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Arbeitsgruppe CPS-basierte Automation

Die grundlegende Eigenschaft von cyber-physischen Systemen ist die Vernetzung von Teilsystemen - untereinander sowie zu Diensten. Im Unternehmensumfeld bedeutet das beispielsweise eine Verbindung von Sensoren oder Aktoren. Im Produktionsumfeld, also auf Shopfloor-Ebene, mit der Cyber-, also der virtuellen Welt, beispielsweise mit Simulations-, Planungs-, Überwachungs- oder Analyse-Programmen. Die CPS-basierte Automation bringt auch ausserhalb des Unternehmens entlang der gesamten Supply-Chain erhebliche Vorteile, wie z.B. die vernetzte Infrastruktur, über die jederzeit auf jede einzelne ihrer Komponenten zugegriffen werden kann, was letztlich die globale Vernetzung der intelligenten Fabrik ermöglicht.

Ziele

  • Zukunftsfähige Konzepte auszuarbeiten, die aufzeigen wie die horizontale und vertikale Vernetzung erfolgreich umgesetzt werden kann. Als Orientierung wird das «Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0)» vorgeschlagen.

Inhalte

Die Arbeitsgruppe «CPS-basierte Automation» fokussiert sich auf Themen, welche dem Werkplatz Schweiz zugutekommen. Folgende Themen sind diesbezüglich im Fokus:

  • Konzepte zur Vernetzung physischer Vorgänge (über Sensoren, Aktuatoren, mobile Geräte) mit digitalen Diensten
  • Studien und Technologieanalysen zum Einsatz von cyber-physischen Systemen
  • Sicherheitsanalysen und Erweiterungen bestehender Sicherheitsarchitekturen für cyber-physische Systeme
  • Beherrschung von Störeinflüssen und Fehlern bei CPS-basierten Systemen
  • Modellierung und Berücksichtigung der kognitiven Fähigkeiten des Menschen in den Mensch-Maschine-Schnittstellen
  • Entwicklung von adaptiven Mensch-Maschine-Schnittstellen, die sich selbständig an die selbst-organisierenden Automatisierungssysteme anpassen
  • Praktische Vorgehensmodelle

Erläuterung CPS

Funktionsbeschreibung CPS System anhand eines digitalen Zwillings im Bereich Antriebstechnik

  • Ein Motorenhersteller liefert seinem Endkunden einen neuen Antriebsstrang, bestehend aus der Motorsteuerung und dem Motor mit integriertem elektronischem Typenschild

  • Die Motorensteuerung wird mit einem Internet-Router an die Cloud-Plattform des Antriebs-Herstellers angebunden

  • Bei der Inbetriebnahme meldet die Motor-Steuerung alle relevanten Inbetriebnahme Parameter und Daten dem Antriebshersteller in die Cloud. Dieser weiss nun, zu welchem Zeitpunkt der Motor mit welchen Parametern in Betrieb genommen wurde

  • Während dem gesamten Lebenszyklus des Motors übermittelt die Motorensteuerung dem Motorhersteller die wichtigsten Betriebsdaten wie Stromaufnahme, Betriebsstunden etc.

  • Auf Grunde dieser gewonnen Daten ist der Antriebshersteller in der Lage, den Antriebsstrang auf Grund mechanischer Abnützung der Mechanischen Lager etc. immer wieder zu optimieren.

  • Der Motorenhersteller analysiert diese Daten kontinuierlich und kann auf Grund dieser Analysen frühzeitig eine Wartung in die Wege leiten, bzw. er kann dem Betreiber die benötigten Ersatzteile liefern, bevor der Antriebsstrang defekt ist und ein Produktionsausfall entsteht.

  • Sollte trotzdem ein frühzeitiger Ausfall der Motorensteuerung oder des Motors auftreten, so kann der Hersteller auf Grund der zwischenzeitlich gewonnen Betriebsdaten den Fehler analysieren und die Qualität seines Produktes kontinuierlich verbessern

Nächste Veranstaltung zum Thema

Heute keine Veranstaltungen.

