Verfahren zum Betreiben eines Automatisierungssystems und Au tomatisierungssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrei ben eines Automatisierungssystems und ein Automatisierungs system.

Es sind Automatisierungssysteme bekannt, die zum automati sierten Herstellen von Produkten geeignet sind, wie bei spielsweise Roboterfabriken. Derartige Fabriken können dazu eingerichtet sein, unterschiedliche Produkte herzustellen. Häufig ist hierbei für jedes einzelne Produkt explizit ein Produktionsplan anzugeben. Der Produktionsplan umfasst alle zur Herstellung des Produkts notwendigen Schritte, ausgehend von Rohmaterialien oder Halbzeugen über bestimmte Zwischen stufen oder Zwischenprodukte bis hin zum fertigen Produkt.

Die Produktionsanlagen der Fabrik weisen beispielsweise be stimmte Fähigkeiten auf. Auf der Basis der Fähigkeiten kann eine Zuordnung von Produktionsschritten zu Produktionsanlagen vorgenommen werden. Derartige Automatisierungssysteme weisen keine hohe Flexibilität auf, da beispielsweise Produkte, zu deren Produktion neue Fähigkeiten notwendig sind, nicht auto matisch hergestellt werden können, obwohl eine der Produkti onsanlagen möglicherweise in der Lage wäre, die benötigte Fä higkeit durchzuführen. Vielmehr müsste ein Betreiber des Au tomatisierungssystems die neue Fähigkeit manuell implementie ren, was zeit- und kostenintensiv ist.

Eine individuelle Herstellung geringer Stückzahlen einzelner Produkte, die sich jeweils unterscheiden, wie bei make-to- order vorgesehen, ist daher nicht effizient möglich. Weiter hin ist eine flexible Anpassung der Zielorientierung bei der Produktion nicht umsetzbar, da die Optimierung der Produktion im Hinblick auf einzelne Parameter von einer Vielzahl von dy namischen Größen abhängen kann. Vor diesem Hintergrund besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben ei nes Automatisierungssystems vorzuschlagen.

Demgemäß wird ein Verfahren zum Betreiben eines Automatisie rungssystems, welches wenigstens eine Produktionsanlage zum automatisierten Herstellen eines Produkts mit vorbestimmten Produkteigenschaften aus einer Anzahl von N Edukten, mit N > 1, umfasst, vorgeschlagen. Das Produkt und jedes Edukt sind durch eine Anzahl von Eigenschaftsparametern charakterisier bar. In einem ersten Schritt a) wird ein digitaler Zwilling für jede Produktionsanlage des Automatisierungssystems, ein digitaler Zwilling für jedes der N Edukte und ein digitaler Zwilling des herzustellenden Produkts bereitgestellt. In einem zweiten Schritt b) wird eine formale Fähigkeiten-Be- schreibung für jede Produktionsanlage auf Basis des jeweili gen digitalen Zwillings der Produktionsanlage erzeugt, wobei die formale Fähigkeiten-Beschreibung einen formalen Zusammen hang zwischen einer Steuergröße der Produktionsanlage und einer der Steuergröße zugehörigen Stellgröße in einer Formal sprache umfasst. In einem dritten Schritt c) wird eine for male Edukt-Beschreibung für jedes der N Edukte auf Basis des digitalen Zwillings des jeweiligen Edukts erzeugt, wobei die jeweilige formale Edukt-Beschreibung einen formalen Zusammen hang zwischen der Stellgröße und den Eigenschaftsparametern des Edukts in der Formalsprache umfasst. In einem vierten Schritt d) wird eine formale Produkt-Beschreibung des Pro dukts auf Basis des digitalen Zwillings des Produkts erzeugt, wobei die formale Produkt-Beschreibung einen formalen Zusam menhang zwischen den vorbestimmten Produkteigenschaften und den Eigenschaftsparametern des Produkts in der Formalsprache umfasst. In einem fünften Schritt e) wird eine Herstellungs vorschrift zum Herstellen des Produkts unter Verwendung der formalen Fähigkeiten-Beschreibung, der formalen Edukt-Be schreibung und der formalen Produkt-Beschreibung ermittelt, wobei die Herstellungsvorschrift eine Abfolge von Produk tionsschritten umfasst, wobei jedem der Produktionsschritte eine für die Durchführung des Produktionsschritts geeignete Fähigkeit der wenigstens einen Produktionsanlage zugeordnet ist.

Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass auch für Produkte, für deren Herstellung bislang unbekannte Fähigkeiten notwendig sind, eine Herstellungsvorschrift ermittelt werden kann, sofern sich aus den formalen Zusammenhängen eine durchgehende Verknüpfung von den Steuergrößen über die Stellgrößen hin zu den Eigenschaftsparametern ergibt. Somit ist das Automatisie rungssystem nicht auf vordefinierte Fähigkeiten der Produk tionsanlagen beschränkt, sondern es lassen sich alle denk baren Fähigkeiten aus der formalen Fähigkeiten-Beschreibung ableiten, ohne dass ein Betreiber des Automatisierungssystems einen manuellen Eingriff vornehmen müsste.

Unter einer Fähigkeit einer Produktionsanlage wird vorliegend insbesondere verstanden, dass die Produktionsanlage in der Lage ist, eine durch die Fähigkeit näher bezeichnete Handlung oder Manipulation vorzunehmen. Eine Fähigkeit hat insbeson dere eine Zustandsänderung zum Ziel, wobei vorzugsweise der Zustand eines Edukts während der Verarbeitung hin zu dem Produkt verändert wird. Die Zustandsänderung kann aber auch eine Produktionsanlage betreffen, beispielsweise kann ein Austauschen eines Werkzeugs an einer Produktionsanlage und/ oder eine Änderung eines Parameters einer Produktionsanlage als eine Fähigkeit bezeichnet werden. Die Produktionsanlage kann auch als Produktionszelle bezeichnet werden.

Das Automatisierungssystem kann auch als automatisierte Fabrik, Roboterfabrik oder Prozessanlage bezeichnet werden. Das Automatisierungssystem kann zum Herstellen von diskreten Produkten, wie mechanischen und/oder elektrotechnischen Bauteilen oder Produkten, und/oder zum Herstellen von formu lierten Produkten, wie chemischen und/oder pharmazeutischen Produkten und/oder von Nahrungsmitteln eingerichtet sein. Edukte sind beispielsweise Rohstoffe, Rohlinge, Einzelbau teile, Halbzeuge und/oder Zwischenprodukte, die zur Weiter verarbeitung geeignet sind. Unter einem digitalen Zwilling wird beispielsweise ein digi tales Abbild oder digitales Modell einer real existierenden Entität, wie beispielsweise einer Produktionsanlage, eines Edukts oder eines Produkts, verstanden. Ein digitaler Zwil ling kann insbesondere unterschiedliche Abstraktionsstufen aufweisen. Beispielsweise kann ein digitaler Zwilling einen relativ hohen Detailgrad, das heißt eine sehr detaillierte digitale Beschreibung der jeweiligen Entität, aufweisen oder auch einen relativ geringen Detailgrad aufweisen.

