIMULATION
ANHAND
EINES
REALEN
ANWENDUNGSFALLS
.
134
8.2.1
VALIDIERUNGSSZENARIO
.
134
8.2.2
MESSUNG
DES
KOMMUNIKATIONSAUFKOMMENS
.
136
8.3
GRENZEN
DER
VALIDIERUNG
UND
DER
CO-SIMULATION
.
138
8.4
FAZIT
.
138
9
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
141
10
SUMMARY
AND
OUTLOOK
.
145
ANHANG
.
149
LITERATURVERZEICHNIS
.
151
VIII |
| adam_txt |
INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS
.
IX
BILDVERZEICHNIS
.
XI
TABELLENVERZEICHNIS
.
XIII
I
EINLEITUNG
.
I
1.1
MOTIVATION
UND
ZIELSETZUNG
.
I
1.2
VORGEHENSWEISE
.
2
2
STAND
DER
TECHNIK
UND
FORSCHUNG
.
5
2.1
AUTOMATISIERTE
PRODUKTIONSANLAGE
.
5
2.1.1
LEBENSZYKLUS
EINER
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
6
2.1.2
DIE
AUTOMATISIERUNGSPYRAMIDE
UND
IHR
EINFLUSS
AUF
DIE
STRUKTUR
INNERHALB
DER
PRODUKTION
.
8
2.1.3
AUFLOESUNG
DER
KLASSISCHEN
AUTOMATISIERUNGSPYRAMIDE
UND
AUSWIRKUNGEN
AUF
KOMMUNIKATIONSBEZIEHUNGEN
10
2.1.4
KOMMUNIKATIONSSCHNITTSTELLEN
INNERHALB
DER
PRODUK
TION
.
11
2.1.5
VERWALTUNGSSCHALE
ZUR
INFORMATIONSBESCHREIBUNG
.
13
2.2
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
.
15
2.2.1
DIENSTGUETEPARAMETER
-
QUALITY
OF
SERVICE
.
15
2.2.2
ECHTZEIT
.
19
2.2.3
DETERMINISTISCHER
UND
NICHTDETERMINISTISCHER
KOM
MUNIKATIONSVERKEHR
.
21
2.2.4
SPEZIELLE
ANFORDERUNGEN
AN
INDUSTRIELLE
KOMMUNIKA
TION
.
23
2.2.5
KLASSIFIZIERUNG
VON
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
NACH
3GPP
24
2.3
INDUSTRIELLE
KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIEN
UND
-PROTOKOLLE
IN
DER
PRODUKTION
.
26
2.3.1
OSI-REFERENZMODELL
.
27
2.3.2
INDUSTRIELLE
KOMMUNIKATIONSMEDIEN
.
29
2.3.3
5G
-
NEUER
INDUSTRIELLER
FUNKSTANDARD
.
31
2.3.4
WIFI
6
.
38
2.3.5
INDUSTRIELLE
FELDBUSSE
UND
KOMMUNIKATIONSPROTOKOLLE
39
2.4
PLANUNG
UND
SIMULATION
.
46
2.4.1
PRODUKTIONSPLANUNG
UND
MATERIALFLUSSSIMULATION
.
46
2.4.2
EREIGNISDISKRETE
UND
MATHEMATISCHE
KOMMUNIKATI
ONSSIMULATION
.
47
2.5
BESTEHENDE
FORSCHUNGSANSAETZE
.
49
2.6
ABLEITUNG
DES
FORSCHUNGSBEDARFS
UNTER
ABGRENZUNG
BESTEHENDER
FORSCHUNGSANSAETZE
.
51
3
ANALYSE
DER
KOMPLEXITAET
UND
HERAUSFORDERUNGEN
BEI
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
55
3.1
BEDARF
UND
MOTIVATION
DER
UMFRAGE
.
55
3.2
UMFRAGEDESIGN,
FRAGESTELLUNG
UND
VERTEILUNG
.
56
3.3
DATENAUSWERTUNG
DER
UMFRAGE
.
59
3.4
BEWERTUNG
DER
UMFRAGEERGEBNISSE
UND
ABLEITUNG
DER
HANDLUNGSBEDARFE
.
65
3.4.1
ERKLAERUNGEN
DER
HOHEN
UND
STEIGENDEN
KOMPLEXITAET
VON
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
.
.
65
3.4.2
ERKLAERUNGEN
DES
EINSATZES
VON
SIMULATIONSSOFTWARE
BEI
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
.
.
66
4
KONZEPT
.
69
4.1
ZUSAMMENFUEHRUNG
DER
ANFORDERUNGEN
AUS
LITERATUR
UND
DER
UMFRAGEERGEBNISSE
.
69
4.2
CO-SIMULATIONSFRAMEWORK
PLANET
.
70
5
STRUKTURIERUNG
INDUSTRIELLER
IT-/OT-APPLIKATIONEN
HINSICHTLICH
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
MITHILFE
EINES
KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE-PORTFOLIOS
75
5.1
DEFINITION
HEUTIGER
UND
ZUKUENFTIGER
INDUSTRIELLER
APPLIKATIONEN
IN
DER
FERTIGUNGSAUTOMATISIERUNG
.
76
5.2
APPLIKATIONSBEZOGENE
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
IN
DER
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
.
78
5.2.1
DYNAMISCHE
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
.
79
5.2.2
KOMMUNIKATIONSBEZIEHUNG
IN
DER
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
.
80
5.2.3
PARAMETER
APPLIKATIONSBEZOGENER
KOMMUNIKATIONS
ANFORDERUNGEN
.
