Cyber-Physical Systems

Innovation Durch Software-Intensive Eingebettete Systeme

herausgegeben von: Prof. Dr. Dr. h. c. Manfred Broy

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : acatech Diskutiert

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Über dieses Buch

Cyber-Physical Systems adressieren das Zusammenwachsen softwareintensiver eingebetteter Systeme mit den globalen digitalen Netzen. Sie ermöglichen neuartige industrielle Anwendungen mit hohem wirtschaftlichem Potential. Beispiele sind etwa selbststeuernde Logistiksysteme, integrierte Systeme zur Verkehrssteuerung oder intelligente Stromnetze (Smart Grids). Im Milliardenmarkt der Eingebetteten Systeme hat Deutschland bislang eine starke Position. Das hohe Innovationspotential der Cyber-Physical Systems bringt große wirtschaftliche, technische und wissenschaftliche Herausforderungen. Der wachsende Umfang eingebetteter Software und ihre zunehmende Vernetzung erfordert jedoch zwingend einen Paradigmenwechsel im Entwicklungsprozess, der in der nächsten Generation der Cyber-Physical Systems zum Verlust der guten Position Deutschlands führen könnte. Aus diesem Grund zeigt acatech, die Deutsche Akademie der Technikwissenschaften, gemeinsam mit Vertretern aus Wissenschaft, Wirtschaft und Politik Möglichkeiten und Strategien auf, wie Deutschland den Generationswechsel von Eingebetteten Systemen zu Cyber-Physical Systems meistern kann.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Einleitung

Zusammenfassung

Seit der Erfindung programmierbarer Rechner durch Konrad Zuse vor kaum 70 Jahren haben programmierbare Informationsverarbeitungssysteme einen atemberaubenden Aufschwung genommen. Das Mooresche Gesetz mit seiner exponentiellen Steigerung der Leistungsfähigkeit der Hardware in Hinblick auf Rechen-, Speicher- und übertragungsleistung liefert dafür die technische Grundlage. Die Flexibilität programmierbarer Software ergänzt sich dazu ideal — schafft sie doch die Möglichkeiten und die Voraussetzungen dafür, dass sich diese Systeme in praktisch allen Anwendungsfeldern einsetzen lassen.

Manfred Broy

Cyber-Physical Systems — Wissenschaftliche Herausforderungen Bei Der Entwicklung

Abstract

Cyber-Physical Systems adressieren die enge Verbindung eingebetteter Systeme zur Überwachung und Steuerung physikalischer Vorgänge mittels Sensoren und Aktuatoren über Kommunikationseinrichtungen mit den globalen digitalen Netzen (dem „Cyberspace“). Dieser Typus von Systemen ermöglicht über Wirkketten eine Verbindung zwischen Vorgängen der physischen Realität und den heute verfügbaren digitalen Netzinfrastrukturen. Dies erlaubt vielfältige Applikationen mit hohem wirtschaftlichen Potential, und mit starker Innovationskraft. Die vollständige Ausschöpfung des Potentials erfordert aber gezielte wissenschaftliche Anstrengungen bei der Entwicklung solcher Systeme im Hinblick auf Methodik, Technologie, Kostenbeherrschung und funktionale Angemessenheit.

Manfred Broy

Innovation im Mittelstand am Beispiel Der Senkung Von Mobilitätskosten Durch „Schwarmintelligenz“

Abstract

Die zunehmende Vernetzung von Einzelsystemen im Fahrzeug wird durch den Einsatz weiterer Kommunikationsverbindungen (CAR2X-Kommunikation) zu einer hierarchischen Struktur führen, die den Austausch von Informationen zwischen einer Vielzahl von verteilten heterogenen Subsystemen auf mobilen und stationären Plattformen ermöglicht. Die primären Ziele einer solchen Vernetzung von Cyber-Physical Systems sind die Bereitstellung neuer Dienste im Fahrzeug, die Erhöhung der Verkehrssicherheit sowie die effektive Steuerung der weiter wachsenden Verkehrsströme.

Im Hinblick auf die Steigerung der Energieeffizienz von zukünftigen Mobilitätskonzepten erwachsen hieraus neue Möglichkeiten: (1) Eine Koordinierungsinstanz im Fahrzeug regelt das intelligente Zusammenspiel der Komponenten, bilanziert und steuert die Energieströme und sorgt auf diesem Wege für eine Optimierung des jeweils fahrzeugeigenen Energieverbrauchs. Diese Optimierung hat insofern zunächst nur lokalen Charakter, als dass die Randbedingungen fahrzeugseitig als unabänderliche und zum großen Teil auch unbekannte Größen vorgegeben sind. (2) Nun steht aber diese Koordinierungsinstanz zugleich in Kontakt mit anderen Fahrzeugen in der Nähe und auf der geplanten Fahrstrecke sowie deren Einzugsbereich. Durch den Austausch geeigneter Informationen zum Verkehrszustand, der Fahrtrichtung, dem Fahrverhalten der anderen Verkehrsteilnehmer, den Wetterbedingungen etc. zwischen diesen Fahrzeugen können somit im zweiten Schritt zusätzliche, globale Größen in die Optimierung einfließen — und dies nicht nur beim eigenen System, sondern bei allen solchermaßen kommunizierenden Fahrzeugen: Die Bilanzierung der Energieströme wird nun auf der höheren Systemebene der Gesamtheit von Fahrzeugen (dem „Schwarm“) durchgeführt und erlaubt so die Schöpfung höherer Energieeffizienzpotentiale.

Um dieses Konzept zu realisieren, sind softwareintensive eingebettete Systeme unabdingbar. Im Beitrag wird exemplarisch aufgezeigt, welche Möglichkeiten und Grenzen der Ansatz hat, wie die Potentiale einzuschätzen sind und was wir tun müssen, um damit „Schwarmintelligenz“ umzusetzen.

Hieronymus Fischer

Die Wirtschaftliche Bedeutung von Cyberphysical Systems aus der Sicht Eines Global Players

Zusammenfassung

„Langfristiges und nachhaltiges Denken ist ein wichtiger Teil unserer Tradition. Nachhaltigkeit heißt für uns, in unseren Handlungen die Belange von Ökologie, Ökonomie und sozialer Verantwortung ausgewogen zu berücksichtigen.“, sagte Peter Löscher, CEO von Siemens, im Januar 2010.

Klaus Beetz

Nationale Roadmap Embedded Systems

Zusammenfassung

„Eingebettete Systeme“ sind in ihrem Softwareanteil nicht sichtbar und doch hoch relevant für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Ihre Bedeutung fasst die vorliegende Nationale Roadmap Embedded Systems in den folgenden 10 Thesen zusammen: These 1 Die zentralen ökonomischen und gesellschaftlichen Herausforderungen in Deutschland lassen sich ohne die Querschnittstechnologie Embedded Systems nicht lösen¹.

Werner Damm, Reinhold Achatz, Klaus Beetz, Manfred Broy, Heinrich Daembkes, Klaus Grimm, Peter Liggesmeyer

Backmatter

Titel: Cyber-Physical Systems
herausgegeben von: Prof. Dr. Dr. h. c. Manfred Broy
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-14901-6
Print ISBN: 978-3-642-14498-1
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-14901-6