Entwurf robuster cyberphysischer Systemverbunde
In der Industrie 4.0 werden automatisierte Systeme anders wahrgenommen, konzipiert und eingesetzt, sodass die Grenzen zwischen operativer Technologie (OT) und Informationstechnologie (IT) verschwimmen. Im EU-finanzierten Projekt 1-SWARM wird die Grenze zwischen IT und OT überbrückt. „Wir wollten einen modularen Rahmen für den Entwurf robuster cyberphysischer Systemverbunde (CPSoS, cyber-physical Systems-of-Systems) erarbeiten, die sich durch Schwarmintelligenz auszeichnen und den von der Industrie akzeptierten offenen Standards entsprechen“, sagt Tommaso Colombo, Leiter für KI-Forschung bei Spindox, das zusammen mit den beiden F&E-Einheiten Spindox Labs und aHead Research als Projektträger diente. CPSoS sind Netze, über die cyberphysische Systeme mit Menschen verbunden werden. Unter Schwarmintelligenz versteht man das kollektive Verhalten dezentraler, selbstorganisierter Systeme.
Die Weiterentwicklung von CPSoS
Im Projekt kamen Technologieanbieter aus verschiedenen Branchen, Ländern und Fachgebieten zusammen, um die Intelligenz von cyberphysischen Systemen in Edge-Netzwerken zu erhöhen, sodass sie kognitives Verhalten zeigen und ein hohes Maß an Autonomie besitzen. Durch die Fortschritte auf dem Gebiet der CPSoS sind große Netzwerke intelligenter Systeme aufgekommen, die auf der physischer Ebene interagieren können, um koordinierte Aufgaben zu lösen, aber auch auf der digitalen Ebene, um Informationen auszutauschen, mit denen eine inhärente Robustheit und Zuverlässigkeit in ihrem entstehenden Verhalten garantiert wird. „Durch die rasanten Fortschritte bei der allgegenwärtigen Rechenleistung in Verbindung mit den Möglichkeiten, mittels künstlicher Intelligenz in Edge-Funktionen auszulagern, könnte eine neue Generation von dienstbasierten industriellen Automatisierungssystemen aufkommen, deren lokale Intelligenz dynamisch mit Laufzeitfunktionen im Fog oder in der Cloud verknüpft werden kann“, erklärt Colombo.
DevOps-Rahmen für Schwarmintelligenz
Aufgrund der zunehmend verschwimmenden Grenze zwischen der physischen Fertigung und der Cyberwelt müssen diese CPSoS-Netzwerke auf neuen methodischen und technologischen Lösungen beruhen – und genau hier setzt das Projekt 1-SWARM an. „Das Team betrachtete die Problematik von CPSoS über die Besonderheiten großer Vertriebs- und Logistiknetze, bei denen die Funktionen cyberphysischer Systeme auf mehreren Ebenen und eventuell sogar über verschiedene Stufen der entsprechenden Wertschöpfungskette hinweg verflochten sind“, so Colombo. Daher basiert der Ansatz von 1-SWARM auf dem modularen und skalierbaren DevOps-Rahmen für Schwarmintelligenz. Der Rahmen besteht aus einer Reihe von interoperablen Funktionsmodulen, die sich speziell mit den schwierigsten Problemen befassen, die der breiten Einführung von CPSoS im Wege stehen. „Der Rahmen kann auch in einen umfassenden Ansatz integriert werden, der das gesamte Lebenszyklusmanagement für dieses komplexe Netz intelligenter Agenten abdeckt“, fügt Colombo hinzu.
Die Lücke zwischen OT und IT schließen
Der Rahmen wurde im Projekt mit verschiedenen industriellen Anwendungen getestet, von der Produktion über die Lagerhaltung bis hin zum Einzelhandel. Bei einer Demonstration zeigte das Team beispielsweise, wie die Integration von Entscheidungsintelligenz und Automatisierung genutzt werden kann, um CPSoS mittels Echtzeit-Datenaustausch zu orchestrieren. „Unsere Kernkonzepte sind sowohl auf die Implementierung verteilter Automatisierung in Echtzeit, die in eine Fog-/Edge-Computing-Plattform integriert ist, ausgerichtet, als auch auf die Konzeption fortschrittlicher künstlicher Intelligenz, mit der das eingebettete Verhalten reguliert und das cyberphysische System orchestriert wird. Sie können somit über einen wohlstrukturierten Ansatz weiterentwickelt werden, um alle fehlenden Elemente für FuE abzudecken“, kommentiert Colombo.
Schlüsselbegriffe
1-SWARM, Cyber-Physical Systems of Systems, cyberphysische Systemverbunde, CPSoS, Industrie 4.0, Automatisierung, operative Technologie, Informationstechnologie, Schwarmintelligenz, künstliche Intelligenz