Internet of Things / Industrie 4.0

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 7.0 vom 23.02.2023

11B1377

Internet of Things / Industrie 4.0

• Informatik - Medieninformatik (B.Sc.)
• Informatik - Technische Informatik (B.Sc.)
• Elektrotechnik (B.Sc.)
• Elektrotechnik im Praxisverbund (B.Sc.)
• Mechatronik (B.Sc.)
• Media & Interaction Design (B.A.)
• Lehramt an berufsbildenden Schulen - Teilstudiengang Informationstechnik (M.Ed.)

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Ein in der Informatik langfristig zu beobachtender Trend zeigt, dass Anwendungen nicht mehr nur als Desktop-, Web- oder Mobil-Anwendungen entwickelt und nachgefragt werden. Vielmehr werden immer mehr intelligente Lösungen in die Lebens- und Arbeitswelt der Menschen integriert. Beispiele sind Fitness- und Gesundheitsanwendungen auf Smartwatches und Fitnessarmbändern über den Bereich des Ambient Assisted Living (AAL) über SmartHome und Energieffizienz-Lösungen im privaten und industriellen Bereich und die Kombination verschiedener intelligenter Sensorik und Aktorik-Lösungen zu neuartigen unterstützenden und informierenden Systemen. Der industrielle Bereich spielt hier sowohl als Berufsfeld als auch als Treiber innovativer Technologien eine besondere Rolle, denn viele Lösungen sind aus Kostengründen zunächst nur in einem professionellen Umfeld verfügbar und werden erst später breiten Anwendergruppen zugänglich (z.B. Augmented Reality, Datenbrillen, etc.).Dies Modul soll daher ausgehend von vorhandenen Programmiermodulen die Besonderheiten bei der Entwicklung und Anwendungen von Anwendungen des Internets der Dinge aufzeigen. Dabei werden Netzwerke und deren Eigenschaften abstrahiert, damit genügend Platz für den Entwicklungs- und Anwendungsteil ist.Die Studierenden sollen dem schnell wachsenden Bedarf an Know-How im Bereich Internet der Dinge und Internet 4.0 mit Kompetenz und technik-/Informatik-spezifischem Sachverstand begegnen können.

• Einleitung
• Anwendungsbiete im privaten und beruflichen Bereich
• Bauformen von IoT-Geräten
• Interaktion mit realer Welt (Mechanismen und Mess- und Stellgenauigkeit der Sensoren und Aktoren)
• Virtualisierungstechniken, Sensordatenfusion und Datenaggregation
• IoT-Software und Betriebssystemplattformen
• Anforderungen und Auswahlkriterien verteilter Software-Architekturen für IoT einschl. Nutzung von Cloud-Diensten und deren Datenanalysefunktionen
• Aspekte der Datensicherheit und des Datenschutzes, Privacy, Integration von sehr kleinen IoT-Systemen mit Hardware-unterstützter Verschlüsselung in Intranet- und Cloud-Architekturen
• Integration mit heterogenen Architekturen am Beispiel Industrie 4.0 und zugehöriger Referenzarchitekturen
• Anwendungsbeispiele und Forschungstrends

