Cyber physische Systeme

Question 1

Was war die wesentliche Entwicklung bei Industrie 3.0?

Answer 1

• (Seit 1970) Automatisierung als Parodigma vorangetrieben
• Strukturierte Verlagerung von Aufgabenträger Mensch auf Maschine
  => Sowohl im operativem Bereich
  => als auch im dispositivem Bereich

Question 2

Was hat sich von in der Industrie von 70er bis 2011 geändert?

Answer 2

Die organisationspyramide wurde um folgende Punkte ergänzt:
- IT-Bebauung
- Automatisierungstechnik-Bebauung
So dass die Automatisierungspyramide entwickelt und im Unternehmen implementiert wurde.

Question 3

Was war die Kernfrage und die erarbeitete Strategie der Bundesregierung aus dem Jahr 2010?

Answer 3

Was sind die Themen für die Zukunft um die Wirtschaft langfristig wettbewerbsfähig zu halten? Was kommt nach Automatisierung Industrie 3.0?
Kundenanforderungen und Produktvielfalt werden immer mehr.
Ergebnis: Ein Paradigmenwechselin der Industrie von:
Weg von IT ROT (Industrie 3.0) hin zu CPPS (Industrie 4.0)
Der Beginn ist somit durch die Expertenkommission entstanden.

Question 4

Was ist Industrie 4.0?

Answer 4

(in der Literatur: Vertikal Integration)

• Ist der Einsatz CPS in der Produktion bzw. im industriellen Kontext. -> Bedeutet, dass zukünftig die Produktion cyber-physische betrieben wird.
• Technische Integration von CPS in der Produktion & die Logistik
• Sowie die Anwendung des Internets der Dinge&Dienste in der industriellen Prozessen.
• Industrie 4.0 bzw. CPS nach heutigen Erkenntnis auf gesamten Lebenszyklus des Produktes

Question 5

Was sind die Ziele der Organisationspyramide?

Answer 5

Wir gruppieren alle mit ähnlichen Background/Erfahrung/Spezialisierung
Ziel:
-Möglichkeit, um ein Unternehmen zu strukturieren
=> Wir bilden eine Abteilung/Teams
-Hilft dabei zu erkennen, in welchen Bereichen bsp. neue Technologien, welche Einfluss haben könnten

Question 6

Charackteristika IT und OT?

Answer 6

Beschreibt alles wo nur ein Signal ausgegeben und aufgenommen wird.
OT: Echtzeitfähigkeit, Herstellerspezifische Lösungen, Sensor und Zustandsdaten, Robustheit, Nicht gut anpassbar (Rüstzeiten), primär wertschöpfend,

Sobald dieses Signal Informationen, Daten etc. überträgt & diese gespeichert werden ist es
IT: Echtzeitfähigkeit spielt keine Rolle, Standards, Transaktionsorientiertedaten, Skallierbarkeit, Anpassungsfähgikeit, Nicht primär wertschöpfend; Dispositiv, plannend, steuernd, unterstützend

Question 7

Probleme im Zusammenspiel von IT und OT fürs Unternehmen.

Answer 7

Schnittstellen Probleme, Fehlende Transparenz. DIe IT weiß nicht was in der Werkstatt stattfindet und die Werkstatt kann keine IT-nutzen. Hoher Aufwand bei der Zusammenführung

Question 8

Was sind die Anforderungen an Werkzeugmaschinen (Automatisierungstechnik)?

Answer 8

• Robust (Alle zustände in der Wahrheitstabelle aufnehmen)
• zuverlässig
• Echtzeitfähigkeit
• strukturiert

Question 9

Unterschied zwischen Automatisierung & Autonomisierung?

Answer 9

Automatisierung:
-Deterministische / Strukturierte Aufgaben mit bekannten Lösungsweg
- Können kompliziert sein
-Deterministische / Strukturierte Aufgaben werden von Mensch auf Maschine übertragen
-Automatisierungstechnik ist nicht IT, da:
=> keine Programmierzeiten
=> da robustes System, welches durch bspw. Wahrheitstabelle alle möglichen Fälle aufnimmt etc.
=> nicht prozessorientiert, sondern zustandsorientiert -> daher keine BPMN-Modelle
-Lösung unabhängig vom Aufgabenträger

Autonomisierung:

• Unstrukturierte Aufgaben
• Lösungen abhängig vom Aufgabenträger
• Algorithmus trifft Entscheidungen
• komplexe Aufgaben:
• > gewisse Anzahl an unbekannten Variablen

Question 10

Was ist die wesentliche Aufgabe von CPPS?