Der digitale Zwilling einer Produktionsanlage umfasst bei spielsweise explizite Funktionen, wie ein Versetzen eines Objekts von einer Position A in eine Position B, und kann auch allgemeiner angegebene Funktionen umfassen, wie eine Angabe aller zugänglicher Positionen (diese können explizit oder parametrisch definiert sein). Man kann von spezifischen Funktionen oder Fähigkeiten und Grundfunktionen oder -fähig- keiten sprechen. Der digitale Zwilling kann ein dynamisches und/oder ein stationäres Modell und/oder ein datengetriebenes Modell der Produktionsanlage umfassen. Unter einem datenge triebenen Modell wird beispielsweise verstanden, dass Para meterwerte für eine Parametergleichung, die einen bestimmten Zusammenhang beschreibt, auf Grundlage von Messdaten ermit telt werden. Man kann dies auch als eine Euchung oder eine Kalibrierung bezeichnen. Eine jeweilige Produktionsanlage kann insbeosndere eine Anzahl von Produktionszellen umfassen.

Der digitale Zwilling eines Edukts umfasst insbesondere Angaben zu den charakterististischen Eigenschaftsparametern des Edukts. Dies umfasst beispielsweise eine Angabe zu der Art des Edukts, zu einer Zusammensetzung des Edukts, eine Mengenangabe und/oder geometrische Abmessungen, sowie Angaben zu spezifischen Eigenschaften, insbesondere physikalisch chemische Eigenschaften wie Härte, Wärmekapazität, Elastizi tätsmodul, Reaktionsfähigkeit und dergleichen, als auch biochemische Eigenschaften. Der digitale Zwilling des Produkts umfasst insbesondere Angaben zu den charakterististischen Eigenschaftsparametern des Produkts sowie zu den vorbestimmten Produkteigenschaften, beispielsweise als Zielspezifikation. Dies umfasst beispiels weise eine Angabe zu der Art des Produkts, zu einer Zusammen setzung des Produkts, eine Mengenangabe und/oder geometrische Abmessungen. Weiterhinn kann eine vorbestimmte Produkteigen schaft in Form eines Werts einer physikalischen Messgröße, wie eine Leitfähigkeit, eine Konzentration und dergleichen in dem digitalen Zwilling enthalten sein.

Darunter, dass auf Basis des jeweiligen digitalen Zwillings eine formale Fähigkeiten-Beschreibung, eine formale Edukt- Beschreibung oder eine formale Produkt-Beschreibung (im Folgenden kann in eindeutigen Fällen auch nur von formaler Beschreibung gesprochen werden, wobei sich der Bezug aus dem Kontext ergibt) erzeugt wird, ist beispielsweise zu verste hen, dass ein formaler Zusammenhang, der in der jeweiligen formalen Beschreibung enthalten ist, aus dem jeweiligen digitalen Zwilling ausgelesen wird, dass eine in dem digi talen Zwilling enthaltene Angabe verallgemeinert und/oder abstrahiert wird, dass auf Basis einer Angabe in dem digi talen Zwilling ein allgemeiner Zusammenhang ermittelt und/ oder aus einer Datenbank oder dergleichen abgerufen wird und dergleichen mehr. Die jeweilige formale Beschreibung kann automatisch, beispielsweise mittels eines Algorithmus oder Skriptes erzeugt werden, sie kann aber auch durch eine Nutzer oder Betreiber des Automatisierungssystems oder einen Her steller einer Produktionsanlage erzeugt werden.

Die formale Fähigkeiten-Beschreibung der jeweiligen Produk tionsanlage umfasst einen in einer abstrakten Formalsprache formulierten formalen Zusammenhang zwischen einer Steuergröße der Produktionsanlage und einer der Steuergröße zugehörigen Stellgröße. Man kann auch sagen, dass die formale Beschrei bung eine Beziehung zwischen einer Eingangsgröße und einer Ausgangsgröße der Produktionsanlage darstellt. Als Steuer größe kann beispielsweise ein Eingangsstrom oder eine Eingangsspannung betrachtet werden, oder ein Wert eines Eingangsparameters. Als Stellgröße kann eine von der Steuer größe abhängige Größe betrachtet werden, beispielsweise eine erzeugte Wärmemenge, eine Beschleunigung einer Bewegung, Kräfte, die durch eine Beschleunigung hervorgerufen werden, ein erzeugter Lichtstrom und dergleichen. Der formale Zusam menhang hängt damit von der Art und beispielsweise einer Struktur oder einem Aufbau der jeweiligen Produktionsanlage ab. Der formale Zusammenhang kann auch als formale Fähigkeit bezeichnet werden. Für eine Förderband-Anlage kann beispiels weise ein Zusammenhang zwischen einem Eingangsparameter und unterschiedlichen Sammelplätzen einen formalen Zusammenhang bilden, und ein Zusammenhang zwischen einem Eingangsstrom und einer Fördergeschwindigkeit einen weiteren formalen Zusammen hang bilden. Für eine Heizplatte kann ein Zusammenhang zwi schen Eingangsstrom und erzeugter Wärmemenge den formalen Zusammenhang bilden. Die formale Fähigkeiten-Beschreibung einer Produktionsanlage ist insbesondere abstrakter als der digitale Zwilling der Produktionsanlage.

Der formale Zusammenhang umfasst vorzugsweise eine formal logische Beschreibung, inbesondere abstrakt mittels mathema tischer Gleichungen, Funktionen und/oder Abbildungen, eines konkreten Zusammenhangs zwischen der Steuergröße und der Stellgröße. In Abhängigkeit der Komplexität der Produktions anlage können mehrere Steuergrößen und/oder mehrere Stell größen in einem formalen Zusammenhang enthalten sein. Ein formaler Zusammenhang kann auch in Form einer Wertetabelle, beispielsweise basierend auf einer Messung des Verhaltens einer Stellgröße als Funktion der Steuergröße oder eines Eigenschaftsparameters als Funktion der Stellgröße, gegeben sein. Die Formalsprache entspricht einer Syntax umfassend Zeichen, deren Bedeutung eindeutig ist. Die Formalsprache umfasst insbesondere Operatoren, um die Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Größen, wie Steuergröße und Stellgröße, und den Eigenschaftsparametern darzustellen. Man kann auch sagen, dass die Formalsprache eine Semantik bildet. Die formale Edukt-Beschreibung umfasst beispielsweise einen Zusammenhang zwischen einer Stellgröße einer der Produktions anlagen und einem der Eigenschaftsparameter. Eigenschafts parameter können beispielsweise Zustandsgrößen oder Observable sein. Beispielsweise kann ein Aufheizverhalten von Wasser in Form einer Gleichung einen solchen formalen Zusam menhang darstellen, wobei als Stellgröße eine zugeführte Wärmemenge und als Eigenschaftsparameter eine spezifische Wärmekapazität von Wasser, eine Wassermenge und eine Wasser temperatur vorliegen können. Ein weiterer formaler Zusammen hang kann eine Löslichkeit (Lösungprodukt) einer bestimmten chemischen Verbindung in Wasser beschreiben, wobei als Stellgröße ebenfalls die zugeführte Wärmemenge (mittelbar über die Temperatur) und als Eigenschaftsparameter die Löslichkeit vorliegen.

Die formale Produkt-Beschreibung umfasst insbesondere einen formalen Zusammenhang zwischen den vorbestimmten Produkt eigenschaften, wie beispielsweise ein Mengenverhältnis unterschiedlicher Stoffe, einer Temperatur und/oder einer Konsistenz, und den Eigenschaftsparametern des Produkts, wie eine Zusammensetzung, die Temperatur und/oder einer (statis tischen) räumlichen Verteilung von Komponenten des Produkts.

