paluno Software & CPS Matthias Book Innovationsworkshop Horizon 2020 ICT

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1 Impulse aus dem CPS-Netzwerk NRW Software & CPS Matthias Book Innovationsworkshop Horizon 2020 ICT Cyber Physical NRW

2 Überblick: Software-technische Herausforderungen Cyber Physical Systems sind softwareintensive Systeme, deren Architektur und Funktionalität deutlich komplexer mit den Anwendungsdomänen verwoben ist als die klassischer Softwaresysteme. Sie erfordern die Entwicklung erweiterter softwaretechnischer Methoden für eine Vielzahl von Herausforderungen: Kontextsensitivität Flexibilität Autonomität Nichtdeterminismus Interaktivität Mobilität Interdisziplinarität

3 Kontextsensitivität in CPS Erfassung und Interpretation des aktuellen Systemkontextes physische Parameter über entsprechende Sensoren messbar einzelne Sensoren oder Sensornetze individuelle, aggregierte oder abgeleitete Messwerte fachliche Parameter aus Prozessaktivitäten ableitbar z.b. Warenpreise, Prozessausführungszeit, Kundenstatus etc. u.u. unstrukturierte Daten aus heterogenen Quellen (Big Data) Interpretation und Entscheidungsfindung erfordern semantisches Wissen bzw. Regelwerk sorgfältig zu formulieren, zu kalibrieren und zu testen

4 Flexibilität und (Teil-)Autonomität in CPS Aufgrund enger Verknüpfung von CPS mit der Realwelt ist Flexibilität essentiell, um hohe Anpassungsaufwände zu vermeiden physische Gegebenheiten ändern sich u.u. schneller, als menschliche Betreiber reagieren können weitgehende Flexibilität und Autonomität erforderlich: keine manuellen Entscheidungen/Eingriffe von Entwicklern/Benutzern erforderlich Automatische Erkennung von Veränderungsnotwendigkeiten erfordert umfassendes Verständnis des Systems und seiner Umgebung Automatische Umsetzung von Veränderungen Erfordert möglichst minimal-disruptive Adaptionsmechanismen

5 Nichtdeterminismus in CPS physische Welt in weiten Teilen nicht kontrollierbar breites Spektrum an unerwarteten Ereignissen oder Fehlern denkbar möglichst wenige Annahmen über Umgebungsverhalten besonders robuste Schnittstellen des CPS zur Umgebung erforderlich besonders robuste Mechanismen zur Behandlung unerwarteter bzw. fehlender Eingaben erforderlich 5

6 Interaktivität in CPS wichtiges Designziel vieler CPS: Komfort, Gesundheit, Sicherheit des Menschen Mensch-Maschine-Schnittstelle trotz weitgehender Unsichtbarkeit der CPS von besonderer Bedeutung auch komplexe Systeme müssen sicher bedient werden können Herausforderung: Selbstorganisierender Charakter vieler CPS menschliche Nutzer haben keine alleinige Kontrolle über das System Herausforderung: Irreversibilität physischer Aktionen viele Aktionen in der Realwelt erlauben kein beliebiges Undo 6

7 Interdisziplinarität von CPS-Projekten CPS verknüpfen IT mit verschiedensten Technologie- und Fachdisziplinen Kollaboration zwischen Software-Entwicklern, Ingenieuren, Betriebswirten etc. erforderlich Erweiterte Sprachen und Methoden erforderlich für Entwurf Konstruktion Qualitätssicherung Betrieb 7

8 Ansatzpunkte für Projekte im Bereich Software & CPS im Horizon 2020-Arbeitsprogramm A new generation of components and systems ICT : Smart Cyber-Physical Systems Future Internet ICT : Advanced Cloud Infrastructures and Services ICT : Tools and Methods for Software Development Content technologies and information management ICT : Big data and Open Data Innovation and take-up ICT : Big data research ICT : Multimodal and Natural computer interaction ICT Cross-Cutting Activities ICT : Internet of Things and Platforms for Connected Smart Objects 8

9 Q & A Matthias Book paluno The Ruhr Institute for Software Technology Universität Duisburg-Essen 9

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