Im Rahmen der Hightech-Strategie 2020 wurde das Zukunftsbild „Industrie 4.0“ auf Initiative der Bundesregierung durch namhafte Wissenschaftler und Wissenschaftsvertreter erarbeitet. Ziel dabei ist es, den internationalen Wettbewerbsvorteil Deutschlands bei der industriellen Produktion zu sichern und durch eine nachhaltige Strategie auszubauen. Die Grundlage dieses Zukunftsbildes stellt die Kollaborationsmöglichkeit und damit Kommunikationsfähigkeit autonomer cyber-physikalischer Systeme dar, die gemeinsam komplexe Produktionsprozesse umsetzen. Cyberphysische Systeme ist ein Begriff, der bereits im Zukunftsbild „Industrie 4.0“, vor allem aber in den Umsetzungsempfehlungen für Industrie eine zentrale Rolle spielt, jedoch keine Erfindung der „Industrie 4.0“ ist. Die visionäre Zielsetzung von „Industrie 4.0“ soll vor allem in Industriebetrieben umgesetzt werden, sodass sich bereits der Begriff der Smart Factory – einer sich selbst organisierenden Fabrik – etabliert hat.
Das Ziel dieses Assignments ist es zunächst, den Begriff „Cyberphysische Systeme“ zu definieren und abzugrenzen. Darauf aufbauend soll beschrieben werden, für welche Anwendungen und in welchem gesellschaftlichen Zusammenhang Cyberphysische Systeme verwendet werden. Zudem sollen zehn Produkte bzw. Verfahren der Cyberphysischen Systeme genannt und beschrieben werden. Dabei soll auf das spezifische Umfeld, in dem diese eingebettet sind, wem sie nützen und welche Vor- und Nachteile erkennbar sind, eingegangen werden.
Nach dem einleitenden Kapitel 1 folgt im Kapitel 2 die Definition des Begriffes „Cyberphysische Systeme“. Im dritten Kapitel wird näher auf die Anwendungsgebiete und Produkte der Cyberphysischen Systeme eingegangen. Im anschließenden vierten Kapitel endet die Ausarbeitung mit einer Zusammenfassung.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Zielsetzung
1.2 Aufbau der Arbeit
2 Begriffsdefinition: Cyberphysische Systeme
3 Cyberphysische Systeme
3.1 CPS-Anwendungen
3.2 CPS-Produkte und -Verfahren
4 Zusammenfassung
Zielsetzung & Themen
Das Ziel dieses Assignments ist es, den Begriff „Cyberphysische Systeme“ (CPS) präzise zu definieren und abzugrenzen. Die Arbeit analysiert dabei, in welchen Anwendungsfeldern und gesellschaftlichen Kontexten diese Systeme zum Einsatz kommen, und untersucht beispielhaft zehn spezifische Produkte und Verfahren, wobei insbesondere auf deren Nutzen sowie die Vor- und Nachteile eingegangen wird.
- Grundlagen und historische Einordnung des Begriffs CPS
- Anwendungsgebiete in Industrie, Medizintechnik und Energiewirtschaft
- Funktionsweise und Bedeutung der Automatisierung
- Vorstellung industrieller und privater CPS-Produkte
- Anforderungen an Sicherheit und Datenschutz in vernetzten Systemen
Auszug aus dem Buch
3.2 CPS-Produkte und -Verfahren
Gentelligentes Werkstück
Als gentelligente Werkstücke werden Werkstücke bezeichnet, die fühlend, anpassungs- und kommunikationsfähig sind. Die Fähigkeiten des Aufnehmens und Kommunizierens von Daten und das Treffen von Entscheidungen eröffnen große Potentiale hinsichtlich einer Flexibilisierung der Fertigung, eine Verkürzung der Durchlaufzeiten und einer effektiven Qualitätsüberwachung.
