SPES 2020 Projekthighlights aus Sicht der Industrie - Reinhold Achatz
←
→
Transkription von Seiteninhalten
Wenn Ihr Browser die Seite nicht korrekt rendert, bitte, lesen Sie den Inhalt der Seite unten
SPES 2020 Projekthighlights
aus Sicht der Industrie
Reinhold Achatz
Das Vorhaben
Software Plattform Embedded Systems (SPES 2020)
• Verbundvorhaben des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
• Projektlaufzeit: 11/2008 - 01/2012
• Projektvolumen: 38 Mio. Euro
Industrielle Partner Akademische Partner
•Airbus Deutschland GmbH • Fraunhofer-Institut für Experimentelles
•Berlin Heart GmbH Software Engineering (IESE)
•Cassidian • Fraunhofer-Institut für Rechnerarchitektur
•EADS-Deutschland GmbH und Softwaretechnik (FIRST)
•Embedded4You e.V. • OFFIS e.V.
•Hella KGaA Hueck & Co. • Technische Universität Kaiserslautern
•IT Power Consultants • Technische Universität München
•Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH • Universität Duisburg-Essen
•Robert Bosch GmbH • Universität Paderborn
•RWE Energy AG
•SWM Services GmbH
•Siemens AG
•TeCNet GmbH
•TÜV Süd AG
2
SPES 2020 Projektstruktur
Anwendungsprojekt Automatisierungstechnik (AT)
Anwendungsprojekt Automotive (AU)
Anwendungsprojekt Energie (EN)
Anwendungsprojekt Medizin (MT)
Anwendungsprojekt Avionik (AV)
tssicherung
nicht-funktionaler Anforderungen
Echtzeitprozesse und Nachweis
Requirements Engineering (RE)
ZP-AP5 Modellierung paralleler
ZP-AP4 Sicherheitsnachweis,
Zertifizierung und Qualit
ZP-AP2 Modellbasiertes
ZP-AP3 Modellbasierte
fr Embedded Systems
des Echtzeitverhaltens
Architekturentwicklung
ngige modellbasierte Entwicklung von heterogenen
ZP-AP1 Ganzheitliche und durchg
eingebetteten Systemen inklusive Prozess und Werkzeugintegration
Struktur: Grundlagen-Zentralprojekt und Domänen-Anwendungsprojekte
• Domänenübergreifend: Avionik, Automation, Automotive, Energie, Medizin
• Durchgängig: Integration über alle Entwicklungsphasen
• Organisationsübergreifend: Industrielle und akademische Konsortialpartner
3
Domänenspezifika:
Am Beispiel Automotive-Systeme
• Funktions- und Variantenvielfalt
• Vielfalt an Modellen aus unterschiedlichen Disziplinen
• Durchgängigkeit des Entwicklungsprozesses (zwischen
Prozessschritten sowie Disziplinen)
• Physikalisch regelnde Systeme mit hohen Echtzeitanforderungen
• Fahrzeuge werden mehr und mehr Teile eines Systemverbundes
• Steigende Anforderungen an Sicherheit und Manipulationsschutz
• Standards und Regularien prägen die Entwicklungslandschaft
(z.B. AUTOSAR, Automotive SPICE, ISO 26262)
Beispiel Vorgehen Automotive
Schlüsselanforderung in der Avionik
• Das System muss beabsichtigte Funktionen korrekt ausführen und
ausschließlich diese
– Nachverfolgung der Anforderungen über alle Ebenen
– Validierung und Verifikation der Anforderungen auf allen Ebenen
• Sicherheit ist die zentrale Systemeigenschaft
– Sehr gutes Verständnis der Fehlerquellen und des Fehlerflusses
• Interne Fehlerquellen (z.B. Versagen einer Komponente)
• Externe Fehlerquellen (z.B. Versagen der Kühlung)
– Nachvollziehbare Systemarchitektur
• Deterministisches Systemverhalten
• Partitionierung der Funktionen (Fehlerisolation)
• Zulassung ist die Voraussetzung für den Betrieb der Systeme
– Nachweis der Sicherheit durch Sicherheitsanalysen (z.B. Fehlerbaum)
– Evidenz durch viele konsistente Dokumente
• z.B. 20 Dokumente pro Software-Einheit (DO-178B)
© 2012 Cassidian - All rights reserved.
