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E-Book

Cyber-Physical Systems

Innovation durch softwareintensive eingebettete Systeme

Autor	Manfred Broy
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2011
Reihe	acatech DISKUTIERT
Seitenanzahl	141 Seiten
ISBN	9783642149016
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	16,99 EUR

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.

Prof. Dr. Dr. h.c. Manfred Broy lehrt am Institut für Informatik der Technischen Universität München

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Inhaltsverzeichnis

Title Page	1
Copyright Page	2
Table of Contents	4
> GRUSSWORT	5
> EINLEITUNG	10
> CYBER-PHYSICAL SYSTEMS – WISSENSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN BEI DER ENTWICKLUNG	13
1 DIE DIGITALE REVOLUTION	13
1.1 INNOVATION DURCH EINGEBETTETE SOFTWARE	13
1.2 WAS TREIBT DIE DIGITALE REVOLUTION?	15
> 1.2.1 Das Mooresche Gesetz	15
> 1.2.2 Flexibilität durch Software	16
1.3 DAS BESONDERE AN SOFTWARE	16
2 CYBER-PHYSICAL SYSTEMS	17
2.1 SPEZIFIKA VON CPS	17
2.2 AUSPRÄGUNGEN VON SYSTEMEN MIT EINGEBETTETER SOFTWARE	19
2.3 ZWIEBELSCHALENARTIGE STRUKTUR VON CPS	19
3 WISSENSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN	20
3.1 ANALOGE UND DIGITALE WELT	20
3.2 DIE VISIONEN	21
3.3 WISSENSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN FÜR CPS	22
3.4 DAS ZIEL	23
3.5 WISSENSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN	23
3.6 ANWENDUNGSDOMÄNEN	24
3.7 DAS ZIEL	24
4 CPSs ÄNDERN UNSERE MÖGLICHKEITEN ...	25
4.1 DIE SCHIER UNBEGRENZTE EINSATZBREITE ...	25
4.2 CPSs BENÖTIGEN ÜBERGREIFENDE LÖSUNGEN	25
4.3 SOFTWARE IST ÜBERALL	26
5 DER WEG IN DIE ZUKUNFT	26
LITERATUR	27
> INNOVATION IM MITTELSTAND AM BEISPIEL DER SEN KUNGVON MOBILITÄTSKOSTEN DURCH „SCHWARMIN TELLIGENZ“	28
1 MOTIVATION	28
2 WAS IST SCHWARMINTELLIGENZ?	30
3 CYBER-PHYSICAL SYSTEMS: WEGBEREITER FÜR „SCHWARMINTELLIGENZ“	31
4 ANWENDUNGSBEISPIELE AUS VERKEHR UND INFRASTRUKTUR	36
4.1 INTELLIGENTES KREUZUNGSMANAGEMENT	36
4.2 IDENTIFIZIERUNG MÖGLICHER FAHRGEMEINSCHAFTEN	37
4.3 PRÄDIKTION UND AKTIVE VERMEIDUNG VON STAUSITUATIONEN	38
4.4 VERNETZUNG MOBILER ENDGERÄTE UND CAR2X	42
4.5 VERNETZTE FAHRERASSISTENZSYSTEME	43
4.6 SMART GRID	47
5 WELCHE POTENTIALE GIBT ES IM HINBLICK AUF DIE SENKUNG VON MOBILITÄTS KOSTEN?	48
6 WAS MÜSSEN WIR TUN, UM CYBER-PHYSICAL SYSTEMS MÖGLICH ZU MACHEN?	49
7 DER LEISTUNGSBEITRAG DES MITTELSTANDS	50
LITERATUR	51
> DIE WIRTSCHAFTLICHE BEDEUTUNG VON CYBERPHYSICALSYSTEMS AUS DER SICHT EINES GLOBALPLAYERS	54
NACHHALTIGKEIT – GRUNDLAGE UNSERES HANDELNS	54
DIE BEDEUTUNG VON CYBER-PHYSICAL SYSTEMS FÜR DIE SIEMENS AG	54
CHARAKTERISTIKA VON EMMBEDDED SYSTEMS BEI SIEMENS	56
DIE BEDEUTUNG VON CYBER-PHYSICAL SYSTEMS FÜR SIEMENS SEKTOREN	57
DER SEKTOR INDUSTRIE	57
DER SEKTOR GESUNDHEIT	57
DER SEKTOR ENERGIE	58
SMART GRID	58
ZUSAMMENFASSUNG	60
> NATIONALE ROADMAP EMBEDDED SYSTEMS	62
DEUTSCHLAND – ZEHN THESEN	62
> These 1	62
> These2	62
> These3	62
> These 4	62
> These 5	62
> These 6	63
> These 7	63
> These 8	63
> These 9	63
> These 10	63
2 SCOPE DER ROADMAP	65
3 BEDEUTUNG VON EMBEDDED SYSTEMS FÜR DEUTSCHLAND	68
