AgendaCPS: integrierte Forschungsagenda ; Cyber physical systems
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| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2012
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| Schriftenreihe: | Acatech-Studie
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IMAGE 1
GELEITWORT
7
KURZFASSUNG 9
PROJEKT 13
1 EINFUEHRUNG 17
1.1 ZIELE UND STRUKTUR DES BERICHTS 17
1.1.1 STRUKTUR DES BERICHTS 18
1.2 CYBER-PHYSICAL SYSTEMS - TRENDS UND CHARAKTERISIERUNG 19
1.2.1 OPTIONEN KONVERGIERENDER CPS-TRENDS 2 0
1.2.2 INITIALE CHARAKTERISIERUNG VON CYBER-PHYSICAL SYSTEMS 2 2
1.3 CYBER-PHYSICAL SYSTEMS, IHRE BEDEUTUNG UND CHANCEN FUER DEN
WIRTSCHAFTSSTANDORT DEUTSCHLAND 2 2
1.4 METHODIK UND VORGEHEN 2 5
1.4.1 SZENARIENANALYSE UND STRUKTURIERTE ABLEITUNG VON CPS-FAEHIGKEITEN
UND KEMTECHNOLOGIEN 2 5
1.4.2 VALIDIERUNG DER ERGEBNISSE 2 8
2 CYBER-PHYSICAL SYSTEMS: VISIONEN, CHARAKTERISTIKA UND NEUE FAEHIGKEITEN
2 9
2.1 INEINANDERGREIFENDE ANWENDUNGSBEREICHE 2 9
2.2 SMART MOBILITY - ASSISTENZ, KOMFORT UND SICHERHEIT DURCH
KOOPERIERENDE SYSTEME 31
2.2.1 CPS ALS UMFASSENDE PLANUNGS-UND MOBILITAETSASSISTENTEN 3 2
2.2.2 SICHERHEIT IM VERKEHR DURCH KOOPERIERENDE SYSTEME 3 4
2.2.3 EFFIZIENTE UND SICHERE FAHRT UND KOORDINATION A U F ENGEM RAUM
DURCH AUTONOME SYSTEME 3 6
2.2.4 CPS-MEHRWERT UND NUTZENPOTENZIALE F UE R DIE MOBILE GESELLSCHAFT 3
9
2.3 INDIVIDUELLE UND SICHERE VERSORGUNG - INTEGRIERTE BETREUUNG IN DER
MEDIZIN 4 0
2.3.1 CPS IN TELEMEDIZIN, FERNDIAGNOSE UND BEI DER BETREUUNG ZU HAUSE 41
2.3.2 NACHSORGE UND BETREUUNG IN VERTRAUTER UMGEBUNG 4 3
2.3.3 CPS ALS UNTERSTUETZUNG BEI DER AUTOMATISCHEN ERKENNUNG EINER
NOTFALLSITUATION UND IN DER
ERSTVERSORGUNG 4 5
2.3.4 CPS-MEHRWERT UND NUTZENPOTENZIALE 4 7
2.4 SMART GRID 4 8
2.4.1 MICRO GRID 4 9
2.4.2 IDENTIFIZIERTE MEHRWERTE UND DIENSTE 5 2
2.5 INTELLIGENTE FABRIK - VERNETZTE, ADAPTIVE UND ECHTZEITFAEHIGE
PRODUKTION 5 3
2.5.1 AUFTRAGSABWICKLUNGSPROZESS - SZENARIO UND TEILSZENARIEN 5 5
2.5.2 SZENARIO ZUM PRODUKT- UND PRODUKTIONSENTSTEHUNGSPROZESS 57
2.5.3 CPS-MEHRWERT UND POTENZIALE 5 8
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IMAGE 2
2.6 CHARAKTERISTISCHE FAEHIGKEITEN UND POTENZIALE VON CYBER-PHYSICAL
SYSTEMS
2.6.1 EIGENSCHAFTEN UND NEUARTIGE FAEHIGKEITEN VON CYBER-PHYSICAL SYSTEMS
2.6.2 NUTZEN UND MEHRWERT F UE R GESELLSCHAFT UND WIRTSCHAFT
5 9
60
67
3 CPS-TH EMEN FELDER 6 9
3.1 INTELLIGENTE INFRASTRUKTUR UND ERFORDERLICHE DOMAENENMODELLE 7 0
3.1.1 INFRASTRUKTUR F UE R INTEROPERABLE UND VERLAESSLICHE CPS-DIENSTE 7 0
3.1.2 REFERENZARCHITEKTUREN UND A U F B A U VON DOMAENENWISSEN 7 2
