Die Anwendungsgebiete von CPS sind eigentlich grenzenlos – neben rein industriellen (aber eher noch in der Zukunft liegenden) Einsatzfeldern wie intelligenter Fertigungs- und Produktionsumgebungen in verschiedenen Branchen („Smart Factories“), werden CPS auch in anderen Feldern bereits jetzt eingesetzt. Dazu gehören intelligente Stromnetze („Smart Grids“), Electronic-Health, altersgerechte Assistenzsysteme aber auch intelligente Verkehrsüberwachungssysteme oder auch automatische Frühwarnsysteme im Katastrophenschutz.
Einige Beispiele sollen Ihnen die bereits stattfindende Integration von CPS in der Welt bewusst machen:
Industrie 4.0 – Smart Factory
Stellen Sie sich vor, es gibt eine Produktionsumgebung, die sich autonom steuert, je nach Produkt und Bauteil selber weiß, was zu tun ist und dabei auch noch selbstständig ihre Prozesse effizienter gestaltet. Das wäre doch was! Dies würde man gleichzeitig sozusagen als das „finale Level der Industrie 4.0“ bezeichnen.
Tatsächlich sind einige Unternehmen bereits fleißig dabei, CPS in ihrer industriellen Herstellung integrieren zu wollen. Vor allem die Autoindustrie verwendet vereinzelt schon CPS, um Arbeitsschritte automatisiert ablaufen zu lassen – von einer kompletten Vernetzung ist die Industrie allerdings noch ein Stück weit entfernt, da einfach noch nicht alle erforderlichen Technologien dafür ausreichend erforscht wurden.
In der Autoindustrie ist Smart Factory bereits ein großes Thema wie Sie an obiger Grafik sehen können. Wer sich in der Autoindustrie also einen Namen machen möchte, weiß, womit er oder sie sich beschäftigen muss!
Beispiel
Wartung von Maschinen
Eine der größten Kostenpunkte in Industriebetrieben ist die Wartung der Maschinen. CPS helfen Industriebetrieben bereits jetzt, hier Kosten zu sparen. Schauen Sie sich dazu folgenden Vergleich an:
Wartung ohne CPS
Hier wird entweder reaktiv oder präventiv gewartet.
Reaktive Wartung: Es wird einfach solange produziert, bis die Maschine nicht mehr funktioniert – das hat zwar äußerst geringe Wartungskosten zu Beginn, man riskiert jedoch lange Ausfallszeiten und hohe Austauschkosten
Präventive Wartung: Ungeachtet der tatsächlichen Ausfälle, wird in regelmäßigen Abständen gewartet, also Teile oder ganze Maschinen ausgetauscht – das ist zwar recht sicher, aber auf Dauer teuer.
Wartung mit CPS
Die Maschinen können über ihre Sensoren selbst feststellen, wann eine Wartung fällig werden würde. Verschleiß kann so sehr zeitnah festgestellt und die Wartung viel effizienter durchgeführt werden.
Außerdem können so eventuelle Ausfälle „vorhergesagt“ und entsprechend reagiert bzw. vorgebeugt werden.
Smart Grid – das Internet der Energie
Auch ein Stromnetz kann mit CPS „intelligent“ werden. Warum ist das überhaupt notwendig? Strom wird heutzutage immer dezentraler erzeugt. Das heißt, dass es meist (vor allem in ländlichen Gebieten) keine einzelne, zentrale Quelle mehr gibt, wo der Strom herkommt, sondern viele kleinere Quellen wie B. Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Biogasanlagen etc.
Das ist komplex und braucht System – vor allem im Bereich der Lastregelung (d. h. welches Gerät gerade wieviel Strom braucht). Gut, dass es CPS gibt. So können sich sämtliche Akteure im Stromnetz (Erzeugung, Speicherung, Lieferung und Verbrauch) untereinander vollautomatisch und in Echtzeit austauschen.
Geräte kommunizieren in Folge dem Stromnetz, wieviel Strom erzeugt und zur Verfügung gestellt werden muss. Diese reagieren, können die Quelle entsprechend auswählen und bei Überlastung auch mal den Strom abriegeln.