Die verschiedenen formalen Beschreibungen und die darin enthaltenen formalen Zusammenhänge sind alle mit der gleichen Formalsprache darstellbar. Verschiedene formale Beschreibun gen können formale Zusammenhänge auch in unterschiedlichen Formalsprachen enthalten, sofern die verknüpften Größen, also Steuergröße, Stellgröße und/oder Eigenschaftsparameter, so identifiziert sind, dass diese jeweils den entsprechenden Größen in den anderen formalen Beschreibungen zuordenbar sind. So kann beispielsweise die Temperatur in einem ersten formalen Zusammenhang als der Großbuchstabe "T" auftreten, in einem zweiten formalen Zusammenhang als das Wort "Temperatur" und in einem dritten formalen Zusammenhang als Abkürzung "Temp.". Daher lassen sich aus einer Zusammenschau aller formalen Beschreibungen Zusammenhänge zwischen diesen erfassen. Man kann sagen, dass die in den formalen Beschrei bungen enthaltenen formalen Zusammenhänge ein Gleichungs system bilden. Insbesondere lassen sich die formalen Be schreibungen von einer Recheneinheit erfassen und Schnitt stellen zwischen verschiedenen formalen Beschreibungen von unterschiedlichen Produktionsanlagen, Edukten und/oder Pro dukten filtern oder ermitteln. Eine Schnittstelle ist dabei beispielsweise eine gleiche Stellgröße oder ein gleicher Eigenschaftsparameter. Derartige Schnittstellen lassen sich beispielsweise durch Ähnlichkeitsalgorithmen, durch einen Vergleich des Typs und/oder des Namens und dergleichen mehr ermitteln. Man kann sagen, dass die formalen Fähigkeiten- Beschreibungen und formalen Edukt-Beschreibungen eines Auto matisierungssystems in einer formalen Gesamt-Beschreibung integriert werden. Aus dieser formalen Gesamt-Beschreibung geht beispielsweise hervor, welche der Produktionsanlagen des Automatisierungsystems mittels einer mechanischen Kraft mit anderen Bestandteilen des Automatisierungssystems interagie ren können. Auf Grundlage der formalen Beschreibungen kann daher eine Recheneinheit Produktionsschritte ganz unabhängig von vordefinierten Fähigkeiten einer Produktionsanlage ermitteln .

Basierend auf den formalen Beschreibungen wird daher eine Herstellungsvorschrift ermittelt, die eine Abfolge von Produktionsschritten umfasst, deren tatsächliche Durchführung zu dem herzustellenden Produkt führen. Die Herstellungsvor schrift wird insbesondere automatisch ermittelt oder abgelei tet, beispielsweise basierend auf der formalen Gesamt-Be schreibung und der formalen Produkt-Beschreibung. Die Her stellungsvorschrift kann als eine Anleitung oder ein Rezept bezeichnet werden. Die Herstellungsvorschrift ist dabei nicht notwendigerweise statisch, sondern es kann auch eine dynami sche Aktualisierung, beispielsweise auf Basis von aktuellen Messdaten, vorgesehen sein. Weiterhin kann die Herstellungs vorschrift kontinuierlich fortgesetzt und/oder aktualisiert werden, wodurch beispielswiese sich ändernde Randbedingungen berücksichtigt werden können. Jedem der Produktionsschritte ist eine für die Durchführung des Produktionsschritts geeignete Fähigkeit der wenigstens einen Produktionsanlage zugeordnet. Unter Fähigkeit wird hierbei beispielsweise verstanden, dass eine der in der formalen Fähigkeiten-Be- schreibung vorliegenden formalen Fähigkeiten ausgenutzt wird, um eine durch einen formalen Zusammenhang in der formalen Edukt-Beschreibung beschriebenen Effekt oder Wirkung zu erzielen. Die Fähigkeiten können aber auch vorbestimmte Fähigkeiten umfassen, die beispielsweise in dem digitalen Zwilling definiert sind.

Es sei angemerkt, dass jeder Produktionsschritt, der in der Herstellungsvorschrift enthalten ist, selbst mittels einer Herstellungsvorschrift definiert sein kann. Insofern können komplexe Produkte, die beispielswiese aus einer Vielzahl von Halbzeugen zusammengesetzt werden müssen, durch ineinander verschachtelte Herstellungsvorschriften dargestellt werden. Dabei können insbesondere unterschiedliche Produktionsanlagen Zusammenwirken.

Das Ermitteln der Herstellungsvorschrift kann insbesondere ein Berechnen des durch die formalen Zusammenhänge gebildeten Gleichungssystems umfassen, beispielsweise mittels einer Steuereinheit. Zum Beispiel können dabei Steuergrößen vari iert werden, um den Effekt auf die Eigenschaftsparameter zu testen oder zu simulieren. Insofern kann man auch von einer simulierten Ausführung des Automatisierungssystems sprechen. Beim Ermitteln der Herstellungsvorschrift kann ferner ein Trial-and-Error Verfahren zur Anwendung kommen, bei dem auf gut Glück verschiedene Steuergrößenwerte oder -Sequenzen ausprobiert werden. Ebenso können verschiedene Kombinationen von Edukten ausprobiert werden. Auf diese Weise kann mit hoher Wahrscheinlichkeit festgestellt werden, ob die Herstel lung des Produkts mit dem Automatisierungssystem grundsätz lich möglich ist, oder ob zusätzliche Produktionsanlagen und/oder Edukte notwendig sind. Ein einfaches Beispiel betrifft das Mischen von zwei Flüs sigkeiten. Die einzige Produktionsanlage ist ein Roboterarm mit einem Greifer. Eine vordefinierte Fähigkeit "Mischen von Flüssigkeiten" ist nicht vorhanden. Unter Berücksichtigung der formalen Beschreibungen von Produkt und den Edukten wird durch eine Recheneinheit (formallogisch) ermittelt, dass zum Erreichen des Ziels eine räumliche Verteilung der einzelnen Komponenten von getrennt vorliegend zu ungeordnet (durch mischt) erzielt werden muss. Unter Berücksichtigung der for malen Beschreibungen der Produktionsanlage und der Edukte wird durch die Recheneinheit (formallogisch) ermittelt, dass dieses Ziel durch "Schütteln" oder auch durch "Rühren" er reicht werden kann, wobei zum Schütteln ein die beiden Flüs sigkeiten enthaltendes Behältnis als Ganzes von dem Greifer gegriffen und dann hin-und-her bewegt wird, und zum Rühren wird der Greifer in das die beiden Flüssigkeiten enthaltendes Behältnis eingetaucht und beispielsweise kreisförmig bewegt. Die so ermittelten formalen Fähigkeiten basieren vollkommen auf den formalen Beschreibungen. Bei diesem Beispiel ergeben sich somit zwei alternative Herstellungsvorschriften.

Das vorgeschlagene Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass eine Produktion von sich ständig ändernden Produkten ohne eine ständige Neuprogrammierung von Fähigkeiten oder eine Neuparametrierung der Produktionsanlagen möglich ist.

