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Christian Schenk | Praxiswissen | Fachbeitrag

Begriffsdefinitionen

Im Folgenden werden einige zentrale Begriffe aus dem Bereich der Digitalisierung kurz vorgestellt und definiert. Für eine detailliertere Beschreibung einiger Begriffe siehe Beitrag „Neue Technologien“. Die folgende Auflistung ist alphabetisch.

Augmented Reality

Mit diesem Begriff wird eine Überlagerung der realen Welt mit Informationen aus der virtuellen Realität bezeichnet. Die erste Anwendung der „Augmented Reality“ war ein Navigationssystem, in dem die reale Position des Nutzers mit zusätzlichen visuellen oder akustischen Informationen ergänzt wurde.

Cloud und Internet

Unter dem Begriff „Cloud“ versteht man einen Datenspeicher, der über Internet jederzeit und unabhängig vom eigenen Standort abgerufen werden kann. Eine Cloud bietet zusätzlich die Möglichkeit, nicht nur Datenspeicher, sondern auch Rechenleistung von mehreren gebundenen Rechnern in Anspruch zu nehmen, in diesem Fall spricht man von Cloud-Computing.

Digitale Fabrik

Mit dem Begriff „digitale Fabrik“ wird eine virtuelle, mehrdimensionale Umgebung bezeichnet, die im Hintergrund Methoden, Modelle und Werkzeuge bereitstellt, um eine reale Fabrik teilweise oder sogar vollständig simulieren zu können. Gerade im Zuge der Analyse und Optimierung von komplexen Systemen bekommt die digitale Fabrik in der Praxis immer mehr Bedeutung, da zum Beispiel Produktionsprozesse unter neuen Parametern getestet, analysiert und optimiert werden können.

Digitaler Zwilling

Unten dem Begriff „digitaler Zwilling“ versteht man das digital generierte Abbild der realen Produktion. Digitale Zwillinge sind Simulationstools und mathematische Modelle, die bei der Fehleranalyse, vorausschauenden Wartung (Predictive Maintenance) oder für die Weiterentwicklung von Anlagen eingesetzt werden können. Aufgrund der rasanten Entwicklung im Hard- und Softwarebereich, fortschrittlichen Produktionstechnologien und intelligenterer Sensorik bietet die Simulation ein effizientes Instrument.

Fernwartung

Mit dem Begriff Fernwartung bezeichnet man einen möglichen Zugriff aus der Ferne auf die Steuerungssysteme von Anlagen und Einrichtungen. Aufgrund der Tatsache, dass Anlagen in vielen Fällen in kurzer Zeit repariert oder gewartet werden müssen, sind Systeme der Fernwartung sehr geeignet und werden vermehrt entwickelt und eingesetzt.

IT-Netze

Im Gegensatz zu einem OT-Netz wird ein IT-Netz (frz: Isolé Terre, informationstechnisches System) im Bürobereich für Managementaufgaben und die generelle Datenverarbeitung eingesetzt. Unter dem Begriff versteht man jegliche Art elektronischer datenverarbeitender Systeme wie zum Beispiel Computer, Großrechner, Serversysteme, Cloud Computing, Datenbanksysteme, Prozessrechner, digitale Anrufbeantworter oder Videokonferenzsysteme.

Künstliche Intelligenz

Das wissenschaftliche Gebiet der künstlichen Intelligenz (KI) oder Artificial Intelligence (AI) beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Algorithmen, mit denen die menschliche Intelligenz nachgebildet werden soll. In Folge sollen Computer komplexe Aufgaben eigenständig lösen, wobei sie menschliches Verhalten simulieren. AI wird sehr oft mit der Robotik, meistens mit Servicerobotern in Zusammenhang gebracht. Diese sollen in der Lage sein, Aufgaben selbstständig zu erledigen und in einem gewissen Rahmen Entscheidungen selbst treffen können.

