Komplexitätsorientierte Gestaltung cyber-physischer Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Günther Schuh
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 399904766

Bei der Entwicklung neuer Produkte versuchen Unternehmen individuelleren Kundenanforderungen durch eine steigende Anzahl an Produktvarianten gerecht zu werden. Diese Produktvarianten werden zunehmend nicht nur physisch geschaffen, sondern auch durch die Vernetzung und Kommunikation der Produkte und Prozesse untereinander sowie unter Verwendung verschiedenster Netzwerke und Plattformen. Eine derartige Erweiterung physischer Systeme wird als cyber-physisches System (CPS) bezeichnet. Cyber-physische Systeme zeichnen sich dadurch aus, dass sie reale Objekte und Prozesse mit informationsverarbeitenden Objekten und Prozessen über Informationsnetze verknüpfen. Sie verbessern auf diese Weise das Zusammenspiel von physischen Systemen und Softwaresystemen. Die Verknüpfung von physischen und virtuellen Objekten führt jedoch dazu, dass cyber-physische Systeme eine bedeutend höhere Komplexität aufweisen als rein physische Produkte. Bei der Analyse des Stands der Wissenschaft lässt sich insbesondere ein Forschungsdefizit im Überschneidungsbereich der Gestaltung von CPS und der Messung von Komplexität ermitteln. Um die Komplexität cyber-physischer Systeme bei der Gestaltung zu berücksichtigen, fehlen geeignete Beschreibungs- und Erklärungsmodelle.Vor dem Hintergrund der gesteigerten Komplexität von CPS besteht das übergeordnete Ziel des geplanten Forschungsvorhabens darin, ein Gestaltungsmodell zu entwickeln, welches eine hinsichtlich Kosten-Nutzen-optimierte Gestaltung cyber-physischer Systeme ermöglicht. Um dieses Ziel zu erreichen, wird die Systemkomplexität, die einen entscheidenden Einfluss auf die Kosten und den Nutzen eines Systems hat, als zentrale Mess- und Stellgröße verwendet. Durch eine Komplexitätsmessung werden daher Ineffizienzen erkannt und entsprechende Steuerungsmaßnahmen abgeleitet. Gleichzeitig wird Komplexität gezielt dort eingesetzt, wo sie einen nachhaltigen Kundennutzen erzeugt Die Bearbeitung des Forschungsvorhabens lässt sich vier Teilmodelle gliedern. Im ersten Schritt erfolgt die Erarbeitung eines Beschreibungsmodells zur Abbildung cyber-physischer Systeme unter Berücksichtigung komplexitätserzeugender Dimensionen. Anschließend erfolgt der Aufbau eines Erklärungsmodells zur strukturierten Analyse von Komplexitätstreibern und ihren Wechselwirkungen in cyber-physischen Systemen. Zur Quantifizierung der Komplexität und ihrer Wirkung in cyber-physischen Systemen werden Kennzahlen entwickelt und in eine Kennzahlensystem überführt. Im letzten Schritt wird ein Gestaltungsmodell zur Ableitung von Maßnahmen zur komplexitätsorientierten Gestaltung cyber-physischer Systeme erarbeitet.Das geplante Forschungs¬vorhaben leistet einen Beitrag zum Verständnis der Komplexität cyber-physischer Systeme. Die Forschungsinhalte werden in unterschiedlichen Branchen validiert und das Verwertungs¬potenzial überprüft. Um den Ergebnistransfer zu erleichtern, wird das Ergebnis in Form eines IT-Demonstrator nutzbar gemacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen