Monitoring für cyber-physische Systeme »Flex4Apps«: Komplexe Systemzustände genauer bestimmen

Cyber-physische Systeme sind sehr komplex. Den Zustand des gesamten Verbundes zu erfassen, ist mit heutigen Methoden nur eingeschränkt möglich, da entsprechende Software zur Auswertung solcher Datenmengen fehlt. Die wird nun im BMBF-Projekt »Flex4Apps« entwickelt, an dem sich auch Forscher des Fraunhofer-Instituts beteiligen.
Cyber-physische Systeme sind sehr komplex. Den Zustand des gesamten Verbundes zu erfassen, ist mit heutigen Methoden nur eingeschränkt möglich, da entsprechende Software zur Auswertung solcher Datenmengen fehlt. Die wird nun im BMBF-Projekt »Flex4Apps« entwickelt, an dem sich auch Forscher des Fraunhofer-Instituts beteiligen.

Das Fraunhofer-Institut entwickelt mit Forschungspartnern aus der Telekommunikation und der Gebäudeautomatisierung eine Methode zur schnelleren Auswertung der Daten, die in cyber-physischen Systemen anfallen. Das Ziel: Den Systemzustand umfassender als bisher ermitteln.

Cyber-physische Systeme (CPS) werden im Zusammenhang mit Industrie 4.0 häufig genannt, wenn es darum geht, reale Gegenstände und die mit diesen Gegenständen verbundenen Prozesse digital abzubilden. Ein CSP besteht meist aus Software, Sensoren, elektronischen und mechanischen Komponenten, die über ein Kommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sind. Charakteristisch ist ihr hoher Grad an Komplexität und die große Menge an generierten Daten.

Forschungsprojekt zur effizienteren Datenauswertung

Im internationalen Forschungsprojekt »Flex4Apps«, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 2,73 Mio. Euro gefördert wird, stehen cyber-physische Systeme für die Gebäudeautomatisierung und die Telekommunikation im Vordergrund. Dabei übernehmen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen (SCAI) den Part der Datenanalyse. Die kann in CPSs mit den heute verfügbaren Mitteln meist nicht auf zufriedenstellendem Level betrieben werden, weil es beispielsweise an Software zur Vorverarbeitung der zahlreichen Protokolldateien fehlt, die von den einzelnen Komponenten eines CSP erstellt werden und Auskunft über deren Systemzustand geben. Aus der Gesamtheit dieser Protokolldateien kann theoretisch der Zustand des kompletten cyber-physischen Systems abgeleitet und auf einem Systemmonitor angezeigt werden, aber dazu müssten allein die für den Systemzustand relevanten Protokolleinträge identifiziert und abgebildet werden – andernfalls würde ein menschlicher Bearbeiter, für den ja letztlich die Informationen visualisiert werden, in der Informationsflut untergehen.

Zahlreiche, mitunter auch relevante, Protokolle und Protokolleinträge bleiben daher zunächst unbesehen. Um dieses Problem zu adressieren, untersucht die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jochen Garcke, Leiter der Abteilung numerische datenbasierte Vorhersage am SCAI, die von Systemmonitoren aufgezeichneten Datenreihen. Sie wollen Parameter identifizieren, die sich für die Beschreibung des Systemzustands eines CPS eignen und Methoden entwickeln, um diese dann mit numerischen Verfahren deutlich schneller als bisher aus den gesammelten Daten zu gewinnen. Am Ende des »Flex4Apps«-Projekts soll eine Software zur Systemanalyse stehen, die auch solche Probleme erkennbar macht, die bisher aufgrund von nicht berücksichtigten Fehlereinträgen übersehen wurden. Erprobt wird sie anhand von praktischen Anwendungsbeispielen von Unternehmen, die ebenfalls im Forschungsprojekt beteiligt sind (z.B. NXP Semiconductors Deutschland, Nokia oder T-Systems Multimedia Solutions).