Institutsbericht 2002

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1 Insiusberich 2002 für den Zeiraum

2 Adresse Neue Adresse ab 1. Juni 2002! Insiu für Regelungs- und Insiu für Verkehrssicherhei Auomaisierungsechnik und Auomaisierungsechnik Langer Kamp 8 Langer Kamp Braunschweig Braunschweig Posfach Posfach Braunschweig Braunschweig Telefon: Telefon: Telefax: Telefax: sek@ifra.ing.u-bs.de e.schnieder@u-bs.de hp:// hp:// 2

3 1 INSTITUTSENTWICKLUNG Insiuskonzepion und -leiung Personelle Besezung Prakikanenam (bis 08/01, jez im Fachbereich Maschinenbau) LEHRE Lehrveransalungen Kurzbeschreibung der Lehrveransalungen Labore Seminare Tagesexkursionen FORSCHUNG ENTWURFS- UND PROZESSAUTOMATISIERUNG Einführung DFG Schwerpunkprogramm Inegraion von Techniken der Sofwarespezifikaion für ingenieurwissenschafliche Anwendungen (Sofwarespezifikaion) Das KNOSSOS-Projek im Schwerpunkprogramm "Sofwarespezifikaion" Meamodellierung der Inegraion von Spezifikaionsechniken Referenzfallsudie "Bahnübergang" und Verkehrsleiechnik Demonsraor Sep-X PERIPHERIESYSTEME: SENSOR-, AKTOR- UND KOMMUNIKATIONSSYSTEME Einführung SATNAB - Saelliennavigaionsgesüzes Navigaions-Bodenexperimen S-CAN VERKEHRSAUTOMATISIERUNG Einführung KONDISK-MASKoBa: Modellierung, Analyse und Simulaion komplexer Syseme des spurgebundenen Verkehrs mi hybriden höheren Perinezen GADis Anwendung geneischer Algorihmen für die Disposiion ZDIS (Zukunfsweisende Disposiion) - Phase Enwicklung einer wissensbasieren Disposiionsunersüzung auf der Basis von Fuzzy-Perinezen Bahn 2050: "Berieb virueller Zugverbände" und "vereile Simulaion" Machbarkeissudie Individualisierer Schienengüerverkehr - IVSGV TECHNISCHE AUSSTATTUNG Rechenechnik Hardware

4 7.1.2 Sofware Perinez-Werkzeuge Experimenalbereich Werksa LITERATUR Veröffenlichungen 99, 00, Disseraionen Sudenische Arbeien im Berichszeiraum SONSTIGE AKTIVITÄTEN/WEITERBILDUNG Fachagungen Miwirkungen in Gremien Preise Kooperaionen LAGEPLAN