Katastrophenschutz, militärische Verteidigung und Verkehr
CPS können auch echte Lebensretter sein. CPS, die über entsprechende Sensoren Naturkatastrophen, wie Tornados oder Erdbeben, schon Tage vorher erkennen und davor warnen können, sind in Evakuierungsfällen unverzichtbar geworden. Auch in Umweltthemen können CPS Hilfestellung bieten so können beispielsweise Bodenbeschaffenheiten automatisch erkannt und anhand deren Veränderungen Rückschlüsse auf Pflanzen und Tiere in der Umgebung gemacht
Das unterscheidet sich gar nicht so sehr von den industriellen Einsatzgebieten: Schließlich sollen auch hier die Effizienz gesteigert und die benötigte Zeit und die Kosten reduziert werden.
Aber auch militärisch werden CPS eingesetzt. Moderne Flugabwehrsysteme oder auch militärische Drohnen werden mit solchen Systemen untereinander vernetzt, um entsprechend schnell und aufeinander abgestimmt reagieren zu können.
Auch der Verkehr profitiert von CPS und ist eigentlich ein offensichtliches Beispiel für eine Systemregulierung in Echtzeit. Staus, Unfälle und Fahrbahnschäden werden in Echtzeit registriert und entsprechende Umleitungsmaßnahmen oder Straßenabsperrungen durchgeführt – damit wird der Verkehr entlastet und weiteren Staus oder Unfällen vorgebeugt. Auch völlig autonome Fahrzeuge sind so denkbar. Das ist allerdings noch Zukunftsmusik denn hier muss erst auch noch die entsprechende Straßeninfrastruktur gebaut werden.
E-Health
Neben öffentlichen und unternehmerischen Einsatzgebieten kann auch jede einzelne Person ganz individuell von CPS profitieren. Da wäre beispielsweise das Schlagwort E-Health (Electronic Health, also die elektronische Verarbeitung gesundheitlicher Daten) zu nennen.
Dabei können Vorbeugung, Überwachung, Diagnose, Behandlung und Verwaltung miteinander elektronisch verknüpft werden. Die elektronische Gesundheitsakte in Österreich (auch ELGA genannt) ist ein Teil der E-Health, genauso wie Online-Apotheken oder auch Smartwatches und Fitness-Tracker (am Handgelenk getragene Geräte, die gesundheitliche Daten wie bspw. den Pulsschlag erkennen oder Stürze registrieren).
Beispiel
Bei einem Patienten wird Diabetes diagnostiziert. Er bekommt ein digitales Blutabnahmegerät, um den Blutzucker regelmäßig zu überwachen. Dieses ist mit seiner Smartwatch gekoppelt, die aufgrund der übermittelten Daten Handlungsvorschläge in Bezug auf Sport, Ernährung und Medikamente bringt.
Im Notfall reagiert die Smartwatch und kann eigenständig die Rettung alarmieren. Trifft diese ein, wird dem Rettungssanitäter über die Smartwatch mitgeteilt, dass es sich um einen Diabetiker handelt. Dieser kann so die richtigen Maßnahmen schnell einleiten.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die (Altersgerechte) technologische Unterstützung – Ambient Assisted Living
Hier geht es im Wesentlichen um Menschen, die in irgendeiner Art und Weise Unterstützung für ein selbstbestimmtes Leben benötigen – sei es aufgrund von altersbedingten Problemen oder körperlicher Einschränkungen.
CPS werden hier eingesetzt, um Technologien zu erschaffen, die auf die jeweiligen Bedürfnisse der Menschen eingehen können. Dabei werden nicht nur diese unterstützt, sondern beispielsweise auch Pflegepersonal und Angehörige.
Wohnungen können beispielsweise so gestaltet werden, dass mithilfe von Sprache Heizungen gesteuert, Rollos bedient oder Beleuchtungen aktiviert werden können. Dies wäre auch automatisiert denkbar, z. B. indem immer, wenn die Person die Wohnung verlässt das Licht sowie der Herd ausgeht. So würden älteren Menschen einige manuelle Schritte erspart werden. Bei Brandgefahr kann zusätzlich zu einem Alarm auch die Feuerwehr automatisch verständigt werden.
Ein Kritikpunkt: Die Bedienung solcher Systeme muss allerdings vorher neu gelernt werden – z. B. welche Sprachkommandos verwendet werden müssen. Das kann für beeinträchtigte oder ältere Menschen schwierig sein. Es muss also besonderes Augenmerk auf die Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit dieser Systeme gelegt werden.
Merken
CPS bietet eine Reihe von Anwendungsgebieten, manche davon sind bereits umgesetzt, andere sind für die Zukunft geplant.
