Integration von Kommunikationsfähigkeiten in cyber-physische Systemkomponenten

Die zunehmende Digitalisierung von Produkten sowie die Fortschritte in der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie ermöglichen die Herstellung intelligenter, vernetzter Produkte mit internetbasierten Dienstleistungen. Die technologischen Grundlagen bilden cyber-physische Systeme (CPS) und deren Kommunikation über Internettechnologien. Durch die Integration von Kommunikationsfähigkeiten in cyber-physische Systemkomponenten (Aktoren, Sensoren und Kommunikationsschnittstellen) werden diese zu proaktiven Teilnehmern der Kommunikation. Dies bildet eine wichtige Grundlage für das autonome Handeln von CPS in der Produktentstehung und -nutzung. In der Entwicklungsmethodik werden jedoch die internetbasierte Vernetzung und Kommunikation der CPS-Komponenten bisher zu wenig berücksichtigt.

Das in der vorliegenden Dissertation entwickelte TASK-Modell ermöglicht die Auslegung und Simulation der internetbasierten CPS-Kommunikation in den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses. Die CPS-Komponenten erhalten über die TASK-Elemente (Tag, Aktor, Sensor und Kommunikation) eine individuelle digitale Repräsentation, welche die Operationalisierung ihrer Kommunikationsfähigkeiten für die CPS-Kommunikation gestattet. Die produktübergreifende Vernetzung der CPS-Komponenten erfolgt in einem ereignisbasierten Publish/Subscribe-System, das eine flexible n:m-Kommunikation mit einer Entkopplung der CPS-Komponenten hinsichtlich Zeit, Raum und Synchronisation in verteilten Systemen erlaubt.

Mit dem TASK-Modell werden die methodischen Grundlagen und die informations-technischen Datenstrukturen für die virtuelle Absicherung der CPS-Kommunikation geschaffen. Es erweitert die Methodik des Model Based Systems Engineerings im Sinne des V Modells mit Fokus auf der Modellbildung und -analyse sowie der Eigenschaftsabsicherung für die internetbasierte CPS-Kommunikation. Die vorliegende Dissertation leistet somit einen wichtigen Beitrag für die Entwicklung intelligenter, vernetzter Produkte.