PROSEMINAR: MODELLBASIERTE SOFTWAREENTWICKLUNG FÜR INTELLIGENTE TECHNISCHE SYSTEME

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1 PROSEMINAR: MODELLBASIERTE SOFTWAREENTWICKLUNG FÜR INTELLIGENTE TECHNISCHE SYSTEME Themenvorstellung 16. April 2015 Dr. Claudia Priesterjahn Abteilung Softwaretechnik Folie 1

2 AGENDA 1. Grundlegende Anforderungen 2. Vorläufige Termine 3. Seminarrichtlinien 4. Vorstellung 5. Vorstellung der Themen Folie 2

3 Grundlegende Anforderungen Fertigstellung einer Seminararbeit ca. 20 Seiten, geschrieben in LaTeX Erstellen und Durchführen einer Präsentation 30-minütige Präsentation in Blockseminar 20 Minuten Zeit für den Inhalt 10 Minuten Zeit für Fragen/Diskussion Reviews Internes Peer-Review unter Studenten durch Betreuer Folie 3

4 Vorläufige Termine Do, : Themenvorstellung Do, : Themenzuordnung, Einführung in wissenschaftliches Arbeiten Termine für Abgaben (jeweils 23:59 Uhr MESZ): Mi, Gliederung und Literatur (Student) Mi, Review-Version Seminararbeit (Student) Fr, Verteilung der Peer-Reviews (Betreuer) Fr, Fertigstellung Peer-Review (Student) Fr, Präsentation für Betreuer-Feedback (Student) Fr, Feedback zur Präsentation durch Betreuer (Betreuer) Fr, Camera-Ready -Version der Seminararbeit (Student) Fr, Feedback zur Seminararbeit durch Betreuer (Betreuer) Fr, Abgabe der finalen Seminararbeit (Student) Präsentationen (als Blockseminar): Folie 4

5 Seminarrichtlinien Donnerstag, , 09:15 Uhr in ZM Festlegung der Themen Vorstellung der Seminarrichtlinien Teilnahme ist Pflicht Vergabe der Themen Doodle-Umfrage (Optionen ja, evtl, nein) Minimierung von Konflikten, sonst First-Come, First-Served Umfrage wird heute um 13:00 Uhr geöffnet und Dienstag, den , um 16 Uhr geschlossen Folie 5

6 AGENDA 1. Grundlegende Anforderungen 2. Vorläufige Termine 3. Seminarrichtlinien 4. Vorstellung 5. Vorstellung der Themen Folie 6

7 Standort Paderborn Start im März Wissenschaftliche Mitarbeiter Unsere Herausforderung: Produktkomplexität Zu schließende Lücke Leistungsfähigkeit der Entwicklungsmethoden t Unsere Kompetenzen: Produktents tehung: Fachdisziplinübergreifende Produkt- & Produktionssystemkonzipierung (Systems Engineering), Virtual Prototyping & Simulation, MID Regelungs technik: Modellbildung & Simulation mechatronischer Systeme, Regelungsentwurf, HiL-Prüfstände und Prototypen Softwaretechnik: Prozesse, Methoden, Tools für die Entwicklung und Qualitätssicherung eingebetteter Software Folie 7

8 Der Weg zu den technischen Systemen von morgen Schwarmintelligenz Industrie 4.0 Selbstoptimierung Cyber-Physical Systems Folie 8

9 Der Weg zu den technischen Systemen von morgen Schwarmintelligenz Industrie 4.0 Selbstoptimierung Cyber-Physical Systems Folie 9

10 Luftfahrtcluster Hamburg Intelligente Technische Systeme (it s OWL) Effizienz Cluster Logistik Ruhr Software Cluster BioEconomy Cluster Cool Silicon 15 Spitzencluster in Deutschland Cluster individualisierte Immunintervention CI3 Biotech-Cluster Rhein- Neckar BioRN Forum Organic Electronics Solarvalley Mitteldeutschland Medial Valley EMN Münchner Biotech Cluster m4 MicroTec Südwest Elektromobilität Südwest MAI Carbon Folie 10

