CPS.HUB NRW-Fachgruppen: Themen, Meilensteine und Projektvorschläge Stand Mai 2015
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CPS.HUB NRW-Fachgruppen: Themen, Meilensteine und Projektvorschläge Stand Mai 2015
Cyber Physical Systems –
Status quo und Perspektiven in
Nordrhein-Westfalen
Die digitale Transformation verändert
Unternehmen, Märkte und Branchenstrukturen
so tiefgreifend, dass kein Stein auf dem
anderen bleibt. Wirtschaft und Forschung
stehen vor einem Paradigmenwechsel: Cyber
Physical Systems (CPS), die die Basis für
Innovationen von morgen bilden, können nicht
mit den Modellen und Verfahren von heute
entwickelt werden. Es werden dringend neue
Ansätze benötigt, um die Entwicklung und den
Betrieb von Cyber Physical Systems
beherrschbar zu machen und Innovations-
hemmnisse zu überwinden. Unternehmen
müssen neue Technologieinfrastrukturen Monika Gatzke,
Clustermanagement
aufbauen, die verschiedene Ebenen IKT.NRW
zusammenführen: Software, Hardware,
Robotics, Kommunikation, Cloud und
Sicherheit. Und natürlich geht es auch um neue Geschäftsmodelle.
Gemeinsam mit namhaften Experten haben wir diesen Wandel aus
NRW-Sicht untersucht und umfassendes Wissen in den relevanten
CPS-Domänen aufgebaut. Beim Crossover Roundtable des CPS.HUB
NRW - Innovation Platform for Cyber Physical Systems am 29. April
2015 in Dortmund wurde Bilanz gezogen: Was haben wir bereits
erreicht und was brauchen wir in NRW noch für eine erfolgreiche
digitale Transformation? Dabei ist nicht nur die geballte Digital-
Kompetenz des Landes sichtbar geworden. Dank der einzigartigen
Zusammenarbeit zwischen IKT-Wirtschaft, traditioneller Industrie,
Verbänden und Politik ist NRW auf der Überholspur in Sachen Cyber
Physical Systems (CPS): Acht Fachgruppen zu zukunftsweisenden
Technologie- und Anwendungsthemen wie Industrie 4.0, über 400
vernetzte Akteure, eine Roadmap, acht Studien – das sind die "Hard
Facts" aus zweieinhalb Jahren intensiver Arbeit.
Diese Broschüre gibt einen umfassenden Überblick über die Ziele,
Themen und Meilensteine der Fachgruppen. Sie sind noch nicht dabei
und möchten Teil des dynamischen Netzwerks werden? Dann kommen
Sie auf uns zu.
Ihre
2
Fachgruppe Software
Systeme der Zukunft sind Software-gesteuert: Software Lead Expert
ist das logische Bindeglied aller Komponenten der vernetzten Welt –
ob in der Smart Factory oder im intelligenten Verkehr. Damit diese
Systeme zuverlässig funktionieren, arbeiten wir an neuen
Modellierungs- und Simulationsverfahren, mit denen die Abläufe in der
Realität möglichst umfassend abgebildet werden können.
Erreichte Meilensteine:
Kick-off der Fachgruppe (Mai 2013) / http://tiny.cc/9fl0xx
Studie: Cyber-Physical Systems – Potenzial und Kompetenzen in
Prof. Dr. Volker Gruhn
NRW (November 2013) / http://tiny.cc/ril0xx
Paluno – The Ruhr Institute for
Thesenpapier für IKT.NRW Roadmap 2020 (Oktober 2013) Software Technology,
Universität Duisburg-Essen
IuK-Tag 2013 / http://2013.iuk-tag-nrw.de/
Gemeinsamer Workshop mit der Fachgruppe Devices:
Innovatives Software-Engineering für die Industrie 4.0 (Juli 2014) Kontakt:
IuK-Tag 2014 / http://www.iuk-tag-nrw.de/ Marc Hesenius
Tel.: 0201.183 7044
Aktuelle Themen der Fachgruppe: marc.hesenius@paluno.uni-
due.de
Technische Herausforderungen
Komplexität und Adaptivität
- Flexibilität, Autonomität, Kontextbewusstsein
- Interaktions- und sozio-technische Aspekte
- Langlebigkeit und Evolution
Architektur und Aufbau von CPS
- Dezentralität, Mobilität, Nichtdeterminismus
Menschliche Herausforderungen
Integration verschiedener Fachbereiche
Kommunikation zwischen Spezialisten
Mitmachen
Sie haben Interesse an einer
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb: Mitwirkung in der Fachgruppe?