Ziele der Avionik in SPES 2020
• Anforderungen
– Besseres Verständnis der Struktur und des Flusses der Anforderung
durch Modellierung
– Formalisieren der Anforderungen
• Architektur
– Umgang mit Abstraktionsebenen im Produkt (Flugzeug)
– Entwurfsmethode von Funktionen bis zu deren Realisierung über mehrere
Abstraktionsebenen hinweg
• Sicherheitsmodellierung
– Integration des Entwurfs- und Sicherheitsmodells (Konsistenz)
• Verifikation
– Generieren von Testfällen und Testprozeduren aus formalisierten
Anforderungen (siehe oben)
© 2012 Cassidian - All rights reserved.
Automatisierung: Modell-
basiertes Anforderungsmanagement
Aufgabenstellung
Video-based Requirements Engineering Framework
• Modellbasierte Anforderungsmanagement in der
Patient
scan
CT Scanner Endoscope Vital Signs Tool L Tool R
Automatisierungstechnik
monitor
puncture
insert
insert
Herausforderungen:
• Systematische Anforderungsmanagement bei
plan operation
operate with Tool L
operate
operate
Automatisierungsgeräten und der Automatisierung
operate with Tool R
von Anlagen
Vorgehen und Ergebnisse
• Definition des Modellierungsansatzes für
Anforderungen und einer methodischen
Unterstützung für das modellbasierte Requirements
Erfassung von Anforderungen auf verschiedenen Level Engineering von Embedded Systemen
• Spezialisierte Modellierungskonzepte und
Vorgehensweisen für das Anwendungsgebiet
Automatisierungstechnik (z.B Video-Based
Requirement Engineering)
• Methodik zur Erfassung von Anforderungen bei
Automatisierungsgeräten und der Automatisierung
von Anlagen (z.B. Storytelling Framework)
• Teilautomatisierte Verfahren zur Prüfung von
Anforderungen
Veröffentlichungen (Auszug)
• N. Boulila, A. Hoffmann, A. Hermann. Using Storytelling to
Record Requirements: Elements for an Effective Requirements
Partner Elicitation Approach, 19th Requirements Engineering conference
• Siemens Corporate Technology 2011 Trento-Italy
• Universität Duisburg Essen • N. Boulila, O. Creighton, G. Markov, S. Russell, R. Blechner.
