Industrie 4.0 besteht aus mehreren Systemelementen, die miteinander interagieren. Damit kann das Industrie 4.0-Konzept als ein geschlossener Regelkreis mit Datenrückkopplung dargestellt werden. In dieser kritischen Literaturrecherche werden relevante Systemelemente im Industrie 4.0-Kontext herausgearbeitet, die unmittelbar mit der Regelung eines Systems in Verbindung stehen. Als Methodik wurde eine umfassende kritische Literaturrecherche eingesetzt. Zusätzlich waren theoretische Beschreibungsansätze eines Systems und eines geschlossenen Regelkreises wesentliche Aspekte. Darauf aufbauend kann ein Industrie 4.0-Prozessregelkreis beschrieben und anschließend das dynamische Verhalten des Regelkreises untersucht werden. Gesichtet wurden themenbezogene Literaturen aus den Jahren von 1951 bis 2018, wobei Suchmaschinen für wissenschaftliche Dokumente genutzt wurden, wie z. B. Google Scholar oder Science Direct.
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
Forschungsmethodik und Vorgehen
1. Systemdefinition
2. Geschlossener Regelkreis
2.1 Elemente des geschlossenen Regelkreises
3. Industrie 4.0
3.1 Systemelemente aus dem Industrie 4.0-Kontext
3.2 Regelungsprozesse im Industrie 4.0-Kontext
Fazit
Zielsetzung & Themen
Ziel der Forschungsarbeit ist es, relevante Systemelemente innerhalb eines Industrie 4.0-Kontextes zu identifizieren, die unmittelbar mit der Prozessregelung in Verbindung stehen. Basierend auf dieser Analyse soll ein Industrie 4.0-Prozessregelkreis beschrieben und das dynamische Verhalten des Regelkreises untersucht werden, um die Basis für eine verbesserte Beherrschung komplexer industrieller Prozesse zu schaffen.
- Grundlagen der Systemtheorie und geschlossener Regelkreise
- Analyse von klassischen Regelkreisgliedern im modernen Kontext
- Integration von Cyber-Physical Systems (CPS) in industrielle Regelungsprozesse
- Untersuchung von Cloud-based Cyber-Physical Systems und Cloud-Technologien
- Bedeutung von Big Data Anwendungen für die Prozessregelung
- Dynamisches Systemverhalten unter Einbeziehung moderner IoT-Netzwerke
Auszug aus dem Buch
CPS
Der Begriff Cyber-Physical System (CPS) wurde erstmals 2006 in den USA von der National Science Foundation geprägt. Fortschritte aus den Gebieten der Computer-, Kommunikation- und Sensorik-Technologie führten zur Entstehung von Cyber-Physical Systems (CPS). Es gibt zahlreiche Definitionen (Fei et al., 2018).
Edward A. Lee beschrieb 2008 in seiner Veröffentlichung den Begriff wie folgt: „Cyber-Physical Systems (CPS) are integrations of computation with physical processes. Embedded computers and networks monitor and control the physical processes, usually with feedback loops where physical processes affect computations and vice versa“ (Lee, 2008).
Gemäß der Acatech Studie wird unter dem Begriff Cyber-Physcial System (CPS) die Verknüpfung von physischen Objekten mit informationsverarbeiteten virtuellen Objekten verstanden (Geisberger und Broy, 2012, S. 17).
CPS sind mechatronische Komponente mit sog. eingebetteten Systemen (Embedded Systems). Die Vernetzung der Systeme erfolgt durch das Internet (IoT), weshalb dieses die Netzwerkinfrastruktur der CPS darstellt (Networking and Information Technology Research and Development, 2015). Durch die Verbindung physischer Objekte mit der Cyberwelt können Daten in Echtzeit analysiert und rückgekoppelt werden. Dieser Fortschritt wird insbesondere auf Embedded Systems zurückgeführt (Kim und Park, 2017). Embedded Systems werden nachfolgend beschrieben.
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die Notwendigkeit, ungeplante Anlagestillstände durch Industrie 4.0-Konzepte zu minimieren und definiert die zwei zentralen Forschungsfragen hinsichtlich theoretischer Ansätze und spezifischer Systemelemente.