Das Verfahren kann auch zum Entwerfen eines Automatisierungs systems verwendet werden. Hierbei wird beispielsweise auf Grundlage der digitalen Zwillinge und/oder der unterschied lichen formalen Beschreibungen die Herstellung unterschied licher Produkte simuliert. So lässt sich ermitteln, welche Fähigkeiten benötigt werden oder welche Fähigkeiten einen Herstellungsprozess beschleunigen oder günstiger machen könnten.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schritt e) ferner ein Ermitteln von zur Herstellung des Produkts benötigten Fähigkeiten in Abhängigkeit der formalen Produkt-Beschreibung und der formalen Edukt-Beschreibung, und ein Überprüfen einer Fähigkeiten-Datenbank, welche bekannte Fähigkeiten für die wenigstens eine Produktionsanlage des Automatisierungssystems umfasst, in Abhängigkeit der ermit telten benötigten Fähigkeiten.

Das Ermitteln der benötigten Fähigkeiten kann insbesondere unabhängig von den Produktionsanlagen erfolgen. Beispielswei se wird hierbei ermittelt, dass ein Durchmischen von zwei Flüssigkeiten durch Schütteln (Zufuhr von Bewegungsenergie in die Flüssigkeit über das Gefäß) oder durch Rühren (Zufuhr von Bewegungsenergie in die Flüssigkeit durch einen Rührstab) möglich ist.

Bekannte Fähigkeiten umfassen hierbei sowohl vorbestimmte Fähigkeiten, die beispielsweise eine auf einer spezifischen Funktion der Produktionsanlage beruhen und durch einen Nutzer, Betreiber oder auch Hersteller der Produktionsanlage bis auf einzelne Parameter vorbestimmt sind, als auch formale Fähigkeiten einer Produktionsanlage, die beispielsweise bei einer zeitlich früheren Herstellung eines Produkts ermittelt wurden. Wenn eine vorbestimmte Fähigkeit "Rühren" vorhanden ist, kann beispielsweise darauf verzichtet werden, eine neue Fähigkeit "Schütteln" zu mit einer Produktionsanlage zu ermitteln. Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da auf bereits bekannte Fähigkeiten zur Herstellung des Produkts zurückgegriffen werden kann, wodurch ein Rechenaufwand zum Ermitteln von neuen Fähigkeiten basierend auf den formalen Beschreibungen reduziert werden kann.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Ermitteln einer neuen Fähigkeit für die wenigstens eine Produktionsanlage des Automatisierungssystems auf Basis der formalen Fähigkeiten-Beschreibung und der formalen Edukt- Beschreibung .

Das Ermitteln erfolgt insbesondere automatisch durch eine Recheneinheit. Die neue Fähigkeit kann eine Fähigkeit sein, die einen bislang nicht benötigten Zweck erfüllt, kann aber auch eine Alternative zu einer bereits bekannten Fähigkeit darstellen. Ein Beispiel hierfür ist das Mischen von zwei Flüssigkeiten durch Rühren oder durch Schütteln. Alle auf diese Weise neu ermittelten Fähigkeiten bilden insbesondere formale Fähigkeiten.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Speichern der ermittelten neuen Fähigkeit in der Fähigkeiten-Datenbank für die wenigstens eine Produktionsan lage des Automatisierungssystem.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Optimieren der Herstellungsvorschrift in Abhängig keit eines vorbestimmten Optimierungsparameters, indem jedem der Produktionsschritte der Herstellungsvorschrift diejenige Fähigkeit der wenigstens einen Produktionsanlage zugeordnet wird, die den jeweiligen Produktionsschritt in Bezug auf den Optimierungsparameter optimal durchführt.

Optimierungsparameter sind beispielsweise eine Herstellungs dauer, eine zur Herstellung benötigte Energie, ein durch die Herstellung verursachter Verschleiß, ein bei der Herstellung anfallender Materialausschuss, und dergleichen mehr.

Insbesondere lassen sich neue Fähigkeiten mit optimierten Kosten in Bezug auf einen Optimierungsparameter gezielt er mitteln .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst einer der Schritte b), c) und/oder d) ein Bereitstellen eines physikalischen Modells und/oder eines chemischen Modells in Abhängigkeit des digitalen Zwillings für jede Produktionsan lage des Automatisierungssystems, des digitalen Zwillings für jedes der Edukte und/oder des digitalen Zwillings des Pro dukts, und ein Ermitteln der formalen Fähigkeiten-Beschrei- bung, der formalen Edukt-Beschreibung und/oder der formalen Produkt-Beschreibung in Abhängigkeit des bereitgestellten physikalischen Modells und/oder chemischen Modells.

Ein physikalisches Modell umfasst beispielsweise einen phy sikalischen Zusammenhang, wie das zweite Newtonsche Gesetz, Kraft = Masse ^c Beschleunigung. Ein chemisches Modell umfasst insbesondere eine chemische Reaktionsgleichung, wie bei spielsweise das Lösen von Chlorwasserstoff in Wasser zu Salzsäure.

Das physikalische Modell und/oder das chemische Modell können insbesondere durch eine externe Datenbank bereitgestellt und bedarfsmäßig von dieser abgerufen werden. Auf Basis des phy sikalischen Modells und/oder des chemischen Modells können formale Zusammenhänge für die jeweiligen formalen Beschrei bungen ermittelt werden.

Das physikalische Modell und/oder das chemische Modell kann insbesondere eine vergleichsweise grobe Beschreibung eines realen Verhaltens einer physikalischen oder chemischen Größe oder des Ablaufs eines physikalischen oder chemischen Vorgangs umfassen.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn ein jeweiliger digitaler Zwilling nur wenige Informationen enthält.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Simulieren des physikalischen Modells und/oder des chemischen Modells zum Ermitteln des formalen Zusammenhangs zwischen der Steuergröße der Produktionsanlage und der zuge hörigen Stellgröße, des formalen Zusammenhangs zwischen der Stellgröße und den Eigenschaftsparametern der Edukte und/oder des formalen Zusammenhangs zwischen den vorbestimmten Pro dukteigenschaften und den Eigenschaftsparametern des Pro dukts.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da hierdurch ganz neue formale Zusammenhänge ermittelt werden können. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Erfassen eines Werts von wenigstens einem der Eigenschaftsparameter des wenigstens einen Edukts und/oder eines Werts von wenigstens einem der Eigenschaftsparameter des Produkts, und ein Herstellen des Produkts gemäß der ermittelten Herstellungsvorschrift und in Abhängigkeit des erfassten Werts.

Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, da die Herstellung des Produkt überwacht wird. Beispielsweise können verschiedene Sensoren vorgesehen sein, um Werte verschiedener Eigen schaftsparameter zu erfassen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst dieses ein Herstellen eines ersten Produkts aus den Edukten mittels einer ersten Produktionsanlage des Automatisierungs systems gemäß einer ersten Herstellungsvorschrift und ein Herstellen eines zweiten Produkts unter Verwendung des hergestellten ersten Produkts als ein Edukt mittels einer zweiten Produktionsanlage des Automatisierungssystems gemäß einer zweiten Herstellungsvorschrift.

Das erste Produkt kann auch als Zwischenprodukt und das zweite Produkt als Endprodukt bezeichnet werden.

Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass für ein komplexes Produkt, das aus den Edukten über eine größere Anzahl von Zwischenprodukten herzustellen ist, nicht der gesamte Her stellungprozess auf einmal ermittelt werden muss, sondern dass die Herstellung jedes der Zwischenprodukte für sich genommen ermittelt wird und diese dann entsprechend verkettet werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass für jede der Produktionsanlagen auf Basis der formalen Fähigkeiten Be schreibung ermittelt wird, ob diese ein bestimmtes Produkt hersteilen kann (die benötigte Fähigkeit aufweist) und welche Edukte diese dazu benötigt. Die benötigten Edukte können dann als eine Produkt-Anforderung gesehen werden, wobei jede der Produkt-Anforderungen wie ein herzustellendes Produkt be trachtet werden. Auf diese Weise lässt sich ein Produktions prozess eines komplexen Produkts als eine Verkettung von Zwischenprodukten auf die vorhandenen Edukte zurückführen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens umfasst der formale Zusammenhang eine Zuordnung der Steuergröße zu der Stellgröße, eine Zuordnung der Stellgröße zu den Eigen schaftsparametern der Edukte und/oder eine Zuordnung der vorbestimmten Produkteigenschaft zu den Eigenschaftspara metern des Produkts in Form von einer algebraischen Glei chung, einer Differentialgleichung, einer Tensorgleichung oder einer Abbildung umfasst.

Ganz allgemein ist der formale Zusammenhang beispielsweise eine Abbildung aus dem Raum der Steuergrößen in den Raum der Stellgrößen oder eine Abbildung aus dem Raum der Stellgrößen in den Raum der Eigenschaftsparameter oder umgekehrt oder eine Abbildung aus dem Raum der vorbestimmten Produkteigen schaften in den Raum der Eigenschaftsparameter.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Computerprogrammprodukt vorgeschlagen, welches Befehle umfasst, die bei der Ausfüh rung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das vorgeschlagene Verfahren auszuführen.

Ein Computerprogrammprodukt, wie z.B. ein Computerprogramm- Mittel, kann beispielsweise als Speichermedium, wie z.B. Speicherkarte, USB-Stick, CD-ROM, DVD, oder auch in Form ei ner herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden. Dies kann zum Beispiel in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk durch die Übertra gung einer entsprechenden Datei mit dem Computerpro grammprodukt oder dem Computerprogramm-Mittel erfolgen.

Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Automatisierungssystem mit wenigstens einer Produktionsanlage zum automatisierten Herstellen eines Produkts mit vorbestimmten Produkteigen- schäften aus einer Anzahl von N Edukten (El - E3), mit N > 1, vorgeschlagen. Das Automatisierungssystem umfasst eine Steuerungseinheit, die zum Ausführen des vorgeschlagenen Verfahrens eingerichtet ist.

Die Ausführungsformen des vorgeschlagenen Verfahrens gelten entsprechend für das vorgeschlagene Automatisierungssystem.

Die Steuerungseinheit kann hardwaretechnisch und/oder auch softwaretechnisch implementiert sein. Bei einer hardwaretech nischen Implementierung kann die Steuerungseinheit als Vor richtung oder als Teil einer Vorrichtung, zum Beispiel als Computer oder als Mikroprozessor oder als Steuerrechner aus gebildet sein. Bei einer softwaretechnischen Implementierung kann die Steuerungseinheit als Computerprogrammprodukt, als eine Funktion, als eine Routine, als Teil eines Programmcodes oder als ausführbares Objekt ausgebildet sein

Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der je weiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Aspekte der Erfin dung sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der im Folgen den beschriebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung. Im Wei teren wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die beigelegten Figuren näher er läutert .

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für ein Automatisierungssystem;

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für das Ermitteln einer Herstellungsvorschrift auf Ba sis formaler Beschreibungen; Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für ein Automatisierungssystem; und

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für ein Verfahren zum Betreiben eines Automatisie rungssystems .

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen worden, sofern nichts anderes angegeben ist.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für ein Automatisierungssystem 100. In dem Automati sierungssystem 100 sind beispielhaft drei Produktionsanlagen 110, 111, 112 angeordnet. Das Automatisierungssystem kann auch mehr als drei oder weniger als drei Produktionsanlagen 110, 111, 112 aufweisen. Produktionsanlage 110 ist beispiels weise als ein Roboterarm mit einem Greifer ausgebildet, Pro duktionsanlage 111 ist beispielsweise als ein Klimaschrank mit einem Ofen und einem Kühlfach ausgebildet und Produkti onsanlage 112 ist beispielsweise als eine Heizplatte ausge bildet. Weiterhin sind beispielhaft drei Edukte El, E2, E3 in dem Automatisierungssystem 100 vorrätig oder verfügbar. Bei spielsweise handelt es sich dabei um Wasser El, Olivenöl E2 und einen Emulgator E3. Das Automatisierungssystem kann auch mehr als drei oder weniger als drei Edukte El, E2, E3 aufwei sen. Das Automatisierungssystem 100 soll zum Herstellen des Produkts P verwendet werden. Das Produkt P ist hierbei durch vorbestimmte Produkteigenschaften SPEC charakterisiert. Bei spielsweise soll eine Hautcreme P hergestellt werden.

Für jede der Produktionsanlagen 110, 111, 112 wird ein digi taler Zwilling DU O, Dill, D112 bereitgestellt, beispiels weise durch den Hersteller der jeweiligen Produktionsanlage 110, 111, 112. Ebenso wird für jedes der Edukte El, E2, E3 ein digitaler Zwilling DE1, DE2, DE3 bereitgestellt, bei spielsweise von dem Lieferanten des jeweiligen Edukts El, E2, E3. Weiterhin wird ein digitaler Zwilling DP des herzustel lenden Produkts P bereitgestellt. Dies kann beispielsweise durch ein automatisches Auslesen der vorbestimmten Produktei genschaften SPEC erfolgen, durch einen Betreiber des Automa tisierungssystems 100 oder durch den Kunden, der das Produkt P bestellt.

Auf Basis eines jeden digitalen Zwillings DU O, Dill, D112, DE1, DE2, DE3, DP wird eine jeweilige formale Beschreibung Fl10, Fl11, Fl12, FEI, FE2, FE3, FP erzeugt. Diese enthält einen formalen Zusammenhang zwischen einer Steuergröße XI und einer dieser zugehörigen Stellgröße X2, zwischen einem Eigen schaftsparameter X3 und einer Stellgröße X2, oder zwischen einem Eigenschaftsparameter X3 und den vorbestimmten Pro dukteigenschaften SPEC in einer Formalsprache. Durch die ein heitliche Verwendung der Formalsprache können alle formalen Zusammenhänge gemeinsam betrachtet werden und gegenseitige Abhängigkeiten oder auch Einflussmöglichkeiten ermittelt wer den.

Eine Steuerungseinheit 105, die beispielsweise eine über geordnete Kontrollinstanz für das Automatisierungssystem 100 bildet, verknüpft alle formalen Beschreibungen F110, Flll, F112, FEI, FE2, FE3, FP derart, dass sich beispielsweise ein zusammenhängendes Gleichungssystem ergibt. Beispielsweise wird eine Verknüpfungstabelle erstellt, die alle Korrelatio nen zwischen den vorhandenen Steuergrößen XI, Stellgrößen X2, Eigenschaftsparametern X3 und vorbestimmten Produkteigen schaften SPEC enthält. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Möglichkeit gefunden werden, wie aus den vorhandenen Edukten El, E2, E3 unter Verwendung der vorhandenen Produkti onsanlagen 110, 111, 112 das Produkt P hergestellt werden kann.