Presenting a day in the life of video-based requirements
engineering, ONWARD 201
Energie: Virtuelle Kraftwerke im Smart Grid
Smart Grid: uc Smart Grid
Aufgabenstellung
Rollen und
Anwendungen Measure Energy
Metering Operator
(from Business Roles) • Requirements Engineering und Modellierung
Virtueller Kraftwerke im Smart Grid
Pow er Plant
(from Business Roles)
Herausforderungen:
Virtual Pow er Plant
Control Energy
Control Decentr alized (from Business Roles)
Energy G enerati on and Transmissi on System
Consum ption Operator ("Neighbour")
(from Business Roles)
• Durchdringung eines zukünftigen innovativen
Prov ide and Collect Energy
Anwendungsfalls in der Energiedomäne
Decentral ized Unit
(from Business Roles) Energy P rov ider • Durchgängige Entwicklung von den
Geschäftsprozessen bis zu den Komponenten
(from Business Roles)
Transport Energy
Vorgehen und Ergebnisse
Netw ork Operator
(from Business Roles)
cmp Decentraliz ed Unit Site
• Analyse der Anforderungen an die
Komponentendiagramm Decentral ized Unit
Operation Te rminal
ICT Gatew ay
Systemmodellierung
einer dezentralen Einheit
UserSettings UserSettings
• Exemplarische Modellierung unter Verwendung
(from Business Roles)
Metering Point
Measurement Measurement
in einem Virtuellen Kraftwerk CCUCon figure
CCUStatus
verschiedener Modellierungsansätze
CCUCo ntrol
CCUDesc ription • Simulative Betrachtungen zur Untersuchung von
Einflussfaktoren und Wirkzusammenhängen
CCUConnect
DGUCon figure
CCUCon figure CCUStatus CCUCo ntrolCCUDesc riptionCCUConnect DGUStatus
DGUCo ntrol
Controllable Consuming Unit
DGUCon figure DGUStatus DGUCo ntrol
DGUDesc ription
DGUConnect
DGUDesc ription DGUConnect
Partner
Refrigerator
Decentralized G eneration Unit
Heating
• paluno – The Ruhr Institute for Software Technology
•
Washing Machine Sola r Pow er
Air Conditioning
Gener ator
Wind Turbine
RWE Deutschland AG
Hydr o Pow er
Gener ator
• Siemens Corporate Technology
•
eCar
CHP P lant
Stadtwerke München
Biogas Plant
• Technische Universität München
Automatisierung: Simulation Based Engineering
einer Pumpstation
Pumpstation Aufgabenstellung
• Frühzeitige Validierung von Anlagenkonzepten durch
Simulation
Herausforderungen:
Validierung von Anlagenlayout und „Operation&Control
Philosophy“ in frühen Phasen
Domainspezifische Anlagenbeschreibungen
• Diskret-kontinuierliche Wechselwirkung zwischen
Automatisierung und Prozess
• Verwendung von ausführbaren
R&I Fließschema
domainübergreifenden Modellen
Funktionspläne
Vorgehen und Ergebnisse
• Verwendung einer Modellbasierten
Anlagenbeschreibung zum automatischen
Plant Engineering System Generieren von Simulationsmodellen
• Integrierte simulative Validierung parallel zum
Entwicklungsprozess
U1SVP11IL001 U1SVP11IL002 U1SVP11IL003
U1SVP12IL001 U1SVP12IL002 U1SVP12IL003
• Anwendung der Methode bei Siemens Industry
Automation
V V% V V% V V% V V% V V% V V%
p L p L p L p L p L p L
Tank Farm Booster Pump Station Main Pump Station
U1PSS11IP001 U1SVP11AV001
U1SVP11AV003 U1SVP12AV003
L
q
R U1PSS11IP002 U1SVP12AV002
• Übertragung der Methode auf Anlagen in allen
p
U1PSS21IP002 U1SVP11AV002 U1SVP12AV001
