Technische Universität MünchenInstitut für Informatik

Die Vernetzung der Welt-

Digitalisierung als strategische Aufgabe

Manfred BroyLehrstuhl für Software & Systems Engineering

Everyone here has the sense that right now isone of those momentswhen we are influencing the future.

Steve Jobs

Manfred Broy 3Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Digitalisierung – was ist das?

Digitalisierung • bezeichnet die Überführung analoger Größen in diskrete

(abgestufte) Werte für die elektronische Speicherung oder Verarbeitung.

• Es wird geschätzt, dass 2007 bereits 94 % der weltweiten technologischen Informationskapazität digital war (nach lediglich 3 % im Jahr 1993).

• Es wird angenommen, dass es der Menschheit im Jahr 2002 zum ersten Mal möglich war, mehr Information digital als analog zu speichern (der Beginn des „Digitalen Zeitalters“)

Manfred Broy 4Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Digitalisierung der Gesellschaft und Wirtschaft

Veränderung • der Kommunikation• des Konsumverhaltens• der Arbeitswelt• der Unternehmen

Tägliche genutzte geschäftliche Kommunikationsmittel

E-Mail: 95 % Telefon: 94 % Soziale Netzwerke: 26 % Briefe und Postkarten: 14 % Telefax: 12 % SMS: 10 % Instant Messenger & Messenger: 8 % Video-Telefonie: 6 % Micro-Blogging: 5 % Foren: 4 %

Quelle: ibi research

Digitalisierung verbessert deutsches BIP spürbarIn Deutschland sind zwischen 2010 und 2011 rund 8,7 Prozent des Wachstums beim Bruttoinlandsprodukt und 7,7 Prozent der neu geschaffenen Arbeitsplätze auf den Ausbau von digitalen Infrastrukturen zurückführen.

Manfred Broy 5Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Die Rolle des Internets in der Industrie

Manfred Broy 6Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Stimmen ...

Digitalisierung =?= Internet

Manfred Broy 7Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Ausgaben und Wachstum

Manfred Broy 8Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Stufen der Digitalisierung

① Daten liegen in digitalisierter Form vor a) auf sie kann rechtebeschränkt zugegriffen werdenb) sie werden durch digitale Dienste bearbeitetc) sie werden mit anderen Daten abgeglichen und vernetzt

② Auf Basis digitalisierter Daten werden rechnergestützt Dienste angebotena) Assistenzfunktionenb) Dienstplattformen

③ Informationen werden direkt aus der physikalischen Wirklichkeit erfasst und wirken auf die physikalischen Wirklichkeit (Cyper-Physical Systems, Internet of Things)a) Smart Labelsb) Embedded Softwarec) Context Aware Adaptive Systems

④ Dinge, Daten und Dienste werden umfassend vernetzt

Manfred Broy 9Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Beschleuniger des digitalen Wandels

• Preisdruck durch Rationalisierung von Dienstleistung• Neue Wettbewerber durch Vernetzung• Monopolisierung Verstärkungseffekte• Modulare Wertschöpfungsketten• Automatisierung durch innovative Software• Wegfall des Ortsprinzips im Markt• Neuartige Geschäftsmodelle durch Synergie, Vernetzung

und Verknüpfung

Manfred Broy 10Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Die digitale Revolution ...

• Nahezu alle technischen Geräte (Auto, Zug, Roboter, ...) enthalten heute◊ eingebettete digitale Hardware◊ mit darauf laufender Software◊ und bieten neuartige Funktionen◊ und sind global (d.h. über globale Netze) vernetzt

• Völlig neue Geräte, Funktionen und Anwendungen◊ Tablets◊ Digitale Bücher – e-books◊ Fly by Wire◊ Simulation◊ Assistenzsysteme ◊ ...

• Wesentliche Informationen liegen in den Netzen• Wesentliche Prozesse und Dienstleistungen sind digital unterstützt

◊ Virtual Engineering◊ Internet Banking

Manfred Broy 11Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Was treibt die digitale Revolution ...

• Das Mooresche Gesetz:Die Leistung in der digitalen Hardware wächst exponentiell (Verdoppelung der Leistung alle 1 1/2 Jahre bei gleichem Preis)

In 10 Jahren: Faktor 100In 20 Jahren: Faktor 10.000

• Digitale Netze – Übertragungsleistung wächst exponentiell• Die Flexibilität programmierbarer Hardware:

Die gleiche Hardware kann durch Programmierung (durch Software) für völlig unterschiedliche Aufgaben eingesetzt werden – Beispiel Skype

• Die schier unbegrenzte Bandbreite der EinsatzmöglichkeitenIn nahezu jedem Anwendungsgebiet eröffnen Hardware/Softwaresysteme neue MöglichkeitenInformatiksysteme als Teil der Wirklichkeit – erweiterte Wirklichkeit

Manfred Broy 13Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Eingebettete Systeme – Informatik – Real World Aware

• Eingebettete Systeme der Informationsverarbeitung sind über Sensoren/Aktoren direkt mit Vorgängen der Realität verbunden, beeinflussen die Realität und werden von dieser beeinflusst.