Hierzu ermittelt die Steuerungseinheit 105 eine Herstellungs vorschrift PLAN, die hier beispielsweise eine Abfolge von drei Produktionsschritten PA, PB, PC umfasst, die nacheinan der abzuarbeiten sind. Nachfolgend wird dies für das Beispiel der Hautcreme P erläutert. Die Steuereinheit 105 kann zum Er mitteln der Herstellungsvorschrift PLAN beispielsweise Opti mierungsalgorithmen, genetische Algorithmen, maschinelle Lernverfahren, Suchalgorithmen, oder Algorithmen aus dem Be reich der satisfiability modulo theories (SMT) nutzen oder einsetzen .

Die herzustellende Hautcreme P besteht beispielswiese aus ei ner Emulsion mit bestimmten Anteilen an Wasser El und Oli venöl E2, wobei zu Stabilisierung der Emulsion ein Emulgator E3 enthalten ist. Es ist daher eine Emulsion aus den drei Be standteilen herzustellen, es ist jedoch keine Fähigkeit "Emulgieren" bekannt. Daher muss die Steuereinheit 105 auf Basis der formalen Beschreibungen F110, Flll, F112, FEI, FE2, FE3, FP selbst ermitteln, wie die Emulsion hergestellt werden kann.

Für den Roboterarm 110 enthält der digitale Zwilling DU O beispielsweise eine Maximalauslenkung für jede Achse des Roboterarms 110, sowie maximale Beschleunigungswerte für die Bewegung des Arms in jeder der Achsen. Basierend hierauf wird die formale Fähigkeiten-Beschreibung F110 erzeugt, die als formalen Zusammenhang beispielsweise eine dreidimensionale Bewegungsgleichung umfasst, wobei Steuergrößen XI hierbei die Motorströme zum Antrieb der jeweiligen Achse sind und die Stellgrößen X2 eine Position, Geschwindigkeit und Beschleuni gung des Greifers für jede Achse. Weiterhin umfasst die formale Fähigkeiten-Beschreibung F110 einen formalen Zusam menhang für den Greifer, wobei beispielsweise als Steuergröße XI ein Ansteuerstrom und als Stellgröße X2 eine physikalische (Greif-)Kraft in Zusammenhang gesetzt werden. Für den Klima schrank 111 enthält der digitale Zwilling Dill beispielsweise einen Wertebereich bezüglich der maximalen und minimalen Temperaturen, die in dem Ofen und in dem Eisfach erreicht werden können. Hieraus wird die formale Fähigkeiten-Beschrei bung Flll erzeugt, die beispielsweise einen formalen Zusam menhang zwischen einer elektrischen Leistung als die Steuer größe XI und einer dadurch erzielten Heizleistung (für den Ofen) oder Kühlleistung (für das Eisfach) als die Stellgröße X2 umfasst. Ein weiterer formaler Zusammenhang kann bei spielsweise einen zeitliches Aufheizverhalten (für den Ofen) oder Abkühlverhalten (für das Eisfach) beschreiben, wobei als Steuergröße XI die Heizleistung (für den Ofen) oder die Kühlleistung (für das Eisfach) und als Stellgröße X2 die Temperatur in dem jeweiligen Bereich verknüpft werden. Für die Heizplatte 112 umfasst der digitale Zwilling D112 zum Beispiel eine Funktion, die eine Oberflächentemperatur in Abhängigkeit eines Eingangsparameters beschreibt. Der Ein gangsparameter wird beispielswiese mittels einer Zuordnungs tabelle, die einer Eichung entspricht, in einen Ansteuerstrom übersetzt. Auf Basis des digitalen Zwillings D112 wird die formale Fähigkeiten-Beschreibung F112 für die Heizplatte 112 erzeugt, wobei diese beispielsweise als einen ersten formalen Zusammenhang den Eingangsparameter als Steuergröße XI mit der Oberflächentemperatur als Stellgröße X2 in Form der Funktion umfasst und als einen zweiten formalen Zusammenhang den Eingangsparameter als Steuergröße XI mit der Zuordnungstabel- le für den jeweiligen Ansteuerstrom als Stellgröße X2 um fasst.

Die digitalen Zwillinge DE1, DE2, DE3 der Edukte El, E2, E3 enthalten zum Beispiel die Angabe einer chemischen Summenfor mel und eine Angabe zum Aggregatszustand bei Normalbedingun gen für das jeweiligen Edukt El, E2, E3. Weiterhin können Angaben wie eine Packunggröße darin enthalten sein. Basierend hierauf werden die formalen Edukt-Beschreibungen FEI, FE2,

FE3 erzeugt, welche beispielsweise Werte für physikalische Größen, wie eine Wärmekapazität, eine Zähigkeit, ein Zu standsdiagramm und dergleichen in einem formalen Zusammen hang, beispielsweise ein Aufheizverhalten oder ein Fließver halten, umfasst. Hierbei ist zum Beispiel eine zugeführte Wärmemenge als Stellgröße X2 und die Temperatur als der Eigenschaftsparameter X3 über den formalen Zusammenhang verknüpft. Die formalen Zusammenhänge umfassen somit insbe sondere physikalische Gleichungen, die das Verhalten des jeweiligen Edukts in Abhängigkeit von Einflußgrößen und Umgebungsbedingungen beschreiben. Weiterhin können chemische Reaktionsgleichungen als ein formaler Zusammenhang vorliegen. Die formalen Zusammenhänge können dabei insbesondere von einer externen Einheit, beispielsweise einem Server oder einer Datenbank, bereitgestellt werden.

Der digitale Zwilling DP des Produkt P enthält insbesondere die vorbestimmten Produkteigenschaften SPEC. Basierend hierauf wird die formale Beschreibung FP erzeugt. Diese enthält beispielsweise in der Form eines formalen Zusammen hangs eine Zuordnung eines Eigenschaftsparameters X3, bei spielsweise Mengenverhältnisse von in dem Produkt P enthal tenen Stoffen, zu einem durch die vorbestimmten Produkteigen schaften SPEC festgelegten Wert.

Die formalen Beschreibungen können ganz oder teilweise automatisch erzeugt werden, sie können aber auch ganz oder teilweise manuell erzeugt werden. Vorzugsweise wird eine einmal erzeugte formale Beschreibung gespeichert, beispiels weise zusammen mit dem jeweiligen digitalen Zwilling, so dass diese nicht ständig neu erzeugt werden muss.

Die formalen Beschreibungen F110, Flll, F112, FEI, FE2, FE3, FP werden der Steuereinheit 105 übergeben, welche eine Her stellungsvorschrift PLAN zum Herstellen des Produkts P aus den Edukten El, E2, E3 mit den vorhandenen Produktionsanlagen 110, 111, 112 ermittelt. Das Produkt P ist eine Emulsion aus Wasser El und Olivenöl E2, die durch den Emulgator E3 stabi lisiert ist. Da eine Fähigkeit "Emulgieren" oder eine Her stellungsvorschrift zum Herstellen einer Emulsion nicht be kannt sind, wird basierend auf den formalen Edukt-Beschrei bungen FEI, FE2, FE3 und der formalen Produkt-Beschreibung FP ermittelt, dass zum Herstellen der Emulsion die getrennt vor liegenden Flüssigkeiten durchmischt werden müssen. Basierend auf den formalen Fähigkeiten-Beschreibungen F110, Flll, F112 und den formalen Edukt-Beschreibungen FEI, FE2, FE3 wird er mittelt, dass durch Schütteln eines Behälters, der die beiden Flüssigkeiten enthält, eine Durchmischung der beiden Flüssig- keiten erzielt und somit eine Emulsion hergestellt werden kann. Weiterhin wird ermittelt, dass eine erhöhte Temperatur der Flüssigkeiten zur Beschleunigung des Prozesses geeignet ist. Somit kann die Steuereinheit 105 mehrere Herstellungs vorschriften PLAN ermitteln, die sich durch einzelne Produk tionsschritte PA, PB, PC unterscheiden.