Machine-to-Machine

Mit dem Begriff Machine-to-Machine (M2M) bezeichnet man einen automatisierten Datenaustausch zwischen Maschinen, Anlagen oder Fahrzeugen usw über eine Leitzentrale. Durch M2M-Systeme können Anwendungen wie Fernüberwachung, Ferndiagnose und auch Fernwartung realisiert werden. Möglich ist entweder eine direkte Kommunikation zwischen einzelnen Maschinen oder aber die Kommunikation über die Cloud. Meistens bieten die Maschinenhersteller Cloud-Dienste an, um den Zustand der Maschinen zu überwachen, wobei die Daten einzelner Maschinen gesammelt und ausgewertet werden. Dadurch wird es den Maschinenherstellern möglich, automatisierte und weltweit einsetzbare Systemupdates durchzuführen. Zusätzlich können durch die Datensammlung und Datenauswertung neue Erkenntnisse gewonnen werden.

Monitoring

Ähnlich wie IT-Netze werden auch OT-Netze mittels Monitoring laufend überwacht. Das System wird auf Fehler oder Anomalien in der Kommunikation beobachtet, bei einer festgestellten Unregelmäßigkeit erfolgt eine automatisierte Meldung. Die Kommunikation wird aufgezeichnet, wodurch das Entstehen und eventuell die Ursache eines Fehlers nachvollzogen werden kann. Jedes Monitoringsystem verfügt über ein Analysetool zur Auswertung von Daten, mit denen es möglich wird, Fehlkonfigurationen zu entdecken und in Folge die Kommunikation zu optimieren. Je nach System können diese Analysen von eigenen Mitarbeitern durchgeführt werden oder aber als Dienstleistung ausgelagert sein.

OT-Netze

Mit OT (Operational Technology) bezeichnet man Hardware und Software, die eine Änderung durch die direkte Überwachung und/oder Kontrolle von Geräten, Prozessen und Ereignissen im Unternehmen erkennen oder verursachen. OT ist die Vernetzung innerhalb der Produktions- und Industrieanlagen und in der Regel ein geschlossenes System ohne Anbindung an das Internet. Ein OT-Netz ist darauf ausgerichtet, die Funktionalität einer Anlage und die Kommunikation in Echtzeit zu gewährleisten.

Roboter

Ganz allgemein versteht man unter einem „Roboter“ eine technische Vorrichtung, die dazu dient, dem Menschen Arbeit abzunehmen. Bei einem Roboter kann es sich um eine ortsfeste oder aber eine mobile Maschine handeln, die von einem Computerprogramm gesteuert wird. Unter „Industrieroboter“ (Definition VDI 2860) versteht man universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit mehreren Achsen, deren Bewegungen hinsichtlich Bewegungsfolge und Wegen bzw Winkeln frei (dh ohne mechanischen bzw menschlichen Eingriff) programmierbar und gegebenenfalls sensorgeführt sind. Sie sind mit Greifern, Werkzeugen oder anderen Fertigungsmitteln ausrüstbar und können Handhabungs- und/oder Fertigungsaufgaben ausführen.

Roboter-Mensch-Kollaboration

Eigentlich: Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK), darunter versteht man jedes System, bei dem ein Mensch und ein Roboter innerhalb eines definierten Arbeitsraums als kollaborierendes System zusammenarbeiten. Der Begriff Mensch-Roboter-Kollaboration wurde erstmals 2006 in der ISO 10218-1 definiert. Gestaltungskonzepte von Anwendungen der MRK sowie ein Klassifizierungsvorschlag werden in der ISO 10218-2 gegeben. Die Technische Spezifikation ISO/TS 15066 aus dem Jahr 2016, die auch auf den Begriff „Verletzungsgrad“ Bezug nimmt, ist das neueste Dokument zu diesem Thema.

