In der modernen Welt will alles vernetzt sein. Das Smartphone mit dem Auto, die Kaffeemaschine mit dem Wecker, die Jalousien mit dem Sonnenaufgang, die Smartwatch mit der Gesundheits-App und am besten der Kühlschrank mit der digitalen Einkaufsliste. Warum eigentlich? Damit das Leben komfortabler, besser und ein Stück weit effizienter wird.
Alltagsgeräte tauschen sich untereinander aus, senden Daten und Informationen hin und her und steuern sich so in Echtzeit gegenseitig – eine Art „Automatisierung“ des Alltags soll so erreicht werden, der sich automatisch den äußeren Bedürfnissen anpasst.
Diese Vorgänge werden im Wesentlichen „Internet of Things“ (IoT), also das „Internet der Dinge“ genannt. Geräte sind miteinander verknüpft, tauschen sich aus und steuern sich gegenseitig.
Definition
Internet of Things
… die REFA (der deutsche Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation und
Unternehmensentwicklung) definiert den Begriff Internet of Things als „die zunehmende Vernetzung von Geräten, Sensoren und anderen Anlagen mit Hilfe eines IP-Netzes. Dabei wird das Ziel verfolgt, dass physische Dinge, die eigene Zustandsinformationen besitzen, ihre Daten zur Weiterverarbeitung im Netzwerk bereitstellen.“
Genau das will auch die Industrie 4.0 erreichen – vor allem in der Fertigungs- und Logistikindustrie können mit einem richtig umgesetzten Internet of Things wahre Wunder der Effizienz und Kosteneinsparung erreicht werden.
Denn Industrie 4.0 bedeutet simpel gesagt: Alle beteiligten Einheiten einer Produktionsumgebung sind in einem ständigen Austausch über ein Netzwerk in Echtzeit verbunden. Eingeschlossen sind hierbei Fertigungsanlagen und Logistiksysteme aber auch die herzustellenden Produkte (oder dessen Bauteile) sowie der Mensch.
Für diesen Austausch braucht es in erster Linie drei Dinge: Daten, Daten und nochmals Daten. Und damit sind Sie auch wieder bei dem Hauptthema dieses Kapitels angelangt: Cyber Physical Systems (Abkürzung: CPS) –sind nichts weniger als die Grundlage der Industrie 4.0. Denn CPS liefern, Sie haben es erraten: Daten.
Exkurs
Daten, Information und Wissen – die Welt von CPS
Daten sind schön und gut, aber eigentlich nutzlos – wenn diese nicht sinnvoll weiterverarbeitet werden. Denn in einer vernetzten (Industrie-)Welt sind zwar Daten der Rohstoff, die eigentliche nutzbare Ressource ist aber eigentlich erst das aus den Daten erhobene Wissen. Da es bei CPS viel um Daten geht, ist es wichtig, dass Sie hier die Unterschiede verstehen.
Daten sind einfache Zeichen, Symbole und Zahlen, die ein System, zum Beispiel eine Maschine, generiert: „1992“ – damit lässt sich noch recht wenig anfangen.
Informationen entstehen, wenn diese Daten einem Kontext zugeordnet werden. Dabei entstehen Kenntnisse über einen möglichen Sachverhalt. Eine industrielle Waage gibt beispielsweise eine Einheit aus: „1,992 Gramm“ – somit können Sie schon viel mehr mit dem Wert anfangen. Allerdings hat die Information noch immer recht wenig Wert, denn Sie wissen nicht wohin damit.
Jetzt brauchen Sie noch den Sachverhalt oder das Produkt, zu dem Sie die Information zuordnen können: „1,992 Gramm Klebstoff werden für die Verbindung zweier elektronischer Bauteile benötigt.“ Damit wissen Sie erst, was wofür gebraucht wird und können eine fundierte Entscheidung treffen oder ein Problem lösen.
Damit Industrie 4.0 funktionieren kann, muss die physische Welt (also die Produktionsumgebung mit allen Maschinen und Produkten) mit der digitalen (Netzwerk und Software) verbunden werden. Genau das ist die Aufgabe von CPS.
Dies geschieht, indem mechanische und elektronische Komponenten mit informations- bzw. softwaretechnischen Komponenten verbunden werden. Diese kommunizieren dann über eine Dateninfrastruktur (z. B. Internet). Dabei werden vor allem zwei Grundaufgaben bearbeitet:
Generierung und Austausch von Daten
Kontrolle und Steuerung von Infrastruktur
Wichtig
“Embedded Systems” und CPS
Die aufmerksamen Leserinnen und Leser werden es in der Grafik oben erkannt haben. Embedded Systems (zu Deutsch: eingebettete Systeme) sind im selben Atemzug genannt wie CPS. Was ist denn da los?
