Cyber-physisches System
Ein cyber-physisches System, engl. „cyber-physical system“ (CPS), bezeichnet den Verbund informatischer, softwaretechnischer Komponenten mit mechanischen und elektronischen Teilen, die über eine Dateninfrastruktur, wie z. B. das Internet, kommunizieren. Ein cyber-physisches System ist durch seinen hohen Grad an Komplexität gekennzeichnet. Die Ausbildung von cyber-physischen Systemen entsteht aus der Vernetzung eingebetteter Systeme durch drahtgebundene oder drahtlose Kommunikationsnetze. Die Begriffsbildung folgt dem Bedarf an einer neuen theoretischen Grundlage für die Erforschung und Entwicklung großer, verteilter, komplexer Systeme, wie zum Beispiel der Weiterentwicklung des deutschlandweiten Stromnetzes, hin zu einem intelligenten Stromnetz,<ref>S. Karnouskos: Cyber-Physical Systems in the Smart Grid. (PDF; 79 kB). In: Industrial Informatics (INDIN), 2011 9th IEEE International Conference on. Juli 2011. Abgerufen am 5. September 2012.</ref> oder die Konstruktion neuartiger Industrieproduktionsanlagen,<ref name="Industrie4.0">T. M. Böhler: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20130310115747
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Anwendungsfelder
Cyber-physische Systeme können in vielen Bereichen eingesetzt werden. Dazu gehören:
- höchst zuverlässige medizinische Geräte und Systeme<ref>I. Lee: {{#switch:
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- altersgerechte Assistenzsysteme (AAL)<ref>Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems. VDE Verband Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. – Bereich AAL. Abgerufen am 6. September 2012.</ref>
- IT-Verkehrssteuerungs- und Verkehrslogistiksysteme<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20160304070702
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}} Fraunhofer-IuK-Verbund. 3. August 2012. Abgerufen am 25. Oktober 2014.</ref>
- vernetzte Sicherheits- sowie Fahrerassistenzsysteme für Automobile<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20120706001446
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}}
}} Fraunhofer SIT. Abgerufen am 6. September 2012.</ref>
- industrielle Prozesssteuerungs- und Automationssysteme<ref name="Industrie4.0" /><ref>Jürgen Jasperneite, Oliver Niggemann: Intelligente Assistenzsysteme zur Beherrschung der Systemkomplexität in der Automation. In: ATP edition – Automatisierungstechnische Praxis. 9/2012, Oldenbourg Verlag, München, September 2012.</ref>
- Umweltbeeinflussungs- und -beobachtungssysteme<ref><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20160106222959
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}} Abgerufen am 6. September 2012.</ref>
- Energieversorgungsmanagementsysteme<ref>S. Lehnhoff: <templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20140408231650
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}}
}}
}} (PDF; 7,0 MB). In: Symposium "Informatik & Nachhaltigkeit trotz Wandel: Wechselwirkungen einer vernetzten Gesellschaft". 3. Juli 2012. Abgerufen am 6. September 2012.</ref>
- militärische Systemvernetzungssysteme<ref>J. Sztipanovitz, J. Stankovic: Cyber-Physical Systems: A National Priority for Federal Investment in Infrastructure and Competitiveness. (PDF; 177 kB). Version 8, 22. Dezember 2008. Abgerufen am 6. September 2012.</ref>
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Anwendungsbeispiele
- Smart Grids
- E-Health
- Industrie 4.0<ref name="Hightech" /> z. B. bei pneumatischen Systemen<ref>{{#if:|{{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}| |}}}}{{#if:Wahl Philipp|Wahl Philipp: }}{{#if:|{{#if:New ways to increase productivity with “smart” systems|[{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|archivURL|1={{#invoke:URLutil|getNormalized|1={{{archiv-url}}}}}}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel=New ways to increase productivity with “smart” systems}}]{{#if:PDF| (PDF)}}{{#if:| {{{titelerg}}}{{#invoke:Vorlage:Internetquelle|Endpunkt|titel={{{titelerg}}}}}}}}}|{{#if:https://www.priceeng.com/wp-content/uploads/2018/02/Digital-Simplicity.pdf%7C{{#if:{{#invoke:TemplUtl%7Cfaculty%7C}}%7C{{#invoke:Vorlage:Internetquelle%7CTitelFormat%7Ctitel={{#invoke:WLink%7CgetEscapedTitle%7C1=New ways to increase productivity with “smart” systems}}}}|[{{#invoke:URLutil|getNormalized|1=https://www.priceeng.com/wp-content/uploads/2018/02/Digital-Simplicity.pdf}} {{#invoke:Vorlage:Internetquelle|TitelFormat|titel={{#invoke:WLink|getEscapedTitle|1=New ways to increase productivity with “smart” systems}}}}]}}{{#if:PDF| (PDF{{#if:Festo AG & Co. KG2017{{#if: 2018-03-19 | {{#if:{{#invoke:TemplUtl|faculty|}}||1}}}}
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Forschung
Insbesondere im anglo-amerikanischen Raum wird eine Theoriebildung zum Begriff „cyber-physisches System“ vorangetrieben, hier steht eine klare Abgrenzung des Begriffes gegenüber anderen Trends und Entwicklungsrichtungen komplexer informations- und kommunikationstechnischer Systeme im Vordergrund.<ref name="Illinois"><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20090711222745
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}}
}}. The European Research Consortium for Informatics and Mathematics (ERCIM) 2011. Abgerufen am 7. September 2012.</ref> Zu den Herausforderungen zählen:<ref name="Illinois" />
