COPA-DATA investiert jährlich 25 Prozent seines Umsatzes in Forschung und Entwicklung. Die Bandbreite reicht von Usability-Projekten über den Einsatz von zenon in schulischen Ausbildungslabors bis hin zum Beitrag an der Entwicklung internationaler Industriestandards in diversen Organisationen und Gremien. Das aktuelle Beispiel dieses Engagements ist das Projekt „FIT-IT Semantische Systeme: OntoReA“. Unterstützt wird dieses Projekt durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) und die FIT-IT-Initiative (Forschung, Innovation, Technologie – Informationstechnologie) des Bundesministeriums für Verkehr, Innovation und Technologie (BMVIT). Ins Leben gerufen wurde die Idee dazu bereits im Herbst 2007 von den beiden Instituten für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN) und Computertechnik (ICT) an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Technischen Universität Wien.
Im Zentrum des Projekts: ein auf Wechselbeziehung basierter Wissensaustausch in Echtzeit
Der Projektname OntoReA steht für „Ontology-based Reflective World Model for Autonomous Agents“ (reflektierendes Weltmodell für Autonome (Software-)Agenten auf der Grundlage von Ontologien). Als Ontologien bezeichnet man im Kontext der Informatik meist sprachlich ausgedrückte und formal geordnete Darstellungen einer Menge von Begrifflichkeiten und der zwischen ihnen bestehenden Beziehungen in einem bestimmten Gegenstandsbereich. Sie werden dazu genutzt, Wissen in digitalisierter und formaler Form zwischen Anwendungsprogrammen und Diensten auszutauschen.
Künstliche Intelligenz als Handlungsmotor
Ziel von OntoReA war es, eine Methode aufzuzeigen, wie man der steigenden Komplexität und Notwendigkeit, sich schnell an ein veränderndes Umfeld in den Bereichen Produktion und Logistik anzupassen, begegnet. Der Einsatz dezentralisierter Steuerungsmodelle auf der Grundlage von Software-Agenten mit autonomem Verhalten gilt als vielversprechender Ansatz, sich einer solchen Herausforderung zu stellen. Dieser Ansatz kann in verteilten physischen Systemen – beispielsweise einer Förderanlage in einem Automobil-Produktionsbetrieb oder einer Flaschenabfüllanlage bei einem Getränkehersteller – herangezogen werden, indem jeder Software-Agent einer individuellen physischen Komponente, zum Beispiel einer Förderpalette, zugeordnet wird. So dient der Software-Agent gewissermaßen als „künstliche Intelligenz“ der physischen Komponente. Der zugeordnete Software-Agent soll die physische Komponente anleiten, damit sie nützliches lokales Verhalten leisten und mit den anderen Komponenten des Systems zusammenarbeiten kann, um das erwünschte globale Verhalten zu erzielen.
Praxistaugliche Verwertung im Test
Um diese Methode praxistauglich zu testen, haben die Projektverantwortlichen im Odo-Struger-Labor am ACIN der TU Wien eine Testumgebung eingerichtet, an der diverse potentielle Störfälle intensiv getestet wurden. Es handelt sich dabei um eine Förderanlage, die aus 32 Weichen, sechs Indexstationen und diversen Förderpaletten besteht.
Dieses Paletten-Transportsystem wurde durch 38 Controller gesteuert und mit 80 RFID-Lesegeräten ausgestattet, um die Paletten identifizieren und lokalisieren zu können. Die Aufgabe der Testumgebung bestand darin, die Paletten von einer Indexstation zur nächsten zu befördern und dabei mit der jeweiligen Situation umzugehen. Diese Situation kann beispielsweise ein bereits belegtes Förderband, ein Förderband, das außer Betrieb ist, oder eine blockierte Weiche sein. In diesen Fällen mussten die Agenten die Situation automatisch handhaben, ohne dass eine Bedienperson die Steuerungen neu programmiert.
zenon Visualisierung sorgt für Überblick
Für die Überwachung des Verhaltens und der Reaktionen der Steuerungen kam eine zenon-Anwendung zum Einsatz, die sämtliche Daten sammelte und entsprechend visualisierte. Nur so konnte garantiert werden, dass das Handeln der einzelnen Komponenten und ihr globales Zusammenspiel zu jedem Zeitpunkt bis ins kleinste Detail nachvollziehbar blieb. Für die Kommunikation mit den Agenten entwickelten die Ingenieure von COPA-DATA einen neuen Treiber, der für aussagekräftige Messwerte und Echtzeit-Datentransfer sorgt.
