Cyber Physical Systems

Dabei können beispielsweise über Sensoren Daten erhoben, diese per Soft- und Hardware verarbeitet, zu Kommunikations-, Informations- und Steuerungszwecken verwendet und etwa an Aktoren als ausführende Stellen weitergegeben werden.

Verbindung der digitalen und der physischen Welt

Das 2011 erstmals vorgestellte Mega-Projekt „Industrie 4.0“ hat in Deutschland die Verbindung von digitaler und physischer Welt angestoßen. Das BMBF, das Bundesministerium für Bildung und Forschung, teilt dazu mit:

„Das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 […] ist gekennzeichnet durch eine starke Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten (Großserien-) Produktion. Kunden und Geschäftspartner sind direkt in Geschäfts- und Wertschöpfungsprozesse eingebunden. Die Produktion wird mit hochwertigen Dienstleistungen verbunden. Mit intelligenteren Monitoring- und Entscheidungsprozessen sollen Unternehmen und ganze Wertschöpfungsnetzwerke in nahezu Echtzeit gesteuert und optimiert werden können.“

Das heißt „ins Praktische“ übersetzt: Die Industrie 4.0 mit ihren cyber-physischen Systemen soll in der Lage sein, auf die sich häufig ändernden und stetig wachsenden Kundenanforderungen rasch zu reagieren, um wettbewerbsfähig zu bleiben und ihre Marktposition zu behalten – oder, noch besser, weiter auszubauen. Dabei sind intelligente, effiziente und nachhaltige Lösungen gefordert.

Das Besondere dabei ist aber nicht die Aufgabe selbst: Diese ist im Prinzip schon aus dem Lean-Management- und dem Lean-Production-Ansatz bekannt. Neu ist die Geschwindigkeit, in der diese Aktionen erfolgen. So werden in Echtzeit mobile und bewegliche Einrichtungen, Geräte und Maschinen (darunter auch Roboter), eingebettete Systeme und vernetzte Gegenstände (Internet of Things, IoT) gesteuert. Der zentrale Erfolgsfaktor zur Verbindung der digitalen und physischen Welt sind hier die CPS, da zum einen die notwendigen Daten ausgetauscht werden und zum anderen die Steuerung und die Kontrolle über die Infrastruktur erhalten bleibt.

CPS in allen Bereichen

Cyber-physische Systeme kommen in vielen verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz und decken ein breites Spektrum möglicher Funktionen ab. Anwendungsgebiete ergeben sich in der Logistik, in der Industrieproduktion (Industrial Internet of Things, IIoT), in der Umwelt-, Medizin-, Verteidigungs- oder Verkehrstechnik.

Oft decken sich die Anwendungsbereiche mit denen der Industrie 4.0. Denn das Ziel der CPS ist, für eine höhere Effizienz, niedrigere Kosten und schnellere Bearbeitung von komplexen Vorgängen zu sorgen.

Welche Chancen ergeben sich dadurch?

Cyber-physische Systeme bieten zahlreiche Vorteile bei der Steuerung und dem Betrieb komplexer Systeme. Sie sind extrem anpassungs- und wandlungsfähig und tragen zur Effizienzsteigerung bei, denn durch die Vernetzung und die beliebige An- und Einordnung von Daten, Informationen und Diensten können unterschiedlichste Potenziale zukünftig schneller erkannt und effizienter genutzt werden.

Ob es sich um die Datengewinnung und -verarbeitung oder die automatische Optimierung von Systemen und Personalkapazitäten handelt: Cyber-physische Systeme ermöglichen insbesondere langfristige Erfolge. Prozesse laufen weitgehend autonom und automatisiert ohne den Bedarf des menschlichen Eingriffs ab. Das Personal übernimmt oft nur noch Kontroll- und Steuerungsfunktionen. Auch die Arbeitssicherheit und die Geschwindigkeit von Abläufen lässt sich mit den CPS steigern.

Herausforderungen der Zeit

Bei den cyber-physischen Systemen, wie auch bei der Industrie 4.0, sind Anpassungs- und Wandlungsfähigkeit, Ressourceneffizienz sowie die Verbesserung und Erhöhung von bestimmten Formen der Sicherheit ein wichtiger Aspekt. Dennoch bringen gerade die Vorzüge der CPS verschiedene Herausforderungen mit sich.

Die Intention der cyber-physischen Systeme ist, dass sogenannte (teil-)autonome Agenten Mikroprozesse ausführen und damit einen Mehrwert schaffen. Doch um diesen Mehrwert erzielen zu können, bedarf es einer präzisen Planung und Koordination der Systeme. Und genau diese Präzision zu gewährleisten, ist für das Prozessmanagement eine anspruchsvolle Aufgabe.

Trotz der hohen Anforderungen eröffnen sich durch cyber-physische Systeme viele Möglichkeiten, wie man eine umfassende Vernetzung aufbauen kann. Die Verbindung zwischen Internet-Technologien und anderen Systemen kann eine weltweite Kommunikation zwischen Produzenten, Kunden und Geschäftspartnern ermöglichen und viele Vorgänge vereinfachen und effizienter gestalten.

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