Rollen, Views und Schnittstellen - Implikationen zur stakeholderzentrierten Entwicklung Sozio-Cyber-Physischer Systeme

Der Einsatz cyber-physischer Systeme im Industrie 4.0-Kontext verändert die industrielle Wertschöpfung nachhaltig. Die Fertigung „smarter“ Produkte nach kundenindividuellen Wünschen in „Batch Size One“, die zunehmende Hybridität von Produkten und Dienstleistungen sowie die Verfügbarkeit immenser Datenmengen aus der Produktion und dem Produktlebenszyklus, erhöhen die Prozesskomplexität fortlaufend. Dies gilt auch für nachgelagerte, wertschöpfungsunterstützende Services, wie die Instandhaltung. Der vorliegende Beitrag beschreibt die im Rahmen des Förderprojekts „Ressourcen-Cockpit für Sozio-Cyber-Physische Systeme“ (S-CPS), das ein Instandhaltungssystem basierend auf einem cyber-physischen System entwickelt, durchgeführten Tätigkeiten zur Ausarbeitung von Rollen, Views und Schnittstellen für dieses System. Dazu werden zunächst cyber-physische Systeme sowie Theorien und Methoden zur stakeholderzentrierten Systementwicklung vorgestellt. Darauf folgend werden das methodische Vorgehen und dessen Ergebnisse in Form eines Rollenmodells und System-Mock-ups präsentiert. Abschließend werden die generalisierten Erkenntnisse aus dem Projekt beschrieben sowie ein Ausblick für anschließende Forschung gegeben

Statically-analyzed stream monitoring for cyber-physical Systems

Cyber-physical systems are digital systems interacting with the physical world. Even though this induces an inherent complexity, they are responsible for safety-critical tasks like governing nuclear power plants or controlling autonomous vehicles. To preserve trust into the safety of such systems, this thesis presents a runtime verification approach designed to generate trustworthy monitors from a formal specification. These monitors are responsible for observing the cyber-physical system during runtime and ensuring its safety. As underlying language, I present the asynchronous real-time specification language RTLola. It contains primitives for arithmetic properties and grants precise control over the timing of the monitor. With this, it enables specifiers to express properties relevant to cyber-physical systems. The thesis further presents a static analysis that identifies inconsistencies in the specification and provides insights into the dynamic behavior of the monitor. As a result, the resource consumption of the monitor becomes predictable. The generation of the monitor produces either a hardware description synthesizable onto programmable hardware, or Rust code with verification annotation. These annotations allow for proving the correctness of the monitor with respect to the semantics of RTLola. Last, I present the construction of a conservative hybrid model of the underlying system using information extracted from the specification. This model enables further verification steps.Cyber-physische Systeme sind digitale Systeme, die mit der physischen Welt interagieren. Obwohl das zu einer inhärenten Komplexität führt, sind sie verantwortlich für sicherheitskritische Aufgaben wie der Steuerung von Kernkraftwerken oder autonomen Fahrzeugen. Umdas Vertrauen in deren Sicherheit zu wahren, präsentiert diese Doktorarbeit einen Ansatz zur Laufzeitverifikation, konzipiert, um vertrauenswürdige Monitore aus einer formalen Spezifikation zu generieren. Diese Monitore sind dafür verantwortlich, das cyber-physische System zur Laufzeit zu überwachen und dessen Sicherheit zu gewährleisten. Als zugrundeliegende Sprache präsentiere ich die asynchrone Echtzeit-Spezifikationssprache RTLola. Sie enthält Primitiven für arithmetische Eigenschaften und gewährt präzise Kontrolle über das Timing des Monitors. Damit wird es Spezifizierenden ermöglicht Eigenschaften auszudrücken, die für Cyber-physische Systeme relevant sind. Weiterhin präsentiert diese Doktorarbeit eine statische Analyse, die Unstimmigkeiten in der Spezifikation identifiziert und Einblicke in das dynamische Verhalten des Monitors liefert. Aufgrund dessen wird der Ressourcenverbrauch des Monitors vorhersehbar. Die Generierung des Monitors erzeugt entweder eine Hardwarebeschreibung, die auf programmierbarer Hardware synthetisiert werden kann, oder Rust Code mit Verifikationsannotationen. Diese Annotationen erlauben es, die Korrektheit des Monitors bezogen auf die Semantik von RTLola zu beweisen. Abschließend präsentiere ich die Konstruktion von einem konservativen hybriden Modell des zugrundeliegenden Systems anhand von Informationen, die aus der Spezifikation gewonnen wurden. Dieses Modell ermöglicht weitere Verifikationsschritte

