CAE in derPLT - Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik

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Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik
CAE in der Prozessautomatisierung
Sichten,
Kennzeichnungssysteme
SS 2012, 08.05.2012
Dipl.-Ing. F. Doherr
Sichten/Aspekte
• Strukturierung:
 Ziel: Rationelles planen, herstellen, betreiben und warten von großen
Systemen
 Wiederholte Untergliederung des Systems und den zugehörigen
Informationen in Teile
 Struktur der Information (Aufteilung auf Dokumente)
 Struktur des Inhalts (innerhalb eines Dokuments)
 Aufbau eines Referenzkennzeichnungssystems
• Ein System oder ein Systembestandteil können auf verschiedene Weise
betrachtet werden  Sicht/Aspekt
 Was macht es?  Funktionsaspekt
 Wie ist es zusammengesetzt?  Produktaspekt
 Wo befindet es sich?  Ortsaspekt
Urbas/Doherr © 2012
CAE@PA
Folie 2
Sichten/Aspekte
• die Informationen und Struktur von Objekten innerhalb eines
Systems können in Hinsicht auf die Aspekte sehr unterschiedlich
sein
 daher sollte für jeden Aspekt eine eigene Struktur angelegt
werden
 funktionsbezogene Struktur
 produktbezogene Struktur
 ortsbezogenen Struktur
CAE@PA
Folie 3
Funktionsbezogene Struktur
• Wie sind die
Funktionen des
Systems in
Teilfunktionen
aufgeteilt?
• Wie erfüllen sie im
Zusammenwirken den
beabsichtigten
Zweck?
• Beispiel: Walzstraße
(DIN EN 61346-1)
CAE@PA
Folie 4
(DIN EN 61346-1)
Produktbezogene Struktur
• Art und Weise in der
ein System aus
Zwischen- und
Endprodukten
realisiert ist,
zusammengesetzt
oder geliefert wird
• Ein Produkt kann
eine oder mehrere
unabhängige
Funktionen
umsetzen und an
mehreren Orten
existieren
CAE@PA
Folie 5
(DIN EN 61346-1)
Ortsbezogene Struktur
• topographische
Anordnung eines
Systems (Objekts)
und/oder seiner
Umgebung:
 Gelände;
 Gebäude;
 Stockwerk;
 Raum / Koordinaten;
 Ort einer Einrichtung
/ Schrankreihe;
 Ort eines Schrankes;
 Tafel;
 Steckplatz
CAE@PA
Folie 6
(DIN EN 61346-1)
• im Lebenszyklus eines Systems müssen deren Bestandteile für
verschiedenste Zwecke gekennzeichnet werden
 Artikelnummern, Seriennummern, Auftragsnummern,
Dokumentennummern, …
• Identifikation von Typen, Instanzen und Individuen
CAE@PA
Folie 7
(DIN EN 61346-1)
• der Umfang und die Komplexität von Engineeringprojekten in der
Automatisierungstechnik können nur durch die enge
Zusammenarbeit der beteiligten Gewerke bewältigt werden
 Arbeit mit Vorgehensmodellen
 Verwendung von gemeinsamen Kennzeichen für die Aspekte
der Planungsobjekte („Was meint der Kollege für ein Geräte?“)
• es muss möglich sein ein Planungsobjekt über alles Lebensphasen
der tech. Anlage und über alle beteiligten Gewerke hinweg
eindeutig identifizieren zu können
Referenzkennzeichen
(DIN EN 61346-1)
- Kennung eines spezifischen Objektes in bezug auf das System, von
welchen das Objekt Bestandteil ist. Es basiert auf einem oder
mehreren Aspekten dieses Systems
- Möglichkeit der eindeutigen Identifizierung eines Objektes im
System
CAE@PA
Folie 8
• Einzelebenen-Referenzkennzeichen
 Referenkennzeichen eines Objektes in Hinblick auf das Objekt, von dem es ein
Bestandteil ist
 Aufbau:
 Vorzeichen zur Aspektidentifikation
 Funktionsaspekt  Vorzeichen: =
 Produktaspekt  Vorzeichen:  Ortsaspekt  Vorzeichen: +
 Buchstabe (codiert), einer Zahl oder beides in Kombination
 Beispiel:
- ein Rad ist funktionaler Bestandteil eines Autos
=R1