• In den Systemen der Informatik entsteht ein technisches Abbild der Realität mit dem Ziel:◊ Aussagen über die Realität treffen zu können,◊ Auf Ereignisse der Realität zu reagieren,◊ Die Realität zu beeinflussen.

• Es entsteht Rückkopplung zwischen den Systemen der Informatik und der Realität

Manfred Broy 16Festkolloquium Krcmar, Garching2015

World Wide Web

• World Wide Web: Netz von Informationen mit◊ HTTP als Protokoll, mit dem der Browser Informationen vom

Webserver anfordert◊ HTML als Dokumentenbeschreibungssprache, die festlegt, wie

die Information gegliedert ist und wie die Dokumente verknüpft sind (Hyperlinks)

◊ URLs als eindeutige Adresse (z. B. einer Webseite), die in Hyperlinks verwendet wird.

• Web 2.0: interaktiver und kollaborativer Elemente des www - social media

• Web 3.0: Semantische Web• Future Internet - Mobile IP• Internet der Dinge und Dienste - CPS

Manfred Broy 17Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Das Internet der Dinge: Was ist das?

• Profane Idee: Dinge bekommen Internetadressen und werden mit dem Internet verbunden.◊ Reichen die Internetadressen aus?◊ IPv6: 128 bits - mehr als 1030 d.h. mehr als 1020 IP Adressen pro

Kopf der Menschheit

• Etwas differenzierter◊ Geräte (Ampeln, Handies, Autos, Flugzeuge, Gebäude, ...) mit

eingebetteten Softwaresystemen werden direkt ins Internet verbunden

◊ Tauschen wechselseitig Daten aus und nutzen wechselseitig Dienste

• Das Internet wird „Real World Aware“

Manfred Broy 18Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Cyber-Physical Systems (CPS)

Die Synergie und zunehmende Integration dreier zentraler Innovationsfelder Digitaler Technologie

• Eingebettete Systeme – mobile Endgeräte• Globale Netze (World Wide Web, Internet, Mobile TelCo)• Hochleistungssoftwaresysteme

führt auf Cyber-physical Systems (CPS)

... der Bogen schließt sich!

Manfred Broy 25Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Die Herausforderungen der Digitalisierung

• Business Innovation: Markt und Applikationsfelder◊ Wirtschaftliche Bedeutung - Hebelwirkung◊ Gesellschaftliche Rolle - Veränderung der Gewohnheiten◊ Neue Geschäftsmodelle - wirtschaftl. Ecosysteme

• Produkte und Dienste◊ Multifunktionalität◊ Verteilung & Vernetzung◊ Ubiquitär, Pervasive, Context Awareness◊ Sicherheit (Safety & Security)

• Vernetzte Applikationen: Dienstbündel• Entwicklung: Beherrschung Engineering

◊ Qualität, Kosten, Zeit - Komplexität◊ Wartung und Evolution◊ Produktlinien

Manfred Broy 26Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Services in the Cloud ...

• Auf Basis von Cloud Technologie entstehen Dienstplattformen◊ Basisdienste (Skalierende Breitbanddienste, Security, ...)◊ Individuelle Dienstangebote (Applikationen)◊ Verknüpfung von Diensten zu höherwertigen Diensten◊ Einbindung von eingebetteten Systemen◊ Flexible Verlagerung von Dienstanteilen zwischen Geräten und

Plattformen

• Stichwort: Dienstarchitekturen◊ Service oriented Architectures◊ ... as a Service

• Herausforderung: Dienstgüte◊ Quality of Service

Manfred Broy 27Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Software als Schlüsseltechnik

• Software wird auf allen Ebenen immer noch stärker zur Schlüsseltechnik◊ Plattformen◊ Applikationen - Apps◊ Netze◊ Interoperabilität◊ Entwicklung◊ Safety und Security

• Die Beherrschung der Softwaretechnik wird zum zentralen Wettbewerbs- und Erfolgsfaktor◊ Erschließung und Durchdringung der Anwendungsdomänen◊ Gestaltung und Vernetzung der Funktionen◊ Individualisierung der Systeme

Manfred Broy 28Festkolloquium Krcmar, Garching2015

Perspektiven der Softwaresysteme der Zukunft

• Systemarchitekturen der Zukunft◊ Dienstapplikationen in der Cloud◊ Vernetzung mit Diensten über Dienstplattformen◊ Apps auf heterogene Familien von Endgeräten

• Charakteristika der Systeme◊ Hohe Multifunktionalität mit zahlreichen Abhängigkeiten (Feature

Interactions)◊ Starke Konnektivität und Interabilität (Dienstarchitekturen)◊ Ausgeprägte Physikalität durch Vernetzung in die Wirklichkeit

(Sensorik/Aktuatorik, Zeit, Raum, ...)◊ Hohe Anteile unstrukturierter Daten, unsicheres Wissen (Fuzzy

Logic, Probalisitische Modelle, ...)◊ Adapitiv und teilautonom (Real World Awareness, sematische

Interpretation, ...)◊ Human Centric

Lieber Herr Krcmar

Herzlichen Glückwunsch zum Geburtstag!