Ein Forschungsteam hat sich zum Ziel gesetzt, diese Infrastruktur zu entwickeln. Das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie geförderte Projekt CoCoS (Context-Aware Connectivity and Service Infrastructure for Cyber-Physical Production Systems) hat Anfang dieses Jahres begonnen und wird bis zum Jahresende 2016 laufen.

Abkehr von der Automatisierungspyramide
Heutige Produktionssysteme sind hierarchisch organisiert. Entsprechend der klassischen Automatisierungspyramide ist jeder Prozess einer Ebene zugeordnet. Jede Ebene hat ihre eigene Aufgabe und oft auch ihre eigene Kommunikationstechnologie, was zu Datenbrüchen führt. Änderungen im Fertigungsablauf, insbesondere an den Schnittstellen, sind deshalb umständlich, zeitintensiv und damit teuer. Im Gegensatz dazu können CPPS prompt auf einen geänderten Bedarf reagieren. Alle produktionstechnischen Prozesse sind eng mit den betriebswirtschaftlichen Prozessen verknüpft. Sie lassen sich so flexibel steuern und anpassen. Ressourcen werden optimal genutzt. CPPS brauchen keine hierarchische, sondern eine kooperative Netzwerkarchitektur. Sie soll zum einen das gesamte CPPS, einschließlich aller Sensoren und Aktuatoren, vernetzen. Zum anderen soll sie mehrere CPPS verbinden und auch Insellösungen integrieren können. Das ermöglicht Unternehmen den gesamten Produktionsablauf, vom Management bis zur Logistik, einheitlich und standortübergreifend zu steuern.

Vernetzungs- und Diensteplattform
Die Forscher des CoCoS-Projekts arbeiten mit einem sogenannten Multilayer-Ansatz. Sie wollen die einzelnen Komponenten der Produktion mit einer einheitlichen Software in das Gesamtsystem einbinden. Damit lösen sie die bisherigen Ebenen auf und schaffen eine flexible Struktur. Die CPPS-Landschaft basiert auf zwei Plattformen. Die Vernetzungsplattform bestimmt die Art und Weise, wie die Fertigungskomponenten sowie eingebettete Sensoren und Aktuatoren miteinander kommunizieren. Sie ist skalierbar und somit einfach erweiterbar. Die Diensteplattform baut auf der Vernetzungsplattform auf und umfasst die Software, die das gesamte modulare System steuert. Dazu gehören beispielsweise intelligente Applikationen wie Software-Agenten, Wissensdatenbanken und Business-Apps. Diese Struktur fördert die Entwicklung neuer elektronischer Dienste und macht moderne Fabriken autonomer. Verschiedene CPPS werden über Cloud-Computing integriert und gekoppelt.

Forschung im Verbund
An CoCoS arbeitet ein Konsortium bestehend aus Industrieunternehmen und akademischen Partnern. Die Robert Bosch GmbH in Stuttgart leitet das Projekt. Weitere Partner sind das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) GmbH in Kaiserslautern, die DMG Electronics GmbH in Pfronten, die Technische Universität Berlin und die trustsec IT-Solutions GmbH in Stuttgart sowie die XETICS GmbH in Stuttgart. Um die Leistungsfähigkeit der neuen Plattformphilosophie zu belegen, bauen drei der Partner – Bosch, DFKI und DMG – jeweils einen CPPS-Demonstrator auf. Die einzelnen Demonstratoren werden miteinander gekoppelt und evaluiert.

Beitrag zur Industrie 4.0
Die Forschungsergebnisse von CoCoS lassen sich überall dort anwenden, wo die Produktion mehrere Schritte umfasst – von der Anlieferung des Rohmaterials über die Fertigung von Komponenten bis zum fertigen Produkt. Dabei spielt es keine Rolle, ob sich die Produktionsschritte in unterschiedlichen Unternehmen oder an verschiedenen Standorten eines Unternehmens befinden. CoCoS leistet damit einen wichtigen Beitrag zur Einführung von CPPS, die wiederum den Kern intelligenter Fabriken – Smart Factories – bilden. Die heimische Industrie kann die Strukturen und Funktionen des Internets der Dinge und Dienste nutzen, um intelligente, flexible Produktionssysteme aufzubauen. Sie wird damit zum Vorreiter der sogenannten vierten industriellen Revolution (Industrie 4.0). Deutschland als Produktionsstandort und weltweit führender Fabrikausrüster kann sich somit einen deutlichen Wettbewerbsvorteil verschaffen. CoCoS ist Teil des Technologieprogramms „Autonomik für Industrie 4.0“. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages mit rund 2,4 Millionen Euro.