Wissensverbreiterung
Die Studierenden kennen und verstehen wesentliche Randbedingungen und Methoden der Entwicklung von Komponenten und Systemen des Internets der Dinge. Sie können die wesentlichen Eigenschaften verschiedener Ansätze wiedergeben.
Wissensvertiefung
Wichtige Aspekte des Internet of Things wie Software- und Cloud-Plattformen, Sensorik, Aktorik werden aus Anwendungs- und Software-Entwicklungssicht verstanden. Randbedingungen wie Ein-/Ausgabemöglichkeiten, Energie (besonders bei energetisch autonom arbeitenden Systemen) werden analysiert und in die Umsetzung der Problemlösung eingebracht. Die Potenziale des Einbringens von Mathematik- und Informatik-Wissen in kleine und kleinste intelligente Systeme wird verstanden.
Die Behandlung typischer Integrationsfragestellungen wird richtig umgesetzt.
Können - instrumentale Kompetenz
Die Studierenden sind in der Lage, Systeme für das Internet der Dinge als Erweiterung von verteilten Anwendungen zu sehen und die jeweils geeignetsten Standard-Architekturen und Interaktionsparadigmen auszuwählen du anzupassen. Sie nutzen spezielle Entwicklungswerkzeuge für die Datenerfassung in Sensorknoten und deren Weiterverarbeitung in verteilten Systemen bis hin zu Cloud-Diensten. Sie können die Anwendung von Methoden der Datenanalyse in Cloud-Diensten richtig einsetzen, ohne die mathematischen Hintergründe durchdrungen zu haben.
Können - kommunikative Kompetenz
Die Studierenden verstehen es, die Anforderungen an vielfältige Anwendungen des Internets der Dinge in Bezug auf die Architektur und Software-Entwicklung und weitere Randbedingungen zu erfragen und daraus für die Anwendung die richtige Lösungsstrategie abzuleiten. Sie verstehen es, die Einsatzmöglichkeiten auf die Aufgabenstellung und die verwendete Software- und Hardware abzustimmen. Sie lernen dabei beispielhaft die wesentlichen Anwendungsunterschiede in privaten und industriellen Anwendungen kennen und vertiefen sich, je nach Interessenlage) in einem der zugehörige Teilgebiete.
Die Erarbeitung von Lösungen und die Vorstellung der Ergebnisse wird in Form von Präsentationen durchgeführt und stärkt damit die Fähigkeit, vor Publikum das Wesentliche eines Themas herauszuarbeiten und transparent und ansprechend darzustellen.
Können - systemische Kompetenz
Die Studierenden können Anwendungen des Internets der Dinge (einschl. Industrie 4.0) von der Anforderungsanalyse bis zur Cloud-Integration unter Berücksichtigung verschiedenster Komponentenbauformen und technischer Einschränkungen entwickeln. Sie berücksichtigen dabei die vielfältigen neu aufkommenden Möglichkeiten und Anforderungen der Hardware, der Software und der Dienste in Cloud-Plattformen.

Die Veranstaltung wird für die Grundlagen als interaktive Vorlesung und danach seminaristisch durchgeführt. Die Studierenden erarbeiten einen vertieften Einblick in ausgewählte aktuelle Technologien im Rahmen von kleineren prototypischen Entwicklungsprojekten mit Cloud-Anbindung.

Programmiergrundlagen (5 Credits)

Westerkamp, Clemens

• Westerkamp, Clemens
• Westerkamp, Clemens, Lehrbeauftragte (Marco Schaarschmidt, Nicolas Lampe)

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Fortino, G., Trunfio, P. (Eds.): Internet of Things Based on Smart Objects/Technology, Middleware and Applications Springer-Verlag, Berlin, 2014, DOI 10.1007/978-3-319-00491-4Adolphs P., Epple U. (Herausg.): Statusreport Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) VDI e.V. ZVEI, April 2015Acatech Studie, Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, Abschlussbericht des Arbeitskreises Industrie 4.0. www.bmbf.de/pubRD/Umsetzungsempfehlungen_Industrie4_0.pdf 2013Statusreport Industrie 4.0, Glossar, Cleipen, M., Westerkamp, C. und andereDIN SPEC 16593 RM-SA RM-SA - Reference Model for Industrie 4.0 Service architectures — Basic concepts of an interaction-based architecture, Usländer, T., Westerkamp, C. Beuth-Verlag 2017 (nach Registrierung kostenlos)

Portfolio Prüfung

Experimentelle Arbeit

Portfolio Prüfung besteht aus vier schriftlichen Arbeitsproben und einer Hausarbeit. Die vier schriftlichen Arbeitsproben gehen zu je 10% und die Hausarbeit zu 60% in die Gesamtnote ein.

1 Semester

Unregelmäßig

Deutsch