Definition und Konzept:
Cyber-Physical Systems (CPS) sind Systeme, die informationstechnische (Cyber) und physikalische (Physical) Komponenten eng miteinander verknüpfen. Sie sind nicht nur einfache vernetzte Geräte, sondern Systeme, die in der Lage sind, Daten aus der physischen Welt zu erfassen, diese digital zu verarbeiten und zu analysieren, und dann wiederum auf die physische Welt zurückzuwirken.
Das Besondere an CPS ist die enge Integration von Computing, Kommunikation und Steuerung mit den physischen Prozessen. Sensoren erfassen Daten aus der realen Welt, diese Daten werden von intelligenten Algorithmen verarbeitet (oft in Echtzeit), und Aktoren beeinflussen dann wiederum die physikalische Umgebung basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen und Entscheidungen.
Merkmale von Cyber-Physical Systems:
- Vernetzung: Komponenten sind über Kommunikationsnetzwerke (z.B. Internet, Industrial Ethernet) miteinander verbunden.
- Autonomie: CPS können selbstständig Entscheidungen treffen und Aktionen ausführen, oft ohne menschliches Eingreifen.
- Adaptivität: Fähigkeit, sich an veränderte Bedingungen in der physikalischen Welt anzupassen.
- Interoperabilität: Fähigkeit, mit anderen CPS oder Systemen zu kommunizieren.
- Intelligenz: Einsatz von Künstlicher Intelligenz, Machine Learning und Big Data Analytics zur Datenverarbeitung und Entscheidungsfindung.
- Selbstorganisation: CPS können sich dynamisch anpassen und organisieren.
Relevanz in der Automatisierung (Industrie 4.0):
Cyber-Physical Systems sind ein grundlegendes Konzept für die vierte industrielle Revolution, Industrie 4.0. Sie bilden die technische Basis für die Smart Factory und verwandeln traditionelle Produktionsanlagen in intelligente, vernetzte und selbstorganisierende Systeme. Im industriellen Kontext werden sie oft als Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) bezeichnet.
Anwendungsbeispiele umfassen:
- Intelligente Produktionsmaschinen, die ihren Zustand überwachen und selbstständig Wartungsbedarfe melden.
- Autonome mobile Roboter (AMR), die sich eigenständig in einer Fabrik navigieren.
- Adaptive Produktionslinien, die sich in Echtzeit an individuelle Kundenwünsche anpassen.
- Digitale Zwillinge, die eine virtuelle Repräsentation physikalischer Assets sind.
- Intelligente Logistiksysteme.
CPS ermöglichen eine hohe Effizienz, Flexibilität und Resilienz in der Produktion, indem sie die physische und digitale Welt miteinander verschmelzen.
→ Siehe auch: CPPS (Cyber-Physische Produktionssysteme), Industrie 4.0, Digitaler Zwilling, Smart Factory, IIoT (Industrial Internet of Things), Edge Computing
