Cyber-Physische-Systeme

Cyber-physische-Systeme als Basis der 4. industriellen Revolution

Eine wichtige Rolle für die Industrie 4.0 stellen Cyber-physische Systeme (CPS) dar. Darunter können digitalisierte, mit Sensorik, Aktorik, Datenverarbeitung und Konnektivität ausgestattete Produkte verstanden werden, deren Komponenten einen kontinuierlichen Datenstrom erzeugen. Der Einsatz cyber-physischer Systeme in Maschinen und Anlegen ermöglicht es, stärker als bisher diese für das Anlagen- und Prozessmonitoring, Selbstoptimierung, Konfiguration und Prozesssteuerung zu nutzen. Denn die Analyse der Produktdaten ermöglicht den Anbietern von CPS, neue Einblicke in die Produktion zu gewinnen. Doch was sind Cyber-physische Systeme überhaupt und wie erklärt sich ihr Ursprung?

Der Ursprung cyber-physischer Systeme

Computer werden immer kleiner und gleichzeitig immer leistungsfähiger und über das Internet miteinander vernetzt. Sie sind inzwischen für wenige Euro erhältlich und können daher wirtschaftlich in viele Objekte in der Fabrik eingebaut werden, also nicht nur Maschinen, sondern auch Lager- und Transportbehälter, Werkzeuge und die Werkstücke selbst. Durch Sensoren können diese kleinen hochleistungsfähigen Computer ihre Umwelt wahrnehmen und über Aktoren auch die Umwelt beeinflussen, etwa durch Bewegungen oder Greifer. Diese neue Fähigkeit macht die bisher "dummen" Objekte in der Fabrik intelligent, weil sie ihre Umgebung wahrnehmen und entsprechend handeln können. Solche "Smart Objects" werden als cyber-physische Systeme bezeichnet, weil sie die virtuelle Welt im Rechner mit der realen Welt der physischen Objekte verbinden.

Neue Potenziale

Mit der Einführung Cyber-Physischer-Produktions-Systeme (CPPS), in denen intelligente Maschinen, Anlagen und Produkte vernetzt werden, ergeben sich weitreichende Konsequenzen für die bestehenden Organisationsstrukturen in mittelständischen Produktionsbetrieben. Waren diese bisher zentral und hierarchisch organisiert, so werden sie in Zukunft verstärkt dezentral angelegt sein. Mehrere CPS können gemeinsam handeln und sich sogar selbst organisieren. Dies ermöglicht Abläufe in der Produktion, die bisher nicht möglich waren. Zusätzlich kann die Integration von CPS in Produktionsanlagen dazu beitragen, die Beherrschbarkeit der Produktionsanlagen zu verbessern. In diesem Zusammenhang heißt Digitalisierung auch, dass zukünftig Mitarbeiter einerseits entlastet werden, andererseits noch aufgabenorientierter arbeiten können.