Können Sie sich eine Fabrik vorstellen, in der Roboter, FTS (Automated Guided Vehicles), Sensoren, Steuerungen, Rohstoffe, Produkte und Datenbanken miteinander kommunizieren? Was wäre, wenn sie auch automatisch über eine zentrale Intelligenz orchestriert werden könnten, die Vorgänge auf allen Ebenen überwacht und steuert?
Können Sie sich einen futuristischen Hafen vorstellen, in dem Krane, Schiffe, FTF, Lastwagen und Container kommunizieren und eine zentrale Intelligenz die gesamte Logistik koordiniert, um den Betrieb zu optimieren und die Wartezeit für Fracht und Lastwagen zum Be- und Entladen von Containern zu verkürzen?
Krankenhäuser, Häfen, Fabriken – Cyber-physische Systeme versprechen, viele Standorte und Branchen auf innovative Weise zu verändern.
Oder sogar ein Krankenhaus, das aus vielen verschiedenen Elementen besteht, die miteinander kommunizieren, um das beste globale Ergebnis zu erzielen?
Dies sind nur einige Beispiele dafür, wie Cyber-Physical Systems (CPS) in der Zukunft von Industrie 4.0 aussehen könnten. Aber die Verwendungsmöglichkeiten und Rollen, die CPS spielen kann, sind nahezu unbegrenzt.
Die Bedeutung von cyber-physischen Systemen
CPSs sind Integrationen von Berechnungen, Netzwerken und physischen Prozessen: die Kombination mehrerer Systeme unterschiedlicher Art, deren Hauptzweck darin besteht, einen physischen Prozess zu steuern und sich durch Feedback in Echtzeit an neue Bedingungen anzupassen.
CPS verändern die Art und Weise, wie Menschen mit technischen Systemen interagieren, genauso wie das Internet die Art und Weise verändert hat, wie Menschen mit Informationen interagieren. Der Mensch wird in diesem Szenario von entscheidender Bedeutung bleiben. Als flexibelste und intelligenteste „Einheit“ im CPS übernehmen Menschen die Rolle einer Art „Instanz auf höchster Ebene“, die den Betrieb der meist automatisierten und selbstorganisierenden Prozesse überwacht.
Ein CPS, das aus vielen heterogenen Elementen besteht, erfordert komplexe Modelle, um jedes Subsystem und sein Verhalten zu definieren. Dynamische Interaktionen zwischen Subsystemen werden dann durch ein übergreifendes Modell koordiniert: eine Steuereinheit, die ein deterministisches Verhalten jedes Subsystems sicherstellt. Aktuelle Entwurfswerkzeuge müssen aktualisiert werden, um die Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Subsystemen, ihren Schnittstellen und Abstraktionen zu berücksichtigen.
Die Kommunikationsleistung in Bezug auf Latenz, Bandbreite und Zuverlässigkeit wirkt sich weitgehend auf die dynamischen Interaktionen zwischen Subsystemen aus. Bei einem drahtlosen Netzwerk ändern sich Faktoren wie Gerätestandort, Ausbreitungsbedingungen und Verkehrslast im Laufe der Zeit. Dies bedeutet, dass das Kommunikationsnetz auch als eines der Modelle in das gesamte CPS-Modell der Modelle integriert werden muss.
Die Zeit, die zur Ausführung einer Steuerungsaufgabe benötigt wird, kann entscheidend sein, um ein ordnungsgemäß funktionierendes System zu ermöglichen. Physikalische Prozesse sind Zusammensetzungen vieler Dinge, die parallel ablaufen. Ein Zeitmodell, das mit den Realitäten der Zeitmessung und Zeitsynchronisation übereinstimmt, muss über alle Modelle hinweg standardisiert werden.
CPS werden künftig in allen Branchen und im Rahmen des Industrie 4.0-Paradigmas präsent sein. CPS werden neue Produktionsmethoden eröffnen, die für die Industrie zum Standard von morgen werden. Produktionsumgebungen werden selbstkonfigurierend, selbstanpassend und selbstoptimierend sein, was zu größerer Flexibilität, Flexibilität und Kosteneffizienz führt. Wie unten dargestellt, wird jeder funktionale Aspekt einer Produktionskette von der Konstruktion über die Herstellung über die Lieferketten bis hin zum Kundendienst und Support beeinflusst.