Cyber-Physische Systeme / IOT (Donnaruma) Flashcards
Beschreibe den Generationswechsel in der Technisierung
Generation 1.0 - Mechanisierung: Dampfmaschine, mech. Webstuhl
Generation 2.0 - Massenproduktion: Elektrisierung, Industrialisierung
Generation 3.0 - Automatisierung: Elektronik, E-Steuerung, IT-Systeme
Generation 4.0 - Cyber-physiche Systeme: IOT,Netzwerke, Smart Factory
6 Grundbegriffe der Industrie 4.0 nennen.
CPS (Cyber-Physische Systeme):
Verbund von IT mit Physischen Komponenten
CPPC (Cyber-Physische Produktionssysteme):
Entsprechend CPS nur im Industriellen Umfeld
IoT (Internet of Things):
Sammelbegriff für untersch. Technologien in einer global vernetzten Infrastruktur.
IIoT (Industrial Internet of Things):
Industrielle Anwendungen im Internet of Things
Smart Factory:
Eine sich selbst organisierende und optimierende Produktionsumgebung
Smart Home:
Ein Oberbegriff für den Einsatz CPS im Wohnbereich.
Einen Überblick über Internet of Things
Internet of Things lässt Gegenstände untereinander und mit Menschen zeitlich und räumlich unbegrenzt kommunizieren.
Anforderungen und techn. Grundlagen für IoT
Anforderungen:
Zuverlässigkeit, geringer Wartungsaufwand, geringer Energieverbrauch, geringe Anschaffungskosten
Technische Grundlagen:
Internetprotokoll/Ethernet, Sensoren, Aktoren
3 Einsatzgebiete im Smart Home, Energie- und Gebäudetechnik beschreiben
Haushaltsgeräte und Komfort (Bsp.Sonos)
Energieversorgung (Bsp. Kosten sparen durch automatisches ausschalten von Heizung)
Sicherheit (Bsp. Anwesenheit von Bewohnern in leerem Haus simulieren um Einbrecher zu täuschen)
Die 4 Handlungsfelder Intelligente Fertigung im IIoT
Produktionsplanung:
CPS unterstützen die Planung durch Echtzeitmeldungen z.B. Ressourcen, Kundenaufträge usw.
Produktionssteuerung:
Alle Prozesse in Echtzeit online überwachen. Dadurch Früherkennung von Abweichungen.
Vorhersage:
Durch die erfassten Daten lassen sich Vorhersagen treffen. Zum Beispiel Materialreichweite, Diverse Termine, Instandhaltung
Analyse:
Die Analyse der Daten ermöglich die Bereitstellung von Kennzahlen und Key Performance Indicators (KPI) online.
Anwendungsgebiete/Unternehmensziele in der Industrie 4.0
Maschinenverfügbarkeit in der Produktion erhöhen
Produktionsprozess maschinenübergreifend koordinieren
Energieverbrauch von Maschinen und Anlagen reduzieren
Werkzeugmanagement optimieren
Flexibilität und Effizienz von Montageprozessen erhöhen
Feinplanung an den Fertigungslinien optimieren
Durchgängige Qualitätskontrolle in der gesamten Fertigung gewährleisten
Chancen beim Einsatz von CPS beschreiben
Effizienzsteigerung in der Produktion
Erhöhung der Flexibilität in der Planung
Entlastung und Unterstützung des Personals
Wettbewerbsvorteile
Risiken beim Einsatz von CPS beschreiben
Erhöhte Komplexität der gesamten IT Infrastruktur
Erhebliche Veränderungen im Unternehmen (Akzeptanz der Belegschaft)
Datensicherheit in Bezug auf Angriffe
Hohe Anforderungen an die IT
Implementierung von CPS im Automotiven-Bereich an einem Beispiel nennen.
Ein Beispiel ist die permanente Überwachung des Fahrzeugs. Wie z.B. Reifendruck, Rückfahrkamera, Bremskraft usw.
Auch die Position des Fahrzeuges kann überwacht und getrackt werden.
3 Einsatzgebiete von Cyber-Physischen Systemen im Automativ-Bereich
V2V (Vehicle to Vehicle):
Kommunikation zwischen Fahrzeugen um Daten (z.B. Geschw., Bremsen, Beschleunigen) auszutauschen und Unfälle zu vermeiden.
V2I (Vehicle to Infrastructure):
V2I verbindet Fahrzeuge mit der Infrastruktur der Straße ( Ampeln, Spurmarkierungen, Mautstationen usw.), um den Verkehrsfluss zu erhöhen.
V2P ( Vehicle to Pedestrians):
Um z.B. per App sich mit Taxi zu verbinden und das nächste freie zu finden. Oder Ankunftszeit des Busses.
V2N (Vehicle to Network):
Wettervorhersage, Stauende, Unfälle werden vorhergesagt
Einsatz von CPS im Smart-Health Gesundheitswesen
Dies sind Fitness-Uhren die Daten wie : Puls, Herzrhythmus, Schlaf usw. sammeln
Einsatz von CPS im Smart-Cities intelligente Stätde beschreiben
Um Städte effizienter, klimafreundlicher und damit lebenswerter zu machen. Einige Beispiele: freie Parkplätze, smarte Straßenlaternen, Wasserqualität, Feinstaubmessung.
Ziele, Handlungsfelder und Gefahren von Smart-Cities beschreiben
Ziele:
Das größtmögliche Potenzial für ökologische und soziale Verbesserungen ausschöpfen.
Handlungsfelder:
Verwaltung, Mobilität, Energie und Umwelt, Kontrolle von Lastspitzen, Beleuchtung usw.
Gefahren:
Durch Gesichtserkennung und anlegen von Bewegungsprofilen der gläserne Bürger.
der grundlegende Aufbau von CPS beschreiben
Ein CPS besteht aus mechanischen, elektrischen und informationstechnischen Komponenten.
Funktion Integration von CPS beschreiben
Vereinigung von Virtueller und Realer Welt. Ein Objekt ist im Netzwerk eindeutig zu identifizieren.
Funktion Sensorik von CPS beschreiben
Mittels Sensorik (z.B. Temperatur, Luftfeuchte) kann ein CPS Werte aus seiner Umwelt aufnehmen und verarbeiten.
Funktion Verarbeitung von CPS beschreiben
Mikrocontroller ( Ein-Chip-Computer) sind ein wesentlicher Bestandteil von CPS. Sie sind techn. Voraussetzung um die erfassten Daten zu verarbeiten.
Funktion Aktorik von CPS beschreiben
CPS können Aktoren ( antriebstechnische Bauteile wie Motoren, Ventile oder Zylinder) besitzen. Sie interagieren direkt mit der Umwelt (Robotik)
Funktion Steuerung von CPS beschreiben
CPS verfügen über eine Intelligenz und können dezentral Entscheidungen zur Steuerung von z.B. Ventilen treffen und somit physische Prozesse beeinflussen
Funktion Vernetzung von CPS beschreiben
CPS können z.B. Drucker überwachen und bei niedrigem Tonerstand direkt beim Lieferanten eine Bestellung aufgeben.
Funktion Adaption von CPS beschreiben
CPS können ihre eigene Funktionalität anpassen ( z.B. Intervall der Messungen erhöhen bei einem neunen Produkt) oder auf Basis von Datenanalyse neue Fehlermuster erkennen und früher in den Prozess einschreiten. ( Machine Learning)
3 Sensoren-Arten von CPS beschreiben
Temperatursensoren
Ultraschallsensoren
Lichtsensoren
Die Regelung mittels intelligenter Sensorik beschreiben
Ein Serverraum darf max. 25 Grad Raumtemperatur haben. Die Temperatursensoren überwachen den Raum und bei Abweichung kann die Klimaanlage kälter oder den Luftstrom höher geregelt werden um die Temperatur zu halten.
Ein Einplatinencomputer ( Single Board Computer SBC) als Basis für CPS beschreiben
Durch Kompakte Bauweise und niedrige Stromaufnahme geeignet für CPS. Auch das erweitern des MCU ist einfach und an die Bedürfnisse anpassbar. Bekanntes Beispiel Raspberry
Ein Mikrocontrollerboard MCU als Basis für CPS beschreiben
Leistungsfähiger als ein SBC durch meist verbaute Rams , muss aber Programmiert werden. Bekanntes Beispiel Arduino
