Dieses Modul gibt einen Überblick über Aspekte cyber-physischer Systeme (CPS), immer wieder konkretisiert an den beiden Fallbeispielen Lieferdrohne
(scheinbar kleines System) und Smart Grid
(kontinentgroßes System).
Zur Vor- und Nachbereitung insbesondere für das Laborpraktikum installieren Sie bitte
Python
(zum Beispiel Version 3.13.7) und PyCharm
(zum Beispiel Version 2025.2.1.1, ohne Pro-Lizenz) auf Ihrem eigenen Rechner.
Diese Software ist für Microsoft Windows (auch ARM-Prozessoren), Apple macOS (auch M-Prozessoren) und Linux verfügbar.
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10. Oktober 2025
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Einführung
(Skript;
NotebookLM, ohne fachliche Gewähr:
Podcast,
Präsentation)
CPS und ihre Unterschiede zu klassischem Engineering und klassischer Programmierung. Anwendungsfelder (Smart Grid/Factory/Farming/Home, Drohnen, Roboter usw.); Trends (Low-Altitude Economy, Industrie 5.0 usw.); CPS-typische Herausforderungen (Echtzeit ohne Undo, Unsicherheit über Status und Zukunft, Aufgabenteilung/Synergie zwischen Cyber und Physik, Entwicklungsprozess und Lifecycle, Safety und Security, Einbindung von Menschen)
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17. Oktober 2025
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Architektur
(Skript;
NotebookLM, ohne fachliche Gewähr:
Podcast,
Präsentation)
Teile und herrsche (Domänen-/Schichtenzerlegung, Verantwortungsbereiche, Schnittstellenverträge); Echtzeit und ihre Folgen für die Architektur; Aspekte von Architekturen (zentralisiert/verteilt/hierarchisch, Edge/Fog/Cloud, Request/Response, Event-Driven, Reactive, Digital Twin, 5C, RAMI 4.0 und IIRA, SCADA vs. DCS, Historian, Alarmmanagement)
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24. Oktober 2025
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KI-Grundlagen
(Skript;
NotebookLM, ohne fachliche Gewähr:
Podcast,
Präsentation)
Lernparadigmen (supervised, unsupervised, RL, self-supervised); Bias/Varianz-Trade-off, Overfitting; Klassifizierung, Regression; Datensätze, Datenaufbereitung, synthetische Daten; Modellzoo (k-Nearest Neighbors, Bäume/Ensembles, SVM, neuronale Netze); Loss-Funktionen; Erklärbarkeit
Laborpraktikum
(Aufgaben)
Schelleinstieg in Python
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31. Oktober 2025
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Intelligente Sensorik
(Skript;
NotebookLM, ohne fachliche Gewähr:
Podcast,
Präsentation)
Sensorfusion (komplementär/redundant/kooperativ, Zeit- und Raumsynchronisation; multimodal); Zustandschätzung und Beobachter (Kalman-Filter, IMU); virtuelle Sensoren; Compressed/Adaptive Sensing; Superresolution mit KI; Single-Pixel Imaging; Eventbasierte Sensorik
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7. November 2025
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Intelligente Datenanalyse
(Skript;
NotebookLM, ohne fachliche Gewähr:
Podcast,
Präsentation)
Feature-Engineering und Bitter Lesson; Detektionstheorie; Verarbeitung von Signalen, Bildern und Zeitreihen/Symbolfolgen mit KI (CNN/RNN/Transformer); Anomalieerkennung; Prognose; Bilderkennung und Objektdetektion
Laborpraktikum
(Aufgaben)
Orientierungsschätzung mit IMU
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14. November 2025
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Intelligente Regelung
Model und Simulation (Black/Grey/White box, Linearisierung, Identifikation und Kalibrierung, Validierung, Unsicherheiten); MPC (Zielfunktion, Constraints); Reinforcement Learing (Risiko, Safe Exploration)
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21. November 2025
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Autonome Systeme und Multi-Agenten
