Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik Woher kommen Sie? Was machen Sie?

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Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl 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

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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 Presentation

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Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik

Woher kommen Sie?

Was machen Sie?

Was hat es mit Automatisierungstechnik zu tun

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Distributed Concepts of the last three Decades

Embedded Systems

Ubiquitous Computing

Pervasive Computing

Ambient Intelligence

Cyber Physical Systems

mid 1980s

1990

1994

2000

2006

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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

?

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-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-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-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, …)