cyber-physische systeme und automatisierungstechnik woher kommen sie? was machen sie?
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Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik Woher kommen Sie? Was machen Sie? Was hat es mit Automatisierungstechnik zu tun. Distributed Concepts of the last three Decades. Embedded Systems. mid 1980s. Ubiquitous Computing. 1990. Pervasive Computing. 1994. Ambient Intelligence. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar LitzLehrstuhl für Automatisierungstechnik
Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014
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 LitzLehrstuhl für Automatisierungstechnik
Distributed Concepts of the last three Decades
Embedded Systems
Ubiquitous Computing
Pervasive Computing
Ambient Intelligence
Cyber Physical Systems
mid 1980s
1990
1994
2000
2006
Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar LitzLehrstuhl für Automatisierungstechnik
Ambient Intelligence Kaiserslautern
, e.g. people
who work,
who travel,
who enjoy recreation,
who are elderly and live alone,
who ….
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
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Pervasive Computing
Ambient Intelligence
Cyber Physical Systems
1994
2000
2006
Ubiquitous Computing 1990
Embedded Systems mid 1980sEmbedded Systems mid 1980s
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Towards Cyber Physical Systems
1st CPS Week Multi-conference 2008 St. Louis 21.04.-24.04. 2008with St. Louis CPS Summit 2008
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):
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
Inactivity based Alarm Generation in Smart Homes
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Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014
Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik
Inactivity based Alarm Generation in Smart Homes
Project state of the art in 2014: completed incl. DRK line
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Towards Cyber Physical Systems
Cyber Physical Systems 2006
Wide-Area NetworksGSM, UMTS
Internet
Local-Area Networks
Wi-FiFieldbus
Personal-Area Networks
Bluetooth, ZigBee, UWB
Body-Area Networksproprietary
0m 1m 10m 100m 10km
Networks of the Cyberspace
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).
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Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014
Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik
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 Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014
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 Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014
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 Physical Systems und AT Nachbrenner 29. 01. 2014
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, …)