Embedded Systems sind der technologische Vorgänger von CPS und umfassen klassische Mess-, Steuerungs- und Regelungstechniken. Auch hier wird die digitale („cyber“) mit der mechanischen („physical“) Welt verbunden – allerdings bliebt jede Einheit für sich. CPS sind nun ein ganzer Verband solcher Gerätschaften, angeschlossen an ein Netzwerk und in ständigem Austausch („Systems“ – daher der Name Cyber Physical Systems).
Das Wesentliche von CPS ist allerdings nicht, DASS es diese Aufgaben übernimmt, sondern WIE SCHNELL. Denn in einer nach Industrie 4.0 funktionierenden Produktionsumgebung (auch „Smart Factory“ genannt) gibt es nur ein Credo und das heißt: Vollgas voraus. Denn damit eine komplett vernetzte Produktionsumgebung von diesem Netzwerk profitiert, müssen die Daten in Echtzeit ausgelesen, zu Information und Wissen weiterverarbeitet werden und dann der Fertigungsprozess entsprechend angepasst werden.
So werden dann statische und mobile Geräte, Einrichtungen und Maschinen (beispielsweise Förderbänder oder Roboter) und damit vernetzte Gegenstände in Echtzeit angesteuert. Das kann eine immense Steigerung der Produktionseffizienz bewirken, die Kosten senken und komplexe Vorgänge und Prozesse in ihrer Bearbeitungszeit optimieren.
Merken
Cyber Physical Systems (CPS) sind die technologische Grundlage der Industrie 4.0 bzw. des Internet of Things. Dabei geht es um:
die Generierung und Auswertung von Daten im Produktions – und Weiterverarbeitungsprozess,
sowie die Steuerung und Kontrolle der Infrastruktur in einer Produktionsumgebung
in Echtzeit.
Dafür wird die physische Welt (Fertigungsanlagen, Logistiksysteme, Maschinen etc.) mit der digitalen (Software) über ein Datennetzwerk (Internet) vereint. Dies geschieht über eine Verbindung von mechanischen bzw. elektronischen Komponenten mit software- bzw. informationstechnischen Komponenten. Diese Verbindungen sind CPS.
In der modernen Welt will alles vernetzt sein. Das Smartphone mit dem Auto, die Kaffeemaschine mit dem Wecker, die Jalousien mit dem Sonnenaufgang, die Smartwatch mit der Gesundheits-App und am besten der Kühlschrank mit der digitalen Einkaufsliste. Warum eigentlich? Damit das Leben komfortabler, besser und ein Stück weit effizienter wird.
Alltagsgeräte tauschen sich untereinander aus, senden Daten und Informationen hin und her und steuern sich so in Echtzeit gegenseitig – eine Art „Automatisierung“ des Alltags soll so erreicht werden, der sich automatisch den äußeren Bedürfnissen anpasst.
Diese Vorgänge werden im Wesentlichen „Internet of Things“ (IoT), also das „Internet der Dinge“ genannt. Geräte sind miteinander verknüpft, tauschen sich aus und steuern sich gegenseitig.
Definition
Internet of Things
… die REFA (der deutsche Verband für Arbeitsgestaltung, Betriebsorganisation und
Unternehmensentwicklung) definiert den Begriff Internet of Things als „die zunehmende Vernetzung von Geräten, Sensoren und anderen Anlagen mit Hilfe eines IP-Netzes. Dabei wird das Ziel verfolgt, dass physische Dinge, die eigene Zustandsinformationen besitzen, ihre Daten zur Weiterverarbeitung im Netzwerk bereitstellen.“
Genau das will auch die Industrie 4.0 erreichen – vor allem in der Fertigungs- und Logistikindustrie können mit einem richtig umgesetzten Internet of Things wahre Wunder der Effizienz und Kosteneinsparung erreicht werden.
Denn Industrie 4.0 bedeutet simpel gesagt: Alle beteiligten Einheiten einer Produktionsumgebung sind in einem ständigen Austausch über ein Netzwerk in Echtzeit verbunden. Eingeschlossen sind hierbei Fertigungsanlagen und Logistiksysteme aber auch die herzustellenden Produkte (oder dessen Bauteile) sowie der Mensch.
