Internet of Things. Eine holistische Betrachtung

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1 Internet of Things Eine holistische Betrachtung

2 Zusammenhänge Internet of Things (IoT) 2009 Geprägt durch Kevin Ashton Ursprung im AUTO-ID Center des MIT RFID als Basistechnologie Definition der European Technology Platform on Smart System Integration (EPoSS) Things having identities and virtual personalities operating in smart spaces using intelligent interfaces to connect and communicate within social, environmental, and user contexts. Cyber Physical Systems (CPS) HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 2

3 Zusammenhänge Internet of Things (IoT) Cyber Physical Systems (CPS) 2006: Erste Förderung durch die US National Science Foundation (NSF) 2012: Veröffentlichung der Agenda CPS durch acatech (Prof. Broy) Im Rahmen der Hightech-Strategie für Deutschland Intelligente eingebettete Systeme als Basis HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 3

4 Cyber Physical Systems (CPS) und Smart Systems Smarte Systeme Dezentrale Systeme Selbstorganisation Interagierende CPS Cyber Physical System (CPS) Eigenständige Systeme Sensorik und/oder Aktorik Kommunikationsfähig Dynamische Interaktionen Vernetzte eingebettete Systeme Bildung eines Gesamtsystems Vordefinierte Interaktionen Eingebettete Systeme Abgeschlossen Unabhängig Keine/geringe Interaktion Basierend auf: acatech (Prof. Dr. Broy) Cyber Physical Systems - Innovationsmotor für Mobilität, Gesundheit, Energie und Produktion HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 4

5 Anwendungsdomänen von IoT und CPS HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 5

6 Anwendungsdomänen von IoT und CPS HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 6

7 E Die vierte industrielle Revolution Erste Dampfmaschine von Newcomen (1712) Fließband in der Produktion des Model T (1913) 1. Industrielle Revolution Mechanische Maschinen Dampfkraft Erster Kuka Roboter (1973) Erste SPS Modicon 084 (1969) 2. Industrielle Revolution Massenproduktion am Fließband Elektrische Energie Stahl Zellulare Fördertechnik Frauenhofer IML (2011) 3. Industrielle Revolution Automatisierung Digitalisierung Einsatz von IT 4. Industrielle Revolution Vernetzung Dezentralisierung Cyber Physical Systems ibin Behälter Wuerth Industrie (2013) HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 7

8 Optimierung im Ziele der Revolutionen Erste Dampfmaschine von Newcomen (1712) Fließband in der Produktion des Model T (1913) Erste SPS Modicon 084 (1969) Erster Kuka Roboter (1973) Wuerth Industrie (2013) 3. Industrielle Revolution Automatisierung Aufgabenoptimierung durch Digitalisierung Automatisierung Einsatz von IT-basierte Planung und Datenaustausch 2. Industrielle Revolution Massenproduktion Produktionsoptimierung am Fließband durch Elektrische Energie Arbeitsteilung Stahl Standardisierung / Massenfertigung 1. Industrielle Revolution Mechanische Arbeitsoptimierung Maschinen durch Dampfkraft Maschinelle Unterstützung des Menschen Neue, nicht-menschliche Energieformen 4. Industrielle Revolution Produktverbesserung durch Individualisierung Zellulare Berücksichtigung Fördertechnik des ibin Behälter Frauenhofer Gesamtlebenszykluses IML (2011) Gesamtoptimierung 4. Industrielle Revolution durch Integration Vernetzung über Unternehmensund Dezentralisierung Aufgabengrenzen hinweg Adaptive Cyber Physical Produktion Systems HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 8

9 Sensorik im Einsatz Intranet Internet Cloud Cyber Physical Systems: Sensoren Aktoren Controller PC, Tablet Maschinen Transportsysteme HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 9

10 HSG 4S Strategie Smart Sensors Systems Solutions

11 HSG 4S verbindet MST und ICT Micro Industry, Production Information & Systems Technology Medical Smart Home/Living AAL (Ambient Assisted Living) Communication Technology Cross Domain: Security Interfaces Data Models Brückenbauer zwischen MST und ICT HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 11

12 HSG 4S HSG 4S S mart S ensors S ystems S olutions Internet & Cloud ICT / IT Networks Data Models & I/F Wireline & Wireless Smart Sensors LPLV Low Power Low Voltage MST Micro System Technology HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 12

13 HSG 4S Smart Sensor Model Kommunikation Speicher Datenverarbeitung Energie Signalverarbeitung S1 Sn Größe, Robustheit mm, cm, dm Integrationslevel Platine, ASIC, AVT Laufzeit, Energiebedarf Stunden, Tage, Monate Auswahlkriterien Sensortypen Bewegung, Flüsse, Übertragung Reichweite Bandbreite Verfügbarkeit Verarbeitungslogik Datenfusion und aggregation Datenprotokollierung / -Logging HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 13

14 Bausteine des Smart Sensor Modells Sensortechnik Sensorelektronik Inertialsensorik Energiemanagement Energieautarke Systeme Kabellose Energieübertragung Datenverarbeitung Sensor Fusion Beispiel ZUPT Algorithmus Datenübertragung Wireless Kommunikation Funktechnologien HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 14

15 Integration der smarten Sensoren Benutzer stationär mobil externe Systeme Internet/Cloud Standardisierte Technologien, Protokolle und Schnittstellen (z.b., TCP/IP, HTTP, HTML, SOAP) Visualisierung / Sichten Analyse IT System Datensammlung und -aggregation DB Standardisierte, IP-basierte Kommunikation (z.b., REST Services) Einheitliche Schnittstellen- und Datenbeschreibung Daten-, Protokoll- und Technologieadaptation Sensoren/ Aktoren SS A kabelgebunden S A kabellos HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 15

16 Lösungen zum Bau smarter Sensoren Wireline / Wireless (multiple standards) Micro Electronics Mixed Signal ASICs Kommunikation Data Speicher Daten Verarbeitung Energie Energy Harvester Sensor Readout Low Power / Low Voltage Delta-Sigma Technology Signalverarbeitung S1 Sn Tailored Sensors HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 16

17 Weitere technische Vorträge nach der Kaffeepause Wireless Power Sensor Interface Wireline / Wireless (multiple standards) Daniel Rossbach, Armin Taschwer (HSG-IMIT) Micro Electronics Mixed Signal ASICs Intelligente Sensor-Fusion- Lösungen Manuel Schwab (HSG-IMIT) Sensor Readout Low Power / Low Voltage Delta-Sigma Technology Data Speicher Kommunikation S1 Daten Verarbeitung Signalverarbeitung Sn Energie Intelligente Fluid-Sensorik Intelligentes Energie Management Energy Harvester Philipp Becker (HSG-IMIT) Michael Kaltenbach (Eplsion) Tailored Sensors HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 17

18 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Fragen? Dr.-Ing. Christoph Rathfelder R&D Sensors & Systems HSG-IMIT Wilhelm-Schickard-Str Villingen-Schwenningen IoT/ CPS HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 18

19 Bildquellen Folie 4 Airbag: Cockpit: A380: (Creative Commons Attribution 2.0 Generic) Kühlschrank: Google Glass: Smart Home: Smart Factory: Folie 5 AAL: Fraunhofer Presseinformation Notfallerkennung für Senioren, Industrie 4.0: Plattform-i4.0 Smart Home: Presseinformation 028/2012 des KIT: Smart Mobility: New General Motors System Would Use Smart Phone Technology To Help Drivers Avoid Pedestrians, Inhabitat ( Smart Grid: nuri Telecom: HSG_IMIT (Sensors&Systems) - Dr. C. Rathfelder - Internet of Things 19