Industrie 4.0 – kein Hype, keine Revolution, aber eine starke Welle


Von Dipl.-Ing. Rahman Jamal, Technology & Marketing Director Europe, National Instruments

Rahman Jamal, Technology & Marketing Director Europe, National InstrumentsSpätestens seit der Hannover Messe 2013 wissen wir, dass die Initiative Industrie 4.0 als Innovationsmotor für den Wirtschaftsstandort Deutschland dienen soll. Wie Kanzlerin Merkel in ihrer Eröffnungsrede anmerkte, steht die Industrie durch das derzeitige Zusammenwachsen von Informationstechnologie, Datenverarbeitung und industrieller Fertigung vor einem neuen Innovationsschub, der mit der Entwicklung der Dampfmaschine zu vergleichen ist.

Man mag dazu stehen, wie man will – vom technischen Standpunkt aus ist Industrie 4.0 ganz sicherlich kein Hype, sondern unter Schlagworten wie „Internet der Dinge“, „Ubiquitous Computing“ „M2M Communication“ oder vor allem „Cyber-Physical Systems“ (CPS) bereits seit Jahren in der Entwicklung. Aus der Sicht der industriellen Automatisierungstechnik ist Industrie 4.0 im Grunde eine zeitgemäße evolutionäre Fortsetzung des in den 1970er-Jahren initiierten Konzepts des Computer Integrated Manufacturing (CIM), das auf die „intelligente Fabrik der Zukunft“ ausgerichtet ist. Kurz gesagt handelt es sich bei Industrie 4.0 sicherlich nicht um eine Revolution, jedoch um einen evolutionären Prozess mit einer langen und reichen Geschichte.

Leider werden die genannten Begriffe wild durcheinander gewirbelt, so dass die Grenzen zwischen Industrie 4.0 und Cyber-Physical Systems mehr und mehr verschwimmen. Bleiben wir bei der Analogie des Wassers: CPS könnte man als den weiten und tiefen Ozean betrachten und Industrie 4.0 als eine mögliche große Welle auf diesem Meer. Meines Erachtens ist Industrie 4.0 lediglich eine mögliche Anwendung von Cyber-Physical Systems (CPS). Es sind aber auch weitere Wellen vorstellbar, zum Beispiel Smart Grids für eine intelligente Energieversorgung, Telemedizin und Ferndiagnose oder „Smart Mobility“ für eine erweiterte Mobilität. Treffen all diese Szenarien aufeinander und treten in Beziehungen zueinander, führt dies wiederum zu sogenannten Smart Cities (intelligente Städte).

Historisch gesehen haben sich CPS in eine vielversprechende Richtung entwickelt, bei der sich die Wechselwirkungen zwischen der physikalischen und der virtuellen Welt gegenseitig befruchten. Im Jahr 2006 initiierte die National Science Foundation mehrere Workshops unter dem Titel „Cyber-Physical Systems“, die darauf abzielten, Arbeiten auf den Gebieten der sensorbasierten, autonomen Systeme, wie Robotik, Fahrzeug- und Flugzeugtechnik sowie medizinische Überwachung, voranzutreiben. Obwohl dieser Zeitraum aus etymologischer Sicht auch als die Geburtsstunde des Begriffs Cyber-Physical Systems bezeichnet wird, finden sich deutliche Belege für intensive parallel stattfindende Forschungsaktivitäten in Europa – besonders im Bereich softwareintensiver Embedded-Systeme.


National Instruments‘ Engagement auf diesem Gebiet geht einher mit der Auftaktveranstaltung der oben genannten Workshops der National Science Foundation, bei der Dr. James Truchard, CEO und Mitbegründer von National Instruments, die Keynote zum Thema „Technologies for cyber-physical systems“ hielt. Hierbei referierte Dr. Truchard über den Entwurf und die Umsetzung von Cyber-Physical Systems mithilfe von Technologien für verteilte Steuerung, Regelung und Sensorik sowie Werkzeugen für das grafische Systemdesign.

Dr. Alberto Sangiovanni-Vincentelli, eine Koryphäe auf dem Gebiet Cyber-Physical Systems an der University of California, Berkeley, bringt es auf den Punkt: Das Entwickeln von Cyber-Physical Systems gleicht der Zähmung des Dr. Frankenstein. Entscheidend beim Design von Cyber-Physical Systems ist die Möglichkeit, auf Systemebene entwickeln zu können und sich nicht mit den Einzelheiten der Implementierung auseinandersetzen zu müssen. Richtig effektiv ist das Entwickeln eines CPS erst dann, wenn das Design, das Prototyping und der Serieneinsatz umgesetzt werden, ohne dass zuvor verschiedene Toolchains miteinander verheiratet werden müssen. Durch den Einsatz von COTS (Commercial-off-the-Shelf-Werkzeuge) lässt sich der zu betreibende Designaufwand reduzieren. Ebenso relevant sind Softwaremodularität und -portabilität auf heterogene Hardwarearchitekturen, Algorithmen, die sich an verteilte Rechensysteme sowie Steuerung und Regelung anpassen, Berechnungsmodelle, die maschinennahe Implementierung abstrahieren, Rekonfigurierbarkeit, präzises und deterministisches Timing, Determinismus, Verifizierbarkeit u. v. m. Allein diese Elemente zeigen schon, dass CPS komplex sind – zu komplex, um mithilfe von verschiedenen, nicht miteinander vereinbaren Werkzeugen designt zu werden.

Eine bewährte Methodik für die Entwicklung von CPS ist das plattformbasierte Design, das in der Automobil- sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie weit verbreitet ist und genutzt wird, um Plattformen zu planen und zu erstellen, die sich an große komplexe Systeme mit langer Lebensdauer anpassen lassen. Die Plattform Graphical System Design ermöglicht es, über mehrere Abstraktionsebenen und mehrere Berechnungsmodelle hinweg zu entwickeln, wobei die Designschritte vereinheitlicht, die Kosten der Systemintegration reduziert und die Entwicklung der Systeme von heute und morgen beschleunigt werden.

M2M Alliance-JahrbuchNational Instruments
M2M Alliance Jahrbuch 13/14

 

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