Einige Beispiele sind:
Industrie 4.0
Smart Factories und vollautomatisierte Produktionsumgebungen
Die Anwendungsgebiete von CPS sind eigentlich grenzenlos – neben rein industriellen (aber eher noch in der Zukunft liegenden) Einsatzfeldern wie intelligenter Fertigungs- und Produktionsumgebungen in verschiedenen Branchen („Smart Factories“), werden CPS auch in anderen Feldern bereits jetzt eingesetzt. Dazu gehören intelligente Stromnetze („Smart Grids“), Electronic-Health, altersgerechte Assistenzsysteme aber auch intelligente Verkehrsüberwachungssysteme oder auch automatische Frühwarnsysteme im Katastrophenschutz.
Einige Beispiele sollen Ihnen die bereits stattfindende Integration von CPS in der Welt bewusst machen:
Industrie 4.0 – Smart Factory
Stellen Sie sich vor, es gibt eine Produktionsumgebung, die sich autonom steuert, je nach Produkt und Bauteil selber weiß, was zu tun ist und dabei auch noch selbstständig ihre Prozesse effizienter gestaltet. Das wäre doch was! Dies würde man gleichzeitig sozusagen als das „finale Level der Industrie 4.0“ bezeichnen.
Tatsächlich sind einige Unternehmen bereits fleißig dabei, CPS in ihrer industriellen Herstellung integrieren zu wollen. Vor allem die Autoindustrie verwendet vereinzelt schon CPS, um Arbeitsschritte automatisiert ablaufen zu lassen – von einer kompletten Vernetzung ist die Industrie allerdings noch ein Stück weit entfernt, da einfach noch nicht alle erforderlichen Technologien dafür ausreichend erforscht wurden.
In der Autoindustrie ist Smart Factory bereits ein großes Thema wie Sie an obiger Grafik sehen können. Wer sich in der Autoindustrie also einen Namen machen möchte, weiß, womit er oder sie sich beschäftigen muss!
Beispiel
Wartung von Maschinen
Eine der größten Kostenpunkte in Industriebetrieben ist die Wartung der Maschinen. CPS helfen Industriebetrieben bereits jetzt, hier Kosten zu sparen. Schauen Sie sich dazu folgenden Vergleich an:
Wartung ohne CPS
Hier wird entweder reaktiv oder präventiv gewartet.
Reaktive Wartung: Es wird einfach solange produziert, bis die Maschine nicht mehr funktioniert – das hat zwar äußerst geringe Wartungskosten zu Beginn, man riskiert jedoch lange Ausfallszeiten und hohe Austauschkosten
Präventive Wartung: Ungeachtet der tatsächlichen Ausfälle, wird in regelmäßigen Abständen gewartet, also Teile oder ganze Maschinen ausgetauscht – das ist zwar recht sicher, aber auf Dauer teuer.
Wartung mit CPS
Die Maschinen können über ihre Sensoren selbst feststellen, wann eine Wartung fällig werden würde. Verschleiß kann so sehr zeitnah festgestellt und die Wartung viel effizienter durchgeführt werden.
Außerdem können so eventuelle Ausfälle „vorhergesagt“ und entsprechend reagiert bzw. vorgebeugt werden.
Smart Grid – das Internet der Energie
Auch ein Stromnetz kann mit CPS „intelligent“ werden. Warum ist das überhaupt notwendig? Strom wird heutzutage immer dezentraler erzeugt. Das heißt, dass es meist (vor allem in ländlichen Gebieten) keine einzelne, zentrale Quelle mehr gibt, wo der Strom herkommt, sondern viele kleinere Quellen wie B. Windkraftanlagen, Photovoltaikanlagen, Biogasanlagen etc.
Das ist komplex und braucht System – vor allem im Bereich der Lastregelung (d. h. welches Gerät gerade wieviel Strom braucht). Gut, dass es CPS gibt. So können sich sämtliche Akteure im Stromnetz (Erzeugung, Speicherung, Lieferung und Verbrauch) untereinander vollautomatisch und in Echtzeit austauschen.
Geräte kommunizieren in Folge dem Stromnetz, wieviel Strom erzeugt und zur Verfügung gestellt werden muss. Diese reagieren, können die Quelle entsprechend auswählen und bei Überlastung auch mal den Strom abriegeln.