Dann nehmen Sie Kontakt mit
Gesundheit: Assistenzsysteme für Laien in Notfallsituationen uns auf unter
Produktion: Supply Chain Mgmt. in JIT-Produktionsstätten http://cps-hub-
Logistik: Monitoring der Transportbedingungen nrw.de/#Kontakt
oder per E-Mail an
kontakt@cps-hub-nrw.de
3
Fachgruppe Cloud Computing
Cloud Computing wird in Zukunft unverzichtbar für die Lead Expert
flexible Auswertung von Daten (Big Data) und die Steuerung von
Komponenten in Cyber Physical Systems sein. Um die Vorteile u. a. im
Hinblick auf neue Geschäftsmodelle in der Industrie 4.0 nutzen zu
können, entwickeln wir Werkzeuge und Methoden des Cloud
Computing für den Einsatz in speziellen Anwendungen weiter .
Erreichte Meilensteine:
IT Gipfel: Präsentation der Cloud Plattform „Logistic Mall“ der
Kanzlerin (November 2013) / http://tiny.cc/zmo0xx
Prof. Dr. Jakob Rehof
Aufnahme öffentlicher Wirkbetrieb der Logistic Mall (2013) /
Fraunhofer Institut für Software-
http://www.logistics-mall.com und Systemtechnik
Kick-off-Workshop (Juni 2013) / http://tiny.cc/wl2cyx
Thesenpapier für IKT.NRW Roadmap 2020 (Oktober 2013) Kontakt:
Studie: Cloud Computing und Cyber Physical Systems (April
Dr. Ulrich Springer
2014) / http://tiny.cc/xpo0xx Tel.: 0231.97677 400
Workshop: Innovative Prozesse, Services und Geschäftsmodelle ulrich.springer@isst.fraunhofer.
in der Industrie 4.0 (Juli 2014) de
UserGroup Logistic Mall, offen für alle interessierten
Unternehmen (2015) /
http://www.ccl.fraunhofer.de/de/usergroup.html
Aktuelle Themen der Fachgruppe:
Sichere Daten in der Cloud (Industrial Data Space)
Auswertung und Verwertung von Daten in der Cloud,
Big Data
„Digitalisierung“ mit Hilfe der Cloud
Ausbau des Serviceangebotes in der Cloud
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb: Mitmachen
Sie haben Interesse an einer
Rapid Application Development Kit für Cloud Computing Mitwirkung in der Fachgruppe?
BPM für Cloud Computing Dann nehmen Sie Kontakt mit
uns auf unter
Lifecycle Management für Cloud Services
http://cps-hub-
nrw.de/#Kontakt
oder per E-Mail an
kontakt@cps-hub-nrw.de
4
Fachgruppe Cyber Physical
Devices
Cyber Physical Devices (CPDs) – von Sensoren, Aktoren Lead Expert
über eingebettete Systeme bis hin zu Handys und ganzen Produktions-
anlagen – bilden die Schnittstelle zwischen dem Cyberspace und der
realen Welt. Damit die Zusammenarbeit zwischen beiden Welten
reibungslos funktioniert, arbeiten wir daran, diese Schnittstellen
komfortabel und transparent zu gestalten. Gleichzeitig schaffen wir
Vorbilder für neue Geschäftsmodelle und Dienste, die durch die
Vernetzung aus den neu gewonnenen Daten (Big Data) entstehen.