U1TFA01IL001 L
q
R
q
p U1PSS21IP001 L
p
R
V V%
p L q
L R
U1PSS11AA001 p
U1SVP11AA001 U1SVP11AA002 U1SVP11AA003 U1SVP12AA001 U1SVP12AA002 U1SVP12AA003
U1PSS11AA002 U1PSS11AA003
U1PSS11AP001 U1PSS21AA001 U1PSS21AA003
U1PSS21AP001
U1TFA01AT001 U1PSS12IP001 U1FCS10IF001 U2WTS21IF001
q U2WTS21IP001 U2WTS31IF001
L R q p q
p q
p
q U1PSS22IP002 p M p U1FCS11IF001 L
p
R
L
q
R
p M p
L
q
R
U1TFA01AA001 L R
U1PSS12IP002 U1PSS22IP001 q U1FCS10IP001 L R p L R p
Simulative Validierung
p L R q q
q q
Domainen
q p q
L R L R
p p
U1FCS11AA001
U1TFA01AA002
U1FCS10AA001
U1PSS12AA001 U1FCS11AA002
U1FCS20AA001
U2WTS21AL001 U2WTS41AL001
U1TFA02IL001 U1FCS10AL001 U2WTS21AA001
U2WTS30AA001
q
U1PSS12AA002 U1PSS12AA003 U1PSS31AL001 U1PSS22AA001 U1FCS12IF001 L R
U2WTS30AA003
V V%
p L
U1PSS12AP001 U1PSS22AP001 U1PSS22AA003 p
U1PSS13IP001
q
L R U1PSS23IP002 U2WTS22IF001
p U1FCS20IF001 U2WTS22IP001
U1PSS23IP001 U1FCS12AA001 U1FCS12AA002
U1FCS20AA002
q q
U1FCS20IP001
U1FCS10AA002
L R U1PSS13IP002 L R
p q
p q q
p
L
q
R
p
L
q
R p M p L
q
R
p M p L
p
R
U2WTS32IF001
p p L R p L R
q q
U1TFA02AT001 q q
q
U1PSS13AA001 U1FCS13IF001 L R
p
U1TFA02AA001
U1PSS23AA003
U1PSS13AA002 U1PSS13AA003 U2WTS22AL001 U2WTS42AL001
U1PSS13AP001 U1PSS23AA001 U1PSS23AP001 U1FCS20AL001 U2WTS22AA001 U2WTS30AA002
U1TFA02AA002 U1PSS32AL001
U1FCS13AA001 U1FCS13AA002
U1PSS14IP001 q U1PSS24IP001 q
U1PSS24IP002
q
L
p
R
U1PSS14IP002 q
L
p
R
U1TFA03IL001 L R L R
p p
Outlet Flow Control
Line Valve Station
p
V V%
L (Control Valve and
(Cross Valve)
U1PSS14AA001 U1PSS24AA001
Surge Vessel)
U1PSS14AA003 U1PSS24AA003
U1PSS10AA006
U1PSS14AP001 U1PSS24AP001
U1PSS10AA005
Veröffentlichungen (Auszug)
q
L R
U1PSS14AA002 U1PSS10IF001 p
q
U1TFA03AT001 L
p
R
U1TFA03AA001 U1PSS20IF001
U1TFA03AA002 U1PSS10AA002 U1PSS10AA001 U1PSS20AA003 U1PSS20AA002 U1PSS20AA001
Booster Pumps Main Pumps
• J. C. Wehrstedt, R. Rosen et al.: “Simulation Based Engineering
– Frühzeitige Validierung von Anlagenkonzepten“, in
Partner Wissenschaftsforum 2011 Intelligente Technische Systeme,
• Siemens Industry Automation Hrsg. Gausemeier, J. (et al.) 8. Paderborner Workshop Entwurf
mech. Systeme, Bd. 294, 175-186, 2011
• Siemens Corporate TechnologyAutomatisierung: Highlift Prüfstand Airbus A350
Aufgabenstellung
Forschungsträger High • Integration von heterogenen embedded Technologien
in das SPES Metamodel
Lift Klappensystem
Testumgebung Herausforderungen:
Die Vereinigung vorhandener und neuer Techniken in
eine einheitliche Plattform
“Blick von Requirement
Matlab
Test definition
Verification Change Test Run
• Erforschung und exemplarische Umsetzung eines
Oben”
Engineering
(Doors)
Simulink
language
(CCDL)
Management Management Management Middleware Konzepts
• Zusammenführen der Technologien auf einer
Datenzentrisches Modell Plattform
Vorgehen und Ergebnisse
“Blick von I/O Protokolle MicroTCA XIBase
unten”
EtherCat
Digital I/O
AFDX, ARINC429,
CAN,TCPIP
Multicore
Multi-processing
Synchro
Resolver
Test-
oberfläche
Prozessvisuali-
sierung
• Enge Zusammenarbeit mit Forschungspartner Offis
• Entwickeln von Strategien in den verschiedenen