3.1.3 HERAUSFORDERUNGEN 7 3
3.2 VERNETZTES HANDELN IN UNGEWISSEN PHYSIKALISCHEN UND SOZIALEN
UMGEBUNGEN 7 4
3.2.1 DAS SCHALENMODELL SOZIOTECHNISCHER CPS-ANWENDUNGEN 75
3.2.2 ZUNEHMEND UNGEWISSES VERHALTEN IN DER VERNETZTEN WELT 7 8
3.2.3 VERTEILTES HANDELN IN OFFENEN PHYSIKALISCHEN UND SOZIALEN
UMGEBUNGEN 81
3.2.4 VERLAESSLICH HANDELNDE CYBER-PHYSICAL SYSTEMS - NEUE FAEHIGKEITEN
UND HERAUSFORDERUNGEN 8 6
3.3 MENSCH-MASCHINE-INTERAKTION UND GETEILTE KONTROLLE 8 6
3.3.1 KOORDINIERTES SITUATIONSWISSEN UND KONTEXTINTEGRATION ERMOEGLICHEN
INTUITIVE NUTZUNG 8 8
3.3.2 HERAUSFORDERUNG GETEILTE KONTROLLE 8 9
3.4 WESENTLICHE AKZEPTANZFAKTOREN: BRAUCHBARKEIT, TRANSPARENZ,
SICHERHEIT UND A U F B A U VON VERTRAUEN 9 2
3.4.1 INTEGRIERTE DIENSTE M I T BEHERRSCHBARER KOMPLEXITAET 9 3
3.4.2 VERLAESSLICHKEIT UND TRANSPARENZ - VORAUSSETZUNGEN F UE R
GESTAITUNGSFAEHIGKEIT UND VERTRAUEN 9 4
3.5 ZUSAMMENFASSUNG VON CPS-FAEHIGKEITEN UND DER WESENTLICHEN
HERAUSFORDERUNGEN, DIE SICH DARAUS ERGEBEN 9 5
3.6 REVOLUTIONAERE UND EVOLUTIONAERE SYSTEME M I T IHREN HERAUSFORDERUNGEN
FUER DAS ENGINEERING 9 9
3.6.1 EVOLUTION UND ENGINEERING 1 0 0
3.6.2 TECHNOLOGIE-UND FORSCHUNGSFELDER F UE R DAS ENGINEERING 101
4 POLITISCHE UND GESELLSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN 105
4.1 TECHNIKFOLGEN, GESELLSCHAFTLICHE SPANNUNGSFELDER UND
INTERDISZIPLINAERE FORSCHUNGSFRAGEN 105
4.1.1 SICHERHEITSFRAGEN VERNETZTER INTELLIGENTER UND INTERAKTIVER
TECHNIK 1 0 6
4.1.2 INDIVIDUELLE AKZEPTANZ-UND GESTALTUNGSFRAGEN DER TECHNIK 1 0 8
4.1.3 GESELLSCHAFTLICHE HERAUSFORDERUNGEN DURCH GLOBAL VERNETZTE
INTERAKTIVE CYBER-PHYSICAL SYSTEMS 111
4.1.4 GOVERNANCE - GESELLSCHAFTLICHE STEUERUNG OFFENER SOZIOTECHNISCHER
SYSTEME 112
4.1.5 FOLGERUNGEN F UE R EINE REFLEXIVE UND PARTIZIPATIVE
TECHNIKGESTALTUNG UND TECHNIKFOLGENANALYSE 115
4.2 PRIVATSPHAERE UND DATENSCHUTZ 117
4.2.1 RECHTLICHE GRUNDLAGEN DES DATENSCHUTZES 119
4.2.2 ERWEITERTE SICHT: SCHUTZ DER PRIVATSPHAERE 1 2 0
4.2.3 SCHUTZZIELE F UE R EINEN RISIKOBASIERTEN GESTALTUNGSANSATZ 121
4.2.4 FOLGERUNGEN 124
IMAGE 3
5 TECHNOLOGIE-UND ENGINEERING-HERAUSFORDERUNGEN 127
5.1 TECHNOLOGIEN ZUR REALISIERUNG DER BESONDEREN FAEHIGKEITEN VON
CYBER-PHYSICAL SYSTEMS 127
5.1.1 B L : PHYSIKALISCHE SITUATIONSERKENNUNG 129
5.1.2 B2: PLANENDES UND VORAUSSCHAUENDES GANZ ODER TEILWEISE AUTONOMES
HANDELN 130
5.1.3 B3: KOOPERATION UND VERHANDELN 132
5.1.4 B4: MENSCH-MASCHINE-INTERAKTION 133
5.1.5 B5: LERNEN 135
5.1.6 B6: EVOLUTION: STRATEGIEN DER SELBSTORGANISATION UND A D A P T I O
N 136
5.1.7 B7: BASISTECHNOLOGIEN 137