Eine beispielhafte Herstellungsvorschrift PLAN könnte folgen de Produktionsschritte PA, PB, PC umfassen: Befüllen PA eines Gefäßes mit Wasser El, Olivenöl E2 und Emulgator E3 gemäß ihren Anteilen in der Emulsion mittels des Roboterarms 110; Erhitzen PB des Flüssigkeitsgemischs in dem Gefäß mittels der Heizplatte 112 auf eine vorbestimmte Temperatur; und Schüt teln PC des verschlossenen Gefäßes mittels des Roboterarms 110, bis durch die erzielte Durchmischung der Flüssigkeiten die Emulsion erzeugt ist. Die Emulsion lässt sich daher mit dem Roboterarm 110 und der Heizplatte 112 hersteilen, obwohl eine Fähigkeit "Emulgieren" nicht bekannt ist.

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für das Ermitteln einer Herstellungsvorschrift PLAN auf Basis formaler Beschreibungen F110, FEI, FP. In diesem Beispiel sind die formalen Zusammenhänge zwischen einer Steu ergröße XI, vorliegend ein Ansteuerstrom, einer Stellgröße X2, vorliegend eine erzeugte Wärmemenge, und Eigenschaftspa rametern X3, vorliegend die Temperatur von Edukt El (siehe Fig. 1) und Produkt P (siehe Fig. 1), beispielhaft angegeben.

Das Produkt P ist heißes Wasser, wobei die Temperatur in Form der vorbestimmten Produkteigenschaften SPEC auf ein Intervall festgelegt ist. Dieses Temperaturintervall ist in der forma len Produkt-Beschreibung FP in Form von zwei Ungleichungen wiedergegeben, wobei die tatsächliche Temperatur T des Pro dukts P den Eigenschaftsparameter X3 darstellt und die vorbe stimmte Spezifikation SPEC durch eine untere Grenze Tmin (z.B. 80°C) und eine obere Grenze Tmax (z.B. 105°C) enthalten ist. Das Edukt El ist beispielsweise Wasser. Die formale Edukt- Beschreibung FEI enthält als einen formalen Zusammenhang eine Gleichung, die die Temperatur T als den Eigenschaftsparameter X3 in Relation zu der zugeführten Wärmemenge Q als der Stell größe X2 setzt. Hierbei ist TO die Ausgangstemperatur des Wassers El, c ist die spezifische Wärmekapazität von Wasser und m ist die Masse des zu erhitzenden Wassers El.

Die Produktionsanlage 110 (siehe Fig. 1) ist beispielsweise eine Heizplatte. Die formale Fähigkeiten-Beschreibung F110 der Heizplatte 110 enthält als einen formalen Zusammenhang eine Gleichung, die eine erzeugte Wärmemenge Q als die Stell größe X2 als Funktion des zeitlich variablen Ansteuerstroms I (t) als die Steuergröße XI darstellt. U bezeichnet hierbei eine festgelegte Ansteuerspannung, tO ist ein Anfangszeit punkt und tl ist ein Endzeitpunkt für das Bestromen der Heiz platte 110.

Die Steuereinheit 105 setzt die formalen Zusammenhänge in Re lation zueinander, das heißt, sie verknüpft gleiche Größen miteinander. Vorliegend erkennt die Steuereinheit 105 insbe sondere, dass das Wasser El durch die Heizplatte 110 erhitzt werden kann, wobei die Stellgröße X2 (die Wärmemenge Q) in den formalen Zusammenhängen der Heizplatte 110 und des Was sers El einander entsprechen. Beispielsweise führt die Steue rungseinheit 105 eine Simulation durch, die in der Fig. 2 durch zwei Diagramme dargestellt ist. Das linke Diagramm zeigt einen zeitlichen Verlauf des Ansteuerstroms XI für die Heizplatte 110. Zu einem Zeitpunkt tO wird der Ansteuerstrom I auf den maximalen Wert Imax gesetzt, was zu einer Wärmezu fuhr zu dem Wasser El und damit zu einer Temperaturerhöhung führt. Das rechte Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur X3 des Wassers El. Hier sind auch die beiden aus der formalen Produkt-Beschreibung FP bekannten Grenzwerte Tmin, Tmax eingetragen. Die Temperatur X3 des Wassers El er höht sich ausgehend von dem Startwert T0 beispielsweise line ar, so lange der Ansteuerstrom XI konstant ist. Zum Zeitpunkt tl ist die Temperatur X3 über dem unteren Grenzwert Tmin, weshalb der Ansteuerstrom XI ausgeschaltet wird. Damit ist das Produkt P aus dem Edukt El hergestellt.

Basierend auf dieser Simulation ermittelt die Steuereinheit 105 die Herstellungsvorschrift PLAN, die einen einzigen Pro duktionsschritt PA umfasst, der das Erhitzen des Wassers El bewirkt .

Fig. 3 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für ein Automatisierungssystem 100. Das Automatisie rungssystem 100 umfasst drei Produktionsanlagen 110, 111,

112, die durch die Steuerungseinheit 105 gesteuert werden.

Die Steuerungseinheit 105 ist in diesem Beispiel mit einer ersten Datenbank 101 verbunden, die die digitalen Zwillinge DU O, Dill, D112 der in dem Automatisierungssystem 100 ange ordneten Produktionsanlagen 110, 111, 112 speichert und auf Abruf bereitstellt. Weiterhin ist die Steuerungseinheit 105 mit einer zweiten Datenbank 102 verbunden, die die digitalen Zwillinge DE1, DE2, DE3 der in dem Automatisierungssystem 100 vorhandenen Edukte El, E2, E3 (siehe Fig. 1) speichert und auf Abruf bereitstellt. Basierend auf den digitalen Zwillin gen DU O, Dil, D112, DE1, DE2, DE3 werden formale Beschrei bungen Fl10, Fl11, Fl12, FEI, FE2, FE3 erzeugt. In Ausfüh rungsformen sind die formalen Beschreibungen F110, Flll,

F112, FEI, FE2, FE3 in den digitalen Zwillingen DU O, Dil, D112, DE1, DE2, DE3 enthalten oder mit diesen gemeinsam in der jeweiligen Datenbank 101, 102 gespeichert.