4 BEITRÄGE ZUR LÖSUNG GESELLSCHAFTLICHER UND ÖKONOMISCHER HERAUS FORDERUNGEN	74
4.1 ALTERNDE GESELLSCHAFT UND GESUNDHEIT	74
> 4.1.1 Szenario 1: Selbstständiges und eigenverantwortetes Leben im Alter	75
> 4.1.2 Szenario 2: Flächendeckende gesundheitliche Betreuung	75
> 4.1.3 Szenario 3: Leben mit chronischen Krankheiten	76
> 4.1.4 Szenario 4: Soziale Vernetzung	77
4.2 MOBILITÄT	78
> 4.2.1 Szenario 1: Green Mobility	78
> 4.2.2 Szenario 2: Die Vision vom unfallfreien Fahren	79
> 4.2.3 Szenario 3: Unterstützung von älteren Menschen	80
4.3 SICHERHEIT	80
> 4.3.1 Safety: Funktionale Sicherheit kritischer Systeme	81
> 4.3.1.1 Transportsysteme	81
> 4.3.1.2 Automatisierung	82
> 4.3.1.3 Medizin	82
> 4.3.2 Sicherheit zum Schutz der Bevölkerung: Security	83
> 4.3.2.1 Szenario 1: Privacy of Data	84
> 4.3.2.2 Szenario 2: Crisis Management	85
> 4.3.2.3 Szenario 3: Der Flughafen der Zukunft	86
4.4 UMWELT UND ENERGIE	86
> 4.4.1 Szenario 1: Naturkatastrophen vorhersagen	87
> 4.4.2 Szenario 2: Schutz und Minimierung des Verbrauchs von natürlichen Ressourcen	87
4.5 WISSENSGESELLSCHAFT	88
> 4.5.1 Szenario 1: Ferngestützte Diagnose	88
4.6 GLOBALISIERUNG	89
> 4.6.1 Szenario 1: Verbesserung der Lebensqualität in Entwicklungs- und Schwellen ländern	89
> 4.6.2 Szenario 2: Delivery on Demand im Zeitalter der Globalisierung	89
> 4.6.3 Szenario 3: Fabrik der Zukunft	90
4.7 URBANISIERUNG	90
> 4.7.1 Szenario: Smart City	91
> 4.7.1.1 Bürgernahe Anwendungen	91
> 4.7.1.2 Logistische Anwendungen	91
> 4.7.1.3 City-Management	92
5 FORSCHUNGSPRIORITÄTEN	92
5.1 TECHNOLOGIEINNOVATIONEN	93
> 5.1.1 Computing devices der Zukunft	93
> 5.1.2 Ressourcenoptimierende Technologien	94
> 5.1.3 Referenzarchitekturen für Eingebettete Systeme	95
> 5.1.4 Sichere und geschützte Eingebettete Systeme	95
> 5.1.5 Vernetzte Regelungen	96
> 5.1.6 Funktionale Sicherheit Eingebetteter Systeme	97
> 5.1.7 Kognitive Eingebettete Systeme	98
> 5.1.8 Innovative Interaktionsschnittstellen	99
> 5.1.9 Kooperative Eingebettete Systeme	99
5.2 PROZESSINNOVATIONEN	100
> 5.2.1 Requirements Engineering	100
> 5.2.2 Architektur – Entwurf und Bewertung	101
> 5.2.3 Systemanalyse	102
> 5.2.4 Modellgetriebene Entwicklung	103
> 5.2.5 Systematische Wiederverwendung	105
> 5.2.6 Menschen-zentrierter Entwurf	106
> 5.2.7 Life Cycle Management	106
> 5.2.8 Prozessautomatisierung	107
> 5.2.9 Prozessorganisation	108
6 EMPFEHLUNGEN	109
6.1 PRIORITÄRE STRATEGIELINIEN	109
> 6.1.1 Seamless Interaction	111
> 6.1.2 Autonome Systeme	112
> 6.1.3 Verteilte Echtzeit-Situationserfassung und Lösungsfindung	114
> 6.1.4 Sichere Systeme	115
> 6.1.5 Architekturprinzipien	116
> 6.1.6 Virtual Engineering	117
6.2 ROADMAP	120
6.3 FORSCHUNGSFÖRDERINSTRUMENTE	120
6.4 WEITERE EMPFEHLUNGEN	120
7 ANHANG	122
7.1 MITGLIEDER DES STEUERKREISES	122
7.2 MITGLIEDER DES EXPERTENKREISES	122
7.3 WEITERE MITWIRKENDE	124
7.4 QUELLEN	124
7.5 GLOSSAR	129
> AUTORENVERZEICHNIS	132
> acatech – DEUTSCHE AKADEMIE DER TECHNIKWISSENSCHAFTEN	134
> acatech DISKUTIERT	134
BISHER SIND IN DER REIHE „acatech DISKUTIERT“ FOLGENDE BÄNDE ERSCHIENEN:	135

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