11 Intelligente Technische Systeme interagieren mit dem Umfeld und passen sich diesem autonom an (adaptiv) bewältigen auch unerwartete und vom Entwickler nicht berücksichtigte Situationen in einem dynamischen Umfeld (robust) antizipieren auf Basis von Erfahrungswissen die künftigen Wirkungen von Einflüssen und mögliche Zustände (vorausschauend), berücksichtigen das spezifische Benutzerverhalten (benutzungsfreundlich). Folie 11

12 Grundstruktur eines mechatronischen Systems Kommunikationssystem Kommunikationssystem Informations- verarbeitung Mensch-Maschine- Schnittstelle Mensch Leistungsversorgung Aktorik Sensorik Umgebung Grundsystem Legende Informationsfluss interne Einheit Energiefluss externe Einheit Stofffluss Nach VDI-RICHTLINE 2206 Folie 12

13 Informationsverarbeitung intelligenter Systeme Reize Sensorik Reaktives System Starre Kopplung Aktorik Aktionen Informationsverarbeitung eines intelligenten technischen Systems Kognitive Regulierung Zielmanagement, Planung und Handlungssteuerung System Kognitives System Kognitive Informationsverarbeitung Assoziative Regulierung Reiz-Reaktions-Assoziationen Konditionierung Reize Sensorik System Aktorik Aktionen Nicht kognitive Regulierung Kontinuierliche Steuerung und Regelung sowie Reflexe Quelle: STRUBE, G.: Modelling Motivation and Action Control in Cognitive Systems. In: Mind Modelling. Pabst, 1998 Folie 13

14 Von der Mechatronik über intelligente Teilsysteme zu vernetzten intelligenten Systemen (Cyber-Physical Systems) Vernetztes System Informationsverarbeitung Kommunikationssystem Kommunikationssystem Kommunikationssystem, Kognitive Regulierung Assoziative Informations- Regulierung verarbeitung Nicht kognitive Regulierung Mensch-Maschine- Schnittstelle Mensch Leistungsversorgung Aktorik Teilsystem Sensorik Umgebung Grundsystem Legende Informationsfluss interne Einheit Energiefluss externe Einheit Stofffluss Folie 14

15 AGENDA 1. Grundlegende Anforderungen 2. Vorläufige Termine 3. Seminarrichtlinien 4. Vorstellung 5. Vorstellung der Themen Folie 15

16 1 Domänenspezifisches Model Checking eingebetteter Systeme mit UPPAAL PORT Betreuer: Christopher Gerking Software in mechatronischen Systeme erfordert formale Verifikation Problem: Model Checker unterstützen keine domänenspezifischen Entwurfssprachen UPPAAL PORT ermöglicht ein domänenspezifisches Model Checking Aufgaben: Vergleich zwischen UPPAAL PORT und MECHATRONICUML Bewertung der Anwendbarkeit von PORT auf eingebettete Systeme Machbarkeitsanalyse: Model Checking für MUML durch PORT? Literatur: John Håkansson et al.: Component-Based Design and Analysis of Embedded Systems with UPPAAL PORT. In: 6th Int. Symp. on Automated Technology for Verification and Analysis. Folie 16

17 2 Bridging the gap between product lines and systems engineering. An experience in variability management for automotive model based systems Betreuer: Thorsten Koch Varianten identifizieren und frühzeitig im Produktentwicklungszyklus wiederverwenden Integration: Variantenmanagement und Modellbasiertem Systems Engineering Aufgabe: Ansatz vorstellen Bridging the gap between product lines and systems engineering: an experience in variability management for automotive model based systems engineering Dumitrescu, Cosmin and Mazo, Raul and Salinesi, Camille and Dauron, Alain in Proceedings of the 17th International Software Product Line Conference Folie 17

18 3 Automated Reasoning on Feature Models Betreuer: Thorsten Koch Automatisiertes Folgern ist im Variantenmanagement sehr wichtig Die meisten Ansätze betrachten keine Extra-Functional Features Ansatz: Modellieren und Folgern mit Hilfe von Constraint Programming Aufgabe: Ansatz vorstellen Automated Reasoning on Feature Models David Benavides, Pablo Trinidad, Antonio Ruiz-Cortés in Advanced Information Systems Engineering Lecture Notes in Computer Science Volume Folie 18