Eine Bestellung eines Produkts P (siehe Fig. 1) wird in Form eines digitalen Zwilling DP des Produkts P der Steuereinheit 105 zugeführt. Die Steuereinheit 105 ermittelt zunächst, ob für die automatische Herstellung des Produkts P alle notwen digen Edukte El, E2, E3 vorhanden sind und ob die dafür not wendigen Fähigkeiten bekannt sind. Hierzu fragt die Steuer einheit 105 eine verbundene Fähigkeiten-Datenbank 120 ab. Die Fähigkeiten-Datenbank 120 speichert beispielsweise alle vor bestimmten Fähigkeiten der Produktionsanlagen 110, 111, 112 und zusätzlich alle im Laufe der Zeit neu ermittelten forma- len Fähigkeiten. Wenn alle benötigten Fähigkeiten in der Fä- higkeiten-Datenbank 120 bekannt sind, ermittelt die Steuer einheit 105 eine Herstellungsvorschrift PLAN für das Produkt P aus den bekannten Fähigkeiten. Ansonsten versucht die Steu ereinheit 105, wie vorstehend anhand der Fig. 1 oder 2 be schrieben, auf Grundlage der formalen Beschreibungen F110, Flll, F112, FEI, FE2, FE3, FP eine neue formale Fähigkeit zu ermitteln, um die automatische Herstellung des Produkts P mit den vorhandenen Mitteln zu ermöglichen.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Bei spiels für ein Verfahren zum Betreiben eines Automatisie rungssystems 100 (siehe Fig. 1 oder 3). Das Automatisierungs system 100 umfasst wenigstens eine Produktionsanlage 110,

111, 112 (siehe Fig. 1 oder 3) zum automatisierten Herstellen eines Produkts P (siehe Fig. 1) mit vorbestimmten Produktei genschaften SPEC (siehe Fig. 1 oder 2) aus einer Anzahl von N Edukten El, E2, E3 (siehe Fig. 1), wobei N > 1 ist. Das Pro dukt P und jedes Edukt El, E2, E3 sind durch eine Anzahl von Eigenschaftsparametern X3 (siehe Fig. 1 oder 2) charakteri sierbar.

In einem ersten Schritt S1 wird ein digitaler Zwilling DU O, Dill, D112 (siehe Fig. 1 oder 3) für jede Produktionsanlage 110, 111, 112 des Automatisierungssystems 100, ein digitaler Zwilling DE1, DE2, DE3 (siehe Fig. 1 oder 3) für jedes der N Edukte El, E2, E3 und ein digitaler Zwilling DP (siehe Fig. 1 oder 3) des herzustellenden Produkts P bereitgestellt.

In einem zweiten Schritt S2 wird eine formale Fähigkeiten- Beschreibung F110, Flll, F112 (siehe Fig. 1 - 3) für jede Produktionsanlage 110, 111, 112 auf Basis des jeweiligen digitalen Zwillings DU O, Dill, D112 der Produktionsanlage 110, 111, 112 erzeugt, wobei die formale Fähigkeiten-Be- schreibung F110, Flll, F112 einen formalen Zusammenhang zwischen einer Steuergröße XI (siehe Fig. 1 oder 2) der Produktionsanlage 110, 111, 112 und einer der Steuergröße XI zugehörigen Stellgröße X2 (siehe Fig. 1 oder 2) in einer Formalsprache umfasst.

In einem dritten Schritt S3 wird eine formale Edukt-Beschrei bung FEI, FE2, FE3 (siehe Fig. 1 - 3) für jedes der N Edukte El, E2, E3 auf Basis des digitalen Zwillings DE1, DE2, DE3 des jeweiligen Edukts El, E2, E3 erzeugt, wobei die jeweilige formale Edukt-Beschreibung FEI, FE2, FE3 einen formalen Zusammenhang zwischen der Stellgröße X2 und den Eigenschafts parametern X3 des Edukts El, E2, E3 in der Formalsprache umfasst.

In einem vierten Schritt S4 wird eine formale Produkt- Beschreibung FP (siehe Fig. 1 - 3) des Produkts P auf Basis des digitalen Zwillings DP des Produkts P erzeugt, wobei die formale Produkt-Beschreibung FP einen formalen Zusammenhang zwischen den vorbestimmten Produkteigenschaften SPEC und den Eigenschaftsparametern X3 des Produkts (P) in der Formalsprache umfasst.

In einem fünften Schritt S5 wird eine Herstellungsvorschrift PLAN (siehe Fig. 1 - 3) zum Herstellen des Produkts P unter Verwendung der formalen Fähigkeiten-Beschreibung F110, Flll, F112, der formalen Edukt-Beschreibung FEI, FE2, FE3 und der formalen Produkt-Beschreibung FP ermittelt, wobei die Her stellungsvorschrift PLAN eine Abfolge von Produktionsschrit ten PA, PB, PC (siehe Fig. 1 oder 2) umfasst, wobei jedem der Produktionsschritte PA, PB, PC eine für die Durchführung des Produktionsschritts PA, PB, PC geeignete Fähigkeit der wenigstens einen Produktionsanlage 110, 111, 112 zugeordnet ist.

Weitere Schritte des Verfahrens können ein Optimieren einer Herstellungsvorschrift PLAN und/oder eines Produktions schritts PA, PB, PC in Abhängigkeit eines Optimierungsparame ters umfassen. Beispielsweise könnte für eine möglichst kurze Herstellungsdauer eine erhöhte Temperatur verwendet werden, was jedoch einen höheren Energieverbrauch bedeuten würde. Das Verfahren kann auch zum Simulieren eines Automatisie rungssystems 100 verwendet werden. Beispielsweise kann durch eine solche Simulation eine optimale Zusammensetzung des Au tomatisierungssystems 100 bezüglich der Ausstattung mit Pro duktionsanlagen 110, 111, 112 ermittelt werden. Weiterhin lässt sich eine Ergänzung eines existierenden Automatisie rungssystems 100 mit einer zusätzlichen Produktionsanlage si mulieren, auf deren Basis eine bessere Kaufentscheidung für den Betreiber des Automatisierungssystems 100 möglich ist.

Obwohl die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbei spielen beschrieben wurde, ist sie vielfältig modifizierbar. So kann vorgesehen sein, dass jede einzelne Produktionsanlage als ein Automatisierungssystem betrachtet und wie vorstehend beschrieben betrieben wird. Jede Produktionsanlage kann somit unabhängig von den weiteren Produktionsanlagen Produkte aus Edukten hersteilen. Wenn ein komplexes Produkt hergestellt werden soll, kann eine Kette von Produktionsschritten, die von unterschiedlichen Produktionsanlagen durchgeführt werden, notwendig sein. Die Produktionsanlagen in dem Verband können beispielsweise ein Edukt, das einem Produkt einer anderen Produktionsanlage entspricht, "bestellen". Beispielsweise be nötigt eine Produktionsanlage zum Herstellen einer Suppe hei ßes Wasser, das sie bei einer Produktionsanlage zum Erhitzen von Flüssigkeiten anfordert (bestellt), welche wiederum die angeforderte Menge Wasser bei einer Abfüllanlage für Wasser anfordert. Auf diese Weise kann der Verband von Produktions anlagen sehr flexibel komplexe Produkte automatisiert her steilen. Bezugszeichenliste

100 Automatisierungssystem

101 Datenbank

102 Datenbank

105 Steuerungseinheit

110 Produktionsanlage

111 Produktionsanlage

112 Produktionsanlage 120 Datenbank

DE1 digitaler Zwilling DE2 digitaler Zwilling DE3 digitaler Zwilling DU O digitaler Zwilling Dill digitaler Zwilling D112 digitaler Zwilling DP digitaler Zwilling El Edukt E2 Edukt E3 Edukt

F110 formale Beschreibung Flll formale Beschreibung F112 formale Beschreibung FEI formale Beschreibung FE2 formale Beschreibung FE3 formale Beschreibung FP formale Beschreibung P Produkt PA Produktionsschritt PB Produktionsschritt PC Produktionsschritt PLAN Herstellungsvorschrift

51 Verfahrensschritt

52 Verfahrensschritt

53 Verfahrensschritt

54 Verfahrensschritt

55 Verfahrensschritt SPEC vorbestimmte Produkteigenschaften XI Steuergröße X2 Stellgröße X3 Eigenschaftsparameter