Cyberphysische Systeme

Definition

Cyberphysische Systeme (Abk. CPS; engl. cyber-physical systems) zeichnen sich durch eine tiefgreifende Verknüpfung von Software- bzw. informationslogistischen Komponenten (Cyber*) mit mechanischen, elektronischen und sensorischen Komponenten (*physisch) aus. Hierbei erfolgt die Steuerung, und somit auch der Datentransfer- und austausch über Netzwerksysteme in Echtzeit.


Diese Netzwerkservices können sowohl lokal als auch weltweit über Cloud-Dienste und das Internet realisiert werden. Sie sind durch ihre Autonomie und gleichzeitiger Vernetzung das logische Bindeglied zwischen der Entwicklung eingebetteter Systeme und dem Internet der Dinge - und somit dessen Grundlage und Befähiger.

Vom eingebetetten System zum Internet der Dinge


Anwendungen und Technologie

CPS bestehen immer aus einer Kombination von verschiedenen Elementen. Die Grundlagen stammen dabei aus den verschiedensten ingenieurs- und naturwissenschaftlichen Fachbereichen, wie etwa der Elektrotechnik, Maschinenbau, Robotik und Informatik.

Üblicherweise bestehen diese Systeme aus den folgenden Komponenten:

  • Sensoren
  • Aktoren
  • Eingebettete Systeme (embedded systems)
  • Drahtlose und/oder kabelgebundene Vernetzungsmöglichkeiten
  • Netzwerkinfrastrukturen, inkl. Backend-Serverinfrastruktur und Datenbanken
  • Softwaresysteme
  • grafische Benutzeroberfläche (GUI; Grafic User Interface)

Generell können CPS sowohl stationär als auch mobil eingesetzt werden. Heutige Hauptnutzen sind hierbei der Einsatz in modernsten Industrieanlagen, intelligenter Steuerung und Betrieb von Stromnetzen (smart grids), die Medizintechnik (auch: E-Health) und Umweltbeobachtungs- und Warnsysteme (Tsunami-/Erdbebenwarnsysteme). Ein immer stärkerer Fokus – für deutsche wie internationale Autobauer – rückt auf smart mobility und hier insbesondere auf das autonome Fahren.

Ausblick und Kritik

Eine große Herausforderung bei der Entwicklung und Nutzung cyberphysischer Systeme liegt in deren hoher Komplexität begründet. Die hochsensitiven Systeme können durch entstehende Abhängigkeiten im Gesamtsystem bei Ausfall einzelner Komponenten sehr störanfällig sein. Einzelvorfälle können somit das Gesamtsystem zum Erliegen bringen.

Einer der Hauptvorteile – die Automatisierung und Effizienzsteigerung durch sich laufend anpassende Systeme ohne menschlichen Eingriff – bedingt eine weitere Eigenschaft, der durch Konstruktion/Architektur und Programmierung - also dem generellen CPS-Design - so weit wie möglich vorgebeugt werden muss: Die Systeme könnten falsche Entscheidungen auf Basis richtiger oder falscher Daten treffen. Im ersten Falle könnte dies ein nicht vorgesehenes Ereignis sein, im zweiten beispielsweise der bereits im vorigen Absatz erwähnte (Teil-)Ausfall von Komponenten bzw. Sensorik oder auch bewusste Manipulationen durch physische oder Hacker-Eingriffe.

In hochentwickelten CPS besitzen Menschen zukünftig nur noch Kontroll- und kaum Steuerungsfunktion. Zusätzlich ist eine Verknüpfung von Systemen aus den verschiedensten Bereichen hin zur Smart City bereits im vollen Gange. Eine Verquickung von smart und E-Mobility zum Beispiel, oder der Datenaustausch zwischen dem eigenen Smart Home, Micro Grid und Smart Grid ist aktuell in Teilbereichen bereits möglich und wird immer weitere Verbreitung finden. Auch Smart Production & Logistics Systeme sind heute schon bei Branchenführern zu sehen und entwickeln sich rasant weiter. Die Notwendigkeit von Flexibilität und Anpassungsfähigkeit in der heutigen VUCA-Umgebung (volatility, uncerntainty, complexity, ambiguity) und der laufende technische Fortschritt, wird den Megatrend von selbststeuernden Cyberphysischen Systeme eher noch weiter beschleunigen.

 

 


Ineinander greifende CPS-Anwendungsbereiche und übergreifende Nutzungsprozesse


Unsere smarten apps

Zukünftig finden Sie hier passende Apps zum Thema: Cyberphysische Systeme


Quellen

Kontakt

+49 89 44 388 99 50

contact@smart-applications.com

Nutzen Sie unser Kontaktformular.