Die grundlegende Eigenschaft von cyber-physischen Systemen ist die Vernetzung von Teilsystemen – untereinander sowie zu Diensten. Im Unternehmensumfeld bedeutet das beispielsweise eine Verbindung von Sensoren oder Aktoren im Produktionsumfeld mit der Cyber-, also der virtuellen, Welt, zum Beispiel mit Simulationsprogrammen. So können mit CPS-basierter Automation die Informationen für ein durchgängiges Systems-Engineering genutzt werden, um von der Entwurfsphase über die virtuelle Inbetriebnahme bis zu Wartung und Diagnose, Anlagen über ihren gesamten Life-Cycle zu begleiten. Um dies zu erreichen, wurden die im Whitepaper der Plattform Industrie 4.0 zu CPS genannten Forschungsbedarfe an drei Beispielen konkretisiert. Das Ergebnis lässt sich auf vier wichtige Bereiche einteilen, in denen die VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik empfiehlt, in den nächsten Jahren Forschung zu fördern.

Der erste Bereich ist die bisher für Vernetzung eingesetzte Unternehmens-IT. Sie muss fit gemacht werden, um die Anforderungen der industriellen Produktion erfüllen zu können. Hierzu zählen Echtzeitfähigkeit, funktionale Sicherheit sowie Informationssicherheit.

Aber nicht nur die Standard-IT muss angepasst werden, sondern auch die Methoden der Automatisierungstechnik. Konkret heißt das, dass beispielsweise systematische Ansätze gefunden werden müssen, um die Steuerrezepterstellung in externe Cloud-Dienste auszulagern oder um komplexe Optimierungsaufgaben durchzuführen. Denn hier liegt das große, wirtschaftlich bedeutende Potenzial der Effizienzsteigerung durch Industrie 4.0.

Um alle Vorteile einer flexiblen Produktion zu nutzen und physische wie virtuelle Modelle während der Laufzeit der Anlagen austauschen, abschalten oder ersetzen zu können, müssen flexibel anpassbare Schnittstellen eine reibungslose Integration und eine sichere Systemfunktionalität gewährleisten. Außerdem muss bei aller Flexibilität und Komplexität der Produktionssysteme über geeignete Benutzerschnittstellen garantiert werden, dass das Verständnis für das Systemverhalten erhalten bleibt.

Und schließlich muss geforscht werden, um die zur Verfügung stehenden Informationen über die gesamte Laufzeit der Produkte und Anlagen für ein durchgängiges System-Engineering auszunutzen und die Daten und Modelleigenschaften zwischen den Engineering-Schritten auszutauschen.