Transcript Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik

Cyber-physische Systeme und
Automatisierungstechnik
Woher kommen Sie?
Was machen Sie?
Was hat es mit Automatisierungstechnik zu tun
Cyber Physical Systems und AT
Nachbrenner 29. 01. 2014
Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz
Lehrstuhl für Automatisierungstechnik
Distributed Concepts of the last three Decades
Embedded Systems
mid 1980s
Ubiquitous Computing
1990
Pervasive Computing
1994
Ambient Intelligence
2000
Cyber Physical Systems
Cyber Physical Systems und AT
Nachbrenner 29. 01. 2014
2006
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Ambient Intelligence Kaiserslautern
Our 2003 AmI-definition:
"Ambient Intelligence" represents an
"intelligent environment", which reacts
in a sensitive and adaptive way to the
presence of humans and objects in order
to provide various services to people , e.g. people
who work,
who travel,
who enjoy recreation,
who are elderly and live alone,
who ….
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Towards Cyber Physical Systems
Embedded Systems
mid 1980s
Ubiquitous Computing
1990
Pervasive Computing
1994
Ambient Intelligence
1st CPS Week Multi-conference 2008
St. Louis 21.04.-24.04. 2008
with St. Louis CPS Summit 2008
2000
Cyber Physical Systems
?
2006
2nd CPS Week Multi-conference 2009
San Francisco 13.04.-16.04. 2009
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Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik
an Ambient Intelligence Project (2003 – 2013):
Inactivity based Alarm Generation in Smart Homes
Martin Floeck, Thorsten Rodner, Lothar Litz, Anette Spellerberg
Granted by the BMBF, Ministry of Finance Rhineland Palatinate and
Housing Societies of Kaiserslautern, Neuwied and Speyer
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Project state of the art in 2014: completed incl. DRK line
Inactivity based Alarm Generation
in Smart Homes
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Towards Cyber Physical Systems
Cyber Physical Systems
2006
Early Definition by Edward Lee 2008:
CPS are integrations of computation and physical processes. Embedded computers
and networks monitor and control the physical processes, usually with feedback
loops where physical processes affect computations and vice versa (definition no longer
appropriate, too general).
Networks of the Cyberspace
0m
Body-Area
Networks
Personal-Area
Networks
Local-Area
Networks
Wide-Area
Networks
proprietary
Bluetooth, ZigBee,
UWB
Wi-Fi
Fieldbus
GSM, UMTS
Internet
1m
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10m
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100m
10km
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Angedachte Anwendungen (Domänen):
• Smart Grid mit Optimierung des Einspeiser- und
Verbrauchergleichgewichtes (über Haus, Auto, Industrie, …)
• Optimale Lenkung des Individualverkehrs (Traffic, Stadt und Fernverkehr)
• Optimale Lenkung des ruhenden Verkehrs in Großstädten (Parkhaus der
Zukunft)
• Public Health mit automatischer Überwachung der Gesundheit vieler
Individuen (körpernahe Sensorik bis Fernüberwachung,
Notfallerkennung)
• Elderly People independent Living
• Maintenance – Systeme
• Industry 4.0
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Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik
Hier behandelte Domäne:
•
•(Traffic, Stadt und Fernverkehr)
• Optimale Lenkung des ruhenden Verkehrs in Großstädten (Parkhaus der
Zukunft)
siehe Notizenteil für Details
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Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik
Kennzeichen eines Cyber-physischen Systems:
Sehr viele Regelkreise mit sehr vielen Sensoren und
Aktuatoren (physisch und virtuell), Reglern, lokal und global
Kopplung mehrere Netzwerke auf unterschiedlichen Ebenen
(geschlossene und offene)
Ständige Änderung der Teilnehmer in der Domäne
Teilautonomien sind in den Domänen realisiert
Mehrere konkurrierende Stakeholder mit unterschiedlichen
Optimierungskriterien
Mehrere miteinander verkoppelte Optimierungsebenen
Kopplung von CPS-Domänen untereinander (z.B. Smart Grid,
Health, Traffic, Maintenance…)
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Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik
Anforderungen an die Automatisierungstechnik:
Beherrschung der Systemdynamik der entstehenden,
ineinandergreifenden Regelkreise (Stabilität, Performance, emergentes
Verhalten)
Modellierungsarten für die unterschiedlichen Ebenen,
Verhaltensmodelle für nicht physikalische Teilsysteme, menschliches
Verhalten, …
Methoden des Modell-basierten Entwurfes und der Analyse unter den
CPS-Randbedingungen (Regelung über offene Netze,
Teilsystemausfall, Degradation, ..
Online-Optimierungsverfahren auf den physikfernen Ebenen
Beherrschung der Komplexität aus Sicht der Informatik (Security, SE,
Extreme Programming, …)
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