Forschungsmethodik und Vorgehen: Dieses Kapitel erläutert die Anwendnung einer kritischen Literaturrecherche in fünf Phasen sowie die gezielte Suche nach Fachbegriffen wie Smart Industry und Cyber-Physical Systems.
1. Systemdefinition: Hier werden unterschiedliche Systembegriffe diskutiert und der Fokus auf geschlossene Systeme mit Rückkopplungsschleifen als Grundlage für die Regelungstechnik gelegt.
2. Geschlossener Regelkreis: Dieses Kapitel beschreibt die Funktionsweise und Komponenten klassischer Regelkreise, die zur Stabilität von technischen Prozessen beitragen.
2.1 Elemente des geschlossenen Regelkreises: Es werden die vier Kernkomponenten Regler, Stelleinrichtung, Regelstrecke und Messglied sowie deren Übertragungsverhalten detailliert definiert.
3. Industrie 4.0: Dieses Kapitel führt in das Konzept der Industrie 4.0 ein und thematisiert die Vernetzung von Informations- und Kommunikationstechnologien mit der industriellen Produktion.
3.1 Systemelemente aus dem Industrie 4.0-Kontext: Hierbei werden Technologien wie CPS, IoT, Cloud Computing und Big Data als zentrale Bestandteile zukünftiger industrieller Regelungskreise identifiziert.
3.2 Regelungsprozesse im Industrie 4.0-Kontext: Dieses Kapitel analysiert aktuelle Forschungsarbeiten und Simulationsmodelle zur Anwendung von CPS in Regelungssystemen unter Berücksichtigung von Störeinflüssen.
Fazit: Das Fazit fasst zusammen, dass die Integration neuerer Technologien zur Stabilitätsverbesserung eine engere Kopplung von CPS-Komponenten an klassische Regelkreise erfordert.
Schlüsselwörter
Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems, CPS, geschlossener Regelkreis, Regelungstechnik, Datenrückkopplung, Internet of Things, IoT, Cloud Computing, Big Data, Embedded Systems, Systemelemente, Prozessregelung, Automatisierung, Stabilität.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Forschungsarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der systematischen Untersuchung von Industrie 4.0-Komponenten und deren Rolle innerhalb eines geschlossenen Prozessregelkreises.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Felder umfassen die Regelungstechnik, die Systemtheorie, moderne Technologien wie CPS und Cloud Computing sowie deren Anwendung in industriellen Produktionsprozessen.
Welches Ziel verfolgt die Arbeit?
Ziel ist es, wichtige Systemelemente eines Industrie 4.0-Regelkreises zu identifizieren, um eine Grundlage für die Beherrschung komplexer, digital vernetzter Prozesse zu schaffen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Die angewandte Methode ist eine kritische Literaturrecherche, die verschiedene theoretische Ansätze aus dem Zeitraum von 1951 bis 2018 evaluiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Systemdefinition, die Erläuterung klassischer Regelkreisstrukturen und die detaillierte Analyse von Industrie 4.0-Technologien hinsichtlich ihrer Regeleigenschaften.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Typische Schlüsselwörter sind Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems (CPS), Regelungstechnik, IoT, sowie Datenrückkopplung.
Warum ist die Datenrückkopplung ein kritischer Punkt in der Forschung?
Die Datenrückkopplung ermöglicht die Selbstregulierung von Systemen, ist jedoch in modernen, komplexen Netzwerken oft mit Latenzzeiten und Instabilitätsrisiken verbunden, die in der Arbeit erörtert werden.
Welche Rolle spielt die Cloud in modernen Regelkreisen laut der Arbeit?
Die Cloud dient als Plattform für rechenintensive Datenanalysen und optimierte Sollwerteinstellungen, wobei sie das klassische, lokale Regel-Prinzip um externe Verarbeitungskapazitäten erweitert.
- Arbeit zitieren
- Karoline Weber (Autor:in), 2019, Systemelemente eines geschlossenen Industrie 4.0-Prozessregelkreises, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1247899
