Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Europæisk forskning skal bringe virtuelle og fysiske verdener sammen

Med i alt 8 millioner Euro i forskningsstøtte skal Aarhus Universitet stå i spidsen for et projekt, hvor målet er at udvikle en ny form for samspil mellem fysiske genstande og deres computerkontrol ved hjælp af forskellige softwaremodeller. Teknologien vil gøre det nemmere at udvikle troværdige Cyber-Physical Systems (CPS) og kan få stor betydning for industriens innovationsevne i fremtiden.

01.12.2014 | Kim Harel

Softwaregruppen på Institut for Ingeniørvidenskab skal stå i spidsen for et 60 millioner kroner stort forskningsprojekt. Målet er at gøre det nemmere og billigere at lave prototyper af produkter med mange sensorer og computersystemer. (Foto: Lise Balsby)

I en voksende andel af de fysiske genstande, vi omgiver os med, sidder der små computere og styrer en lang række forskellige funktioner. Udviklingen er eksploderet over de seneste årtier, og det stiller nye krav til industrien. For hvad gør man, når de mange computere skal tale sammen? Og hvordan sikrer man, at de tilpasser sig optimalt til den kontekst, de skal bruges i?

Færre fysiske prototyper
I et stort fælleseuropæisk forskningsprojekt med navnet INTO-CPS (Cyber Physical Systems) skal universiteter og virksomheder i de kommende tre år finde nye metoder og værktøjer, der gør det både nemmere og billigere at validere computerbaserede produkter, og det haster med at komme i gang, siger Peter Gorm Larsen, koordinator for projektet og professor ved Aarhus Universitet:

”Vi er vant til at tage det for givet, at ting virker, og hvis de ikke gør, at vi så kan finde ud af, hvad der er galt. Men nu befinder vi os i en virkelighed med så mange computerbaserede systemer, at det kan være næsten umuligt at overskue. Især industrien står overfor en akut udfordring med mere og mere cyberkontrol, og vi har derfor brug for at udvikle nye metoder til at kontrollere, teste og validere produkter i innovationsprocessen lang tid før den fysiske prototype.”

Ofte er de fysiske prototyper ekstremt kostbare og håbet er derfor, at de nye værktøjer på sigt vil kunne reducere antallet af disse markant.

100 computere i din bil
Tyske TWT er en af projektets casevirksomheder, som hjælper blandt andre BMW og Audi med simulering og modellering af prototyper, og professoren nævner specifikt bilindustriensom et illustrativt eksempel på den teknologiske udvikling.

”Kører du rundt i en bil fra omkring årtusindeskiftet, så er der sandsynligvis ikke mange computere, der styrer dens funktioner. Køber du en moderne bil, så kan du være ret sikker på, at det involverer mere end 100 forskellige, små computere, som styrer alt fra nøgle, bremser til fartpilot og automatisk parkeringsfunktionalitet. Det er klart, at den udvikling giver helt nye udfordringer til bilindustrien både i udviklings- og testfasen.”

Helt konkret skal forskerne designe en ny udviklings- og testplatform til projektets fire europæiske casevirksomheder, som foruden TWT også omfatter en producent af metrodøre, en producent af klimaanlæg og en producent af landbrugsmaskiner.  Alle virksomhederne har det til fælles, at deres produkter har en tæt integration mellem deres ”cyber” og ”fysiske” dele, og at deres udviklingsaktiviteter er enormt kostbare – især på grund af prototypeudvikling og tests. 

Bedre og billigere prototyper og tests
Testplatformen skal bygges op omkring en teknologi, der gør det muligt at lave forskellige 3D-modeller, som kan simuleres sammen og give virtuelle 3D-modelvideoer af både konkrete prototyper og deres brugskontekster.

I eksemplet med bilen kunne det være en virtuel prototype af et køretøj koblet sammen med en fysisk prototype af en ny type hjul. På den måde håber forskerne, at de kan blive klogere på interaktionen mellem et produkts fysiske dele, dets computersystemer og dets omgivelser:

”Det kræver en ny teknologisk tilgang, hvis vi til fulde skal kunne have tillid til vores computerstyrede produkter. Hvordan reagerer for eksempel de mange computere i bilen på de nye hjul? Hvad betyder det for deres evne til at kommunikere indbyrdes? Hvordan virker hjulene, hvis man kører 200 km/timen og bremser op? Og hvad nu hvis vejen er støvet, eller hvis den er våd? Der er så mange forskellige mulige fejlscenarier og -situationer, at vi er nødt til at have et bedre værktøjer til at udvikle, teste og kvalitetssikre,” siger Peter Gorm Larsen

Forskernes mål med projektet er at blive i stand til at afprøve mange scenarier og beskrive og afklare, hvordan forskellige typer af produkter vil opføre sig i forskellige omgivelser og brugssituationer i en virtuel verden. Det er første skridt på vejen imod en mere systematisk metode til prototypeudvikling og fejlsikring, der kan være ekstrem værdifuld i en lang række industrielle sammenhænge.

Om projektet

Title: Integrated Tool Chain for Model-based Design of Cyber-Physical Systems

Schedule: 1 January 2015 to 31 December 2017

Financial framework: Horizon 2020, 8 million Euro

Partners: Newcastle University, University of York, Linköping University, Controllab Products, ClearSy, TWT GmbH – Science & Innovation, Kongskilde Industries, United Technologies, Softeam

Contact: Professor Peter Gorm Larsen, pgl@eng.au.dk

 

About Cyber-physical systems

With a historically large research grant from the European Union, Aarhus University is now strengthening its research activities in cyber-physical systems. This project is producing a cyber-physical modelling technology that in the coming years is expected to have great significance for the way people can interact with the physical world around us and for industry’s innovation processes.

According to Wikipedia, a cyber-physical system (CPS) “is a system of collaborating computational elements controlling physical entities”. Cyber-physical systems are currently found in areas as diverse as aerospace, automotive industry, chemical processes, civil infrastructure, energy, healthcare, manufacturing, transportation, entertainment, and consumer appliances.

Ongoing advances in science and engineering will improve the link between computational and physical elements, dramatically increasing the adaptability, autonomy, efficiency, functionality, reliability, safety, and usability of cyber-physical systems. This will broaden the potential of cyber-physical systems in several dimensions, including intervention (e.g. collision avoidance), precision (e.g. robotic surgery and nano-level manufacturing), operations in dangerous or inaccessible environments (e.g. search and rescue, firefighting, and deep-sea exploration), coordination (e.g. air traffic control, war fighting), efficiency (e.g. zero net energy buildings), and augmentation of human capabilities (e.g. healthcare monitoring and delivery).

Offentligheden / Pressen