Geschäftsfeld Autonomous & Cyber-Physical Systems

Mit Autonomie wird die nächste Stufe der Automatisierung und damit der Effizienz erreicht. Durch den Wegfall von manuellen Regelungen werden die Reaktionszeiten von Systemen auf Veränderungen in der Umgebung verkürzt. Dadurch können Kosten gespart und Ziele optimaler erfüllt werden. Allerdings müssen Risiken, z.B. in Bezug auf eine mögliche Gefährdung von Mensch und Umwelt oder die Ausfallsicherheit kritischer Systeme genauestens analysiert und abgesichert werden. Einige Herausforderungen existieren auch bei der Beherrschung der Komplexität und Variabilität dieser Systeme. In diesen Bereichen forscht das Fraunhofer IESE seit einigen Jahren und entwickelt Lösungsbausteine, dessen verschiedene Angebote nun in einem Geschäftsfeld gebündelt werden.

Herausforderungen

Von Autonomie spricht man, wenn Systeme ihr Verhalten aufgrund von vorher ungeplanten Ereignissen selbst ändern können.

Als cyberphysische Systeme werden softwarebasierte Systeme bezeichnet, welche automatisiert physikalische Vorgänge in der realen Welt steuern, wie z.B.:

  • das Einschalten von Pumpen,
  • das Öffnen von Wehren oder
  • das Deaktivieren von Windkraftanlagen.

Vernetzt mit digitalen Diensten entstehen so digitale Ökosysteme. Deren Entwicklung und Betrieb wiederum bringt eine ganze Reihe neuer Herausforderungen mit sich:

Komplexität

Der zunehmenden Komplexität der Systeme liegen unterschiedliche Ursachen zu Grunde:

  • Gesamtgröße sowie Zahl und Umfang der Schnittstellen
  • Einsatzumgebung (z.B. Navigation eines autonomen Fahrzeugs im Stadtverkehr)
  • Aufgabenstellung (z.B. Koordinieren von Lieferdrohnen)

Die Chancen für die Beherrschung dieser Komplexität liegen in der Automatisierung – was die Implementierung durch Code-Generierung aus Repräsentationen auf höherem Abstraktionsgrad betrifft, aber auch den Bereich Qualitätssicherung und Validierung.

Am Fraunhofer IESE gibt es speziell für eingebettete Systeme eine entsprechende Modellierungsmethode, welche im Rahmen mehrerer nationaler Forschungsprojekte und unter Mitwirkung führender Wirtschaftsunternehmen entwickelt wurde (SPES XT Modellierungsframework). Dabei vereinfachen unterschiedliche Abstraktionsebenen und Sichten auf das System die Handhabung. Wichtig bei eingebetteten Systemen ist, dass Hardwareaspekte in einer speziellen Sicht behandelt werden. Der Ansatz baut dabei auf UML und SysML auf.

Adaptivität

Eine weitere große Herausforderung stellt die Adaptivität dar: Systeme müssen sich, idealerweise autonom, an Änderungen anpassen. Das Einsatzumfeld ist oft so komplex, dass es bei der Entwicklung nicht vollständig bekannt ist. Lösungsansätze hierzu arbeiten mit angepassten Systemarchitekturen und Systemkonzepten.

Querschnittliche Qualitätsaspekte

  • Funktionssicherheit
  • Cybersicherheit
  • Benutzerfreundlichkeit

Am Fraunhofer IESE finden sich hierzu kompetente Ansprechpartner. Die Lösungen des Fraunhofer IESE im Bereich cyberphysischer Systeme machen Abhängigkeiten zwischen diesen Qualitätsaspekten explizit, wodurch ein frühzeitiges Erkennen von Mängeln und Einflussfaktoren ermöglicht wird.

Leistungsangebot des Fraunhofer IESE

Unsere Mitarbeiter unterstützen Unternehmen in unterschiedlichen Situationen:

  • bei der Gestaltung von Produktinnovationen: Rapid Innovation Lab
  • bei der Ausarbeitung adäquater Engineering-Prozesse: Efficient Engineering Solutions
  • bei der Diagnose und Bewertung bestehender Systeme und Systemkonzepte: 360° Diagnostics Center