Leistungszentren bündeln regional die Kompetenzen von Fraunhofer-Instituten und stärken diese Expertise durch die Zusammenarbeit mit weiteren universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen. In München ist das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS Teil des Leistungszentrums »Sichere intelligente Systeme«.
19. März 2021
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»Sicher vom Sensor in die Cloud« – so bringt das Leistungszentrum »Sichere intelligente Systeme« (LZSiS) in München sein Angebot auf den Punkt. Dem Zusammenschluss gehören neben den Fraunhofer-Instituten AISEC, EMFT, IBP, IGCV, IKS und IVV aus dem Großraum München die Technische Universität München, die Universität der Bundeswehr München sowie die Hochschule München an.
Ziel ist es, die interdisziplinären Kompetenzen und das vielseitige Know-how der Institutionen zu bündeln und Unternehmen zugänglich zu machen. »So begleiten wir Transformationsprozesse in allen Phasen, von der Konzeption bis hin zur Implementierung digitaler Prozessketten oder neuer Geschäftsmodelle«, sagt Dr. Gereon Weiß, Abteilungsleiter Self-Adaptive Software Systems am Fraunhofer IKS und verantwortlich für die Kooperation mit dem LZSiS. Besonderes Augenmerk liege dabei auf der umfassenden Sicherheit der Systemlösungen.
© Leistungszentrum Sichere Intelligente Systeme
Das Leistungszentrum »Sichere intelligente Systeme« (LZSiS) bündelt die Kompetenzen von sechs Fraunhofer-Instituten sowie Universitäten und Hochschulen der Region München.
Das Angebot dieser regionalen Transferinfrastruktur reicht von innovativen, intelligenten Sensorsystemen bis hin zum unternehmensweiten Cybersecurity-Konzept, kundenspezifischen Workshops oder auch Weiterbildungen. Darüber hinaus steht für Projektpartner eine einzigartige Forschungsinfrastruktur, etwa ein Cybersecurity-Labor und eine Reinraumumgebung zur Verfügung.
Das Fraunhofer IKS bringt vor allem seine Expertise zu resilienten Service-Orientierten Architekturen (SOA) in das LZSiS ein. Dabei geht es darum, starre und unflexible Systeme adaptiv und kognitiv, und damit flexibel zu gestalten. Das wiederum ist die Grundlage für Anwendungen wie verlässliche Cloud-Dienste, Over-The-Air-Updates und Software-Apps für sicherheitskritische Systeme.
Dazu müssen die Möglichkeiten moderner Softwaretechnik mit den notwendigen Qualitätseigenschaften in Einklang gebracht werden – vor allem Safety, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit. Um diese Anforderungen zukünftiger autonomer und kognitiver Systeme zu erfüllen, forscht das Fraunhofer IKS an neuen Architekturkonzepten, insbesondere an Ansätzen zur Entwicklung, Analyse und zum Laufzeitmanagement Kognitiver Systeme. Seine Forschungsarbeit auf diesem Gebiet richtet das Fraunhofer IKS vor allem an den Themenfeldern autonomes Fahren und vernetzte Mobilität sowie Industrie 4.0 aus.
So hat das Fraunhofer IKS im Rahmen des LZSiS zusammen mit Hitachi eine Methodik entwickelt, wie eine Cloud-basierte Lösung erstellt werden kann, die sicherheitskritische Aufgaben übernimmt. Das System musste jederzeit die hohen Sicherheitsanforderungen erfüllen und gleichzeitig effizient funktionieren. Hitachi fiel in dieser Forschungskooperation die primäre Aufgabe zu, die aus Industriesicht wichtigsten Anwendungsfälle zu definieren. Die Partner entschieden sich schließlich für einen automatisierten Parkservice für Fahrzeuge (Automated Valet Parking, AVP) im Parkhaus.
Für dieses Szenario entwarfen Hitachi und das Fraunhofer IKS zunächst ein Architekturdesign. Daraus abgeleitet wurden die Anforderungen an das Steuerungssystem, aber auch seine potenziellen Schwachstellen. Am Ende des Projekts stand eine Entwurfsmethodik für ein sicheres und effizientes Cloud-/Server-basiertes Steuerungssystem. Diese Entwurfsmethodik konnte zudem bereits im Projekt evaluiert werden. Auch wenn dabei der Use Case AVP im Mittelpunkt stand, lässt sich diese Entwurfsmethodik auch auf andere Anwendungsszenarien übertragen.
Ebenfalls unter dem Dach des LZSiS haben die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer IKS zusammen mit Continental ein Konzept für die dynamische Funktions-Allokation, also für die Verteilung von Diensten im Auto, anhand von Anwendungsfällen evaluiert und hinsichtlich der Funktionalen Sicherheit verbessert. Wichtigstes Element hierfür war eine umfassende Safety-Analyse. Sie spezifiziert anhand der von Continental vorgeschlagenen Architektur Safety-Anforderungen, die für eine voll dynamische Funktions-Allokation notwendig sind.
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Dr. Gereon Weiß, Abteilungsleiter Self-Adaptive Software Systems, ist am Fraunhofer IKS verantwortlich für die Kooperation mit dem LZSiS.
Daraus konnten dann Sicherheitsziele und Maßnahmen für die wichtigsten Gefahren abgeleitet werden. Dabei zeigte sich, dass nicht aktivierte Funktionen, veraltete oder falsche Software oder das unerwartete Stoppen einer Funktion für die sichere Verteilung von Diensten besonders problematisch sind. Für solche Gefahren wurden jeweils konkrete Sicherheitsziele definiert, wie »Richtige Funktion installiert« oder »Software soll up-to-date sein«. Mit dieser gemeinsam entwickelten Lösung kann Continental auch in sicherheitskritischen Bereichen wie dem autonomen Fahren Funktionen über mehrere Plattformen verteilen, da dabei Verlässlichkeit und Sicherheit an erster Stelle stehen.
Das LZSiS ermöglicht auch die aktive Mitarbeit an internationalen Industriestandards und somit den Transfer von Forschungsergebnissen in die Praxis. Innerhalb von AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture), dem internationalen standardisierten Software-Framework für intelligente Mobilität, beteiligt sich das Fraunhofer IKS an der Erarbeitung eines System Health Managements für Fahrzeugsysteme. Dabei ist das Ziel, den Zustand des Systems übergreifend zu erfassen und optimal darauf reagieren zu können, zum Beispiel beim Ausfall von Funktionalitäten des Fahrzeugs. In diesem Zug konnten die Forscherinnen und Forscher Ergebnisse und Erfahrungen aus vorangegangenen Projekten zur erhöhten Software-basierten Ausfallsicherheit direkt in den Standard und damit die industrielle Praxis umsetzen. So fand Anfang dieses Jahres das System Health Management mit dem aktuellen AUTOSAR-Release R20-11 Eingang in den Standard.
Diese Beispiele zeigen, dass das LZSiS als anwendungsorientierte und interdisziplinär ausgerichtete Plattform systematisch Forschungs- und Industriepartner zusammenführt – und das branchen- und themenübergreifend. Durch die Verzahnung von Forschung und Industrie trägt das LZSiS zur Stärkung Münchens als System- und Sicherheitsstandort bei. Es leistet somit einen erheblichen Beitrag, langfristig Arbeitsplätze am Standort zu erhalten und auszubauen, ebenso wie dessen nationale wie internationale Sichtbarkeit.
