Ein resilientes Produktionsnetz für die Industrie 4.0
Die zunehmende Digitalisierung von Produktionsanlagen und -systemen sowie ganzen Industriezweigen ist bezeichnend für die vierte industrielle Revolution. Im Rahmen dieses Innovationsschubs werden Produktionssysteme zunehmend vernetzt, um ökonomischer, ökologischer und auch sozialer produzieren zu können. So stehen zum Beispiel reduzierte Lager- und Transportkosten, ein verminderter Ausstoß von klimaschädlichen Treibhausgasen und ein besserer Arbeitsschutz im Mittelpunkt der digitalisierten Systeme. Allerdings steigt mit zunehmend digitalisierten Prozessen auch die Gefahr von Produktionsausfällen durch unbeabsichtigtes technisches Versagen der Kommunikationsinfrastruktur oder durch gezielte Angriffe darauf. Um solche Systemausfälle zu vermeiden, gilt es die Kommunikationssysteme widerstandsfähig zu gestalten.
Im Projekt „Resiliente Kommunikationssysteme für sichere und flexible Produktionssysteme“ (RePro) soll die Architektur eines widerstandsfähigen Kommunikationssystems in der Produktion erforscht werden. Dazu wird eine belastbare und leistungsfähige Netz- und Datenverarbeitungsinfrastruktur für automatisierte Produktionsumgebungen entwickelt. Dies soll am Beispiel einer Automobilproduktion demonstriert werden. Es werden verschiedene Kommunikationstechnologien eingesetzt, um nutzbringende und widerstandsfähige Technologien und Methoden in Montage- und Fertigungsprozessen sowie in fahrerlosen Transportsystemen zu identifizieren. Die Entwicklungsarbeiten konzentrieren sich zum einen auf die Hard- und Softwarearchitektur des Kommunikationssystems, um eine innere Resilienz zu erreichen. Zum anderen wird auch die Steuerung und Kontrolle von hohen Datenmengen innerhalb von Produktionssystemen in Echtzeit untersucht, wodurch Resilienz außerhalb des Kommunikationssystems erzeugt wird.
Um Resilienz von innen zu erzeugen, werden neuartige Mehrfachverbindungsverfahren betrachtet, bei denen die Netzteilnehmer mit mehreren, unterschiedlichen Funktechnologien ausgestattet sind und so verschiedene Pfade innerhalb des Netzes nutzen. Algorithmen verteilen den Datenverkehr auf diese Pfade. Zur Erzeugung von Resilienz von außen werden umfangreiche Simulationen von Fabriksystemen eingesetzt, um eine innovative Produktionsplanung zu ermöglichen und so Spitzen hoher Datenmengen zu vermeiden. Dieser Ansatz wird durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz in Produktionssystemen zur Anpassung der Datenmengen in Echtzeit erweitert. Auf der Basis dieser Forschung werden in Zukunft Kommunikationsarchitekturen hinsichtlich ihrer Resilienz zertifizierbar sein, sodass kritische Produktionsnetze resilient gestaltet werden können.