Erreichte Meilensteine:
Kick-off (Juni 2013) / http://tiny.cc/o31cyx
Thesenpapier für IKT.NRW Roadmap 2020 (Oktober 2013) Prof. Dr. Gregor Engels
Universität Paderborn
IuK-Tag 2013 / http://2013.iuk-tag-nrw.de/
Studie: Cyber Physical Devices – Die Schnittstelle zwischen
Kontakt:
Cyberspace und realer Welt (Dezember 2013) /
http://tinyurl.com/l7b7vyx Dr. Bernd Kleinjohann
Gemeinsamer Workshop mit der Fachgruppe Software: Tel.: 05251.60 6101
bernd.kleinjohann@c-lab.de
Innovatives Software-Engineering für die Industrie 4.0 (Juli 2014)
IuK-Tag 2014 / http://www.iuk-tag-nrw.de/ Dr. Lisa Kleinjohann
Tel.: 05251.60 6102
lisa.kleinjohann@c-lab.de
Aktuelle Themen der Fachgruppe:
Methodischer Entwurf (Simulation, Standards)
Sensordatenauswertung (Video, Audio)
Sensororientierte Komposition von Diensten
Energieeffizienz
Selbstorganisation, Autonomie (Self-X)
Context awareness
Usability von Devices (Mobiler Zugriff, HTML 5)
Kooperation Mensch-Roboter
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb: Mitmachen
Sie haben Interesse an einer
Produktion: Kooperative Fertigung, Ursability von Maschinen, Mitwirkung in der Fachgruppe?
AR/VR Dann nehmen Sie Kontakt mit
uns auf unter
Mobilität: Intelligente und vernetzte Fahrzeuge
http://cps-hub-
Energie: Intelligente Steuerung der Energieerzeugung und nrw.de/#Kontakt
Nutzung
oder per E-Mail an
Smart Cities: Logistik, Mobilität, Energie, zivile Sicherheit
kontakt@cps-hub-nrw.de
5
Fachgruppe Cybernetics &
Robotics
Neben der Fachexpertise in den einzelnen technologischen Lead Expert
Bereichen ist ein „Supervisor“-Blick auf das Gesamtsystem notwendig:
Was eigentlich ist die „Intelligenz“ von CPS, wie funktioniert die
Entscheidungsfindung in dezentral gesteuerten Systemen, und wieviel
Autonomie von Robotern ist möglich, nötig und erwünscht? Mithilfe der
Kybernetik (engl. Cybernetics) entwickeln wir Ansätze für die
intelligente Steuerung hybrider Systeme aus Robotern, IT-Agenten und
Menschen.
Erreichte Meilensteine:
Studie: Kybernetik und die Intelligenz vernetzter Systeme
(Dezember 2014) / http://tinyurl.com/nwmyzmo Prof. Dr. Sabina Jeschke
Kick-off „Wenn Maschinen kooperieren lernen – Dezentrale IMA/ZLW & IfU – RWTH
Aachen
Steuerung und Intelligenz in vernetzen Systemen“ (Februar
2015) / http://tinyurl.com/mgb9u9d
Kontakt:
Aktuelle Themen der Fachgruppe: Dr. Tobias Meisen
Steigerung der Selbstständigkeit in der Produktion Tel.: 0241.80911 39
tobias.meisen@ima-zlw-
- kooperative Robotik ifu.rwth-aachen.de
- verteilte Teams mit dezentralen Steuerungsparadigmen
Christian Büscher
- systeminhärente Intelligenz zur Steigerung von Prozess- und Tel.: 0241.80911 38
Produktqualität sowie Sicherheit christian.buescher@ima-zlw-
ifu.rwth-aachen.de
Aufbrechen von hierarchischen Strukturen zur Komplexitätsreduktion
- dezentral verteile Agenten und Dienste
- offene Sprachen und semantische Interpretation für
Kommunikation und Kooperation
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb:
Mobilitätsmanagement in der Smart City
3M: Mensch, Maschine, Mobilität
Mitmachen
Intelligente Kommunikation in CPPS
Sie haben Interesse an einer
Aus- und Weiterbildung von Fachkräften in der Industrie 4.0 Mitwirkung in der Fachgruppe?