19 4 Netzwerkarchitekturen im Internet of Things Betreuer: Christian Stritzke Problem: Vernetzte intelligente technische Systeme verursachen eine Menge Netzwerkverkehr Angemessene Quality of Service und Verfügbarkeit müssen gewährleistet werden Netzwerkarchitekturen müssen diese Herausforderungen bewältigen Aufgabe: Einlesen in aktuelle Netzwerktechnologien (Wireless Sensor networks, Softwaredefined networking, Ad Hoc Networks) Beispielszenarien für Herausforderungen im Internet of Things finden Netzwerkarchitekturen sowie technische Realisierungen für diese Herausforderungen präsentieren Literatur: Baskett, P.; Yi Shang; Wenjun Zeng; Guttersohn, B., "SDNAN: Software-defined networking in ad hoc networks of smartphones," Consumer Communications and Networking Conference (CCNC), 2013 IEEE, vol., no., pp.861,862, Jan Jiong Jin; Gubbi, J.; Tie Luo; Palaniswami, M., "Network architecture and QoS issues in the internet of things for a smart city," Communications and Information Technologies (ISCIT), 2012 International Symposium on, vol., no., pp.956,961, 2-5 Oct Folie 19

20 5 Verifikation und Tests von SDN-Apps Betreuer: Christian Stritzke Problem: Mit Software-defined Networking werden Netzwerkgeräte (Switches, Router, ) programmierbar Aber: Anfälligkeit für Bugs, Inkompatiblität zwischen Netzwerken und SDN-Apps, etc. Formale Verifikation and systematisches Testen von SDN-Apps ist nötig, um Qualität und Kompatibilität sicher zu stellen Aufgabe: Einlesen in SDN und Ansätze zur Verifikation und systematischen Tests Präsentation und Vergleich verschiedener Ansätze zu Verifikation und Tests von SDN- Apps Literatur: Canini, Marco, et al. "A NICE Way to Test OpenFlow Applications." NSDI. Vol Kang, Miyoung; Kang, Eun-Young; Hwang, Dae-Yon; Kim, Beom-Jin; Nam, Ki- Hyuk; Shin, Myung-Ki; Choi, Jin-Young, "Formal Modeling and Verification of SDN-OpenFlow," Software Testing, Verification and Validation (ICST), 2013 Folie 20

21 6 Auswahl der diagnostischen Verfahren in Predictive Maintenance Program (PMP) Betreuer: Faruk Pasic Falsche Entscheidung: wirtschaftlicher Verlust PMP Vorteile in: Qualität, Sicherheit, Verfügbarkeit und Kostensenkung FA und AHP benutzt für das Modell Aufbau Ansatz: Das Modell für die Entscheidungsfindung in Relation zur Auswahl der diagnostischen Verfahren in PMP Aufgabe: Vorstellung des vorgeschlagenen Modells M. C. Caraneo. Selection of diagnostic techniques and instrumentation in predictive maintenance program. In Decision Support System Journal, Volume 38, Issue 4, January 2005, Pages Folie 21

22 7 Der praktische Ansatz: Data Mining und Prognose für die verbesserte vorhersagende Wartung Betreuer: Faruk Pasic Vorhersagende & korrigierende Wartung Prognose in IRIS-PdM Ansatz [ Data Mining Reliability Estimation Techniques Vorhersagende Algorithmen] + Daten Aufbereitung / Modellierung / Reduzierung / Auswahl Vergleich der Ergebnisse von verschiedenen klassifizierten Verfahren [Decision Tree k-nn] Aufgabe: Vorstellung des vorgeschlagenen Modells Flenders Mechatronics T.C. A practical approcah to combine DM & Prognostics for improved PdM M.Engels, A.Motten, S. Vandenplas Folie 22

23 8 Modellgetriebene Architektur für die Industrieanwendungen Betreuer: Faruk Pasic MDA Ansatz in Condition Monitoring Systemen Modell der diagnostischen Anwendung Aufgabe: Vorstellung des vorgeschlagenen Ansatzes MDA For Industrial Application M. Zygmunt, M. Budyn; IC on Intelligent & Software Intensive Systems, 2012; Folie 23

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