Katastrophenschutz, militärische Verteidigung und Verkehr
CPS können auch echte Lebensretter sein. CPS, die über entsprechende Sensoren Naturkatastrophen, wie Tornados oder Erdbeben, schon Tage vorher erkennen und davor warnen können, sind in Evakuierungsfällen unverzichtbar geworden. Auch in Umweltthemen können CPS Hilfestellung bieten so können beispielsweise Bodenbeschaffenheiten automatisch erkannt und anhand deren Veränderungen Rückschlüsse auf Pflanzen und Tiere in der Umgebung gemacht
Das unterscheidet sich gar nicht so sehr von den industriellen Einsatzgebieten: Schließlich sollen auch hier die Effizienz gesteigert und die benötigte Zeit und die Kosten reduziert werden.
Aber auch militärisch werden CPS eingesetzt. Moderne Flugabwehrsysteme oder auch militärische Drohnen werden mit solchen Systemen untereinander vernetzt, um entsprechend schnell und aufeinander abgestimmt reagieren zu können.
Auch der Verkehr profitiert von CPS und ist eigentlich ein offensichtliches Beispiel für eine Systemregulierung in Echtzeit. Staus, Unfälle und Fahrbahnschäden werden in Echtzeit registriert und entsprechende Umleitungsmaßnahmen oder Straßenabsperrungen durchgeführt – damit wird der Verkehr entlastet und weiteren Staus oder Unfällen vorgebeugt. Auch völlig autonome Fahrzeuge sind so denkbar. Das ist allerdings noch Zukunftsmusik denn hier muss erst auch noch die entsprechende Straßeninfrastruktur gebaut werden.
E-Health
Neben öffentlichen und unternehmerischen Einsatzgebieten kann auch jede einzelne Person ganz individuell von CPS profitieren. Da wäre beispielsweise das Schlagwort E-Health (Electronic Health, also die elektronische Verarbeitung gesundheitlicher Daten) zu nennen.
Dabei können Vorbeugung, Überwachung, Diagnose, Behandlung und Verwaltung miteinander elektronisch verknüpft werden. Die elektronische Gesundheitsakte in Österreich (auch ELGA genannt) ist ein Teil der E-Health, genauso wie Online-Apotheken oder auch Smartwatches und Fitness-Tracker (am Handgelenk getragene Geräte, die gesundheitliche Daten wie bspw. den Pulsschlag erkennen oder Stürze registrieren).
Beispiel
Bei einem Patienten wird Diabetes diagnostiziert. Er bekommt ein digitales Blutabnahmegerät, um den Blutzucker regelmäßig zu überwachen. Dieses ist mit seiner Smartwatch gekoppelt, die aufgrund der übermittelten Daten Handlungsvorschläge in Bezug auf Sport, Ernährung und Medikamente bringt.
Im Notfall reagiert die Smartwatch und kann eigenständig die Rettung alarmieren. Trifft diese ein, wird dem Rettungssanitäter über die Smartwatch mitgeteilt, dass es sich um einen Diabetiker handelt. Dieser kann so die richtigen Maßnahmen schnell einleiten.
Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die (Altersgerechte) technologische Unterstützung – Ambient Assisted Living
Hier geht es im Wesentlichen um Menschen, die in irgendeiner Art und Weise Unterstützung für ein selbstbestimmtes Leben benötigen – sei es aufgrund von altersbedingten Problemen oder körperlicher Einschränkungen.
CPS werden hier eingesetzt, um Technologien zu erschaffen, die auf die jeweiligen Bedürfnisse der Menschen eingehen können. Dabei werden nicht nur diese unterstützt, sondern beispielsweise auch Pflegepersonal und Angehörige.
Wohnungen können beispielsweise so gestaltet werden, dass mithilfe von Sprache Heizungen gesteuert, Rollos bedient oder Beleuchtungen aktiviert werden können. Dies wäre auch automatisiert denkbar, z. B. indem immer, wenn die Person die Wohnung verlässt das Licht sowie der Herd ausgeht. So würden älteren Menschen einige manuelle Schritte erspart werden. Bei Brandgefahr kann zusätzlich zu einem Alarm auch die Feuerwehr automatisch verständigt werden.
Ein Kritikpunkt: Die Bedienung solcher Systeme muss allerdings vorher neu gelernt werden – z. B. welche Sprachkommandos verwendet werden müssen. Das kann für beeinträchtigte oder ältere Menschen schwierig sein. Es muss also besonderes Augenmerk auf die Einfachheit und Benutzerfreundlichkeit dieser Systeme gelegt werden.
Merken
CPS bietet eine Reihe von Anwendungsgebieten, manche davon sind bereits umgesetzt, andere sind für die Zukunft geplant.
Einige Beispiele sind:
Industrie 4.0
Gesellschaftliche Einsatzgebiete
Individuell
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