Konvergenz der Technologien
Bereits seit den 1970er Jahren wird Computertechnik in der Fertigung eingesetzt. Aus der anhaltenden Computerisierung der Produktion haben sich bis in die heutige Zeit hochintelligente Fertigungssysteme entwickelt[1]. Zunehmend wird diese Intelligenz durch Vernetzung untereinander zu Cyber-Physikalischen Systemen (CPS) weiterentwickelt. Aus der Verbindung der CPS untereinander entstehen in den Fabriken vernetzte Produktionssysteme, die als Cyber-Physikalische Produktionssysteme (CPPS) beschrieben werden[2]. Parallel haben sich in anderen Bereichen aus der Entwicklung der Computer- und Kommunikationstechnik heraus neue Technologien mit sogenannten Smart Devices[3] und dezentralen Software-Services, den sogenannten Cloud-Diensten, entwickelt[4].
Vernetzte, eingebettete Systeme
Die fortschreitende Miniaturisierung, bei gleichzeitiger Leistungssteigerung und der fortwährende Preisverfall in der Informations- und Kommunikationstechnik (IKT) machen den Einsatz von Computertechnik in immer mehr Bereichen des Alltagslebens und in der industriellen Fertigung möglich. Dort führte die Computisierung zunächst von einfachen NC-Programmierungen über die Weiterentwicklung zu CNC-Systemen und speicherprogrammierbaren Steuerungen (SPS), bis hin zu Systemen mit eingebetteter Software[7]. Wesentliches Kriterium der aktuellen Veränderungen ist auf der einen Seite die Vernetzung dieser Systeme mittels Internettechnologien untereinander (z.B. mit Profinet[8]) und auf der anderen Seite auch mit Menschen und Gütern, die sich im Umfeld dieser Systeme bewegen[9]. CPS sind das Ergebnis der Konvergenz von Systemen mit eingebetteter Software (intelligente eingebettete Systeme) und global verfügbaren Datennetzen wie dem Internet[10]. Diese Konvergenz begründet den Wandel von mechatronischen Systemen mit starrer Kopplung hin zu intelligenten Systemen[11] mit modifizierbaren Kopplungen von Sensorik und Aktorik[12].
Für den Automobil- und Maschinenbau stellen CPS eine herausragende Rolle dar. Durch den Einsatz intelligenter Systeme werden komplexe Fertigungssteuerungen und ein hoher Automatisierungsgrad möglich[21]. Gleiches gilt für die Intralogistik, in der CPS die Steuerung von Materialflüssen und die Identifikation und Nachverfolgung von Gütern übernimmt (Tracking und Tracing)[22]. Branchenübergreifend gilt, dass von der Realisierung von CPS-fähigen Systemen eine kostengünstigere, effizientere Produktion erwartet wird, die sich durch geringere Rüstzeiten sowie einen optimierten Energie- und Ressourceneinsatz auszeichnet[23].
Es gibt bislang noch kein allgemeingültiges Verständnis über die Definition von CPS. In Anlehnung an Geisberger[24] lassen sich Cyber-Physikalische Systeme (CPS) wie folgt definiert werden:
Cyber-Physikalische Systeme (CPS) stellen Systeme mit eingebetteter Software dar, die mittels Sensoren Daten über den Zustand ihrer Umgebung erfassen und mittels Aktoren auf physikalische Vorgänge einwirken. Die erfassten Daten können von diesen Systemen gespeichert und verarbeitet werden. Das System kann aktiv oder reaktiv im Rahmen seiner vorweg programmtechnisch und physikalisch/motorisch definierten Möglichkeiten mit seiner Umwelt physisch als auch über Vernetzung digital über Datennetze interagieren. Für die Interaktion werden über das Internet erreichbare Daten und Dienste sowie die im System vorhandenen Schnittstellen zur Umgebung (interaktive Bedienoberflächen, Eingabegeräte, etc.) genutzt.
Literatur
- ↑ (1) Vgl. Kief, H. B., Roschiwal, H. A.: CNC-Handbuch 2013/2014. München 2013., S. 19f.
