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Typisches industriell genutztes Montagesystem mit zwei Robotern für das Teilehandling, einem Rundschalttisch sowie komplexen Peripheriesystemen. Es fällt schwer, das Erfordernis eines Konzepts von autarken, interagierenden Cyber- Physical Systems zu unterstellen.

Foto: Klinker

Förderpolitik im Eiltempo

 

Das Bundeministerium für Forschung und Bildung nutzte die angeführte acatech-Studie als Empfehlung für ein Förderprogramm, das bereits im Jahr 2012 auf der Hannover Messe Diskussionen und Verwunderung auslöste. Das BMBF-Förderprogramm »Forschung für die Produktion von morgen« zum Themenfeld Intelligente Vernetzung in der Produktion - Ein Beitrag zum Zukunftsprojekt »Industrie 4.0« wurde vergleichsweise schnell im Jahr 2011 beschlossen und dann auch im Dezember 2011 veröffentlicht. Mehr unter http://www.produktionsforschung.de/  und http://www.bmbf.de/foerderungen/21384.php 

Die erste Bekanntmachung der BMBF-Förderrichtlinie betont explizit, dass »… Flexibilität in realen Wertschöpfungsnetzen durch den Einsatz Cyber-Physischer Produktionssysteme erhöht wird. Maschinen und Anlagen erhalten die Fähigkeit, ihr Verhalten durch Selbstoptimierung und Rekonfiguration an sich ändernde Aufträge und Betriebsbedingungen anzupassen. Dieses Zusammenspiel zwischen realer und digitaler Welt in einer modernen Fabrik bildet die Grundlage zu einem »Internet der Dinge«. Die Fähigkeiten, Informationen wahrzunehmen, daraus Erkenntnisse abzuleiten und Verhaltensänderungen durchzuführen sowie Erfahrungswissen zu speichern, stehen dabei im Vordergrund.

Intelligente Produktionssysteme und -verfahren sowie geeignete Engineering-Methoden und -Werkzeuge werden zur Realisierung verteilter und vernetzter Produktionsstätten für künftige »Smart Factories« im Vordergrund stehen.

Cyber-Physische Systeme verfügen - in Erweiterung zu heutigen mechatronischen Systemen - über intelligente Sensoren zur Wahrnehmung ihrer Umwelt und über Aktoren, mit denen sie diese beeinflussen können. Sie unterscheiden sich von bestehenden technischen Systemen jedoch durch die Fähigkeit, mit ihrer Umgebung zu interagieren, das eigene Verhalten in Abhängigkeit der Umwelt zu planen und anzupassen sowie neue Verhaltensweisen und -strategien zu erlernen und sich somit selbst zu optimieren. Solche »smarten« Fähigkeiten haben nicht nur Maschinen, sondern auch Produkte und Module, und zwar auch dann, wenn sie sich noch im Entstehungsprozess befinden. Damit haben diese Produkte bereits im Entstehungsprozess die Fähigkeit, das Produktionssystem selbst zu steuern. Neben der Erhöhung der Intelligenz technischer Systeme in der Produktion steht insbesondere auch die Interaktion zwischen Anwender und Maschine in der realen und virtuellen Produktionsumgebung im Mittelpunkt der Forschungsarbeiten«. (Zitiert aus der BMBF-Veröffentlichung, a.a.O.)

Als vordringliche Förderschwerpunkte bezeichnet das Förderprogramm vom November 2011:

1. Entwicklung von Cyber-Physischen Systemmodulen für die Integration in zukünftige Produkte und Produktionssysteme, die auf Basis intelligenter Sensoren, Aktoren und Algorithmen die Vernetzung vorantreiben. Die Fähigkeit der Selbstoptimierung und Rekonfiguration sind hier wichtige Aspekte.

2. Gestaltung innovativer Prozessketten durch Einsatz von Cyber-Physischen Systemen in der Produktion. Zur Beherrschung der Abhängigkeiten und der Komplexität sollte eine durchgängige Modellierung und Simulation aufgebaut werden. Zielsetzung ist die Realisierung eines Beitrages zur zukünftigen »Smart Factory«.

3. Betrieb von Cyber-Physischen Systemen in einer realen Produktionsumgebung. Erleichterung von Inbetriebnahme, Produktionsanlauf (Ramp-up), Produktionsbetrieb, zustandsorientierte Instandhaltung, Wartung, Pflege und Austausch von Produktionssystemen. Hierfür gilt es, geeignete Werkzeuge und Methoden zu entwickeln, die dem Prinzip »Plug-and-play« der einzelnen Komponenten folgen und die Verbindung von virtueller und realer Produktionswelt sicherstellen.

4. Integration heterogener IT-Systeme in der Produktion. Realisierung eines durchgängigen Dienste-Modells unter Einbeziehung der eingesetzten Systeme über die verschiedenen Ebenen (Product Lifecycle Management (PLM), Enterprise Ressource Planning (ERP), Management Execution System (MES), etc.) einschließlich der Anforderungen aus der Integration von mit Cyber-Physischen Systemen ausgestatteten Vorprodukten und Produktionsumgebungen.

5. Einführungsstrategien von Cyber-Physischen Produktionssystemen. Aus- und Weiterbildung von Fachkräften vor allem bei mittelständischen Unternehmen. Hierfür sind entsprechende Konzepte zur Unterstützung der interdisziplinären Ausbildung und Zusammenarbeit zu entwickeln.

6. Standardisierung von Soft- und Hardwareschnittstellen (mechanisch, elektrisch, steuerungstechnisch, etc.) zur Realisierung der Interoperabilität zwischen Produktionssystemen unter Beachtung bestehender Regelwerke.

7. Erhöhung der Verlässlichkeit intelligenter vernetzter Produktionssysteme, Stabilität und Zuverlässigkeit der Kommunikation, Sicherheit gegen unbefugte Manipulation, Vermeiden unbeabsichtigten Auslösens von Funktionen, Sicherheitsmechanismen zum Schutz des Menschen in einer Cyber-Physischen Umgebung.

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