Answer 10

Im wesentliche, um die Produktion zu autonomisieren durch kommunikation von virtuellen Abbildern treffen CPPS “selbstständige Entscheidungen” darüber, wie das Produkt gefertigt werden soll

Question 11

Was ist die Wahrheitstabelle?

Answer 11

Steuerungsfunktion wird in der Warheitstabelle festgelegt. Definiert alle möglichen Zustände!

Question 12

Was sind Feldbussysteme?

Answer 12

Feldbussysteme erfüllen i.d.R. Sicherheitsnormen bzw, technischen Maßnahmen:
-Verbinden Sensoren & Aktoren zwecks kommunikation mit Automatisierungsgeräten

Question 13

Was ist der Unterschied von Smart Factory and einer digitale Fabrik?

Answer 13

Smart Factory:

• Vertikale Integration (Totally Integrated Manufacturing)
• Produktionsumgebung, in der sich Fertigungsanlagen und Logistiksysteme ohne menschliche Eingriffe weitgehend selbst organisieren
• Vollständige vertikale Vernetzung der Automatisierungspyramide -> wird u.a. ermöglicht durch MES-System
• Transformation von Zustandsdaten in transaktionsorientierte Daten

Digitale Fabrik:
-Horizontale Integration
-bestehende IT-Systeme werden über Schnittstellen miteinander vernetzt (Interkonnektivität)
-Vorteile: Zentrale Verwaltung über ERP=>Transzparenz, bessere Unternehmensplanung/Geschäftsprozessplanung
-Nachteile: Kostenintensive, höheres Risiko bei Cyber-Attacken
Bsp. Speicherung der CAD-Datei als geometrisches Modell in PDM-System und anschließende Anbindung des PDM an ERP

Question 14

Was ist ein CIM (Computer Integrated Manufacturing)?

Answer 14

Ziel war es den IT-Wildwuchs loszubekommen.
Ein einheitlichen und durchgängiges IT System, um die Schnittstellenproblematik zu lösen.
Dadurch erreicht man einheitliche Prozesse, Standard und QM.

Question 15

Was sind die Anforderungen an eine IIot-Referenzarchitektur?

Answer 15

• Durchgängigkeit der Datenübertragung von Sensor bis MES des Produzenten und ins ERP-System des Lieferanten
• Skalierbarkeit
• Echtzeitfähigkeit: Prozesse unterliegen deterministischen Zeitanforderungen
• Interoperabilität: offene Kommunikationsstandards
• Datenschutz
• Trustworthiness: Safety &Security

Question 16

Wie lässt sich das RAMI 4.0 Modell beschreiben? (hintergrund bis zu den Zielen)

Answer 16

• RAMI 4.0 ist ein dreidimensionaler Bebauungsplan, der dafür sorgen soll, dass alle Teilnehmer im Unternehmen das gleiche Verständnis von I4.0 haben.
• Es dient außerdem als Überblick für den schrittweisen Übergang von der I3.0 in die I4.0 eines Unternehmens.
• Es führt alle Elemente und IT-relevanten Komponenten in einem Schicht & Lebenszyklusmodell zusammen.
• Ist-Zustand von einem Unternehmen woraus strategien abgeleitet werden können, um Bereiche in I4.0 zu migrieren

Question 17

Was muss man über das IIRA Modell wissen?

Answer 17

-Gesamtwerk für CPS, top-down Ansatz
.Automatisierungspyramide war immer auf ein Unternehmen bezogen, das ändert sich nun, da ein ganzes Ökosystem genutzt wird.
- Definiert Industrial Internet Systems (End2End Anwendungssysteme)
o Business Viewpoint: umfasst die Single-Wahrnehmung und die Öko-Wahrnehmung. In der Ebene ist das Projektmanagement verortet
o Usage Viewpoint: umfasst alle Belange zur Nutzung eines IIS. Wie gestaltet sich das System organisatorisch?
o Functional Viewpoint: Anforderungen, Prozessmodellierung
o Implementation Viewpoint: behandelt die benötigten Technologien zur Umsetzung eines IIS. Durchgesetzt hat sich die 3-Tier-Archtiektur (Asset-, Plattform- und Enterpriseebene)

Question 18

Die bedeutung des Business Viewpoint?