Industrie 4.0 ist die Vision - d!conomy der Weg

Industrie 4.0 ist die Hightech-Strategie der Bundesregierung. Eine Zukunftsvision, die dank digitaler Transformation schon bald umgesetzt werden kann. Das Internet der Dinge spielt dabei eine Schlüsselrolle. Nun gilt es, diese Technologien sinnvoll für Industrie und Logistik zu nutzen

Multikonferenz Wirtschaftsinformatik (MKWI) 2016: Technische Universität Ilmenau, 09. - 11. März 2016; Band I

Übersicht der Teilkonferenzen Band I: • 11. Konferenz Mobilität und Digitalisierung (MMS 2016) • Automated Process und Service Management • Business Intelligence, Analytics und Big Data • Computational Mobility, Transportation and Logistics • CSCW & Social Computing • Cyber-Physische Systeme und digitale Wertschöpfungsnetzwerke • Digitalisierung und Privacy • e-Commerce und e-Business • E-Government – Informations- und Kommunikationstechnologien im öffentlichen Sektor • E-Learning und Lern-Service-Engineering – Entwicklung, Einsatz und Evaluation technikgestützter Lehr-/Lernprozess

Die Wertstrommethode im Zeitalter von Industrie 4.0 - Studienreport

Im Zeitraum von Oktober bis Dezember 2016 wurde vom Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der Brandenburgischen Technischen Universität Cottbus-Senftenberg die Studie mit dem Titel „Die Wertstrommethode im Zeitalter von Industrie 4.0“ als Online-Umfrage durchgeführt. 170 Personen beantworteten den Fragebogen vollständig, allesamt haben Erfahrungen mit Lean Production. Die zunehmende Volatilität der Märkte sowie die fortschreitende Digitalisierung werden als die größten Herausforderungen für Produktion/Produktionssystem gesehen. Als größter Nachteil der Wertstrommethode gilt, dass sie nur ein statisches Tool ist bzw. eine Momentaufnahme darstellt. Am meisten werden an der Wertstrommethode die Transparenz hinsichtlich Engpässen und Problemen sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen geschätzt. Knapp die Hälfte der Befragten aktualisiert Dokumente von Wertstromanalyse und -design höchstens einmal pro Jahr. Der Aufwand dafür ist höchst unterschiedlich und reicht von einem bis zu mehr als 20 Manntagen. Kurz- und mittelfristig wird eine autonome Produktionssteuerung in der Serien- und Massenfertigung nicht als realistisch angesehen. Die Bedeutung der Wertstrommethode wird damit weiterhin groß bleiben. Die große Mehrheit der Teilnehmer sieht überwiegend keine Widersprüche zwischen Industrie 4.0 und der Lean-Philosophie, hält Lean nach wie vor für wichtig und plädiert für eine Integration von Lean und Industrie 4.0. Als besonders groß wird bei der Integration von Lean und Industrie 4.0 das Potential zur Steigerung der Flexibilität angesehen. Ein Großteil der Experten ist der Meinung, dass künftige Herausforderungen der Produktion auch Auswirkungen auf die klassische Wertstrommethode haben werden. Zwei Drittel der Befragten halten eine Weiterentwicklung der Methode mit Industrie 4.0-Lösungen deshalb für sinnvoll. Von besonderem Interesse sind für die Studienteilnehmer dabei die Möglichkeit der Simulation, die Echtzeit-Integration von Produktions- und Maschinendaten sowie die Schaffung einer Schnittstelle zu ERP-/MES-Systemen. Dabei sollen die Aspekte Transparenz der Prozesse, die Einbeziehung aller Beteiligten sowie die Möglichkeit zur Ableitung von Verbesserungsthemen unbedingt berücksichtigt werden

