📚 Fachwissen & IHK-Prüfungsrelevanz
Cyber-Physische Systeme (CPS) verbinden physische Objekte (Maschinen, Werkstücke, Sensoren) über Netzwerke mit rechenintensiven Softwarekomponenten und Cloud-Diensten.
1. Das RAMI 4.0 Referenzarchitekturmodell (DIN SPEC 91345)
RAMI 4.0 strukturiert Industrie-4.0-Architekturen anhand eines 3D-Koordinatensystems:
- Achse 1: Architektur-Schichten (Layers - vertikal):
Asset (physische Komponente) → Integration (A/D-Wandler, Sensoren) → Communication (Protokolle wie OPC UA) → Information (Datenmodelle) → Functional (Regelkreise, Logik) → Business (Geschäftsprozesse, ERP).
- Achse 2: Lebenszyklus & Wertschöpfung (Life Cycle & Value Stream - horizontal links):
Unterscheidung zwischen Typ (Entwicklung, Konstruktion, Prototyp) und Instanz (gefertigtes Serienprodukt mit eigener Seriennummer, Betrieb, Wartung).
- Achse 3: Hierarchie-Ebenen (Hierarchy Levels - horizontal rechts):
Erweiterung der klassischen Automatisierungspyramide: Product → Field Device → Control Device → Station → Work Center → Enterprise → Connected World.
2. Die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell - AAS)
Die Verwaltungsschale (AAS) ist der standardisierte 'Digitale Zwilling'. Sie kapselt das physische Asset und stellt alle technischen Dokumente, CAD-Modelle, Betriebsparameter, Live-Sensordaten und Funktionen über standardisierte Schnittstellen (z.B. OPC UA, REST) bereit.
Cyber-physische Systeme & RAMI 4.0
8 Punkte
In einer Smart Factory werden Fertigungsanlagen mit dem Cloud-Leitsystem vernetzt.
Definieren Sie ein Cyber-physisches System (CPS) und dessen Komponenten. Erläutern Sie das Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) mit seinen 3 Dimensionen (Schichten, Lebenszyklus/Wertstrom, Hierarchieebenen).
💡 Didaktischer Erwartungshorizont & Punkteverteilung (nach KMK-Kriterien)
RAMI 4.0 & Verwaltungsschale (Asset Administration Shell)
10 Punkte
In einer Smart Factory soll eine neue CNC-Fräsmaschine als Industrie 4.0 Komponente integriert werden. Die Architektur soll dem RAMI 4.0 Modell folgen.
a) Nennen Sie die drei Achsen des RAMI 4.0 Referenzarchitekturmodells.
b) Welche Funktion hat die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell - AAS) für physische Maschinen?
c) Auf welcher Hierarchy Level Ebene nach RAMI 4.0 ordnet sich die CNC-Fräse ein?
💡 Didaktischer Erwartungshorizont & Punkteverteilung (nach KMK-Kriterien)
a) 1. Architektur-Schichten (Layers: Asset, Integration, Communication, Information, Functional, Business).
2. Lebenszyklus & Wertschöpfungskette (Life Cycle & Value Stream: Typ vs. Instanz, Entwicklung bis Wartung).
3. Hierarchie-Ebenen (Hierarchy Levels: Product, Field Device, Control Device, Station, Work Center, Enterprise, Connected World).
b) Die AAS bildet die standardisierte digitale Schnittstelle (den Digitalen Zwilling) des physischen Assets. Sie kapselt alle Daten, Dokumentationen, Fähigkeiten, Parameter und Kommunikationsschnittstellen der Maschine herstellerunabhängig.
c) Station (oder Control Device / Field Device je nach Betrachtung der Einzelkomponenten; als Gesamtmaschine typischerweise 'Station' / 'Work Center').