- Etage 6 ist ein Stockwerk eines Gebäudes
+E06
- die CPU ist Produktbestandteil einer S7-400 Steuerung
-CPU
CAE@PA
Folie 9
• Mehrebenen-Referenzkennzeichen
 Referenzkennzeichen, welches durch die strukturierte (hierarchische)
Zusammensetzung von Einzelebenen-Referenzkennzeichen entsteht
(DIN EN 61346-1)
 das Mehrebenen-Referenzkennzeichen ist der „Pfad“ der Objektstruktur
 Bsp.:
+Welt+Europa+Deutschland+Sachsen+Dresden+TU+BarkhausenBau+H213
 ist der Aspekt bei zwei aufeinanderfolgenden EinzelebenenReferenzkennzeichen eines Mehrebenen-Referenzkennzeichens gleich, kann
das Vorzeichen zwischen Ihnen weggelassen werden oder durch einen
Punkt ersetzt werden
 Bsp.:
+Welt.Europa.Deutschland.Sachsen.Dresden.TU.BarkhausenBau.H213
CAE@PA
Folie 10
• Mehrebenen-Referenzkennzeichen
 die Verwendung mehrere Aspekte zur Objektidentifizierung ist möglich
CAE@PA
(DINFolie
EN 11
61346-1)
• Normen
 DIN EN 61346-1
 DIN EN 61346-2
 DIN V 6779-1
 DIN 6779-1
 DIN 19227-1
 DIN EN 61175
CAE@PA
Folie 12
Fakultät ETIT, Institut für Automatisierungstechnik, Professur für Prozessleittechnik
CAE in der Prozessautomatisierung
CA-Systeme
SS 2012, 07.05.2012
Dipl.-Ing. F. Doherr
CA-Systeme
Gestern
Heute
CAE@PA
Folie 14
Warum CA-Systeme?
Bewältigung der steigenden Effizienz-, Zeit- und
Qualitätsanforderungen an die Unternehmen (Planungsingenieure)
CAE@PA
Folie 15
Warum CA-Systeme?
•
der Computer soll den Menschen nicht ersetzen
•
CA-Systeme sollen die menschlichen Fähigkeiten
und Qualitäten ergänzen und erweitern
•
sie sollen helfen die menschlichen Schwächen
auszugleichen bzw. abzufangen
technisches System
 unsystematisches Vorgehen
 Vergessen von Einzelheiten
 mangelnde Übersicht über die
Zusammenhänge und Fakten, die sich
während des Engineeringprozesses auch
noch ändern
CA-Systeme
Der Mensch muss noch immer die maßgeblichen Arbeiten selber
vollführen und sollte die letztendliche Verantwortung nicht an den
Computer
abgeben (können)!CAE@PA
Folie 16
Warum CA-Systeme?
Ziele
•
Vermeidung und Erkennung von Fehlern, die zwangsläufig entstehen, wenn
viele Einzeldaten und Kohärenzen verstanden und verarbeitet werden
müssen („Einzelfehler“ – „Gruppenfehler“)
 Fehlererkennung und –prävention; Qualitätssicherung
•
Erstellung, Haltung, Verwaltung und Aktualisierung der gesamten
Dokumentation (ohne Computer bzw. Datenbanken heute kaum noch
denkbar und beherrschbar)
 Dokumentenmanagement und Rückdokumentation
•
Erhalt eines schnellen und weitreichenden Überblickes über den aktuellen
Stand des Engineeringvorhabens und Vergleich aller vorhandenen Varianten
von Komponenten, Teilsystemen und Konfigurationen
 Bewältigung und Erfassung der zunehmenden Komplexität und
Hilfsmittel beim Projektmanagement
CAE@PA
Folie 17
Warum CA-Systeme?
Ziele
•
Durch die Möglichkeit der Vernetzung von Computersystemen wird die
Kommunikation unter den Projektbeteiligten erleichtert und es können
mehrere Personen parallel und u.U. auch örtlich verteilt eine Aufgabe mit
einem konsistenten Datenstand bearbeiten.
 Kommunikationsverbesserung und Concurrent Engineering
•
Wenn Daten und Ergebnisse eines Engineeringvorganges in digitaler Form
vorliegen, so können sie bzw. Teile daraus für Folgeprojekte schnell und
ohne viel Aufwand wiederverwendet werden.
 Wiederverwendbarkeit von Daten
•
Durch den Einsatz von Rechentechnik ist es bereits in frühen
Planungsphasen möglich die Funktionen und das Verhalten einer