81
5.3
APPLIKATIONSBEZOGENE
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
ANHAND
EINER
BEISPIELHAFTEN
AUTOMATISIERTEN
PRODUKTIONSANLAGE
83
VI
5.4
KOMMUNIKATIONSTECHNOLOGIE-PORTFOLIO
VON
INDUSTRIELLEN
APPLIKATIONEN
.
84
5.4.1
DEFINITION
UND
ERLAEUTERUNG
DER
EIGENSCHAFTEN
DES
PORTFOLIOS
85
5.4.2
ERSTELLUNG
DER
TECHNOLOGIEGRENZEN
INNERHALB
DES
PORT
FOLIOS
.
86
5.4.3
EINORDNUNGDER
APPLIKATIONEN
IN
DAS
PORTFOLIO
.
.
.
88
5.5
FAZIT
.
89
6
MODELLIERUNG
VON
HOLISTISCHEN
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
AUTOMATISIERTER
PRODUKTIONSANLAGEN
.
91
6.1
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN
VON
APPLIKATIONEN
IN
DER
PLANUNGSPHASE
.
91
6.2
KOMMUNIKATIONSEIGENSCHAFTEN
IN
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
93
6.2.1
KOMMUNIKATION
AUF
METAEBENE
ZWISCHEN
AKTIVEN
VER
WALTUNGSSCHALEN
.
93
6.2.2
KOMMUNIKATION
MIT
EINER
REAKTIVEN
VERWALTUNGSSCHALE
94
6.3
ABBILDUNG
VON
APPLIKATIONSBEZOGENEN
KOMMUNIKATIONSANFORDERUNGEN IN
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
96
6.3.1
TEILMODELL
SIMULATION
.
96
6.3.2
TEILMODELL
SIMULATION-KOMMUNIKATION
.
97
6.4
PROTOTYPISCHE
IMPLEMENTIERUNG
EINES
TEILMODELLS
IN
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
99
6.5
TRANSFER
DER
INFORMATIONEN
AUS
DER
VERWALTUNGSSCHALE
.
.
.
100
6.5.1
ANFORDERUNGEN
AN
DIE
SCHNITTSTELLE
.
101
6.5.2
KONZEPTION
DER
SCHNITTSTELLE
.
102
6.6
FAZIT
.
103
7
CO-SIMULATION
VON
KOMPLEXEN
INDUSTRIELLEN
KOMMUNIKATIONSNETZWERKEN
.
105
7.1
ANFORDERUNGEN
UND
ZIELSETZUNG
AN
DIE
CO-SIMULATION
.
.
.
105
7.2
GESAMTKONZEPT
UND
INFORMATIONSAUSTAUSCH
DER
CO-SIMULATION
.
106
7.2.1
GESAMTARCHITEKTUR
.
107
7.3
AUSWAHL
UND
BEWERTUNG
GEEIGNETER
SIMULATIONSWERKZEUGE
ZUR
CO-SIMULATION
.
108
7.3.1
DEFINITION
DER
KRITERIEN
ZUR
AUSWAHL
GEEIGNETER
SIMU
LATIONSWERKZEUGE
.
109
VII
7.3.2
ANALYSE
VORHANDENER
SIMULATIONSWERKZEUGE
ZUR
MATERIALFLUSS
UND
KOMMUNIKATIONSSIMULATION
.
.
IN
7.3.3
BEWERTUNG
VON
SIMULATIONSWERKZEUGEN
ANHAND
EINER
MATRIX
.
114
7.4
WERKZEUGE
UND
AUFGABEN
INNERHALB
DES
GESAMTKONZEPTS
.
115
7.4.1
PRODUKTIONSPLANUNGS
UND
MATERIALFLUSSSIMULATION
115
7.4.2
KOMMUNIKATIONSSIMULATION
.
117
7.4.3
KONFIGURATIONSEXPORT
UND
-IMPORT
ZUR
INITIALISIERUNG
VON
OMNET++
118
7.4.4
SOCKETBASIERTER
DATENAUSTAUSCH
ZUR
INFORMATIONSSYN
CHRONISATION
.
120
7.4.5
ERGEBNISSE
DER
CO-SIMULATION
.
122
7.5
FAZIT
.
123
8
UMSETZUNG
UND
VALIDIERUNG
DES
GESAMTSYSTEMS
.
125
8.1
PROTOTYPISCHE
IMPLEMENTIERUNG
.
125
8.1.1
ANPASSUNGEN PLANT
SIMULATION
.
125
8.1.2
ANPASSUNGEN
OMNET++
.
127
8.1.3
MODELLAUFBAU
ANHAND
DER
BEISPIELHAFTEN
PRODUKTION
128
8.1.4
TECHNOLOGIEFLEXIBILITAET
IN
DER
CO-SIMULATION
.
129
8.1.5
SIMULATIONSSZENARIO
UND
-ERGEBNISSE
.
132
8.2
VALIDIERUNG
DER
SIMULATION
ANHAND
EINES
REALEN
ANWENDUNGSFALLS
.
134
8.2.1
VALIDIERUNGSSZENARIO
.
134
8.2.2
MESSUNG
DES
KOMMUNIKATIONSAUFKOMMENS
.
136
8.3
GRENZEN
DER
VALIDIERUNG
UND
DER
CO-SIMULATION
.
138
8.4
FAZIT
.
138
9
ZUSAMMENFASSUNG
UND
AUSBLICK
.
141
10
SUMMARY
AND
OUTLOOK
.
145
ANHANG
.
149
LITERATURVERZEICHNIS
.
151
VIII |
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