Die Wandelbarkeit von Anlagen im Kontext der Industrie 4.0 führt dazu, dass zukünftig Fertigungsmodule unterschiedlicher Hersteller interagieren müssen – es entsteht eine heterogene Modullandschaft. Das erfordert Lösungen für die automatisierungstechnische Einbindung und den flexiblen Austausch von weiteren, herstellerfremden und bislang unbekannten Modulen. Es werden Lösungskonzepte zur Umsetzung eines strukturierten und herstellerunabhängigen Engineering-Konzepts für Plug & Produce in einer heterogenen Landschaft von Fertigungsmodulen benötigt. Im Rahmen dieser Arbeit stellen die Autoren eine Architektur vor, wie dieses Ziel erreicht werden kann. Der Fokus liegt dabei auf der Steuerungsarchitektur, der Informationsmodellierung und der Virtuellen Inbetriebnahme als Grundlage für das gemischt real-virtuelle Engineering. Das vorgestellte Konzept basiert auf einer Anforderungsanalyse und ist prototypisch umgesetzt.

In der vorliegenden Arbeit wird die flexible Steuerungsarchitektur Apeca für Systeme der Robotik sowie der robotergestützten Fertigungstechnik vorgestellt. Dafür werden verschiedene Anforderungen identifiziert und innerhalb eines Entwurfs vereint. Ein Hauptaugenmerk des dabei entstandenen Konzeptes ist es, einen vereinfachten Engineeringprozess für den Steuerungsentwurf zu ermöglichen. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung von Aktionsprimitiven ermöglicht, die in Form atomarer Systemverhalten in einer speziellen Modulhierarchie eingesetzt werden. Hierzu erfolgt innerhalb der Steuerungsarchitektur eine Trennung zwischen einem funktionsorientierten verhaltensbasierten Modell zur hierarchischen sowie funktionell parallelen Ausführung von Aktionsprimitiven und einem ablauforientierten Modell zur aufgabenabhängigen Aktivierung derselben. Mit Hilfe eines Nutzerkonzepts werden diese Modelle verschiedenen Anwendern zugeordnet. Die objektorientierte Realisierung dieses Entwurfs ermöglicht die Verwendung und Synchronisation von mehreren Teilsystemen innerhalb einer Steuerung. In der Arbeit wird sowohl der entstandene Entwurf diskutiert als auch eine prototypische Implementierung vorgestellt. Abschließend werden die Ergebnisse anhand verschiedener Demonstrationsszenarien präsentiert. / In this present work, the Apeca framework, a flexible control architecture for robotic systems, is introduced. The conceptual design combines different requirements identified in miscellaneous robotic control approaches. The main focus of the resulting concept is on a simplified engineering process for the controller design. This approach is supported by the use of atomic system behaviors, the so called action primitives, in a special module hierarchy. For this purpose a distinction between a functional behavior based system model with hierarchically and also parallelly executed action primitives and a sequential control system model with a task-dependent activation of the primitives is proposed. These models are assigned to different users through a distinct user concept. An object-oriented implementation of the proposed architecture allows the utilization and synchronisation of multiple (sub-)systems within one framework. In this work the proposed framework will be discussed, a prototypical implementation will be presented and results based on different experimental scenarios will be shown.

Der vorliegende Beitrag stellt einen Entwurf für eine flexible und robuste Steuerungsarchitektur für Roboter- und Fertigungssysteme vor. Dabei wurde versucht ein offenes Konzept zu realisieren, welches einen vereinfachten Engineeringprozess ermöglicht. Hierzu wird innerhalb der Steuerung eine Trennung zwischen einem funktionellen verhaltensbasierten und einem ablauforientierten Modell vorgeschlagen. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung von Aktionsprimitiven innerhalb einer hybriden Robotersteuerung ermöglicht. Diese garantieren durch ihre ausgeprägte Modularität eine hohe Flexibilität und Erweiterbarkeit des entstandenen Systems. Im Beitrag wird sowohl der entstandene Entwurf diskutiert als auch eine prototypische objektorientierte Implementierung vorgestellt sowie erste Ergebnisse präsentiert. / This paper presents a framework for a flexible and robust control architecture for robotic systems. The design incorporates an application independent system concept which allows a simplified engineering process. For this purpose a distinction between a functional behavioural and a sequential control system model is proposed. This approach is based on the utilisation of action primitives within a hybrid control architecture. The use of these primitives affords a high level of modularity through increasing flexibility and expandability of the resulting system. In this paper the proposed framework will be discussed as well as a prototypical object-oriented implementation and first results.

