Modul Cyber-Physische Systeme

Code:	277050
Modul:	Cyber-Physische Systeme
Module title:	Cyber Physical Systems
Version:	1.0 (03/2021)
letzte Änderung:	19.02.2024
Modulverantwortliche/r:	Prof. Dr.-Ing. Meißner, Knut Knut.Meissner@hszg.de

angeboten in den 8 Studiengängen:	Automatisierung und Mechatronik (B.Eng.) gültig ab Matrikel 2021
	Automatisierung und Mechatronik (Dipl.-Ing. (FH)) gültig ab Matrikel 2021
	Automatisierung und Mechatronik (Dipl.-Ing. (FH)) gültig ab Matrikel 2024
	Automatisierung und Mechatronik KIA (B.Eng.) gültig ab Matrikel 2021
	Automatisierung und Mechatronik KIA (Dipl.-Ing. (FH)) gültig ab Matrikel 2021
	Automatisierung und Mechatronik KIA (Dipl.-Ing. (FH)) gültig ab Matrikel 2024
	Elektrotechnik (B.Eng.) gültig ab Matrikel 2024
	Elektrotechnik KIA (B.Eng.) gültig ab Matrikel 2024

Modul läuft im:	SoSe+WiSe (Sommer- und Wintersemester)
Niveaustufe:	Bachelor/Diplom
Dauer des Moduls:	1 Semester
Status:	Wahlpflichtmodul (Vertiefung)
Lehrort:	Zittau
Lehrsprache:	Deutsch

Workload* in

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*	Gesamtarbeitsaufwand pro Modul (1 ECTS-Punkt entspricht einem studentischen Arbeitsaufwand von 30 Zeitstunden)
**	eine Semesterwochenstunde (SWS) entspricht 45 Minuten pro Woche

Selbststudienzeit in h	Angabe gesamt	davon
	105	50 Vor- und Nachbereitung LV	55 Vorbereitung Prüfung	0 Sonstiges

Lehr- und Lernformen:	Die Vermittlung des Fachwissens erfolgt in Form von Vorlesungen. Die Studierenden lernen hier ausgewählte Themen des Fachgebietes Cyber-Physische Systeme (CPS) kennen. Die Vertiefung der Studieninhalte erfolgt im Rahmen von Seminaren und Übungen sowie durch die Teilnahme an den Praktika.



Prüfung(en)
Prüfungsvorleistung	Prüfungsvorleistung Laborarbeit (VL)
Prüfung	Prüfungsleistung als Klausur (PK)	120 min	100.0%

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Lerninhalt:

Im Rahmen dieser Lehrveranstaltung werden der Einsatz und die Entwicklung Cyber-Physischer Systeme (CPS) sowohl in Theorie als auch in Praxis vorgestellt. Klassische Steuerungssysteme zeichnen sich durch eine stringente Trennung von realer und virtueller Welt aus. Moderne vernetzte Steuerungssysteme, die z.B. in modernen Produktionsanlagen verbaut sind und die aus einer Vielzahl von Sensoren und Aktoren bestehen, entsprechen diesem Bild nur noch bedingt. Diese als „Cyber-Physische Systeme (CPS)“ benannten Komponenten erkennen mittels Sensoren ihre physische Umgebung, verarbeiten diese Informationen und können mittels Aktuatoren in die physische Umwelt eingreifen. Im Unterschied zu Eingebetteten Systemen bestehen CPS meist aus vielen vernetzten Komponenten, die selbstständig untereinander kommunizieren und sich organisieren. Daran angelehnt bilden die folgende Schwerpunkte den Inhalt der Lehrveranstaltung ab. - Was sind CPS (Definitionen, Abgrenzung zu eingebetteten Systemen, Ubiquitous Computing, etc.)? - Gemeinsamkeiten und Abgrenzungen zu IoT und IIoT - Kontrolltheorie und Echtzeitanforderungen - Selbstorganisationsprinzipien („Self-X“, Autonomie, Verhandlungen, lokale Intelligenz) - Hard- und Softwareanforderungen an CPS - Konnektivität und Kommunikation innerhalb und zwischen Cyber-Physikalischen Systemen - Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) - Anwendungen für CPS/CPPS in der Automatisierung und in der Logistik - Entwurfsmethoden für CPS (Modellierung, Model-Based Design und Programmierung) - Methoden und Implementierungen von Cyber Security Aspekten - Funktionale Sicherheit in Cyber-Physischen Systemen und Netzwerken

Lernergebnisse/Kompetenzen:
Fachkompetenzen:	Die Studierenden kennen ausgewählter Methoden und Konzepte für die Entwicklung und den Einsatz von CPS/CPPS. Die Studierenden erkennen automatisierungstechnische Aufgabenstellungen und nutzen die Methoden und Konzepte von CPS zur Problemanalyse und zur Problemlösung.
Fachübergreifende Kompetenzen:	Die Fähigkeiten zur ingenieurwissenschaftlichen Dokumentation und Präsentation von Arbeitsergebnissen vertiefen den Lernerfolg. Die Teamfähigkeit wurde durch das Bearbeiten der Praktika in Gruppenarbeit gestärkt.

Notwendige Voraussetzungen für die Teilnahme:	Kompetenzen aus den Modulen Sensorik/Aktorik sowie Steuerungstechnik I/Speicherprogrammierbare Steuerungen (ohne Nachweiserfordernis)
Empfohlene Voraussetzungen für die Teilnahme:	Kenntnisse aus dem Modul Objektorientierte Programmierung

Literatur:

Berns, K.; Köpper, A.; Schürmann, B.: Technische Grundlagen Eingebetteter Systeme: Elektronik, Systemtheorie, Komponenten und Analyse, Springer Vieweg; 1. Aufl., 2019 Rawat, Danda B.: Cyber-physical systems : from theory to practice, Apple Academic Press Inc., 2016 Bécue, A. (Hrsg); Cuppens-Boulahia, N. (Hrsg); Cuppens, F. (Hrsg); Katsikas, S.(Hrsg); Lambrinoudakis C.(Hrsg): Security of Industrial Control Systems and Cyber Physical Systems: First Workshop, CyberICS 2015 and First Workshop, WOS-CPS 2015, Springer, 1. Auflage, 2016 Rajkumar, R.; De Niz, D.:Cyber-Physical Systems, Pearson India, 1. Auflage, 2017 Risco-Martín, J. L. (Hrsg), Mittal, S, (Hrsg), Ören, T. (Hrsg):Simulation for Cyber-Physical Systems Engineering: A Cloud-Based Context, Springer, 8. Auflage, 2020 Koç, C. K. (Hrsg):Cyber-Physical Systems Security, Springer, 1. Auflage, 2018 Guo, S. (Hrsg);Zeng, D. (Hrsg):Cyber-Physical Systems: Architecture, Security and Application, Springer, 1. Auflage, 2019