Roboter (mobile)

Als (autonome) mobile Roboter werden Roboter bezeichnet, die sich selbstständig bewegen und agieren können. Es bestehen verschiedene Abstufungen in Bezug auf die Autonomie, das heißt die Unabhängigkeit des Roboters. Mobile Roboter werden oft schon als autonom bezeichnet, wenn sich die sie steuernde Software bzw Elektronik auf dem Roboter selbst befindet, wobei der Roboter solange autonom ist, als seine Energieversorgung dies zulässt. Ein Roboter ist erst dann vollständig autonom, wenn er auch in Bezug auf seine Energieversorgung unabhängig ist, zB mittels einer Versorgung mit Energie zum Laden der Akkus über Solarzellen. Auch wenn dem Roboter Anweisungen übermittelt werden, wie oder welche Aufgabe er erledigen soll, stört dies nicht seine Autonomie.

Simulation

Unter „Simulation“ versteht man ganz allgemein ein effizientes Instrument, die reale Welt mittels mathematischer Modelle in eine digitale Form zu überführen. Dadurch wird es zum Beispiel möglich, Maschinen oder Produktionsprozesse unter veränderten Parametern zu testen, zu analysieren und zu optimieren. Simulation bedeutet somit das Prüfen (Simulieren) eines Systemverhaltens durch gezielte Änderung von Parametern an einem Modell, ohne Eingriffe im realen System vorzunehmen. Simulation wird vor allem dann angewendet, wenn komplexe Systeme analysiert werden sollen und die Simulation im Vergleich zur Erstellung eines Prototyps eine flexiblere und kostengünstigere Alternative bietet. Durch die gewonnenen Erkenntnisse können Anlagen und Produktionsprozesse verbessert und optimiert werden.

Smarter Mensch

Am Menschen werden tragbare Computer inklusive Sensorik und diverse Devices angebracht, mit dem Ziel, Bedienpersonal zu entlasten und/oder es in seinen Möglichkeiten zu erweitern. Das Forschungsgebiet der „Wearables“ beschäftigt sich mit kleinen, vernetzten Computern, die am Körper getragen werden und den Träger unterstützen sollen. So kann „smarte Kleidung“ die ergonomische Haltung des Menschen überwachen, über einen „smarten Handschuh“ kann es möglich sein, richtiges Greifen zu überwachen. Durch die hohe Anzahl von Sensoren und das dauernde Tracking kann jedoch subjektiv das Gefühl einer ständigen Überwachung entstehen.

Virtuelle Inbetriebnahme

Unter dem Begriff „virtuelle Inbetriebnahme“ versteht man einen digitalen Prozess, der in der Planung und Konstruktion beginnt, in weiterer Folge Simulationsanalysen durchläuft und den Aufbau einer realen Produktion zum Ziel hat. Die entwickelte Simulation kann parallel zu der realen Produktion (digitaler Zwilling) betrieben werden, wobei die realen Produktionsdaten zur Weiterentwicklung von mathematischen Modellen und Simulationswerkzeugen genutzt werden können.

Virtual Reality Brille

Mit einer Virtual Reality Brille (VR-Brille) ist es möglich, Simulationen unmittelbar als virtuelle Realität zu betrachten. Mit dem Begriff Immersion („Eintauchen“) wird der durch die virtuelle Realität hervorgerufene Effekt der Realitätsnähe beschrieben. Je nach Software ist es zum Beispiel möglich, realitätsgetreu Maschinen von allen Seiten zu betrachten oder in Anlagen und Bereiche hineinzugehen. Auch konstruktive Eingriffe, Wartungsarbeiten und Änderungen an Maschinen können mittels dieser Technologie durchgeführt werden. Das System eignet sich auch sehr gut zur Unterweisung, indem konkrete Arbeiten virtuell durchgeführt werden.

WLAN

Um verschiedene Devices vernetzen zu können, werden diese häufig über WLAN mit dem Intranet verbunden. WLAN eröffnet allerdings das Risiko, dass Angreifer (Hacker), die beabsichtigen, die Produktion zu stören, sich unter Umständen über Drahtlosnetze den Zugang zur Produktionsumgebung verschaffen können. Der Angreifer muss sich dafür in der Nähe des Betriebsgeländes befinden oder infizierte persönliche Geräte bedienen, die sich im Netz befinden. Darum sollten Drahtlosnetze möglichst nicht zu weit reichen.