Erhöhte Verfügbarkeit und Transparenz in der Produktion Herausforderung Cyber-Physical Systems

Bisher autarke Embedded Systeme sollen künftig global vernetzt arbeiten. An der TU München forscht Prof. Birgit Vogel-Heuser an Methoden, Beschreibungsmittel und Werkzeuge für Cyber-Physical Systems.

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Das Abstraktum „Cyber-Physical Systems“ steht für die globale Vernetzung aller Embedded-Systeme; eine Chance für die industrielle Fertigung und den Standort Deutschland im internationalen Wettbewerb – und eine interdisziplinäre Herausforderung für alle Software-Ingenieure.

Auf fast 20 Mrd. € taxieren Branchenkenner das Umsatzvolumen für Embedded-Systeme in Deutschland. Embedded Systeme sind informationstechnische Einheiten, die in einer klar festgelegten Umgebung spezielle Aufgaben und Dienste für den Benutzer übernehmen. Wohl bekannteste Anwendung ist das Antiblockiersystem im Auto. Aber auch im BlueRay-Spieler, im LCD-Fernseher, in der Haustechnik oder Medizinelektronik kommen Embedded Systeme, für viele Konsumenten unbemerkt, zum Einsatz.

Ihr Kern ist ein Prozessor oder Mikrokontroller. Er erfasst über Sensoren pysikalische Daten und wirkt über Aktoren unmittelbar auf physikalische Vorgänge ein (etwa im Antiblockiersystem). Embedded Systems sollen in der Zukunft keine Einzelsysteme mehr sein, sondern grundsätzlich miteinander vernetzt arbeiten. Sowohl über drahtgebundene als auch drahtlose digitale Verbindungen einschließlich Internet. Dafür gibt es seit einigen Jahren den Begriff „Cyber-Physical Systems“.

Transparente Logistikprozesse durch RFID-Technik

Aus Sicht der Automatisierungstechnik bedeutet Cyber Physical Systems u.a. das Einbeziehen von unternehmensübergreifender globaler Vernetzung und selbstadaptierender Lieferketten einer Produktion. Ein Beispiel hierfür ist die Überwachung der Lieferkette zur flexiblen Fertigungssteuerung auf MES-Ebene (MES; Manufacturing Execution System). Zur Erkennung von Zulieferstörungen ist ein hohes Maß an Transparenz in den Logistikprozessen nötig. Sie kann durch eine möglichst lückenlose Objektverfolgung sichergestellt werden.

Für jedes Produkt in einer Lieferkette muss dazu jederzeit dessen Ort und Zustand bekannt sein. Die automatisierte Verfolgung ist durch Kennzeichnung der Objekte mittels eindeutiger Identifikationsnummer möglich. Hierzu bietet sich die RFID-Technik an. Ein RFID-System besteht aus Transponder, der sich am Gegenstand befindet und einen kennzeichnenden Code enthält, sowie einem Lesegerät zum berührungslosen Auslesen dieser Kennung.

Die mit Cyber Physical Systems verbundenen Herausforderungen sind enorm. Mit heterogen vernetzten Gebilden umzugehen, die eine ganzheitliche Zusammenarbeit von Maschinenbau, Elektrotechnik und Informatik erfordert, ist nicht trivial. Sie stellt insbesondere an die Kompetenz von Software-Ingenieuren sehr hohe Ansprüche. Doch eine ausgefeilte Software erlaubt auch die hochgradige Verknüpfung von Ereignissen in fassettenreichen Vorgängen. Im Garchinger Forschungszentrum der Technischen Universität München (TUM) wird geeignete Kompetenz aufgebaut.

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