Der vorliegende Beitrag stellt einen Entwurf für eine flexible und robuste Steuerungsarchitektur für Roboter- und Fertigungssysteme vor. Dabei wurde versucht ein offenes Konzept zu realisieren, welches einen vereinfachten Engineeringprozess ermöglicht. Hierzu wird innerhalb der Steuerung eine Trennung zwischen einem funktionellen verhaltensbasierten und einem ablauforientierten Modell vorgeschlagen. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung von Aktionsprimitiven innerhalb einer hybriden Robotersteuerung ermöglicht. Diese garantieren durch ihre ausgeprägte Modularität eine hohe Flexibilität und Erweiterbarkeit des entstandenen Systems. Im Beitrag wird sowohl der entstandene Entwurf diskutiert als auch eine prototypische objektorientierte Implementierung vorgestellt sowie erste Ergebnisse präsentiert. / This paper presents a framework for a flexible and robust control architecture for robotic systems. The design incorporates an application independent system concept which allows a simplified engineering process. For this purpose a distinction between a functional behavioural and a sequential control system model is proposed. This approach is based on the utilisation of action primitives within a hybrid control architecture. The use of these primitives affords a high level of modularity through increasing flexibility and expandability of the resulting system. In this paper the proposed framework will be discussed as well as a prototypical object-oriented implementation and first results.

In der vorliegenden Arbeit wird die flexible Steuerungsarchitektur Apeca für Systeme der Robotik sowie der robotergestützten Fertigungstechnik vorgestellt. Dafür werden verschiedene Anforderungen identifiziert und innerhalb eines Entwurfs vereint. Ein Hauptaugenmerk des dabei entstandenen Konzeptes ist es, einen vereinfachten Engineeringprozess für den Steuerungsentwurf zu ermöglichen. Dieser Ansatz wird durch die Verwendung von Aktionsprimitiven ermöglicht, die in Form atomarer Systemverhalten in einer speziellen Modulhierarchie eingesetzt werden. Hierzu erfolgt innerhalb der Steuerungsarchitektur eine Trennung zwischen einem funktionsorientierten verhaltensbasierten Modell zur hierarchischen sowie funktionell parallelen Ausführung von Aktionsprimitiven und einem ablauforientierten Modell zur aufgabenabhängigen Aktivierung derselben. Mit Hilfe eines Nutzerkonzepts werden diese Modelle verschiedenen Anwendern zugeordnet. Die objektorientierte Realisierung dieses Entwurfs ermöglicht die Verwendung und Synchronisation von mehreren Teilsystemen innerhalb einer Steuerung. In der Arbeit wird sowohl der entstandene Entwurf diskutiert als auch eine prototypische Implementierung vorgestellt. Abschließend werden die Ergebnisse anhand verschiedener Demonstrationsszenarien präsentiert. / In this present work, the Apeca framework, a flexible control architecture for robotic systems, is introduced. The conceptual design combines different requirements identified in miscellaneous robotic control approaches. The main focus of the resulting concept is on a simplified engineering process for the controller design. This approach is supported by the use of atomic system behaviors, the so called action primitives, in a special module hierarchy. For this purpose a distinction between a functional behavior based system model with hierarchically and also parallelly executed action primitives and a sequential control system model with a task-dependent activation of the primitives is proposed. These models are assigned to different users through a distinct user concept. An object-oriented implementation of the proposed architecture allows the utilization and synchronisation of multiple (sub-)systems within one framework. In this work the proposed framework will be discussed, a prototypical implementation will be presented and results based on different experimental scenarios will be shown.