Technologiebereichen:
• Testtechnologie FTI
• Hard- Software Plattform Microsys und N.A.T
• Visualisierung durch grafische Modellierung
emebdded Multicore-Plattform Prototyp modulare • Zusammenführung und Erforschung am
Demonstrator
auf Freescale Power Steuerung mit
• Exemplarische Umsetzung von Teilen des
Architecture QorIQ integralem Metamodells
Datenmodell
Veröffentlichungen (Auszug)
Partner • Präsentation der Forschungsträger auf den Messen Embedded
• Embedded4You e.V. (Microsys, FTI Group, IMACS, World und SPS/IPC/Drives, Symposien und Technolgie Tag
(Embedded4You, BiccNet)
RST, N.A.T, XISys und Elma)
• Beiträge in die Normierungsaktivitäten des VDI (DIN 2657
Middleware in der Automatisierungstechnik)Automatisierung: Modellbasiertes Engineering
von Walzwerken
Walzwerk Aufgabenstellung
• Anwendung von modellbasierten Engineering bei der
Automatisierung von Walzwerken
Herausforderungen:
Beherrschung der Abhängigkeiten im Engineering
• Integration der Anlagenstrukturen (Systemstruktur,
Gerätestruktur, Funktionsstruktur, etc.)
• Transparenz über die Wirkzusammenhänge im
Engineering Workflow
Abhängigkeiten
Vorgehen und Ergebnisse
• zwischen Strukturen • Nutzung des SPES Metamodells zur Einordnung der
verschiedenen Anlagenstrukturen
• Entwicklung einer Methode zur Analyse von
Engineering-Workflows (Aufnahme des Workflows,
Problempfade im Workflow, Ursache-Auswirkungs-
Mechaniker
„Detaillieren“
Analysen)
• im Workflow
Prüfen
Stichplan Mech. Integrator
*.xls Plant Integrator
Technologe EMF 70% EMF 100%
Berücksichtigt
• Anwendung der Methode bei Siemens Metals
Feedback
EMF 50%
Automatisierer Umfangreiche Gespräche Dimension 100%
Anforderungen f. zwischen SE, SM und Drawings
Technologische Subsupplier f. technologische Technologische
Vertrag 100% Messgeräte erarbeiten Messgeräte Messgeräte
Spezifikation
~EMF
Technology
EMF 50% MechDesign 100%
Main Motor approval MCL 60-80% MCL 90%
Hydraulik MCL 60-80% MCL 100%
Zylinderliste 95% Rev. 6 Rev 10
Bauteile wählen, Mechaniker Rev. 0 ext. Einflüsse
„Grauzone +Motoren 100% +Sensoren 100%
Verfahrgeschwindigke MCL generieren Fluids 95%
Sicherheit“
iten eintragen etc. MechDesign 100%
Ext. Spec. 50% VVF Drives approval
Produkt Dimension Drawings Hydraulik
Plant Layout 60-80% 100% Sensor MCL Stand
Vertragsstand MechDesign 100% Main;VVF; Fix Drives
Fix Speed Drives
• Übertragung der Methode auf Anwendungen bei
approval Hydraulik überprüfen
auf Konsistenz
Drives
Bestellung Main Motor Automation
HW Design
Hydraulik Hydraulik listen
Ölmenge und Spec Drives
Ölmenge berechnen Anlage konzipieren Bestellung VVF
Drives
Automation
I/O List 90% EMF 95% programmieren Ext. Spec. 100%
Drives
meldet unschärfen
Siemens Energy
Bestellung Fix Speed
Hydraulik Layout Hydraulik
Schemata etc. Rückmeldung
Vollständigkeit
Mainpiperouting
Rohrführung WER
plant? Durchbrüche Bau
Layout
Aufstellorte
Stationen
Fundamente Bau
Kunde Hydraulik Hydraulik Hydraulik
durchsprechen Hydraulik Abnahme der Anlage,
Komponenten Fremdfertigung
hinsichtlich Prozess Komponenten bestellen ohne techn. Prozess
bestellen
Veröffentlichungen (Auszug)
