Design af produktionssystemer / Design of manufacturing systems

Mærsk Mc-Kinney Møller Instituttet, Odense
Undervisningsaktivitetsnr.: I-DPS3-U1.
Undervisningssprog: Dansk.ECTS / belastning: 20 ECTS / 0.333 årsværk.
Periode: Efterårssemestret 2018.Godkendt: 16-05-17.
Udbydes i: Odense.

Fagansvarlig:
Uddannelseskoordinator Kasper Hallenborg, Mærsk Mc-Kinney Møller Instituttet.

Forudsætninger:
Det anbefales at følgende er bestået:
I-VOP2 Videregående programmering
I-ORG2 Organisationsorienteret softwareudvikling

Endvidere anbefales det, at følgende kurser følges sideløbende (eller er bestået tidligere):
I-DES3 Design af softwaresystemer
DM547 Diskret matematik

Indhold:
Introduktion til automation og SCADA (IAS)
  • Definition af industriel automation og det økonomiske formål med automation (manuel kontra automatisk produktion)
  • Den hierarkiske opbygning af automation systemer automationspyramide og klassificering af processer (Diskret, Batch og kontinuerlige processer)
  • Typiske elementer som indgår i automation
  • Sikkerhed (for personer, produkter og procesudstyr) og pålidelighed som er af særlig vigtighed for automation
  • Automation systemets integration med virksomhedens IT – systemer herunder eksempler på MES systemer der binder IT- og automations-systemer sammen
  • Opsætning eller programmering SCADA, grafiske brugerinterfaces (HMI), alarmhåndtering, datafangst, statistik og trends
  • Introduktion til PLC’er og eet programmeringssprog med det formål, at kunne implementere SCADA system. (Dette kunne evt. erstattes af et system der kunne simuleres/historiske data eller en færdig opstilling)

Operativsystemer og netværk (OPN)
  • Operativsystemer: processer, tråde, skedulering, hukommelseshåndtering, virtuel hukommelse, filsystemgrænseflader, filsystem- implementeringer, beskyttelse og sikkerhed.
  • Netværk og Datakommunikation: internettet og netværksarkitekturer, applikationsprotokoller, transportlag, netværkslag, routing, sikkerhed i computernetværk.
  • Kommunikationsarkitekturer: distribuerede arkitekturer, patterns til effektive distribuerede systemer, concurrency patterns.
  • Virtuelle maskiner: eksekveringsmodeller, garbage collection, virtualisering

Projektet (PRO)
I projektet skal de studerende implementere et system, hvori der indgår styring af en produktion (automation) af fysiske varer. Automationssystemet omfatter et SCADA og et proceslag. Automationssystemet kan helt eller delvis være implementeret på forhånd, så det giver mulighed for både at arbejde med et simuleret og rigtig opstilling med rigtige industriudstyr. Der forventes implementeret et distribueret lagdelt IT-system med en god arkitektur og med kommunikation til underliggende automationssystem. I projektet kan designmønstre, kommunikation til underliggende operativsystem, automationssystem (SCADA) og agile styringsteknik benyttes.Hvor det er relevant kan anvendes matematiske redskaber til at skabe præcision.

I projektet indgår emner fra fagsøjlerne:
* Systemudvikling
* Programmering
* Informationsteknologi
* (Virksomhed og samfund)
* Personlige og læringsmæssige kompetencer

Målbeskrivelse:
For at en IT ingeniør kan fungere som IT medarbejder i fremstillingsvirksomhed inden for f.eks. fødevarer, elektronik, mekatronik, byggematerialer, forsyningsvirksomhed (el, gas, kloak, vand, fjernvarme) kræves en grundlæggende forståelse for automation. IT  ingeniøren skal med andre ord forstå automationfolks hverdag og arbejdsopgave.
Ved semestrets afslutning forventes den studerende at kunne opfylde både de overordnede mål for semestret (se semesterbeskrivelsen i studieordningens kap. 9), og de specifikke mål, som er beskrevet nedenfor.