- Komplexitätsreduktion und Entwicklung von stabilisierenden Steuerungsarchitekturen für cyber-physische Systeme
- Verteilte Sensornetzwerke
- Erschließung von Wissen und Erkenntnissen aus dem System heraus
- Behandlung der Problematik der Interaktionskomplexität
- Verlässliche Integration von Standardkomponenten in cyber-physische Systeme
- Handhabbarkeit des Zusammenflusses von Sensorik, Aktorik und Steuerung
- Verifikation von cyber-physischen Systemen
- Sicherheit<ref name="cpsSicherheit">S. Karnouskos: Stuxnet Worm Impact on Industrial Cyber-Physical System Security. In: 37th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society (IECON 2011), 7-10 Nov 2011, Melbourne, Australia. Abgerufen am 7. April 2014.</ref>
Forschungsprojekte in Deutschland
Im Rahmen der „Hightech-Strategie für Deutschland“ der Bundesregierung<ref name="Hightech"><templatestyles src="Webarchiv/styles.css" />{{#if:20121031100307
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{{#if: || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von WebCite erkannt, bitte Parameter 'webciteID' benutzen.|1}}
| archive.today |archive.is |archive.ph |archive.fo |archive.li |archive.md |archive.vn =
{{#if: || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Im Parameter 'archiv-url' wurde URL von archive.today erkannt, bitte Parameter 'archive-today' benutzen.|1}}
}}{{#if:
| {{#iferror: {{#iferror:{{#invoke:Vorlage:FormatDate|Execute}}|}}
| {{#if: || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Wert des Parameter 'archiv-datum' ist ungültig oder hat ein ungültiges Format.|1}}
| }}
| {{#if: || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Pflichtparameter 'archiv-datum' wurde nicht angegeben.|1}}
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| {{#if: || }}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Der Parameter 'archiv-datum' ist nur in Verbindung mit 'archiv-url' angebbar.|1}}
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|addlarchives|addlpages= {{#if: || }}{{#if: 1 |}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: enWP-Wert im Parameter 'format'.|1}}
}}{{#ifeq: {{#invoke:Str|find|http://www.hightech-strategie.de/de/2676.php%7Carchiv}} |-1
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|| {{#switch: {{#invoke:Webarchiv|getdomain|http://www.hightech-strategie.de/de/2676.php }}
| abendblatt.de | daserste.ndr.de | inarchive.com | webcitation.org =
| #default = {{#if: || }}{{#if: 1 |}}{{#invoke:TemplUtl|failure| Fehler bei Vorlage:Webarchiv: Archiv-URL im Parameter 'url' anstatt URL der Originalquelle. Entferne den vor der Original-URL stehenden Mementobestandteil und setze den Archivierungszeitstempel in den Parameter 'wayback', 'webciteID', 'archive.today' oder 'archive-is' ein, sofern nicht bereits befüllt.|1}}
}}
}}
}} In: Ideen, Innovation, Wachstum. Die Bundesregierung. Abgerufen am 7. September 2012.</ref> werden Untersuchungen zur Weiterentwicklung von industriellen Produktionsanlagen und Produktionsprozessen gefördert. Ziel dieser Aktivitäten ist es, bereits intensiv informatikgestützte Industriezweige bei der Einführung und Nutzung weitverzweigter Netzwerkstrukturen für die eingesetzten eingebetteten Systeme zu unterstützen. Dieses geschieht zum Beispiel durch die Förderung der Spitzencluster „it’s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe“<ref>Spitzencluster it’s OWL – Intelligente Technische Systeme OstWestfalenLippe. Abgerufen am 7. September 2012.</ref> sowie „MicroTEC Südwest – The Cluster for Smart Solutions“.<ref name="Spitzencluster MicroTEC Südwest">Spitzencluster MicroTEC Südwest – The Cluster for Smart Solutions. Abgerufen am 6. Februar 2013.</ref>
Verwendete Technologien
- Sensornetze
- Internet-Infrastruktur
- Echtzeitverarbeitung
- Eingebettete Systeme
- Autonomic Computing
Literatur
- Manfred Broy: Cyber-Physical Systems: Innovation durch softwareintensive eingebettete Systeme . Springer, Berlin/Heidelberg 2010, ISBN 978-3-642-14498-1.
- acatech (Hrsg.): Cyber-Physical Systems: Innovationsmotoren für Mobilität, Gesundheit, Energie und Produktion (acatech POSITION). Springer. Berlin/Heidelberg 2012, ISBN 978-3-642-27566-1.
- K. Einwich (Hrsg.): 9. Workshop Cyber-Physical Systems – Enabling Multi-Nature Systems (CPMNS). Fraunhofer Verlag, 2012, ISBN 978-3-8396-0398-7.
- P. Marwedel: Embedded System Design: Embedded Systems Foundations of Cyber-Physical Systems. Springer, 2010, ISBN 978-94-007-0256-1. (englisch)
- E. Geisberger, M. Broy: agendaCPS – Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems, acatech Studie. acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e. V., München/Garching 2012.
- Gramann, Klaus; Gehrke, Lukas (2025): Messung von Nutzer-Präsenz in Cyberphysikalischen Systemen anhand von Hirnaktivität; DFG-Abschlussbericht, Projekt: 462163815, Technische Universität Berlin. https://doi.org/10.14279/depositonce-24016.
Weblinks
- M. Broy: Cyber Physical Systems: Die Verschmelzung der Wirklichkeit mit dem Netz. Vortrag. (Video)
- E. Geisberger, M. Broy (Hrsg.): Agenda CPS – Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems.
- E. A. Lee, S. A. Seshia: Introduction to Embedded Systems – A Cyber-Physical Systems Approach. http://leeseshia.org,/ 2011. (PDF; 24 MB)
Einzelnachweise
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