5 Bilanz: 1989 bis 2001 Nach jez gu einem Duzend Jahren sei Gründung des Insius für Regelungs- und Auomaisierungsechnik uner meiner Leiung is neben der Evaluaion aus neuraler Sich der wissenschaflichen Kommission Niedersachsen im Jahr die Frage nach einer Bilanz aus persönlicher Sich zu sellen. Die Bilanz muss uner Berücksichigung der bei meinem Amsanri formulieren Ziele Nuzbarmachung der modernen Verfahren, Mehoden und Geräe der Regelungs- und Auomaisierungsechnik, versärke Inegraion der Informaik in die Ausbildung und angewande Forschung im Maschinenbau, Verwirklichung einer qualifiziereren modernen Ingenieurausbildung sowie einer arakiven, zukunfsgericheen Forschung für den Maschinenbau, Weierführung bzw. Ausbau der bisherigen Akiviäen im Bereich der hydraulischen bzw. elekromechanischen Sensorik und Akorik, fachübergreifende Berücksichigung der klassischen wie neuarigen produk-, verfahrens- und anlagenorienrieren Anwendungsgebiee, insbesondere in Verkehrs- und Transporunernehmen bewere und nach den insiuionellen Aufgaben Lehre, Forschung und Weierbildung sowie nach der persönlichen Enwicklung der Insiusmiglieder gezogen werden. Die wissenschafliche Kommission des Landes Niedersachsen komm in ihrem Berich von 2001 zu folgender Bewerung: Prof. Schnieder ha sich mi seinen hoch anerkannen Arbeien zu den Themengebieen Signalechnik für Eisenbahnen, Sicherheisechnik und Auonomes Fahren ebenso wie mi der Organisaion großer Tagungen einen inernaionalen Namen gemach. Bei seinen Arbeien lieg der Schwerpunk mehr auf der Theorie und Modellbildung und weniger auf der Prozessrechenechnik. Er koordinier das DFG-Schwerpunkprogramm Analyse und Synhese koninuierlich-diskreer echnischer Syseme (KONDISK). In der Lehre haben wir den klassischen Kanon der regelungsechnischen Grundbildung mi Spezialvorlesungen weiergeführ und ergänz. Die Ausbildung zu indusriellen Ingenieurferigkeien wurde durch ein insbesondere von der Indusrie geschäzes kompakes Projekprakikum mi mess- und regelungsechnischen Inhalen in Form selbs gemanager Projekgruppen und durch eine prakische Einführung in regelungsechnische CAE- Werkzeuge im Rahmen bereuer Kleingruppen erweier. Für die Lehre und Forschung der Auomaisierungsechnik konzipieren wir ein Programm mi den drei Blöcken Komponenen und Syseme, Modellkonzepe, Noaionen und Werkzeuge, Mehoden und Enwurf, das nach der begrifflichen Orhogonaliä von Beschreibungsmiel-Mehode-Werkzeuge (BMW-Prinzip) als Braunschweiger Schule für die wissenschafliche Behandlung der Auomaisierungsechnik richungsweisend geworden is. Den Bezug zu unseren Anwendungen sellen Lehrveransalungen zur Verkehrsauomaisierung und hydraulischen Akorik her. Vorübergehend haben wir eine Vorlesung zur Messechnik übernommen. Vor einiger Zei wurde die Vorlesung Technische Zuverlässigkei und sei Kurzem die englischsprachige Vorlesung Sysemics in unser Lehrdepua aufgenommen. Unsere Forschung haben wir gemäß der ursprünglichen Konzepion mi den vier verschränken Schwerpunken Enwurfs-, Prozess- und Verkehrsauomaisierung sowie Peripheriesyseme konzipier. Grundlage waren Arbeien zur Enwurfsauomaisierung, die einerseis auf eine einheiliche und Sichen inegrierende Modellierung mahemaischer Beschreibung von Auomaisierungssysemen durch Perineze abzielen und andererseis dami den ganzheilichen Enwurf von Auomaisierungssysemen konzepionell nach der Mehode BASYSNET und rechenechnisch auomaisier mi verifizieren Algorihmen in einem Werkzeug-Verbund bis zur Realisierung ermöglichen. In überregionaler Spiegelung erwuchs daraus das von mir koordiniere und jez auslaufende DFG-Schwerpunkprogramm KONDISK sowie die Miwirkung bei der Koordinaion des DFG- Schwerpunkprogramms Inegraion von Techniken der Sofwarespezifikaion für ingenieurwissenschafliche Anwendungen (SPEZI). Im klassischen Bereich Prozessauomaisierung bearbeieen wir eine Vielzahl anwendungsbezogener Projeke konzepgemäß in allen Bereichen des Maschinenbaus, so z. B. zur Kaalysaorbeschichung, für Zuckerfabriken, zur Logisikplanung in der auomaisieren Produkion, zur Umschlagechnik des kombinieren Verkehrs sowie in der Sahlhersellung, und dadurch die Einsazfähigkei unserer Mehodenbauseine erprob. Diese Projeke waren für uns ernse Anwendungsfälle zur Bewährung unserer Enwicklungsmehode BASYSNET. Ein Ergebnis dieser in insgesam vier Disseraionen aufgearbeieen Themaik war 1999 die prämiere Gründung der EXTESSY AG als kleine Akiengesellschaf in Wolfsburg und Braunschweig durch drei Experen für Tes und Sysemenwicklung, um die wissenschaflich begründeen Beschreibungsmiel, Mehoden und Werkzeuge indusriell zu vermarken. Unsere Arbeien zu Peripheriesysemen, d. h. zur Verbindung zwischen echnischem Prozess und Seuerung, brachen in zahlreichen Anwendungen und Projeken (z. B. Sonderforschungsbereich Flugmessechnik, Eisenbahngüerzüge u. a.) wissenschafliche Ergebnisse zur Modellierung, Paramerisierung und Opimierung von Feldbussen (drei Disseraionen) sowie für die sicherheisrelevane fahrzeugauonome Orung im Schienenverkehr (vier Disseraionen) und neuerdings im Sraßenverkehr wissenschafliche Grundlagen zur Nuzung und Qualifikaion von Saellienposiionierungssysemen. Auch hier moivieren die wissenschaflichen Erfolge jeweils zwei wissenschafliche Miarbeier 1995 zur Gründung der Spekra Informaionssyseme GmbH in Magdeburg und 2001 zur Gründung der Vehico GbR in Braunschweig. Den Forschungsbereich Verkehrsauomaisierung haben wir wissenschaflich hinsichlich des Gesamverkehrs mi zwei Disseraionen, der Leiechnik für den Eisen- und Magnebahnverkehr bezüglich der Regelung (zwei Disseraionen), der Disposiion (drei Disseraionen), zur Simulaion (zwei Disseraionen) und Spezifikaion und Verifikaion neuer Leiechnikkonzepe (Europäisch, saellienbasier, funkbasier, viruelle Zugverbände) sowie für den Individualverkehr bezüglich auomaischer Fahrzeugseuerung sehr inensiv in einer Fülle von Arbeien und Projeken bearbeie. Für das neue europäische Zugbeeinflussungssysem ETCS ersellen wir von 1996 bis 2000 die erse vollsändig formale und simulaionsfähige Spezifikaion. Unsere Arbeien werden naional und inernaional geschäz und ausgezeichne, was eingeladene Beiräge, u. a. zur UNESCO-Encyclopedia of Life Suppor Sysems, und die Verleihung des Forschungspreises der Deuschen Bahn im Jahre 1999 belegen. So waren wir auch für eine Reihe von ausländischen Gaswissenschaflern dank DFG, DAAD und Humbold-Sipendien eine arakive Adresse. Erwähn werden muss in diesem Zusammenhang auch die von uns mi iniiiere Gründung des Zenrums für Verkehr Braunschweig 5