Hoher wirtschaftlicher Nutzen
Wilfried Lepuschitz, Universitätsassistent am Institut für Automatisierungs- und Regelungstechnik, freut sich über den Projekterfolg: „Das Besondere bei diesem Projekt war der Einsatz künstlicher Intelligenz bei den Agenten. Sie ist natürlich nicht mit menschlicher Intelligenz vergleichbar, aber diese Art von implementierter Logik schafft es auf einfache Art und Weise, dass einzelne Komponenten wissen, was sie tun und welche Auswirkungen ihr Handeln hat. Wenn beispielsweise eine Förderpallette an einer Weiche am Förderband stecken bleibt, gibt die betroffene Weiche ihr Wissen darüber an benachbarte Weichen weiter, die dieses Wissen wiederrum verarbeiten und dementsprechend nachfolgende Paletten umleiten. Produktionsbetriebe müssen sich solchen Herausforderungen in der Praxis oft stellen. Ein System, dass in der Lage ist, solche Situationen autonom zu lösen, kann für die Industrie von großem wirtschaftlichem Nutzen sein. Es ist durchaus denkbar, dass sich diese Forschungstätigkeit bis hin zu einem marktreifen Produkt ausbauen lässt. Dafür wären allerdings noch weitere Bestrebungen seitens der Industriepartner notwendig.“
Alois Zoitl, Leiter des ACIN-Forschungsfelds für Verteilte Intelligente Automatisierungssysteme, ergänzt: „Es ist erstaunlich, dass man mit so minimalen Aufwand einen Agenten heute um so viel intelligenter machen kann. Früher musste man sehr viel programmieren und jede neue Erweiterung beim Agenten bedeutete sehr viel Aufwand. Mit unserer Methode haben wir gezeigt, dass man Produktionssysteme so flexibel gestalten kann, dass selbst in Störfällen keine Bedienaktion durch einen Menschen erforderlich ist. Dieser Ansatz ist derzeit einzigartig und existiert so am Markt noch nicht. Es freut uns, dass wir mit COPA-DATA einen kompetenten Partner aus der Industrie für diese Thematik begeistern konnten.“
COPA-DATA und TU Wien: Kooperation wird fortgesetzt
Jürgen Resch, OntoReA-Projektverantwortlicher bei COPA-DATA, resümiert: „Dieses spannende Thema war der Auftakt einer Kooperation mit der TU Wien und für uns von großer Bedeutung. Umso erfreulicher ist es, dass dieses Projekt nun auch neue Ideen und gemeinsame Forschungsintentionen hervorgebracht hat, so dass die Zusammenarbeit mit den beiden Instituten fortgesetzt wird.“
Im Rahmen einer Projektabschlussveranstaltung am 26. Januar 2011 konnten sich die rund 30 Besucher direkt im Odo-Struger-Labor vom Erfolg des Projektes überzeugen. Alle vorab skizzierten Situationen (potentielle Störfälle) konnte das Testsystem problemlos eigenständig meistern.
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COPA-DATA GmbH, Ottobrunn bei München
Die COPA-DATA GmbH ist ein international tätiges Softwareunternehmen mit Sitz in München-Ottobrunn (Hauptsitz und Verwaltung Deutschland), Köln (Niederlassung), Salzburg (Headquarters) und vielen weiteren Ländern. COPA-DATA agiert seit 1987 erfolgreich im Markt der HMI/SCADA-Lösungen und beschäftigt heute rund 140 Mitarbeiter. zenon ist eine offene und durchgängige HMI/SCADA-Software für die Industrie- und Gebäudeautomation, die als Maschinenbediensystem ebenso genutzt wird wie als Prozessleitsystem. Das IEC 61131-3-Programmiersystem straton ist vollständig in zenon integriert. Die Kernkompetenz der COPA-DATA GmbH ist es, technologisch führende Lösungen für durchgängige und plattformunabhängige Anwendungen zu entwickeln, die die Produktivität des Kunden nachhaltig steigern. Das Tätigkeitsspektrum der COPA-DATA reicht von der Beratung über die Implementierung der Softwarelösung zenon bis hin zu Schulung und Support. Seit 22 Jahren entwickelt COPA-DATA zenon für die Prozessvisualisierung und Prozesskontrolle stetig und mit wachsendem Erfolg weiter. Bereits im Jahr 1991 brachte COPA-DATA das erste Visualisierungssystem auf den Markt, das vollständig unter Windows lauffähig war. Bis heute stehen die Innovation der Softwarelösung und der hundertprozentige Einsatz für den Kunden an erster Stelle. Und der Erfolg gibt dem Markt führenden Unternehmen recht: Inzwischen kann der Software-Spezialist mehr als 70.000 Installationen vorweisen. Die breite Kundenbasis findet sich in den Branchen Automotive, Verpackung, Pharma, Food & Beverage, Gebäudeleittechnik, Papier und Druck. Zum namhaften Kundenkreis der COPA-DATA GmbH zählen z.B. Adelholzener, Alstom, Audi, Benninger, BMW Group, Daimler, Dürr, DuPont, Eisenmann, Festo, Ford, Goodyear, Hitachi, Infineon, Krones, Linde, Philips, Schuler Pressen, SIG Combibloc, Volkswagen und viele mehr. Weitere Informationen:
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