Industrie 4.0: Verbundforschung für den Entwurf von kooperierenden eingebetteten Systemen

Eingebettete Systeme (engl. embedded systems) sind Geräte, in die ein Rechner eingebaut ist, der – zusammen mit Sensoren und Aktoren –Steuerungsaufgaben in dem Gerät vornimmt. Eingebettete Systeme finden sich in Smartphones, Sportuhren, Kameras oder Kaffeeautomaten.

Sie sind mittlerweile ein fester Bestandteil des täglichen Lebens. In komplexeren technischen Systemen wie Autos oder Flugzeugen sind zahlreiche eingebettete Systeme eingebaut, die digital miteinander verbunden sind. Insbesondere durch weiterentwickelte Software, verbesserte, günstigere und massenhaft verfügbare Sensorik und angewachsene Netzwerk-Bandbreite werden immer neue Funktionalitäten und Anwendungen möglich.

Mit dem Übergang von klassischen, isolierten Systemen zu vernetzten, kollaborierenden eingebetteten Systemen entsteht eine große Palette neuer Anwendungsmöglichkeiten für die deutsche Industrie.

Dabei stellen sich neue technische Herausforderungen: Wie organisiert man die Vernetzung der eingebetteten Systeme? Welche Systemarchitektur ist flexibel genug, auch spätere Änderungen des Gesamtsystems zu leisten, wenn beispielsweise weitere eingebettete Systeme hinzukommen? Wie können diese Systeme gestaltet werden, so dass sie auch zukünftigen veränderten Anforderungen der Umgebung („Kontext“) gerecht werden?

Für diese Herausforderungen müssen geeignete modellbasierte Ansätze und Werkzeuge entwickelt werden. Die Entwicklung kollaborierender eingebetteter Systeme geht mit wichtigen Sicherheitsfragestellungen einher, für die Methoden entwickelt werden müssen.

Anwendungsszenarien für Forschungsergebnisse des Projektes erstrecken sich von der wandelbaren Fabrik, über die verteilte Energieerzeugung bis hin zu kooperierenden Transportrobotern und Fahrzeugen. Beispielsweise soll die wandelbare Fabrik der Zukunft als kollaborierendes System aus weitgehend unabhängig voneinander agierenden Produktionszellen betrachtet und gesteuert werden.

Künftige Energienetze hingegen werden nicht mehr von zentralen Kraftwerken, sondern als SmartGrid von regenerativen Erzeugern und intelligenten Verbrauchern geprägt. Diese Topologie erfordert eine weitgehende Kollaboration der verteilten Quellen und Senken. Im Fall von kooperierenden Transportrobotern soll die Effizienz und Skalierbarkeit einer Flotte durch ein kollaborierendes Flottenmanagement erhöht werden.

Auch für die Bundeswehr stellt sich die Herausforderung, technische Geräte und Fahrzeuge, die durch eingebettete Systeme gesteuert werden, in teilweise unbekanntem und sich veränderndem Kontext zu nutzen oder dafür entwickeln zu lassen, beispielsweise kooperierende Fahrzeuge für den Einsatz in nur teilweise bekannter Umgebung.

Die Forschergruppe um Alexander Fay wird sich – gemeinsam mit den Projektpartnern – den Themen „dynamischer Kontext“, „unbekannter Kontext“ und „Variabilitätsmanagement“ widmen.

http://www.hsu-hh.de/aut/ Institut für Automatisierungstechnik