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Cyber-physische Systeme – zukunftsweisende Technologiesynergien

Ein Cyber-physisches System (CPS) nutzt verschiedenste Sensordaten, integrierte Intelligenz und ein Kommunikationsnetzwerk, etwa um den Gesundheitszustand kritischer Komponenten oder Systeme einer Flugzeugflotte vorherzusagen und notwendige Maßnahmen zur Wartung frühzeitig einzuleiten. Der Kernfrage, für welche Geschäftsprobleme Kosteneinsparpotenzial gegenüber herkömmlichen Wartungsstrategien besteht, ist das Bauhaus Luftfahrt im Rahmen der Zukunftstechnologieanalyse nachgegangen.

Ein CPS kann bisherige Unsicherheiten in der Versagensvorhersage signifikant verringern, indem es mithilfe maschinellen Lernens und Big Data Analytics komplexe, physikalisch schwer erfassbare Korrelationen in flottenweiten Daten aufdeckt, z. B. zwischen Betriebsumgebung oder erfolgter Reparatur und Degradierungsrate. Kommen jedoch im Vergleich zu korrekt prognostiziertem Wartungsbedarf übersehene Schäden oder Fehlalarme zu häufig vor, können Folgekosten etwa durch Kaskadeneffekte oder unnötigen Inspektionsaufwand die Vorteile aufheben, genauso wie zu hohe CPS-Kosten. Welche Vorhersagequalität für einen Nettonutzen erreicht werden muss, hängt stark von der Anwendung ab und wurde vom Bauhaus Luftfahrt allgemein aus einer Kosten-Nutzen-Analyse bestimmt. Diese erlaubt zudem, verschiedene Auswertealgorithmen hinsichtlich Kosteneffizienz zu vergleichen und zu optimieren. Am vielversprechendsten, etwa für Lager- und Getriebeüberwachung oder Risserkennung in Kompositen, zeigen sich hier Deep-Learning-Ansätze. Um das Potenzial auszureizen, sind neue Direktiven für Datenaustausch, -schutz und Cyber-Sicherheit notwendig.

CPS-Zukunftsvisionen umfassen die Verwertung produktspezifischer Daten entlang des Lebenszyklus für neue Geschäftsmodelle, wie individualisierte Produktion und Wartung, sowie virtuelle digitale Zertifizierung.

  • Arbeitsprinzip eines CPS: Das CPS generiert aus systemrelevanten Sensordaten, etwa zur Flottenüberwachung, ausführbare Information zur Entscheidungsunterstützung und optimierten Systemsteuerung, z. B. zur Stand- und Wartungskostenreduktion.Arbeitsprinzip eines CPS: Das CPS generiert aus systemrelevanten Sensordaten, etwa zur Flottenüberwachung, ausführbare Information zur Entscheidungsunterstützung und optimierten Systemsteuerung, z. B. zur Stand- und Wartungskostenreduktion.
  • CPS-Kosten-Nutzen-Analyse: Die Kosten-Nutzen-Analyse stützt sich auf die Receiver-Operating-Characteristics-Kurve zur Leistungsbewertung und -optimierung der Datenauswertealgorithmen und zur Identifikation von Business Cases mit Nettonutzen.CPS-Kosten-Nutzen-Analyse: Die Kosten-Nutzen-Analyse stützt sich auf die Receiver-Operating-Characteristics-Kurve zur Leistungsbewertung und -optimierung der Datenauswertealgorithmen und zur Identifikation von Business Cases mit Nettonutzen.