- ↑ (2) Vgl. Bauer, W., Schlund, S., Marrenbach, D., Ganschar, O.: Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland. Berlin 2014, online abrufbar unter: http://www.bitkom.org (Stand: 30.07.2014), S. 9
- ↑ (3) Vgl. Kagermann, H., Wahlster, W., Helbig, J.: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Frankfurt am Main 2013, online abrufbar unter: http://www.plattform-i40.de (Stand: 30.07.2014), S. 17; Gausemeier, J., Dumitrescu, R., Jasperneite, J., Kühn, A., Trsek, H.: Auf dem Weg zu Industrie 4.0: Lösungen aus dem Spitzencluster it‘s OWL. 2014, online abrufbar unter: http://www.its-owl.de (Stand: 30.07.2014), S. 8
- ↑ (4) ebenda, S. 7
- ↑ (5) ebenda, S. 7
- ↑ (6) ebenda, S. 7f.
- ↑ (7) Vgl. Kief, H. B., Roschiwal, H. A.: CNC-Handbuch 2013/2014. München 2013., S. 139ff., S. 157
- ↑ (8) Profinet ist ein auf dem Ethernetstandard basierendes Netzwerkprotokoll, über das die Maschinen bzw. Maschinenteile vernetzt werden. Hiermit lassen sich über IP-Adressen einzelne Bestandteile eines Fertigungssystems adressieren. Vgl. SIEMENS AG: PROFINET, 2013e, online abrufbar unter: http://www.automation.siemens.com (Stand: 03.03.2014), S. 7
- ↑ (9) Vgl. Geisberger, E.: agendaCPS. München 2012, online abrufbar unter: http://www.acatech.de (Stand: 30.07.2014), S. 22
- ↑ (10) ebenda, S. 20f.
- ↑ (11) Vgl. Gausemeier, J., Dumitrescu, R., Steffen, D.: Systems Engineering in der industriellen Praxis. Paderborn 2013b, online (mit Registrierung) abrufbar unter: http://www.unity.de/ (Stand: 30.07.2014), S. 13
- ↑ (12) ebenda, S. 15
- ↑ (13) Vgl. Gausemeier, J., Dumitrescu, R., Jasperneite, J., Kühn, A., Trsek, H.: Auf dem Weg zu Industrie 4.0: Lösungen aus dem Spitzencluster it‘s OWL. 2014, online abrufbar unter: http://www.its-owl.de (Stand: 30.07.2014), S. 6
- ↑ (14) Vgl. Bauer, W., Schlund, S., Marrenbach, D., Ganschar, O.: Industrie 4.0 – Volkswirtschaftliches Potenzial für Deutschland. Berlin 2014, online abrufbar unter: http://www.bitkom.org (Stand: 30.07.2014), S. 19
- ↑ (15) ebenda, S. 19
- ↑ (16) Vgl. Gausemeier, J., Tschirner, C., Dumitrescu, R.: Der Weg zu intelligenten Technischen Systemen. In: Industrie Management 29, 2013a, Nr. 1, online abrufbar unter: http://www.industrie-management.de (Stand: 30.07.2014), S. 49f.
- ↑ (17) Vgl. Strietzel, T.: Internet der Dinge in Maschinen- und Anlagensteuerungen. Berlin 2013, S. 20
- ↑ (18) Zur Beschreibung des Internet der Dienste und der Weiterentwicklung zur Vision der Dienste Cloud: Vgl. Weiner, N., Renner, T., Kett, H.: Geschäftsmodelle im “Internet der Dienste“. Stuttgart 2010, online abrufbar unter: http://www.e-business.iao.fraunhofer.de/ (Stand: 31.07.2014), S. 72ff.
- ↑ (19) Vgl. Kagermann, H., Wahlster, W., Helbig, J.: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Frankfurt am Main 2013, online abrufbar unter: http://www.plattform-i40.de (Stand: 30.07.2014), S. 17ff.
- ↑ (20) Vgl. VDI/VDE: Cyber-Physical Systems: Chancen und Nutzen aus Sicht der Automation. 2013, online abrufbar unter: http://www.vdi.de (Stand: 30.07.2014), S. 4f.
- ↑ (21) ebenda, S. 9
- ↑ (22) Vgl. acatech, 2011: Cyber-Physical Systems. München 2011, online abrufbar unter: http://www.acatech.de (Stand: 05.08.2014), S. 15
- ↑ (23) Vgl. VDI/VDE: Cyber-Physical Systems: Chancen und Nutzen aus Sicht der Automation. 2013, online abrufbar unter: http://www.vdi.de (Stand: 30.07.2014), S. 5
- ↑ (24) Geisberger, E.: agendaCPS. München 2012, online abrufbar unter: http://www.acatech.de (Stand: 30.07.2014), S. 22
Dieser Text ist Bestandteil meiner 2014 erstellten Masterarbeit „Industrie 4.0 – Eine logistische Herausforderung“. Das vollständige Dokument können Sie hier herunterladen.