Dann nehmen Sie Kontakt mit
uns auf unter
http://cps-hub-
nrw.de/#Kontakt
oder per E-Mail an
kontakt@cps-hub-nrw.de
6
Fachgruppe Cyber Physical
Security
Bisher abgeschottete Systeme wie z. B. Produktionsanlagen Lead Expert
werden durch die Anbindung an das Internet plötzlich angreifbar. Damit
Sicherheit nicht zum Hemmnis sondern zum Enabler für innovative
Anwendungen wird, entwickeln wir ganzheitliche und kostengünstige
Sicherheitskonzepte (Cyber Physical Security), die alle Ebenen
umfassen: eingebettete Sicherheit, Softwaresicherheit, Systemsicher-
heit und Datenschutz.
Erreichte Meilensteine:
Thesenpapier für IKT.NRW Roadmap 2020 (Oktober 2013)
Veranstaltungen zum Thema Cyber Physical Security
- 5. IuK-Tag am 20.11.2015 in Bochum: Digital Industrial NRW Prof. Dr. Thorsten Holz
Ruhr-Universität Bochum
– Smart & Secure
Gemeinsame Konsortien/Forschung
Dialog mit den anderen Fachgruppen Kontakt:
- Anforderungen und Grenzen
Prof. Dr. Thorsten Holz
- Anwendungsfelder für Security und Privacy Tel.: 0234.32 25199
thorsten.holz@rub.de
Aktuelle Themen der Fachgruppe:
Steigende Komplexität durch zunehmende
Vernetzung/Kommunikation
- Cloud Computing als Chance und Risiko
- (Echtzeit-)Anforderungen als Herausforderung
Zunehmendes Risiko für Cyberangriffe
- Hochofen in Deutschland als Ziel (BSI/2014)
Security und Privacy als Enabling Factor
Schutz vor Reverse Engineering
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb:
Eindeutige und sichere Identitätsnachweise für Produkte,
Prozesse und Maschinen (Lightweight Crypto)
Schutz vor Produktpiraterie (Obfuscation und Schutz gegen
Reverse Engineering) Mitmachen
Sie haben Interesse an einer
Integrierte Sicherheitskonzepte, -architekturen und -lösungen Mitwirkung in der Fachgruppe?
(holistischer Ansatz für konkreten Anwendungsfall) Dann nehmen Sie Kontakt mit
uns auf unter
http://cps-hub-
nrw.de/#Kontakt
oder per E-Mail an
kontakt@cps-hub-nrw.de
7Fachgruppe CPS in der
Produktionspraxis
Um Unternehmen auf ihrem Weg in die "Industrie 4.0" zu Lead Expert
unterstützen, zeigen wir anhand von konkreten Anwendungsfällen die
Potenziale von Cyber Physical Systems für die Produktionspraxis auf.
Im Vordergrund stehen die aktuelle sowie zukünftige CPS-Kompetenz
des Landes NRW. Das entwickelte Konzept der Wirtschaftlichkeits-
betrachtung trägt dazu bei, die Investitionsentscheidung in neue
Technologien zu erleichtern.