Autonomie-Stack; Entscheidung (FSM, Behavior Tree); Planung (A*, Probabilistic Roadmap); kooperative Autonomie (Aufgabenallokation, Formationsregelung, Konsensus-Mechanismen wie CBBA); Schwarmintelligenz (Flocking, Voronoi Coverage)
Laborpraktikum
Klassifizierung in PyTorch
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28. November 2025
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Vernetzung und Kommunikation
ISO-OSI-Modell, Ethernet (Kupfer/Glasfaser) und IPv4/v6; WiFi, 5G, LPWAN (LoRa); Zoo an Protokollen (Modbus TCP, OPC UA, HTTP(S), REST, SOAP, gRPC, MQTT, CoAP, DDS usw.); Durchsatz, Latenz, QoS, Komplexität, Robustheit, Mesh-Fähigkeit; Request/Response vs. Publish/Subscribe; Informationsmodellierung, Versionierung
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5. Dezember 2025
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Mensch-Maschine-Schnittstellen
Technik und Konventionen von klassischen GUIs, Apps, Web-basierten Anwendungen, Industrial HMIs; VR und AR; Pervasive/Ubiquitous Computing; Intelligente Bedienschnittstellen; KI-Assistenz; Alarme und Handover; Unterstützung von Barrierefreiheit
Laborpraktikum
Wegplanung
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12. Dezember 2025
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Safety
Funktionale Sicherheit, Fehler, Gefährdung, Risiko, Grenz- und Restrisiko; ProdSVO, Maschinenrichtlinie; Typ-A-/B-/C-Normen, DIN EN ISO 12100, DIN EN ISO 13849, IEC/EN 61508, ISO 26262, SOTIF; Human Factors, Human Error; Methoden und Nachweisführung (HAZOP, FMEA/FMEDA, FTA, STPA); Architekturmuster (Fail-Safe und Fail-Operational, Redundanz/Voting)
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19. Dezember 2025
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Security und Privacy
Security by Design und Bedrohungsmodellierung; Authentisierung und Autorisierung; Anwendungen grundlegender Krypto-Verfahren; Plattform-Sicherheit (TPM, Signierung usw.); Sicherheit im Betrieb (Rollen/Autorisierung, Logging, IDS und IPS, Patch- und Vulnerability-Management); KRITIS, NIS2, ISMS; Datenschutz, Privacy by Design
Laborpraktikum
KI-Assistenz-GUI mit PySide
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2. Januar 2026 (online)
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Entwicklungsprozesse
Prozessmodelle (V-Modell, inkrementell, iterativ, agil usw.); modellbasierte Entwicklung; Requirements Engineering; Aufgabenteilung Cyber vs. Physik; Teststrategien (Unit/Integration/System/Acceptance; SIL, HIL, Feldtests; Testautomatisierung; Fault-Injection); Konfigurations- & Variantenmanagement; DevOps
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9. Januar 2026
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Menschzentrierte Entwicklung
Nutzer*innen und Aufgaben; Prototyping (Paper, Wizard of Oz usw.); Usability-Evaluation (Heuristiken, Cognitive Walkthrough, Think Aloud, Interaktionsdaten usw., Statistik zur Auswertung); menschzentrierte Entwicklung und Spiralmodell; Datenvisualisierung; Grenzen und Fehler von menschlichem Wahrnehmen, Denken und Handeln; Vermeidung von Überlast und Fehlern; soziotechnische Systeme
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16. Januar 2026
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Deployment und Betrieb
Eigentums-, Betriebs- und Geschäftsmodelle (Open Source und Open Hardware, „as a service“ usw.); Daten aus realer Nutzung (Telemetrie, Datenschutz, Verwendung für Support und Entwicklung); Predictive Maintenance; Updates im Feld (OTA, gestaffeltes Rollout, Rollback-Strategien); Obsoleszenz-Management
Laborpraktikum
Sicherheit in Python-Webserver
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23. Januar 2026
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Wiederholung und Ausblick
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