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Der Begriff Cyber
Cyber ist ein Wortbildungselement, das aus dem Griechischen "kybernetikos" stammt und "Steuermann" oder "Lenker" bedeutet.
Es wurde im 20. Jahrhundert im Zusammenhang mit der Kybernetik, der Wissenschaft der Steuerung und Regelung von komplexen Systemen, geprägt.
Heute wird der Begriff "Cyber" im Allgemeinen verwendet, um alles zu beschreiben, was mit Computern, dem Internet und der digitalen Welt zu tun hat.
Hier einige Beispiele für die Verwendung des Begriffs "Cyber":
- Cybersicherheit: Der Schutz von Computersystemen, Netzwerken und Daten vor unbefugtem Zugriff, Nutzung, Änderung oder Zerstörung.
- Cyberkriminalität: Straftaten, die mithilfe von Computern oder dem Internet begangen werden, z. B. Identitätsdiebstahl, Betrug und Cyberangriffe.
- Cyberkrieg: Die Nutzung von Computern und dem Internet, um einem anderen Land Schaden zuzufügen.
- Cyberkultur: Die Kultur, die sich durch die Nutzung von Computern und dem Internet entwickelt hat.
- Cyberspace: Der virtuelle Raum, der durch Computer und das Internet geschaffen wird.
Der Begriff "Cyber" kann auch in einem allgemeineren Sinne verwendet werden, um alles zu beschreiben, was mit virtuellen Welten oder Simulationen zu tun hat.
Cyber-physische Systeme (CPS), auch cyber-physikalische Systeme geschrieben, sind Systeme, die die physische und die digitale Welt miteinander verbinden. Sie bestehen aus drei Hauptkomponenten:
- Physikalische Komponenten: Dies können mechanische Geräte, Sensoren, Aktoren und andere physische Objekte sein.
- Software-Komponenten: Diese Komponenten steuern und überwachen die physischen Komponenten.
- Kommunikationsnetzwerk: Dieses Netzwerk ermöglicht die Kommunikation zwischen den physischen und den Software-Komponenten.
CPS sind in der Lage, Daten in Echtzeit zu sammeln und zu verarbeiten, um Entscheidungen zu treffen und die physische Welt zu steuern. Dies macht sie zu einem leistungsstarken Werkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen, z. B.:
- Industrie 4.0: CPS können verwendet werden, um die Produktionsprozesse zu automatisieren und zu optimieren.
- Smart Grid: CPS können verwendet werden, um das Stromnetz effizienter zu machen und die Energiewende voranzutreiben.
- Verkehrswesen: CPS können verwendet werden, um den Verkehr zu optimieren und die Sicherheit auf den Straßen zu verbessern.
- Gesundheitswesen: CPS können verwendet werden, um die Patientenversorgung zu verbessern und die Kosten im Gesundheitswesen zu senken.
Beispiele für Cyber-physische Systeme:
- Smartphones: Smartphones sind CPS, die eine Vielzahl von Sensoren (z. B. Beschleunigungsmesser, Gyroskop, GPS) und Softwarekomponenten (z. B. Betriebssystem, Apps) enthalten.
- Autonome Fahrzeuge: Autonome Fahrzeuge sind CPS, die mit Sensoren (z. B. Lidar, Radar, Kameras) ausgestattet sind, um ihre Umgebung wahrzunehmen, und mit Softwarekomponenten, um diese Daten zu verarbeiten und das Fahrzeug zu steuern.
- Industrieroboter: Industrieroboter sind CPS, die mit Sensoren ausgestattet sind, um ihre Umgebung wahrzunehmen, und mit Softwarekomponenten, um diese Daten zu verarbeiten und die Roboterbewegungen zu steuern.
- Smart Homes: Smart Homes sind CPS, die mit Sensoren (z. B. Temperatursensoren, Bewegungssensoren) und Softwarekomponenten (z. B. Smart-Home-Systeme) ausgestattet sind, um die Beleuchtung, Heizung, Klimaanlage und andere Geräte zu steuern.
Die Zukunft der Cyber-physischen Systeme:
CPS werden in Zukunft noch wichtiger werden, da die digitale Welt immer mehr mit der physischen Welt verschmilzt. Es wird erwartet, dass CPS in allen Bereichen unseres Lebens eingesetzt werden, von der Industrie und dem Verkehrswesen bis hin zum Gesundheitswesen und dem Privatleben.
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2014 definierten wir
Cyber Physical Systems
»Cyber Physical Systems (CPS) sind Systeme mit eingebetteter Software, die über Sensoren und Aktoren verfügen, erfasste Daten auswerten und speichern, mit Kommunikationseinrichtungen untereinander sowie in globalen Netzen verbunden sind, weltweit verfügbare Daten und Dienste nutzen und über Mensch-Maschine-Schnittstellen verfügen.«
So definiert acatech CPS.
Wir erweitern die Definition wie folgt:
Cyber Physical Systems (CPS) umfassen allodynamische Systeme Produktions-, Logistik-, Engineering-, Support- und Managementprozesse sowie Internetdienste, die mittels Sensoren unmittelbar physikalische Daten erfassen und mittels Aktoren auf physikalische Vorgänge einwirken, mittels digitaler Netze untereinander verbunden sind, weltweit verfügbare Daten und Dienste nutzen und über multimodale Mensch-Maschine-Schnittstellen verfügen.
Cyber-Physical Systems sind allodynamische Systeme und ermöglichen zur Erhöhung der Autodynamik-Fähigkeit neuartige Funktionen, Dienste und Merkmale.
Auch wenn der Begriff im Zusammenhang mit der Industrie 4.0 bekannt geworden ist, besteht er zumindest in den USA seit ca. 2005.