Answer 18

Überlegung/identifizierung von Business Szenarien:
Wie ist es bzw. welcher Nutzen/Mehrwert wird gewonnen, wenn beliebige unterschiedliche Objekte (virt. Abbildungen) miteinander kommunizieren können?

Question 19

Usage Viewpoint Bedeutung?

Answer 19

Welche Partner werden für das Bilden des Ökosystems benötigt, um das Business Szenario realieren /umsetzen zu können -> Bilden des Ökosystems

Question 20

Functional Viewpoint Bedeutung?

Answer 20

Die Prozess ebene bzw. umfasst den Bauplan
(1) Definieren & Modellieren eines sicheren & vertrauenswürdigen CPS-Prozesses gemeinsam mit dem Ökosystem (z.B. mit einem BPMN-Modell)
(2) Reultieren aus der modellierten CPS_Prozess
A. Functions: Welche funktionen werden benötigt zb. Türöffnen
B. Welche Daten werden beötigt ? Zeit, Geschwindigkeit etc.
C.Operations: Beschreibung von zusätzlichen Anforderungen bsp. öffnen/schließungsdauer der Tür
(3) Auf Basis Punk 2. -> Welche Objekte haben wir und wie sind die virtuellen Abbildungen dazu zu gestalten?
(4) TÜV testet des CPS-Systems und könnte es als vertrauenswürdig und sicher zertifizieren.

Question 21

Implementation Viewpoint Bedeutung?

Answer 21

Umsetzung des entwickelten CPS-Prozesses mittels der 3-Tier-Archtitektur (Assets-, Plattform- und Enterpriseebene)

Question 22

Was sind CPS und was sind die charackteristika?

Answer 22

Cyber-physische Systeme besteht aus einer Sammlung von computergeräten, die miteinander kommunizieren und über Sensoen und aktoren in einer Rückkopplungsschleife mit der physische Welt interagieren.
(CtP= cyberizing the physical): realitiät wird in virtualität abgebildet / repräsentiert. Die Zuestandswerte des realen Objektes werden in virtuellen Abbildern festgehalten
(ptC: physicalizing the cyber): Bedeutet du hast den Zustandswert des realen objektes im virtuellen Abbild und jetzt steuert die virtualität die realität.

Die Kommunikation ist auf der virtuellen Ebene und nicht auf der asset-ebene

Question 23

Was ist eine Verwaltungsschale?

Answer 23

Das virtuelle Abbild einer Produktionseinheit.
Zb.: Ich brauche eine Loch
Schnittstelle zwischen der I4.0 Kommunikation und dem physischen Gegenstein.
Beinhaltet :
-Daten
-Dezentrale Funktion
-Wissen in allgemein formulierter Semantik

Question 24

Was bedeutet Virtualität steuert die Realität

Answer 24

Die Kommunikation/Handlungsprozess zwischen den virtuellen Abbild und der Verwaltungsschale. Dadurch werden die Produktionseinheiten solange gesteuert, bis der Ist-Zustand erreicht ist.

Question 25

Was ist der Enabler für I4.0?

Answer 25

Die Erstellung von Verwaltungsschalen und virtuellen Abbildern und die Kommunikation zwischen den beiden. Der Ist-Soll-Abgleich wird durchführt bis dein Ist-Zustand = Soll-Zustand ist.
Konstruktion= Kontingent
Arbeitsvorbereitung= Übersetzen in semantische virtuelle Bilder
Produktcontrolling= Kein konkretes Arbeisplan, autonom, nur Ziel bekannt
Fertigung=> Schrittweise durch Verwaltungsschalen und virtuellen Bildern über IST-SOllvergleichen.

Question 26

Was ist der Unterschied zwischen Rami4.0 Layers und IIRA (Industrial Internet Reference Architecure)?

Answer 26

Rami4.0 hat 6 layern und das IIRA hat 4 layern, wobei z.B. Integration und Kommunikation im IIRA eine Ebene sind. IIRA betrachtet ein Ökosystem als Systemgrenze und RAMI4.0 ein einziges Unternehmen.

Question 27

Was ist das CIM (Computer Integrated Manufacturing) Modell?

Answer 27

Das CIM Modell wurde hirstorische gegründet, weil es IT-Wildwuchs gab in Unternehmen. Man hat versucht ein System einheitlich und durchgängig einzuführen, um schnittstellen problematik zu lösen. Jedoch ist das nicht realistisch, da untershciedliche Bereiche unterschiedliche Systeme bzw. Funktionen brauchen. Des Weiteren würde bis zur Einführung eines solchen Tools schon weitere passendere Systeme wieder entiwckelt wurden sein.