Bewertung von cyber-physischen Systemen – State of the Art

Unternehmen werden gegenwärtig mit den Themen der Nachhaltigkeit und der fortschreitenden Industrie 4.0 vor immer komplexere Herausforderungen gestellt. Ein Bestandteil der neuen Basistechnologien stellen cyber-physische Systeme (CPS) dar, die bereits gegenwärtig und zukünftig mit den Zielen der nachhaltigen Entwicklung in Einklang gebracht werden müssen. Die vorliegende Arbeit geht den Forschungsfragen nach, wie CPS definiert, charakterisiert und unter Einbezug nachhaltiger Kriterien bewertet werden können. Dazu wurden verschiedene, betriebswirtschaftliche Instrumentarien ausgewählt und systematisiert, die folgend im eigens entwickelten und angewandten „Vorgehensmodell zur Prüfung und Eignung von Bewertungsinstrumenten für CPS unter Einbezug der Nachhaltigkeit“ überprüft wurden. Die Untersuchung ergab, dass der Bedarf an Bewertungsansätzen von CPS in Kombination mit der Thematik der Nachhaltigkeit besteht und mit existenten, betriebswirtschaftlichen Methoden größtenteils bewältigt werden kann. Die zugrunde liegende Masterarbeit wurde an der Professur Unternehmensrechnung und Controlling (Technische Universität Chemnitz) durch Prof. Dr. Prof. h. c. Uwe Götze sowie Kristina Höse (M.Sc.) betreut.Companies are currently facing increasingly complex challenges with the issues of sustainability and the advancing Industry 4.0. One component of the new enabling technologies are cyber-physical systems (CPS), which already currently and in the future need to be aligned with sustainable development goals. This thesis addresses the research questions of how CPS can be defined, characterized and evaluated with respect to sustainable criteria. For this purpose, various business management tools were selected and systematized, which were subsequently reviewed in the specially developed and applied 'Procedure Model for the Examination and Suitability of Assessment Tools for CPS with the Inclusion of Sustainability'. The investigation showed that the need for evaluation approaches of CPS in combination with the topic of sustainability exists and can be handled with existing, business management methods to a large extent

Supply Chain Management 4.0 – Anforderungen, Vorteile und Potenziale der digitalen Transformation im Zeitalter der intelligenten Vernetzung

Die Entwicklung zu Industrie 4.0 stellt neue Herausforderungen an alle Bereiche eines Unternehmens. Gerade dem Supply Chain Management werden neue Anforderungen gestellt, um bei der globalen Vernetzung der Supply Chains nicht den Anschluss zu verlieren. Die Vernetzung zu cyber-physischen Systemen erzeugt große Menge an Daten, Big Data, aus denen die richtigen Informationen gewonnen werden sollten. Industrie 4.0 wird auch Einfluss auf den Arbeitsalltag, die Organisation und die Mitarbeiter nehmen. Den enormen Potenzialen stehen Risiken und hohe Investitionen entgegen. Vor allem das Thema Datensicherheit spielt gerade in Deutschland, eine wichtige Rolle. Neue Technologien, wie die Blockchain, stehen noch am Anfang der Entwicklung, werden aber schnell Einfluss auf das industrielle Umfeld und somit auch auf das Supply Chain Management nehmen

Model-based condition and process monitoring based on socio-cyber-physical systems

Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet. Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.Within the scope of the fourth industrial revolution, Industry 4.0, the manufacturing industry is trying to optimize the traditional target figures of quality, costs and time as well as resource efficiency, flexibility, adaptability and resilience in volatile global markets. The focus is on the development of smart factories, in which relevant objects and humans are interconnected . Cyber-physical systems (CPS) are used as sensorized and actuatorized, resilient and intelligent overall systems to control production processes, machines and product quality . The technical complexity of production systems and their associated maintenance processes are rising due to the demands on their adaptability and the increasing automation. Challenges in the development and implementation of CPS include the lack of interoperability and reference architecture concepts as well as the insufficiently defined interaction of people and CPS. Socio-cyber-physical systems (Socio-CPS) focus on bidirectional interaction of humans and CPS to address this problem. The scope and objective of this dissertation is to define Socio-CPS in the condition and process monitoring of smart factories. This dissertation utilizes scenarios of Socio-CPS, holistically defines system architectures and validates the solutions developed in industrial applications. The successful implementation of Socio-CPS in three heterogeneous validation scenarios proves the correctness and applicability of the solutions