Erreichte Meilensteine:
Kick-off-Workshop: Cyber Physical Systems in der
Produktionspraxis. Chancen für IKT und Industrie in Nordrhein-
Westfalen (Juni 2014) http://tinyurl.com/q93xmxz Prof. Dr. Volker Stich
Studie: Cyber Physical Systems in der Produktionspraxis (April FIR an der RWTH Aachen
2015) / http://tinyurl.com/ltldvn4
Kontakt:
Aktuelle Themen der Fachgruppe – Ergebnisse der Studie:
Violett Zeller
Technologie-Basis und Know-how in NRW vorhanden Tel.: 0241.47705 512
Industrie 4.0-Forschungsprojekte sichern Zukunftsfähigkeit des Violett.Zeller@fir.rwth-
aachen.de
Wirtschaftsstandorts Deutschland
Vernetzte Lösungen mit Sensorik und Aktorik umgesetzt Felix Jordan
Verbesserungspotenzial bei dezentraler Informationsverarbeitung Tel.: 0241.47705 519
Felix.Jordan@fir.rwth-
und Integration in die Wertschöpfungskette aachen.de
Systematische Entscheidung über die Investition in neue
Technologien als Herausforderung
Umsetzung von Industrie-4.0-Lösungen bedeutet
Unternehmenstransformation
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb:
Innovations- und Technologiemanagement für Industrie 4.0
- Technologiekalender
- Methoden und Modelle zur integrierten Betrachtung von IT
und Produktionstechnologien Mitmachen
Industrie-4.0-Use-Case-Atlas Sie haben Interesse an einer
Mitwirkung in der Fachgruppe?
Dann nehmen Sie Kontakt mit
uns auf unter
http://cps-hub-
nrw.de/#Kontakt
oder per E-Mail an
kontakt@cps-hub-nrw.de
8Fachgruppe
Kommunikationsnetze
Mit der fortschreitenden Vernetzung steigt die Zahl der Lead Expert
Kommunikationspartner rasant. Was müssen die Netze der Zukunft
leisten und wie müssen wir sie bauen? Diese Frage steht im
Vordergrund unserer Arbeit. Ziel ist es, Methoden und Qualitäts-
kriterien für das Design der Netze zu entwickeln – damit z. B. auch im
Smart Grid eine zuverlässige Energieversorgung gewährleistet ist.
Erreichte Meilensteine:
Kick-off (mai 2013) / http://tiny.cc/2c4cyx
Thesenpapier für IKT.NRW Roadmap 2020 (Oktober 2013)
Studie: Kommunikationsnetze für Cyber Physical Systems
(November 2013) / http://tinyurl.com/lyrpbg9 Prof. Dr. Christian Wietfeld
TU Dortmund
Workshop: Innovation und Kooperation für das Internet der
Zukunft (Mai 2014)
Workshop: Intelligente Sensornetze – Geschäftspotenziale und Kontakt:
technologische Herausforderungen (Oktober 2014) Christian Ide
Beiträge zu Ausschreibungen: Christoph.ide@tu-dortmund.de
- DFG-Schwerpunktprogramm „Cyber Physical Networking“
- Planung BMBF Ausschreibungen zu Industrie 4.0
- EFRE-Leitmarktwettbewerb
Aktuelle Themen der Fachgruppe:
Dependability: Hohe Zuverlässigkeit / Verfügbarkeit
Echtzeitfähigkeit Low Latency
Migration von spezifischen Bussystemen zu generischen
Konzepten Software-Defined Networking
Für Funksysteme:
- Licensed vs. Unlicensed Spectrum
- Dedicated und Virtualized Spectrum
Für bestimmte Anwendungen: Energieeffizienz
Optimierung von LTE für CPS-Anwendungen
Mitmachen
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb: Sie haben Interesse an einer
Mitwirkung in der Fachgruppe?
Kommunikationstechnische Vernetzung von Cyber-Physischen- Dann nehmen Sie Kontakt mit
Produktionssystemen (CPPS) von Produktionsstätten für künftige uns auf unter
„Smart Factories“ http://cps-hub-
IKT-basierte Mensch-Maschine-Schnittstellen zur Unterstützung nrw.de/#Kontakt
der Flexibilität und die Rekonfigurierbarkeit der Anlagen oder per E-Mail an
kontakt@cps-hub-nrw.de
9Fachgruppe IKT und
Energienetze
Um Smart Grids zu realisieren und die Herausforderungen Lead Expert
der Energiewende zu bewältigen, brauchen wir Cyber Physical
Systems für die Energieversorgung, die die speziellen Bedarfe und
Anforderungen von Energienetzen in Hinsicht auf Sicherheit, Planung
und Betrieb berücksichtigen. Wir bündeln das Expertenwissen von
Energie- und IKT-Fachleuten, so dass passgenaue Lösungen
entwickelt werden.