Mechanische Belastungen lassen sich mittels bauteilseitiger Sensoren bestimmen. Diese eindeutig zuzuordnenden Daten werden mittels werkstückinhärenter Speicherung direkt auf dem Werkstück gespeichert, sie stehen somit jederzeit zum Abruf zur Verfügung. Dies ermöglicht während der Fertigungsphase Informationen über den aktuellen Werkzeugverschleiß bei der Fertigungsplanung zu berücksichtigen und gegebenenfalls eine Fertigung auf alternativen Maschinen zu veranlassen. Weitere Belastungsdaten werden während der Nutzungsphase aufgenommen, die für das Ableiten einer geeigneten Instandhaltungspolitik wichtig sind und in die Konstruktion nachfolgender Werkstückgenerationen eingehen. Die Entscheidungsfindung kann entweder durch das Werkstück oder durch die Kommunikation in ein zentrales, übergeordnetes Entscheidungssystem erfolgen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in das Zukunftsbild der „Industrie 4.0“ ein, erläutert die Zielsetzung der Arbeit und gibt einen Überblick über den strukturellen Aufbau der Ausarbeitung.
2 Begriffsdefinition: Cyberphysische Systeme: Hier wird der Ursprung des Begriffs CPS sowie dessen Entwicklung im Kontext der zunehmenden Vernetzung und der „Internet der Dinge“-Thematik wissenschaftlich definiert.
3 Cyberphysische Systeme: Dieses Hauptkapitel beleuchtet vielfältige Anwendungsfelder und stellt eine Reihe konkreter Produkte und Verfahren, wie intelligente Werkstücke oder autonome Transportsysteme, detailliert vor.
4 Zusammenfassung: Das abschließende Kapitel fasst die technologische Bedeutung von CPS zusammen und thematisiert aktuelle Herausforderungen wie Datensicherheit, Cyberkriminalität und die Notwendigkeit einheitlicher Standards.
Schlüsselwörter
Cyberphysische Systeme, CPS, Industrie 4.0, Smart Factory, Intelligente Vernetzung, Automatisierung, Sensorik, Aktorik, Digitale Transformation, Intelligente Werkstücke, Intelligente Logistik, Datensicherheit, IT-Sicherheit, Prozessoptimierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Definition, den Anwendungsbereichen und den technologischen Merkmalen von cyberphysischen Systemen (CPS) im modernen industriellen und privaten Umfeld.
Was sind die zentralen Themenfelder der Publikation?
Die zentralen Themen umfassen die industrielle Produktion (Industrie 4.0), Logistik, Medizintechnik sowie die intelligente Automatisierung im häuslichen Bereich.
Welches primäre Ziel verfolgt die Arbeit?
Ziel ist es, den Begriff CPS zu definieren, die Anwendungsgebiete einzuordnen und zehn spezifische Produkte sowie Verfahren hinsichtlich ihres Nutzens und ihrer Vor- und Nachteile zu evaluieren.
Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?
Es handelt sich um eine Literaturanalyse, die auf aktuellen wissenschaftlichen Quellen, Forschungsergebnissen und Fachpublikationen zum Thema Industrie 4.0 und eingebettete Systeme basiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine theoretische Begriffsbestimmung und eine detaillierte Beschreibung verschiedener Anwendungen, wie beispielsweise selbstüberwachende Werkzeugmaschinen oder sensitive Roboter.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die Arbeit wird maßgeblich durch Begriffe wie Cyberphysische Systeme, Industrie 4.0, Automatisierung, Vernetzung und Datensicherheit geprägt.
Warum spielt die Sicherheit bei CPS eine so große Rolle?
Mit zunehmender Vernetzung steigen die Risiken für Cyberangriffe, Manipulation oder Sabotage, weshalb der Schutz der Infrastruktur und die Datensicherheit bei CPS kritische Erfolgsfaktoren sind.
Was unterscheidet ein „gentelligentes“ Werkstück von einem normalen Produkt?
Ein gentelligentes Werkstück ist in der Lage, prozessrelevante Daten selbstständig zu erfassen, zu speichern und zu kommunizieren, wodurch es aktiv zur Qualitätsüberwachung und zur Flexibilisierung der Fertigung beiträgt.
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- Alëna Knaus (Author), 2018, Cyberphysische Systeme im Allgemeinen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/453105
