Schnell & automatisch reagieren: Neue Techniken für cyber-physische Systeme
Die Informatik kann Lösungen für gegebene Probleme errechnen. Ändert sich das Problem jedoch stetig, wie im Fall eines Verkehrssystems, haben es die so genannten flexiblen cyber-physischen Systeme schwer, stets optimale Lösungen vorzuschlagen. In einem von der FFG geförderten Projekt versucht man nun mit Methoden der Wissensverarbeitung, neue Ansätze zu entwickeln, die ein automatisiertes und schnelles Reagieren auf neue Gegebenheiten ermöglichen.
Cyber-physische Systeme kommen in vielen Anwendungsgebieten zum Einsatz: Sie könnten zukünftig als IT-basierte Verkehrssysteme den städtischen Verkehr besser lenken und so Staus verhindern oder sie könnten unsere Energienetze smarter machen. Bei cyber-physischen Systemen arbeiten mechanische und elektrotechnische Komponenten unterstützt von Software so zusammen, dass sie selbstständig und eigeninitiativ miteinander vernetzt zu Problemlösungen kommen. Die Probleme sind dabei ständig in Veränderung: Im Beispiel des städtischen Verkehrs gibt es Zeiten höheren und geringeren Verkehrsaufkommens, es kommt zu unvorhergesehenen Unfällen und Staus oder Baustellen machen Umwege für die Fahrzeuge nötig. Die cyber-physischen Systeme müssen gut auf solche Veränderungen reagieren und jeweils neue Lösungen generieren.
„Flexible cyber-physische Systeme unterliegen einer stetigen Rekonfiguration, um ein Gesamtverhalten zu optimieren“, erklärt Projektleiter Gerhard Friedrich (Institut für Angewandte Informatik). Die erfolgreichsten Techniken zur Konfiguration und Rekonfiguration von technischen Systemen basieren zurzeit auf Methoden der Wissensverarbeitung, auf die man sich an seinem Institut spezialisiert hat. Er erklärt weiter: „Wir beschreiben die technischen Möglichkeiten eines Systems und das Bereichswissen formal in einer Repräsentationssprache. Durch Schlussverfahren erzeugen wir optimierte Konfigurationen.“ Die Vorteile dieses Ansatzes seien, so der Informatiker, eine höhere Lösungsqualität sowie eine erhebliche Reduktion der Entwicklungs- und Wartungskosten. Für cyber-physische Systeme gibt es eine solche wissensbasierte (Re)Konfiguration derzeit nicht.
In diese Forschungslücke stößt das neue Projekt mit dem Titel DynaCon. Das Team unter der Leitung des Instituts für Angewandte Informatik will gemeinsam mit sechs Partnern aus Industrie und akademischer Forschung, darunter auch das Institut für Informationstechnologie der AAU (Hermann Hellwagner), die verfügbaren Techniken der wissensbasierten (Re)Konfiguration vorantreiben, sodass eine breite Anwendung für die cyber-physischen Systeme möglich wird.
Die neuen Technologien sollen dann in vier Anwendungsbereichen demonstriert werden und Verbesserungen bringen. Mit der Re-Konfiguration von IT-basierten Verkehrsleitsystemen will man eine bessere Lenkung des städtischen Straßenverkehrs erreichen. Die rasche Re-Konfiguration von Informationsnetzwerken soll die Verfügbarkeit von Energie durch die Steuerung von Energienetzen erhöhen. Kommerzielle Netzwerkbetreiber sollen produktiver bzw. deren Service soll verbessert werden, indem schnell und automatisch auf Überlastungen und Ausfälle reagiert werden kann. Und schließlich soll eine rasche Reaktion auf Störungen im operativen Bereich der Eisenbahnlogistik zu reduzierten Transportkosten im Bahnbereich führen.