technischen Anlage oder eines bestimmten Anlagenteils nachzubilden und
sich zu verdeutlichen.
 Anlagenmodellierung und Simulation
CAE@PA
Folie 18
Warum CA-Systeme?
Weiterführende Ziele
•
Nutzung der erstellten Planungsdaten über die IBS einer Anlage hinweg
 „Abgleich“ zwischen geplanter und errichteter Anlage (built as
planned)
 Instandhaltung (Wartung, Inspektion)
 Asset Management
 Operator Training
 virtuelle Begehung
 Fehlersuche und –analyse
 Optimierung (Prozess, PLT-Einrichtungen)
 Ein über alle Lebensphasen einer technischen Anlage
zu verwendendes CAE-System.
CAE@PA
Folie 19
Überblick - CA-Systeme
CAE@PA
Folie 20
(nach Lauber, R. u. Göhner,
P. 1999)
CAD (CAE) – Der Anfang
• 1963 entwickelte Ivan Sutherland am
MIT (Massachusetts Institute of
Technology) das Programm
„Sketchpad“, mit dem über ein
Lichtgriffel einfache Zeichenobjekte
erzeugt und in ihrer Größe verändert
werden konnten  Video
Fototransistor
Auslöser
Elektronik
CAE@PA
konventionell Nutzung
Folie 21
 Lichtpistole
CAD (CAE) – Der Anfang
•
Ende der 60er bis Mitte der 70er Jahre entstehen vor
Allem im Flugzeugbau erste kommerzielle CAD-Systeme
(2D), die mit Hilfe von IBM-Großrechnern liefen
 CADAM (Computer Augmented Design And
Manufacturing) der Fa. Lockheed
•
Weiterentwicklung von CADAM durch Fa. Avions Marcel
Dassault
 CATIA (Computer Aided Three-Dimensional
Interactive Application)
•
Forschung an der Universität Cambridge zur Nutzung
einfacher 3D-Körper
 PDMS (Plant Design Management System) der Fa.
Aveva
•
Im Laufe der 80er Jahre ist mit dem Programm AutoCAD
das rechnergestützte Konstruieren auch auf Heimrechner
möglich
CAE@PA
Folie 22
CAD  CAE – Der Übergang
•
CAD-Systeme wurden konzipiert, um den Menschen bei der
Erzeugung von technischen Zeichnungen zu unterstützen (sauberes
Zeichnen, Änderungsanpassungen, Symbolbibliotheken,
Wiederverwendbarkeit, Reproduzierbarkeit)
•
im Laufe der Zeit war es notwendig, mehr und mehr Informationen
zu den einzelnen Zeichnungsobjekten bereitzustellen und zu
interpretieren
•
Werden neben dem eigentlichen Design- (Entwurf, Zeichnung) auch
Projektierungsaufgaben durch diese Systeme übernommen, spricht
man nicht mehr von CAD- sondern CAE-Systemen.
CAE@PA
Folie 23
CAD  CAE – Der Übergang
 Steht hinter einem CAD-System ein Datenmodell für die
Objekte, welches die Objekte selber, ihre Eigenschaften und
ihre Relationen abbildet, und existiert eine Komponente für
die Datenhaltung, so handelt es sich um ein CAE-System.
 die Eigenschaften sind vor Allem nichtgrafische Aspekte
 das „E“ bedeutet nicht nur Datenhaltung in Formularen, sondern
stellt im wesentlichen die Informationsbasis für alle Meilensteine
beim Engineering einer technischen Anlage dar (notwendig für die
Generierung von Planungsdokumenten wie Listen, Datenblättern,
Angebotsanfragen u.a.)
CAE@PA
Folie 24
CAE-Systeme
Vergleich von CAE-Systemen in der AT (2002)
CAE@PA
Folie 25
(nach Rauprich u. a. (2002))
CAE-Systeme
Vergleich von CAE-Systemen in der AT (2002)
CAE@PA
Folie 26
(nach Rauprich u. a. (2002))
CAE-Werkzeugvielfalt
• in allen Lifecycle-Phasen kommen eine Vielzahl unterschiedlichster CAE-Systeme zum
Einsatz (Je nach Gewerk, eigene, auf ihre Umgebung optimierte CAE- Systeme) 
Einsatzgründe:
 hist. großer Marktanteil und weite Verbreitung
 Speziallösungen; besondere Funktionen (features)
 Zwang (z.B. teilweise bei Entwicklungsumgebungen von Steuerungen)