Question 28

Welche Risiken bestehen in CPS?

Answer 28

(daten-)sicherheit, Systemausfall, Systemanfälligkeit (zb. das Feature Template ist fehlerhaft, alles funktioniert nicht), Cyberattacken, es gibt keine Kosteninformationen bis zur produktfertigstellung

Question 29

ERP?

Answer 29

Speicherung von transaktionsdaten im Unternehmen

Question 30

CAD?

Answer 30

Erstellung von technishcen Zeichnungen

Question 31

PDM/PLM

Answer 31

Querschnittsfunktion
Geometrie&transaktionsorientiert
Speichert & Verwaltet produkt- & prozedddefinierden Informationen

Question 32

Was sind eigenschaften von Virtuellen Abbildern?

Answer 32

• Sind interoperabel, interkonnektiv und können die Realität abbilden
• Zusammenspiel von digitalen Abbildern ermöglichen unter berücksichtigung des gesamten Ökosytems ganz enue Möglichkeitne, wleche zuvor nicht möglich gewesen wärem:
• neue services
• neue Geschäftsmodelle

Question 33

Was sind virtuelle Abbilder?

Answer 33

Soll-Modell des zu entwickelnden Produktes, welches anhan von semantischen features beschrieben wird
Semantische Features=ausgefüllt feature templates

Question 34

Unterschied Industrie 3.0 zu Industrie 4.0?

Answer 34

Denkt an die ganzes Modelle und Zeichnungen etc.
Ansonsten:
Cad =CAD*
PDM-System= nicht vorhanden, da semantischen Bilder
Geringe Produktvielfalt, keine flexible und individuelle Produkte möglich = Produktion mit hoher produktvielfalt möglich

Question 35

Welche Layern gibt es und was bedeuten sie?

Answer 35

Business: Organisation &Geschäftsprozesse
Functional: Funktionen eines Assets
Information: Notwendige Daten
Communication: zugriff auf Informationen
Integration/Digitalisierung: Übergang von physischer in die digitale Welt
Asset: Reales Objekt in der physischen Welt

Question 36

Interkonnektivität?

Answer 36

Möglichkeit die Systeme untereinander zu verbinden, damit die Dtaen des einem automatisch von einem anderen konsultiert werden können

Question 37

Interoperabilität?

Answer 37

Fähigkeit der verschiedenen Systeme, zu kommunizierne, Daten auszutauschen und die ausgetauschen Informationen zu verwenden

Question 38

Was ist die Automatisierungspyramide und welche ebenen gibt es?

Answer 38

Mit der Automatisierungspyramide werden die verschiedenen Ebenen der industriellen Fertigung klaissifiziert.

Feldebene: - Dient als Schnittstelle zwischen Produktionsprozess & Steuerungssysteme
-Sensoren sammeln Produktionsdaten
-Aktoren führen Befehle aus
Prozess- und Steuerungsleitebene: -SPS Steuert den Produktionsprozess, Speichert nur Logik & historischen Daten, dafür Robust und echzeitfähig
SCADA. darüber wird der Produktionprozess beobachtet
Betriebsleitebene: MES bildet Schnittstelle zwischen IT & OT
Unternehmensebene: ERP Produktionsgrobplanung & Bestellabwicklung

Question 39

Chancen und Risiken durch die Einführung von Industrie 4.0?

Answer 39

Chancen: Andere Plattformen einbinden/verbinden), Höhere Einnahmen, Mehr Daten, Stillstandsreduzierung, Hohere Maschinenauslastung, Durch die Schaffung von Ökosystemen, können neue Geschäftsmodelle geschaffen werden, die kundenzentriert sind
Risiken: Cyberattacken (Hohere Security Anforderungen), Nicht rentables Business Modell, Komplette Organisationsanpassung notwendig: Eine Menge neue Ressourcen notwendig=> Kein Fachpersonal vorhanden, Schulungsmaßnahmen notwendig=> Mitarbeiter verweigern den weg, Schrottdaten, Technische Risiken: Wenn das virtuelle Template ist fehlerhaft, kannst du nicht produzieren (bei 3.0 hast du einen Produktionsplan). Vor der Instanziierung, gibt es keine Informationen über die Kosten, es sei denn es gibt eine hohe Menge an Erfahrungsdaten