Viden
Introduktion til automation og SCADA:
  • forklare karakteristika ved forskellige typer af processystemer – diskrete, batch og kontinuerlige processer
  • forklare formålet og det økonomiske aspekt med automation samt sætte det i relation til manuelt arbejde
  • forklare de særlige betingelser automation systemer er underlagt mht. pålidelighed, oppetid og sikkerhed
  • forklare udvalgte systemer/funktioner i MES laget og deres formål
  • forklare betydningen og implementering af integration mellem forretnings (IT) og automation systemer
  • forklare forhold omkring sikkerhed (for personer, proces og produkter) og pålidelighed for anlægget
  • forklare SCADA systemers opbygning

Operativsystemer og netværk:
  • beskrive de teoretiske og praktiske muligheder og begrænsninger som operativsystemer, virtuelle maskiner, netværk, og kommunikationsarkitekturer giver i forhold til softwareudvikling
  • forklare det grundlæggende lagdelingsprincip som muliggør en opdeling af et distribueret system i funktionelle komponenter med veldefinerede grænseflader og protokoller
  • beskrive virtuelle maskiner som en abstraktion over operativsystemer og kommunikationsarkitekturer som en abstraktion over netværk
  • beskrive et operativsystems opbygning, virkemåde, rolle, grænseflader og samspil med virtuelle maskiner
  • forklare et netværks opbygning, virkemåde og egenskaberne ved forskellige kommunikationsarkitekturer

Design af software systemer:
  • forklare fordele og ulemper ved et konkret arkitekturdesign

Færdigheder
Introduktion til automation og SCADA:
  • programmere eller modificere et simpelt PLC program, der kan levere data til SCADA systemet
  • anvende matematiske metoder til at skabe præcision
  • udvikle distribuerede applikationer med høj grad af samtidighed på multiprocessorsystemer

Operativsystemer og netværk:
  • udvikle applikationsprotokoller på basis af højniveau distributionsteknologier såsom RMI eller RPC
  • udvikle dedikerede distributionsteknologier på basis af lavniveau kommunikationsteknologier såsom beskeder eller socket-programmering
  • benytte elementerne i det underliggende operativsystem og netværk og begrunde anvendelse

Design af software systemer:
  • benytte designmønstre i designet, herunder til at opretholde den valgte arkitektur
  • benytte en relationel database fra et objektorienteret program i et projekt
  • benytte systemudviklingsværktøjer i et projekt

Kompetencer
Introduktion til automation og SCADA:
  • implementere/opsætte SCADA system til at overvåge og kontrollere et produktionssystem
  • benytte netværk (OSI niveau 2) til kommunikation mellem IT og proces system

Programmering:
  • Implementerer IT - system til integration mellem proces og forretningslag

Operativsystemer og netværk:
  • træffe et kvalificeret valg af netværksarkitektur, operativsystem, virtuel maskine og kommunikationsarkitektur

Design af software systemer:
  • identificere softwarekvaliteter der er væsentlige for et projekt og arbejde målrettet med at opnå disse softwarekvaliteter
  • designe en softwarearkitektur der har en for et konkret projekt hensigtsmæssig lagdeling og distribution
  • tilrettelægge og gennemføre et projekt arkitekturcentreret

Generelle kompetencer:
  • selvstædig tilegne sig ny viden inden for det domæne projektet omhandler
  • benytte elementer fra agil projektstyring (f.eks. Scrum) til styring af iterationerne i et UP-projekt
  • planlægge, udføre og evaluere projektorganiseret arbejde

Undervisningstidspunkt:
Efterår

Undervisningstimer:
Undervisning: IAS 48 timer og OPN 48 timer
Projektet

Undervisningsform:
Forelæsning, øvelser, virksomhedsbesøg og projektarbejde. Den nærmere tilrettelæggelse fremgår af semesterplanen.

Løbende evaluering:
Den studerendes standpunkt og deltagelse evalueres via en række aktiviteter, hvis resultater samles i den studerendes personlige portefølje.

Eksamensbetingelser:
Følgende er en betingelse for at kunne gå til eksamen:
  • Gennemførelse af obligatoriske aktiviteter i de kurser, som modulet omfatter
  • Aflevering af projektdefinition/problemformulering for semesterprojektet i begyndelsen af forløbet
  • Aflevering af projektrapport

Kriterier for opfyldelse af eksamensbetingelser fastlægges inden semesterstart og fremgår af semesterplanen.

Prøveform:
Ekstern prøve bedømt med én samlet karakter efter 7-trinsskalaen. I prøven indgår følgende:

  1. Test (fx multiple answer, multiple choice, essay) omfattende vidensmål for Operativ systemer og netværk og  Introduktion til automation og SCADA
  2. Projekteksamination i semesterprojektet

I bedømmelsen indgår dels en individuel bedømmelse af det skriftlige arbejde dels en individuel bedømmelse af den mundtlige præstation. Karakteren gives ud fra en helhedsvurdering. Som udgangspunkt indgår (1.) med en vægtning på ca. 35% og (2.) indgår med en vægtning på ca. 65%.

Kommentar:
Bemærkning kun til administrativ brug: F-protokol.

Fagligheden IAS er samlæst med kurset I-IAS.

Studier:
Diplomingeniør i Informations- og Kommunikationsteknologi (It)
3. semester, obligatorisk. Udbydes i: Odense