Einen guten Überblick im Mind Map Format zu Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Themenfeldern und Branchen finden Sie auf
Cyber-Physical Systems - a concept map
Die Website vom Forschungsprojekt CyProS in Richtung auf Produktivitäts- und Flexibilitätssteigerung durch die Vernetzung intelligenter Systeme in der Fabrik beinhaltet aktuelle Informationen über CPS in der Fabrik: Cyber-Physische Produktionssysteme CPPS
In unserem Blog werden wir über die Produktion hinaus weitere branchenspezifische Systeme thematisieren:
Cyber-Physische Versicherungssysteme (Cyber Physical Insurance Systems)
Cyber-Physische Behörden Systeme (Cyber Physical Government Systems)
Cyber-Physische Banken Systeme (Cyber Physical Banking Systems)
Von 2014 zu heute
GPT-4o über die AI-Anwendungen in Cyber-Phsical Systems:
Die Integration von Künstlicher Intelligenz (KI) in Cyber-Physical Systems (CPS) hat weitreichende Auswirkungen auf verschiedene Aspekte von Industrie und Gesellschaft.
Hier sind einige der wichtigsten Auswirkungen:
1. Effizienzsteigerung und Prozessoptimierung
KI-Algorithmen können große Mengen an Daten analysieren und Muster erkennen, die Menschen möglicherweise übersehen. Dies führt zu:
- Verbesserte Prozesssteuerung: Optimierung der Produktionsprozesse durch Echtzeitanalyse und Anpassung von Parametern.
- Ressourceneffizienz: Reduzierung des Materialverbrauchs und Minimierung von Abfall durch präzise Steuerung und Vorhersage.
2. Prädiktive Wartung
Durch die Analyse von Sensordaten und historischen Leistungsdaten können KI-Systeme vorhersagen, wann Maschinen und Geräte ausfallen werden:
- Reduzierte Ausfallzeiten: Vorbeugende Wartung kann geplant werden, bevor ein Problem auftritt.
- Kostenersparnis: Vermeidung von teuren Notfallreparaturen und Produktionsausfällen.
3. Qualitätskontrolle und Fehlererkennung
KI-basierte Bildverarbeitungs- und Analysealgorithmen können verwendet werden, um:
- Echtzeit-Fehlererkennung: Fehler in Produkten oder Produktionsprozessen sofort zu erkennen und zu korrigieren.
- Verbesserte Produktqualität: Sicherstellung, dass Produkte den Qualitätsstandards entsprechen, bevor sie die Fabrik verlassen.
4. Autonome Systeme und Robotik
KI ermöglicht die Entwicklung von autonomen Robotern und Fahrzeugen, die:
- Flexibilität und Anpassungsfähigkeit: In dynamischen und unvorhersehbaren Umgebungen arbeiten können.
- Kollaborative Robotik (Cobots): Zusammen mit Menschen in einer sicheren und effizienten Weise arbeiten, indem sie menschliche Fähigkeiten ergänzen.
5. Datenanalyse und Entscheidungsfindung
KI kann große Datenmengen aus verschiedenen Quellen verarbeiten und analysieren, um:
- Fundierte Entscheidungen: Bessere Geschäftsentscheidungen auf der Grundlage umfassender Datenanalysen zu treffen.
- Echtzeit-Optimierung: Produktionsprozesse und Lieferketten in Echtzeit zu optimieren.
6. Personalisierung und Mass Customization
KI ermöglicht es, Produkte und Dienstleistungen an individuelle Kundenbedürfnisse anzupassen:
- Mass Customization: Produktion personalisierter Produkte in großer Stückzahl ohne signifikante Kostenerhöhung.
- Kundenzufriedenheit: Bessere Erfüllung der spezifischen Anforderungen und Wünsche der Kunden.
7. Sicherheit und Überwachung
KI kann zur Überwachung und Sicherung von CPS beitragen:
- Cybersecurity: Erkennung und Abwehr von Cyberangriffen durch Anomalieerkennung und Mustererkennung in Netzwerken.
- Physische Sicherheit: Überwachung von Anlagen und Arbeitsbereichen zur Verhinderung von Unfällen und Sicherheitsverletzungen.
8. Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit
Durch die Optimierung von Produktionsprozessen und den effizienteren Einsatz von Ressourcen trägt KI zu einer nachhaltigeren Industrie bei:
- Energieeinsparung: Optimierung des Energieverbrauchs und Reduzierung des CO2-Fußabdrucks.
- Umweltmanagement: Verbesserung der Abfallentsorgung und Recyclingprozesse durch genaue Datenanalyse und Vorhersagemodelle.
9. Arbeitsmarkt und Qualifikation
Die Einführung von KI in CPS hat auch Auswirkungen auf den Arbeitsmarkt:
- Neue Arbeitsplätze: Schaffung neuer Arbeitsplätze im Bereich der Datenwissenschaft, KI-Entwicklung und Systemintegration.
- Umschulung und Weiterbildung: Notwendigkeit der Umschulung der Arbeitskräfte, um mit den neuen Technologien und Anforderungen Schritt zu halten.
Fazit
Die Integration von KI in Cyber-Physical Systems revolutioniert die Art und Weise, wie industrielle Prozesse ablaufen und wie Unternehmen operieren. Sie führt zu erheblichen Effizienzsteigerungen, Kosteneinsparungen und einer höheren Flexibilität, während sie gleichzeitig die Qualität und Sicherheit verbessert. Obwohl es Herausforderungen gibt, insbesondere in Bezug auf Datensicherheit und den Arbeitsmarkt, überwiegen die Vorteile und bieten enorme Potenziale für Innovation und Fortschritt in verschiedenen Branchen.