Erreichte Meilensteine:
Broschüre: „Intelligente Energienetze Forschungsfelder und
Akteure aus Nordrhein-Westfalen“ / http://tinyurl.com/kltmcgm
Beiträge zum VDE-Positionspapier „Kommunikationsnetz Prof. Dr. Christian Wietfeld
für das Smart Grid“ (zur CeBIT 2015 veröffentlicht) TU Dortmund
Organisation & Veranstaltung int. Testivals des ISO/IEC 15118
Arbeitsgremiums zur E-Fahrzeug Ladeschnittstelle, Kontakt:
Chicago (11/2014), Tokyo (4/2015), Dortmund (11/2015)
Jens Schmutzler
NRW TIE-IN (Kompetenzzentrum Netze und Infrastruktur) auf Jens.schmutzler@tu-
der HANNOVER MESSE 2015 (GGEMO Stand des BMWi) dortmund.de
Impulse für neue Projekte im Vorfeld der Leitmarkt-Wettbewerbe:
- z.B. BMBF Dt.-Franz. Forschungskooperation „Zivile
Sicherheit – Schutz kritischer Infrastrukturen“ (Mai 2014)
- BMWi Kooperationsprojekt „eBusCS“ bringt standardisierte
Ladesysteme für E-Busse auf die Straße
Aktuelle Themen der Fachgruppe:
Dezentrale Überwachung und Steuerung des Verteilungsnetzes
LTE-450, PLC, …?
Integrierte Zuverlässigkeitsbetrachtung von Energienetz und IKT
Schwarzfallfestigkeit
Smarter Planning und Netzautomatisierung
Wie lassen sich etablierte energietechnische Standards mit
zukünftigen Kommunikationsnetzen verknüpfen?
Mitmachen
Interoperable und robuste IKT als Markt Enabler für intelligente Sie haben Interesse an einer
Netze & Elektromobilität Mitwirkung in der Fachgruppe?
Standardisierung & Konformitätstests Dann nehmen Sie Kontakt mit
uns auf unter
http://cps-hub-
Projektvorschläge für den IKT.NRW-Leitmarktwettbewerb: nrw.de/#Kontakt
Intelligente & IKT-basierte Betriebsprozess- und Netzintegration oder per E-Mail an
der hochstromfähigen Ladeschnittstelle für E-Busse
kontakt@cps-hub-nrw.de
Standardisierungsbegleitende Technologieevaluierung für die
drahtlose Ladeschnittstelle von E-Fahrzeugen
10Über CPS.HUB NRW
CPS.HUB NRW ist die Innovationsplattform für die digitale
Transformation in Nordrhein-Westfalen. Im leistungsstarken
Verbund bauen wir technologisches und strategisches Know-how
aus, damit Unternehmen aller Branchen die Möglichkeiten der
Digitalisierung optimal für sich nutzen können – mit smarten
Produkten und Dienstleistungen für die Märkte von morgen:
Industrie 4.0, Smart Grids, eMobility u.a. Der Schlüssel zum
Erfolg: Cyber Physical Systems. Diese softwareintensiven,
hochkomplexen Systeme bilden die Basis für völlig neue
Anwendungen. Über 450 Akteure aus den Branchen IKT,
Maschinenbau, Energie, Logistik, Automotive, Gesundheit,
Medizintechnik in Nordrhein-Westfalen arbeiten bereits
erfolgreich zusammen – profitieren auch Sie vom dynamischen
Netzwerk!
Kontakt
Monika Gatzke | Clustermanagement IKT.NRW
Bergische Universität Wuppertal, Institut SIKoM
Telefon: 0202.439 1026
E-Mail: kontakt@cps-hub-nrw.de
www.cps-hub-nrw.de
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