• T. Jäger, A. Fay, T. Wagner, U. Löwen: Comparison of
engineering results within domain specific languages,
Partner International Multi-Conference on Systems, Signals and
• Siemens Metals Technology Devices, 2012
• Siemens Corporate Technology • T. Jäger, A. Fay, H. Figalist, T. Wagner: Systematische
Risikominimierung im Engineering mit Abhängigkeitsanalyse
• Helmut Schmidt Universität Hamburg und Schlüsseldokumenten, Tagungsband Automation 2011Automatisierung: Modernisierung der
Automatisierung von Walzwerken
Walzwerk Aufgabenstellung
• Modellgestützte Modernisierung der Automatisierung
von Walzwerken
Herausforderungen:
Risikominimierung bei Angeboten für Modernisierung
• Ist-Aufnahme des “as build” Status einer Anlage im
Rahmen eines Grobmodells
• Durchgängigkeit von der Angebotsphase in das
Engineering
Anlagenmodell
Vorgehen und Ergebnisse
• Entwicklung eines bezüglich der Detaillierung
skalierbaren Anlagenmodells unter Einordnung in den
SPES Modellierungsrahmen
• Entwicklung einer Methode zur Ist-Aufnahme von
Anlagen-Informationen für eine Modernisierungs-
planung
• Anwendung der Methode bei Siemens Metals
Werkzeug COMOS Technology
• Realisierung der Durchgängigkeit von der
Angebotsphase in das Engineering auf Basis des
Werkzeugs COMOS
Veröffentlichungen (Auszug)
• M. Strube, A. Fay, S. Truchat, H. Figalist: Funktionale
Partner Anlagenbeschreibung als Basis der Modernisierungsplanung,
Tagungsband Automation 2011
• Siemens Metals Technology
• M. Strube, A. Fay, S. Truchat, H. Figalist: Modellgestützte
• Siemens Corporate Technology Modernisierungsplanung, atp-edition, Heft 7-8/2011
• Helmut Schmidt Universität HamburgAutomatisierung: Modellbasierte Entwicklung
von Zugsteuersystemen
Zugsteuersystem Aufgabenstellung
• Qualitätssicherung der modellbasierten Entwicklung
von Anwendungssoftware für Zugsteuersysteme
Herausforderungen:
• Verbesserung des aufwendigen QS-Prozesses für
Modelle eine strukturierte Methode
• Definition geeigneter Maßnahmen zur
automatisierten Prüfung mit verschiedenen UML
UML Modell der Werkzeugen
Anwendungssoftware
Vorgehen und Ergebnisse
• Entwicklung einer Methodik zur Qualitätssicherung
von Modellen
• Realisierung eines Prototyps zur automatisierten
Prüfung von UML Modellen
• Anwendung der Ergebnisse bei Siemens Rails
Automatisierte Qualitäts- Systems
sicherung der UML Modelle • Übertragung der Methode auf Anwendungen bei
Siemens Industry und Healthcare
Veröffentlichungen (Auszug)
• T. Arendt, S. Kranz, F. Mantz, N. Regnat, G. Taentzer: Towards
Syntactical Model Quality Assurance in Industrial Software
Partner Development: Process Definition and Tool Support. SE2011.
• Siemens Rail Systems • F. Fieber, N. Regnat, B. Rumpe: Assessing usability of model
driven development in industrial projects. C2M2009.
• Siemens Corporate Technology
• Philipps-Universität MarburgWeitere Informationen
Wesentliche Resultate aus SPES 2020 werden in einem
SPES-Band veröffentlicht.
(Erscheinungstermin: Sommer 2012)
Ausgewählte Projektdeliverable stehen zum Download bereit.
http://spes2020.informatik.tu-muenchen.de/resultate.html
15Sie können auch lesen