Für diesen Austausch braucht es in erster Linie drei Dinge: Daten, Daten und nochmals Daten. Und damit sind Sie auch wieder bei dem Hauptthema dieses Kapitels angelangt: Cyber Physical Systems (Abkürzung: CPS) –sind nichts weniger als die Grundlage der Industrie 4.0. Denn CPS liefern, Sie haben es erraten: Daten.
Exkurs
Daten, Information und Wissen – die Welt von CPS
Daten sind schön und gut, aber eigentlich nutzlos – wenn diese nicht sinnvoll weiterverarbeitet werden. Denn in einer vernetzten (Industrie-)Welt sind zwar Daten der Rohstoff, die eigentliche nutzbare Ressource ist aber eigentlich erst das aus den Daten erhobene Wissen. Da es bei CPS viel um Daten geht, ist es wichtig, dass Sie hier die Unterschiede verstehen.
Daten sind einfache Zeichen, Symbole und Zahlen, die ein System, zum Beispiel eine Maschine, generiert: „1992“ – damit lässt sich noch recht wenig anfangen.
Informationen entstehen, wenn diese Daten einem Kontext zugeordnet werden. Dabei entstehen Kenntnisse über einen möglichen Sachverhalt. Eine industrielle Waage gibt beispielsweise eine Einheit aus: „1,992 Gramm“ – somit können Sie schon viel mehr mit dem Wert anfangen. Allerdings hat die Information noch immer recht wenig Wert, denn Sie wissen nicht wohin damit.
Jetzt brauchen Sie noch den Sachverhalt oder das Produkt, zu dem Sie die Information zuordnen können: „1,992 Gramm Klebstoff werden für die Verbindung zweier elektronischer Bauteile benötigt.“ Damit wissen Sie erst, was wofür gebraucht wird und können eine fundierte Entscheidung treffen oder ein Problem lösen.
Damit Industrie 4.0 funktionieren kann, muss die physische Welt (also die Produktionsumgebung mit allen Maschinen und Produkten) mit der digitalen (Netzwerk und Software) verbunden werden. Genau das ist die Aufgabe von CPS.
Dies geschieht, indem mechanische und elektronische Komponenten mit informations- bzw. softwaretechnischen Komponenten verbunden werden. Diese kommunizieren dann über eine Dateninfrastruktur (z. B. Internet). Dabei werden vor allem zwei Grundaufgaben bearbeitet:
Wichtig
“Embedded Systems” und CPS
Die aufmerksamen Leserinnen und Leser werden es in der Grafik oben erkannt haben. Embedded Systems (zu Deutsch: eingebettete Systeme) sind im selben Atemzug genannt wie CPS. Was ist denn da los?
Embedded Systems sind der technologische Vorgänger von CPS und umfassen klassische Mess-, Steuerungs- und Regelungstechniken. Auch hier wird die digitale („cyber“) mit der mechanischen („physical“) Welt verbunden – allerdings bliebt jede Einheit für sich. CPS sind nun ein ganzer Verband solcher Gerätschaften, angeschlossen an ein Netzwerk und in ständigem Austausch („Systems“ – daher der Name Cyber Physical Systems).
Das Wesentliche von CPS ist allerdings nicht, DASS es diese Aufgaben übernimmt, sondern WIE SCHNELL. Denn in einer nach Industrie 4.0 funktionierenden Produktionsumgebung (auch „Smart Factory“ genannt) gibt es nur ein Credo und das heißt: Vollgas voraus. Denn damit eine komplett vernetzte Produktionsumgebung von diesem Netzwerk profitiert, müssen die Daten in Echtzeit ausgelesen, zu Information und Wissen weiterverarbeitet werden und dann der Fertigungsprozess entsprechend angepasst werden.
So werden dann statische und mobile Geräte, Einrichtungen und Maschinen (beispielsweise Förderbänder oder Roboter) und damit vernetzte Gegenstände in Echtzeit angesteuert. Das kann eine immense Steigerung der Produktionseffizienz bewirken, die Kosten senken und komplexe Vorgänge und Prozesse in ihrer Bearbeitungszeit optimieren.
Merken
Cyber Physical Systems (CPS) sind die technologische Grundlage der Industrie 4.0 bzw. des Internet of Things. Dabei geht es um:
Dafür wird die physische Welt (Fertigungsanlagen, Logistiksysteme, Maschinen etc.) mit der digitalen (Software) über ein Datennetzwerk (Internet) vereint. Dies geschieht über eine Verbindung von mechanischen bzw. elektronischen Komponenten mit software- bzw. informationstechnischen Komponenten. Diese Verbindungen sind CPS.
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