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Angemerkt Industrie 4.0 fordert verstärkt interdisziplinäre Kompetenz

| Redakteur: Gerd Kucera

Die Märkte werden schnelllebiger, der Wettbewerbsdrucks steigt, die Innovationszyklen verkürzen sich. Damit nimmt die Bedeutung der Software-Änderungen im Betrieb zu.

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Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser ist Ordinaria Automatisierungstechnik und Informationssysteme an der Technischen Universität München
Prof. Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser ist Ordinaria Automatisierungstechnik und Informationssysteme an der Technischen Universität München
(Bild: TUM )

Die Wirtschaft steht an der Schwelle zur vierten industriellen Revolution. Durch das Internet getrieben, wachsen die reale und virtuelle Welt immer weiter zu einem Internet der Dinge zusammen. Das Kennzeichen der zukünftigen Form einer Industrieproduktion ist die starke Individualisierung der Produkte unter den Bedingungen einer hoch flexibilisierten Serienfertigung.

Mit Industrie 4.0 soll die Änderbarkeit und Wandelbarkeit von Produktionsanlagen in Deutschland erreicht werden. Die Intelligenz der Software sinkt dazu in der Informationspyramide immer weiter nach unten, und zwar in die miteinander vernetzten Geräte und damit in die Embedded-Systeme. Service-orientierte Architekturen und Software-Agenten ermöglichen es, die Reaktion auf Störungen oder geänderte Anforderungen während des Betriebs des Produkts oder der Anlage (zur Laufzeit) möglichst ohne manuelle Eingriffe oder Programme, die bereits alle Eventualitäten vor der Laufzeit bedacht haben, zu ermöglichen. Eine Funktion wird wie ein Service betrachtet, der angefordert und verhandelt werden kann.

In der Folge wird die Produktivität erhöht oder der Energieverbrauch optimiert. Embedded Systems, etwa in der Automation, sind schon lange das Bindeglied zwischen der Informatik auf der einen Seite und dem Produkt oder den Produktionsmaschinen auf der anderen Seite. Die Stärke der Embedded-Systems-Ingenieure in der Automation liegt in ihrer interdisziplinären Kompetenz.

Erstens im Verständnis der Dynamik des technischen Systems und seiner Modellierung, Steuerung und Regelung. Zweitens im Einsatz von Software-Engineering-Methoden und Informatikmethoden im Allgemeinen zur Analyse und Aufbereitung von Daten und zur Gestaltung von Software- und Hardwarearchitekturen. Und drittens in der Gestaltung guter Mensch-Maschine-Schnittstellen.

Die Thematik Embedded Systems fordert also in hohem Maße die Zusammenarbeit verschiedener Disziplinen. Dies gilt ebenso für mechatronische Systeme. Im Sonderforschungsbereich 768 kommt es darauf an, die verschiedenen Disziplinen nicht nur bei der Produktentwicklung, sondern auch bei der Produktpflege und den dazu anzubietenden Services systematisch bei Innovationszyklen zu unterstützen. Wie oft gibt es ungewollte bzw. ungeplante Innovationszyklen: wenn Hersteller Prozessoren abkündigen, die Anwendungssoftware ein Update benötigt, weil ein anderer Regler eingesetzt werden muss oder unerwartet neue Schnittstellen vom Markt gefordert werden.

Die Teilmodelle der Mechanik, Elektronik und Software und deren Zusammenhänge werden im Sonderforschungsbereich auf der Basis der System Modeling Language (SysML) mit Softwaresteckern (Ports) modelliert, die wie bei echten Steckern nur dann passen, wenn auch die reale Mechanik, Elektronik und Software „passen“. Mit einer solchen Modellierung werden Innovationszyklen unter Einbeziehung von Serviceleistungen für Produkte und die dazu notwendigen Teamprozesse im Unternehmen systematisch unterstützt.

SysML wird ebenfalls zur interdisziplinären Modellierung intelligenter Software für adaptive Produkte und Produktionssysteme eingesetzt sowie zur anschließenden automatischen Codegenerierung der Software-Agenten (Fachausschuss 5.15 der GMA) für Embedded Systems (SPS). Für einige Anwendung ist es schon Realität.

Für andere werden wir in der nahen Zukunft in der Lage sein, aufgrund der Analyse der gewünschten Änderungen in einer Disziplin eines Produktes ähnliche Softwarefunktionen automatisch zu identifizieren, anzupassen und in einem weiteren Schritt auch notwendige Schnittstellenanpassungen mittels Softwareagenten zur Laufzeit zu realisieren. Der interdisziplinäre Modell-basierte Entwurf mechatronischer Systeme ermöglicht uns immer intelligenter und adaptiver Embedded Systems zu entwerfen, die die Wandelbarkeit von Produkt und Produktionsanlage erst ermöglichen.

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