5.1.8 ZUSAMMENFASSUNG DER FUER CYBER-PHYSICAL SYSTEMS BENOETIGTEN
TECHNOLOGIEN 141
5.2 TECHNOLOGIEN ZUR UMSETZUNG NICHTFUNKTIONALER ANFORDERUNGEN -
SICHERHEIT UND SCHUTZ DER PRIVATSPHAERE 142
5.2.1 VERLAESSLICHKEIT 143
5.2.2 BETRIEBSSICHERHEIT UND FUNKTIONALE SICHERHEIT 144
5.2.3 IT-SICHERHEIT: SYSTEMEIGENSCHAFTEN UND ENGINEERING-FRAGEN 146
5.2.4 PRIVATSPHAERE 149
5.3 ENGINEERING-KONZEPTE UND KOMPETENZEN 152
5.3.1 NUTZERZENTIERTE, PARTIZIPATIVE UND VIRTUELLE VERFAHREN F UE R
ERHEBUNG, ENTWURF UND BEWERTUNG 153
5.3.2 ZENTRALE BEDEUTUNG DES REQUIREMENTS ENGINEERING 154
5.3.3 UMFASSENDE UND INTEGRIERTE MENSCH-, SYSTEM- UND ARCHITEKTURMODELLE
157
5.3.4 DOMAENEN-ENGINEERING UND SYSTEMMANAGEMENT 165
5.3.5 QUALITAETS-ENGINEERING 167
5.4 ZUSAMMENFASSUNG DER TECHNOLOGISCHEN HERAUSFORDERUNGEN 170
6 GESCHAEFTSMODELLE UND OEKOSYSTEME 175
6.1 AUSGANGSBASIS UND HERAUSFORDERUNGEN DES WANDELS 175
6.1.1 BEGRIFFSKLAERUNG 177
6.2 AUSWIRKUNGEN UND CHANCEN VON CYBER-PHYSICAL SYSTEMS FUER
GESCHAEFTSMODELLE UND OEKOSYSTEME 179
6.2.1 NUTZENVERSPRECHEN 179
6.2.2 ARCHITEKTUR DER WERTSCHOEPFUNG 181
6.2.3 ERTRAGSMODELL 186
6.3 DISRUPTIVES INNOVATIONSPOTENZIAL VON CYBER-PHYSICAL SYSTEMS 186
6.4 ZUSAMMENFASSUNG 1 8 8
7 STANDORTBESTIMMUNG, ANALYSE UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 191
7.1 ERFORDERLICHE INTEGRIERTE INNOVATIONSANSTRENGUNGEN 191
7.2 SWOT-ANALYSE 195
7.2.1 STAERKEN UND SCHWAECHEN DES INNOVATIONSSTANDORTS DEUTSCHLANDS IM
BEREICH DER
CYBER-PHYSICAL SYSTEMS 195
7.2.2 CHANCEN UND RISIKEN DES INNOVATIONSSTANDORTS DEUTSCHLANDS IM
BEREICH DER
CYBER-PHYSICAL SYSTEMS 2 0 0
7.2.3 STRATEGISCHE HANDLUNGSFELDER 2 0 2
IMAGE 4
ANHANG A: STAND DER FORSCHUNG UND TECHNIK 2 0 7
A . L PROGRAMME UND REGIONALE SCHWERPUNKTE 2 0 7
A . L . L DEUTSCHLAND 2 0 7
A.1.2 EUROPA 2 1 0
A.1.3 USA 2 1 4
A . L . 4 BRICS-STAATEN UND ASIEN 216
A.2 STAND DER FORSCHUNG UND TECHNIK 218
ANHANG B: INTEROPERAB1LITAETS- U N D QUALITY-OF-SERVICE-PLATTFORMDIENSTE
A M BEISPIEL DER DOMAENE FAHRZEUG 2 2 3
B.L EINFUEHRUNG 2 2 3
B.2 HERAUSFORDERUNGEN 2 2 4
B.3 BESCHREIBUNG DER DIENSTE 2 2 5
B.3.1 KOMPONENTENMANAGEMENT 2 2 5
B.3.2 PHYSIKALISCHE UMWELT- UND KONTEXTERKENNUNG 2 2 7
B.3.3 DYNAMISCHE VERWALTUNG 2 2 8
B.3.4 DIENSTEINTERAKTION 231
B.3.5 QUALITY O F SERVICE 2 3 2
B.3.6 SICHERHEIT: BETRIEBS- UND IT-SICHERHEIT 2 3 3
B.3.7 INTERMODALITAET UND INTEROPERABILITAET 2 3 6
ANHANG C: ERGEBNISSE UMFRAGE MITTELSTAND 2 3 7
GLOSSAR 241
LITERATURVERZEICHNIS 261
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 2 9 3
AUTORENVERZEICHNIS 2 9 5 |
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