Cyber-Physische Produktionssysteme (CyProS)

Produktivitäts- und Flexibilitätssteigerung durch die
Vernetzung intelligenter Systeme in der Fabrik

Das Forschungsprojekt CyProS

Motivation:

Produzierende Unternehmen stellen das Rückgrat der deutschen Wirtschaft dar und sichern durch ihre Reaktionsfähigkeit auf veränderte Anforderungen des Marktes und ihre Innovationskraft Beschäftigung und Wohlstand am Produktionsstandort Deutschland. Die Megatrends, insbesondere zu kundenindividuellen Produkten und kürzeren Lieferzeiten, bringen einen verschärften Wettbewerb auf dem Weltmarkt mit sich. Cyber-Physische Systeme stellen dabei einen vielversprechenden Ansatz dar, diesen Herausforderungen zu begegnen.

Zielsetzung:

Das vorliegende Projekt CyProS verfolgt daher das Ziel, basierend auf einer zu entwickelnden Referenzarchitektur ein repräsentatives Spektrum Cyber-Physischer Systemmodule zu entwickeln und eine konzeptionelle und methodische Basis für deren Betrieb in realen Produktionsumgebungen zu schaffen. Damit wird nicht nur die Komplexität des sich verschärfenden Wettbewerbs beherrscht, sondern auch eine nachhaltige und signifikante Steigerung der Produktivität und Flexibilität der produzierenden Unternehmen durch die Entwicklung und Einführung Cyber-Physischer Produktionssysteme (CPPS) erreicht. Die herausragenden Potenziale Cyber-Physischer Produktionssysteme können auf zwei Arten verwertet werden. Einerseits können diese in Produktionsbetrieben eingeführt und für die Steigerung von Produktivität und Flexibilität genutzt werden. Damit wird die Wettbewerbsfähigkeit deutscher Produktionsstandorte im internationalen Vergleich deutlich verbessert. Andererseits könnten Cyber-Physische Produktionssysteme selbst als marktfähige Produkte vertrieben werden. Damit stärkt Deutschland seine Position als Lieferant innovativer und hochwertiger Produktionssysteme und wird zum Leitanbieter für CPPS.

Um Cyber-Physische Systeme und Produktionssysteme innerhalb der industriellen Praxis effizient umzusetzen, wird in CyProS eine dreistufige Zielsetzung verfolgt:

Stufe 1: Entwicklung einer Referenzarchitektur und eines repräsentativen Spektrums Cyber-Physischer Systemmodule für Produktions- und Logistiksysteme.

Stufe 2: Bereitstellung von universellen Vorgehensweisen, Hilfsmitteln und Plattformen zur Einführung von Cyber-Physischen Produktionssystemen.

Stufe 3: Schaffung der technischen und methodischen Basis für den wirtschaftlichen Betrieb Cyber-Physischer Produktionssysteme und deren Umsetzung in realen Produktionsumgebungen einer Schaufensterfabrik.

Teilprojekt 1:
Referenzarchitektur und technologische Grundlagen

Erwartetes Ergebnis:

  • Referenzarchitektur als wiederverwendbare und übertragbare Implementierungsvorlage für CPPS
  • Methodik zur Erstellung eines Lastenheftes für CPS-basierte Produkte

Arbeitsschwerpunkte:

  • Konzeptionelle Grundlagen zum Aufbau von CPPS
  • Ausgestaltung der Referenzarchitektur für Maschinen, Produktionsinseln, Logistiksysteme
  • Semantische Informationsmodellierung und Schnittstellendefinition für CPPS
  • Diagnose, Bewertung und Optimierung von CPPS

Teilprojekt 2:
Planung, Steuerung und Prozessgestaltung

Erwartetes Ergebnis:

  • Planungs- und Steuerungsmethoden für die Abläufe in Produktion und Logistik
  • CPS-basiertes industrielles Plug & Play

Arbeitsschwerpunkte:

  • Entwicklung einer selbst aktualisierenden Planungsdatenbasis
  • Aufbau einer betriebsparallelen Simulationsumgebung
  • Erarbeitung von Steuerungsmethoden unter Ausnutzung der CPS-Eigenschaften
  • Schaffung einer intuitiven Interaktion mit Planungs- und Steuerungssystemen

Teilprojekt 3:
Einführungsstrategien und -maßnahmen

Erwartetes Ergebnis:

  • Interaktive Handbücher zur Mitarbeiterschulung
  • Leitfäden für die methodische Entwicklung und Einführung

Arbeitsschwerpunkte:

  • Konzeption und Erstellung von formalisierbaren Schulungsinhalten
  • Deployment und Evaluation von szenariospezifischen Schulungssystemen
  • Dokumentation von Einführungsstrategien für neue CPPS in Form von Leitfäden

Teilprojekt 4:
Technische Realisierung und Integration

Erwartetes Ergebnis:

  • CPS-Komponenten, die zu CPPS zusammengeführt werden können
  • Erster Durchstich von CPPS in der Schaufensterfabrik der Wittenstein AG

Arbeitsschwerpunkte:

  • Realisierung von CPS-Systemmodulen
  • Entwicklung einer CPS-Systemarchitektur, die die Vernetzung von CPS-Systemmodulen ermöglicht
  • Integration und Evaluierung von CPPS in Transferzentren und im industriellen Umfeld

Teilprojekt 5:
Projektmanagement und Außendarstellung

Erwartetes Ergebnis:

  • Absicherung des Erreichen des Gesamtziels sowie der Teilziele
  • Zugänglich machen der Projektergebnisse für die öffentlichkeit mit maximalem Multiplikatoreffekt
  • Kommunikation mit dem Förderer und Projektträger

Arbeitsschwerpunkte:

  • Meilensteinüberwachung und Organisation von Projekttreffen
  • Messeauftritte, Ausschussarbeiten und Internetpräsenz
  • Vernetzung mit weiteren Industrie 4.0-Aktivitäten