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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.

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1 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik Woher kommen Sie? Was machen Sie? Was hat es mit Automatisierungstechnik zu tun

2 Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Distributed Concepts of the last three Decades Embedded Systems Ubiquitous Computing Pervasive Computing Ambient Intelligence Cyber Physical Systems mid 1980s

3 Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl 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

4 Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Pervasive Computing Ambient Intelligence Cyber Physical Systems Ubiquitous Computing1990 Embedded Systems mid 1980s Embedded Systems mid 1980s ? Towards Cyber Physical Systems 1st CPS Week Multi-conference 2008 St. Louis with St. Louis CPS Summit nd CPS Week Multi-conference 2009 San Francisco

5 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 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

6 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner Cyber-physische Systeme und Automatisierungstechnik Inactivity based Alarm Generation in Smart Homes Project state of the art in 2014: completed incl. DRK line

7 Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Towards Cyber Physical Systems Cyber Physical Systems2006 Wide-Area Networks GSM, UMTS Internet Local-Area Networks Wi-Fi Fieldbus Personal-Area Networks Bluetooth, ZigBee, UWB Body-Area Networks proprietary 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).

8 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 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

9 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 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

10 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 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…)

11 Prof. Dr.-Ing. habil. Lothar Litz Lehrstuhl für Automatisierungstechnik Cyber Physical Systems und AT Nachbrenner 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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