Verfahrensentwicklung

Apparate- und Rohrleitungsplanung

Instrumentierung (PLT-Hardware)

Instrumentierung (PLT-Software)

Elektroplanung

weitere für bspw. die Konfiguration der Feldgeräte und Steuerungen und die
Instandhaltung der Anlage
CAE@PA
Folie 27
CAE-Systeme für die Verfahrensauslegung
• Aufgabe:
 Verfahren in Grobstruktur konzipieren
 Anlagenteile dimensionieren
 Energieverbrauch und Sicherheit optimieren
• Zielgruppe
 Verfahrenstechnik
• Methoden
 Modellierung
 Stationäre und dynamische
Simulation
• Simulationswerkzeuge zur
Prozessmodellierung wie
z.B. Aspen-Hysys, UniSim, Matlab
CAE@PA
Folie 28
CAE-Systeme für die Fließbilderstellung
• Aufgabe:
 Erstellen von Fließbildern nach EN ISO 10628 (Grundfließbild,
Verfahrensfließbild, Rohrleitung & Instrumentenfließbild (RI)
• Zielgruppe
 Verfahrenstechnik, MSR
• Werkzeuge: SmartPlant P&ID, Comos, weitere CAD-Systeme
CAE@PA
Folie 29
CAE-Systeme für die Aufstellung-, Apparate- und
Rohrleitungsplanung
• Aufgabe:
 Planung der räumliche Anordnung von Apparaten und Maschinen in
einem dafür konzipierten Anlagengerüst
 Bestimmung Platzbedarf, Abschätzung Mengengerüste, Optimierung
von Investitions- und Montagekosten, Instandhaltung, Bedienung,
Wege, Sicherheit, Instandhaltung durch Bestimmung von Ort und
Lage
• Zielgruppe
 Stahlbau, Apparatebau
• Bsp.: z.B. AutoCAD, MicroStation, PDS 3D
CAE@PA
Folie 30
Rohrleitungsplanung
Stahlbau
Virtuelle Begehung
CAE@PA
Rohrleitungen
Folie 31
Rohrleitungsplanung
Rohrleitungsisometrie
CAE@PA
Folie 32
CAE-Systeme für die Instrumentierung (PLTHardware)
• Aufgabe:
 Feldinstrumentierung, Verkabelung, Schalträume
 Für Elektrotechnische Aufgaben: Stromlaufplan
 Für MSR-Aufgaben: PLT-Stellenplan
• Zielgruppe
 MSR
• z.B. SmartPlant Instrumentation,
Comos, PRODOK, E-PLAN
CAE@PA
Folie 33
CAE-Systeme für die Instrumentierung (PLTSoftware)
• Aufgabe:
 Planung und Entwicklung der Logik von MSR und PLT-Aufgaben
(Steuerungs- und Regelungsprogrammentwurf)
 IEC 61131-3, VDI/VDE 3696 – Systemneutrale Programmierung
• Zielgruppe
 MSR, PLT
• z.B. logiDOC, Comos
CAE@PA
Folie 34
CA-Systeme
Arbeitsplätze für das Engineering
Wo liegt die Wahrheit? Papier oder im CA-System?
CAE@PA
Folie 35

CAE in derPLT - Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik

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