Cyberphysische Systeme

Reale und virtuelle Welt im dynamischen Wechsel

Bernhard Braunecker (Schweizerische Physikalische Gesellschaft) und Guido Piai (OST)

Cyberphysische Systeme, ursprünglich als Weiterführung des Konzepts Industrie 4.0 eingeführt, beschreiben diejenigen informationstechnischen Prozesse, bei denen physische Entitäten (Abläufe, Maschinen, Menschen, Objekte etc.) digital abgebildet werden und mit dieser Abbildung in Echtzeit interagieren. Cyberphysische Systeme finden in nahezu allen Bereichen der Gesellschaft Anwendung. Etwa im Finanzsektor, im Gesundheitswesen, in der Industrie und Produktion oder in der Landwirtschaft. Anschauliche Beispiele sind der Onlinefahrplan der SBB, die Paketverfolgung der Post, die SwissCovid-App des Bundes, die sozialen Netzwerke (Facebook, LinkedIn etc.) und moderne Produktionsverfahren. Es ist zu erwarten, dass laufend neue Lösungen sowie neue Geschäftsmodelle und Dienste entstehen werden. Grundlage für die erfolgreiche Umsetzung und Anwendung von cyberphysischen Systemen sind flächendeckende, breitbandige und resiliente Internetinfrastrukturen, zentrale wie dezentrale Rechenleistungen und Speicherkapazitäten sowie mobile Geräte und Sensorik.

So sieht es heute aus

Historisch sind die USA führend. China hat jedoch in den letzten zehn Jahren stark aufgeholt. Europa und andere Länder wie Indien folgen. Die Schweiz muss ihren eigenen Weg finden, angepasst an die hiesigen Kompetenzen und industriellen Stärken. Viele Anwendungen sind zwar längst Realität, dennoch gilt es, weitere Möglichkeiten, die mit der wachsenden Bandbreite, Rechenleistung und Speicherkapazität verbunden sind, rechtzeitig zu erkennen und speditiv zu nutzen. Die dazu nötige durchgängige Digitalisierung in der Bildung, in der Industrie und in der Gesellschaft soll mit Sondermassnahmen angestrebt werden.

Die Schweiz ist als innovatives Land im Bereich der Digitalisierung aktiv und es entstehen verschiedene erfolgreiche Start-ups. Dennoch nutzen KMU oft das Chancenpotenzial viel zu wenig, nicht zuletzt wegen der Kosten. Das Zusammenspiel von Technik und Betriebswirtschaft muss mittels neuer Geschäftsmodelle vorangetrieben werden.

Die erforderlichen akademischen Fachkompetenzen liegen in der Schweiz vor; Informatik, algorithmische Methoden und Betriebswirtschaft sind an Schweizer Hochschulen Teil der Lehre. Allerdings bestehen Defizite im Zusammenwirken von Ingenieurinnen und Ingenieuren, Industriephysikerinnen und -physikern, Industriemathematikerinnen und -mathematikern sowie Fachleuten der Betriebswirtschaft im konkreten Anwendungsfall. Hier sind Universitäten, Fachhochschulen, aber auch die Akademien wie die SATW gefordert.

Ein Blick in die Zukunft

Cyberphysische Systeme führen verschiedene Technologien, vor allem Vernetzungs- und Kommunikationstechnologien, zusammen und bündeln sie. Durch die rasant wachsenden technologischen Möglichkeiten werden die cyberphysischen Systeme immer leistungsfähiger. Dies führt zu neuen Geschäftsmodellen und höchst effizienten Produktionsabläufen für KMU, die dann permanent optimiert und an sich ändernde Marktbedingungen stetig angepasst werden können.

Die Schweiz kann sich mit technischen Lösungen für innovative cyberphysische Systeme im internationalen Wettbewerb einen führenden Platz sichern, wenn es ihr gelingt, die vorhandenen Kernkompetenzen zusammenzuführen. Insbesondere für die Schweizer Industrie, die weltweit in der Entwicklung von Präzisionsmaschinen und Präzisionssystemen involviert ist, bieten sich hier grosse Chancen.