23/03/2017

Cyber-physikalische mechatronische Systeme und Smart Factory-Konzepte auf Anlagenebene

Nach der Konsumgüterindustrie verändert die Digitalisierung vermehrt auch die Industrielandschaft. Oder anders gesagt: der Vormarsch Cyber-Physikalischer Systeme (CPS) findet bereits spürbar statt. Prof. Wernher van de Venn von der ZHAW hat dazu eine Vorlesungsreihe mit dem Thema „CAS Industrie 4.0 Implementierung“ aufgelegt. Deren erstes Modul «Cyber-physikalische mechatronische Systeme und Smart Factory-Konzepte auf Anlagenebene“ wurde im März 2017 von LeanBI bestritten. Hier ein kurzer Abriss:

Zentrale Fragen der Vorlesungsreihe

Die zentralen Fragen der Vorlesungsreihe mit insgesamt sechs Modulen sind:

  • Wie entwickelt man im Kontext von Industrie 4.0 Anlagen und Systeme?
  • Wie integriert man neue Fertigungstechnologien sowie verbundene Objekte zu einer intelligenten Steuerung?
  • Wie erhält man auf dieser Basis neue Services, Produkte und Geschäftsmodelle mit einem Mehrwert für Anwender und Kunden?
  • Welche neuen Risiken entstehen im Umfeld von Industrie 4.0 und wie werden diese gemanaged?

Aufbau von Modul A

In allen Modulen wird auf einen guten Mix aus Vorlesung und Workshops geachtet, um den Teilnehmern (Leitende in Produktion u. Logistik, Geschäftsführer von KMUs, CTOs und CIOs sowie Ingenieure, Softwareentwickler und -Architekten, Marketingfachleute usw.) mögliche Lösungen und praktische Erfahrung an die Hand zu geben.

Das insgesamt 2-tägige Modul A umfasste dabei die folgenden Themen:

  • Einführung Industrie 4.0
  • Schweizer Maschinenhersteller Use Case
  • Einführung in Cyber Physikalische Systeme
  • Technologien von CPS
  • Security und CPS
  • CPS Anwendung und Modellierung auf Anlagen
  • Workshop: „CPS Ideen“
  • Von Mechatronic zu CPS: Ein historisch-technischer Abriss
  • Von Daten zum Nutzen
  • Algorithmen in CPS (Doppellektion)
  • CPS und digitale Geschäftsmodelle: Methoden
  • Workshop: „Methoden zur Erarbeitung digitaler Geschäftsmodelle auf Basis Cyber-physikalischer Produktions- und Anlagensysteme“

Ziel dieses ersten Moduls war es, den Studierenden ein Grundverständnis von CPS-Systemen und ihrer vielfältigen Ausgestaltungs- und Anwendungsmöglichkeiten zu geben. Einer der Schwerpunkte dabei waren «Neue Service- und Geschäftsmodelle mit Industrie 4.0», und dort insbesondere im Bereich „Predictive Maintenance“.

Die Anwendung auf die Praxis: zwei Workshops

In den zwei integrierten Workshops konnten die Teilnehmer dann das Erlernte versuchsweise in selbst gewählten CPS-Beispielen in die Praxis umsetzen:

  • Die Produktion von Elektro-Velos
  • Predictive Maintenance am Förderband einer Kehrichtverbrennungsanlage
  • Eine «Smarte Krücke», die eine gehbehinderte Patienten in nutzbringender Weise unterstützt
  • Ein intelligenter Schaltschrank, der sich den weltweit unterschiedlichen Witterungsbedingungen selbständig anpasst

Schon während der Vorlesungen, ganz besonders aber in den Workshops war deutlich zu beobachten, wie die Teilnehmer dank der intensiven Auseinandersetzung mit den Themen Digitalisierung und CPS zunehmend eine «digitale Phantasie» entwickelten und begannen, in neuen Geschäftsmodellen zu denken und diese miteinander zu diskutieren.
Übrigens ein Phänomen, welches LeanBI auch in zahlreichen Kundengesprächen und -Workshops beobachtet: anfänglich Skepsis oder sogar Unsicherheit schlägt bei Beschäftigung mit dem Thema in Interesse und gelegentlich sogar in kaum noch zu bremsende Begeisterung um.

Kurzer Abriss der Vorlesungsreihe

Nach Darstellung u.a. der CPS-Situation in der Schweiz, der historischen und (sicherheits-)technischen CPS-Aspekte und verschiedener Algorithmen und (z.T. sogar historischer) Use Cases schloss sich der Bogen in Modul A mit dem allgemein viel Unsicherheit auslösenden Thema «Digitale Geschäftsmodelle».

Aber auch hier gelang es, den Teilnehmern einen praktikablen mehrstufigen Ansatz zu vermitteln, der unmittelbar auf bestehende und auf neue (digitale) Geschäftsmodelle angewendet werden kann.
Insbesondere die unabdingbare Ausrichtung auf den Nutzen solcher Geschäftsmodelle war anfänglich ein intensiver Diskussionspunkt, entwickelte sich aber im Verlauf des Moduls A geradezu zu einer alles verbindenden «Klammer» für die Einführung von CPS nach dem Motto: der Kundennutzen muss immer der Ausgangspunkt für die Implementierung solcher Systeme sein.

Grad_der_Digitalisierung

Fazit

Cyber-Physikalische Systeme sind gar nicht so «ausserirdisch» oder neu, wie oft angenommen wird. Es gibt vielmehr gute historische Beispiele und praktische Einstiegsmöglichkeiten, deren Nutzen sich schon nach kurzer Zeit manifestiert. Die sequentiellen CPS-Aufbaustufen im industriellen Alltag sind häufig:

  1. 1. Produktverbesserung
  2. 2. Prozessverbesserung
  3. 3. digitales Geschäftsmodell und seine Optimierung

So verliert das Thema viel von seinem Schrecken und wirft rasch erste Erfolge ab.
Die hochaktuelle Vorlesungsreihe der ZHAW leistet dafür einen wertvollen Beitrag.

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