Fragen und Phasen der Integration von CPS in Produktion und Logistik

  • Welchen Nutzen oder Verbesserungspotentiale sind vorhanden
  • Was sind die Schlüsselprozesse und Geschäftsmodelle
  • Kann die Produktion/Firma zu einer intelligenten Fabrik (Smart Factory) entwickelt werden
  • In welchen Zeitraum und in welchen Phasen kann der Paradigmenwechsel vollzogen werden
  • Wie kann der Erhalt des Wertbestandes der aktuellen Produktion gesichert werden
  • Welches Knowhow muss vorhanden sein und welche Weiterbildung muss gewährleistet werden
  • Wie hoch ist die Standardisierung in Produktion und Logistik
  • Was sind die Anforderungen an ein Sicherheitskonzept
  • Was sind die rechtlichen Rahmenbedingungen
  • Wie ist das finanzielle Fundament
  • Integration neuer Technologien, bestehende Systeme sollten mit echtzeitfähigen Systemen ergänzt oder ersetzt werden
  • Die Entwicklungsgeschwindigkeit neuer Produkte und Geschäftsmodelle muss sich der Dynamik der Entwicklung der I4.0 Technologienanpassen
  • Die Mitarbeiter werden frühzeitig in die innovative Gestaltung der Arbeitsorganisation, Prozessverbesserungen, Weiterbildung sowie die technische Weiterentwicklung einbezogen
  • Der Aufbau von tragfähigen Geschäftsmodellen in enger Zusammenarbeit mit B2B Partnern zur Optimierung von Innovationszyklen
  • Aufbau einer Arbeitsgruppe die sich exklusiv mit dem Thema „Modellierung komplexer Systeme“, insbesondere in der Produktionstechnik befasst und geeigneter Richtlinien und Handlungsempfehlungen ausarbeitet.
  • Innovationsfördernde Firmenkultur etablieren.
  • Etablierung geeigneter Leuchtturmprojekte – «Think big, start small»
  • Aufbau eines Sicherheitskonzeptes für produktionstechnische Anlagen und die damit hergestellten Produkte zur Abwehr von Gefahren für Mensch und Umgebung, sowie Schutz der Anlagen und Produkte gegen Missbrauch und unbefugtem Zugriff, insbesondere auf die darin enthaltenen Daten.
  • Einfache und rasche Weiterentwicklung der Produktionslinie entsprechend der Auftragssituation
  • Integration von Individualprozessschritten in Fertigungslinien
  • Plug & Produce-Fähigkeit der Fertigungsmodule
  • Maschinenübergreifender Technologiedatenabgleich mit automatischer Adaption
  • Automatisierte Technologiedatenbereitstellung auf Basis von Ad-hoc-Sensorik
  • Unternehmensübergreifender Technologiedatenaustausch über öffentliche Marktplätze
  • Identifikation von Zustand und Lebenszyklus
  • Prognostizierbarkeit des Lebenszyklus auf Basis der Betriebsparameter
  • Automatische Identifikation optimaler Betriebs- und Wartungspunkte durch Analyse der CPS Daten
  • Echtzeitfähige Produktionsplanung und -steuerung
  • Selbstregulierende Produktionsplanung und -steuerung
  • Selbststeuerungsfähigkeit für intelligente Produkte
  • Kontextsensitive und multimodale Mitarbeiterinteraktion
  • Dynamische Reaktion auf (un-)vorhersehbare Änderungen im Produktionsablauf
  • Fehlertoleranz in der Produktionslogistik
  • Selbstregulierung im gewünschten Umfang
  • Zulassen von Kundenänderungen zum spätesten möglichen Zeitpunkt im Produktionsprozess
  • Präzise Terminaussagen auch nach optimierender Funktionsänderung im Produkt
  • Moderne Geschäftsmodelle durch Einbindung der Kunden und Lieferanten in die Produktentwicklung
  • Planung des Up-Cyclings der Rohstoffe schon bei der Entwicklung
  • Dynamische Gestaltung des Lebenszyklus (Bewirtschaftung der Rohstoffe im Feld)
  • Hohe Komplexität des Zusammenspiels im MTO unter Antrieb des Marktes /Kunden
  • Synchronisation der Lebenszyklen mitunter sehr aufwendig
  • Schwieriger Informations- und Wissensfluss durch Trennung der Lebenszyklen
  • Klare Beschreibungen aller Objekte und Prozesse entlang der Supply Chain
  • Schnittstelle zu vorhandenen CPS und Elementen der Logistikkette
  • Erarbeitung und Bewertung neuer Geschäftsmodelle
  • Organisatorische, systemische und methodische Gestaltung der Lebenszyklen
  • Speicherung und Nutzung der relevanten Daten am Produkt über den gesamten Lebenszyklus
  • Neue Handhabungsmethoden für den Umfang der Datenmengen
  • Intelligenz im System für die Ausschöpfung der Informationen & des Wissens aus großen Datenmengen
  • Dezentralität, Interdisziplinarität unter Wahrung der Bedien- und Handhabbarkeit
  • Verschleißmodelle in Abhängigkeit der realen Betriebsparameter
  • Schnittstellenstandards für universell kombinierbare Fertigungsmodule
  • Fähigkeits- und funktionsorientierte Beschreibung der Bearbeitungsaufgabe
  • Modulare und selbstkonfigurierende Software

Mitglieder

  • Beat Meili | Sigmatek, Co-Leiter
  • Roland Eschmann | Industrie 2025, Co-Leiter
  • Stefan Bader | Rychiger
  • Ralf Dopp | Deloitte
  • Fabian Frey | Autexis
  • Urs Güttinger | Bossard
  • Stefan Pauli | Switzerland Innovation Park Biel
  • Robert Montau | FFHS
  • Rolf Wirz | Rychiger

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