6 (ZVB), einem Zusammenschluss von milerweile 25 Professoren der Technischen Universiä, die auf dem Gebie arbeien. Neben unseren Forschungsarbeien eablieren wir uns naional und inernaional mi den von uns ausgericheen bzw. wissenschaflich geleieen Tagungen und Special Sessions und den von uns ins Leben gerufenen Tagungsreihen: Die wissenschafliche Forschung in der Auomaisierungsechnik in de Tagungsreihe EKA: Enwurf komplexer Auomaisierungssyseme, Braunschweig, sei 1991 mi nunmehr sieben Veransalungen, den DFG Kolloquien und Workshops der Schwerpunkprogramme KONDISK und SPEZI, davon fünf in Braunschweig, und im Verkehrsbereich mi drei FORMS-Workshops (Formale Techniken in der Europäischen Eisenbahnleiechnik), Braunschweig, 1998, 1999, 2000 sowie dem IFAC-Symposium Conrol in Transporaion Sysems, Braunschweig, 2000 und der mehrmaligen Beeiligung am Gesamverkehrsforum in Braunschweig. Die wissenschafliche Qualifikaion ehemaliger Miglieder des IfRA ha bis jez zu 25 abgeschlossenen Promoionen geführ. Ein Großeil der milerweile 35 ehemaligen Miarbeierinnen und Miarbeier is derzei für Herseller, Bereiber und Forschungsinsiuionen im Bereich der Verkehrsechnik in veranworlicher Sellung äig (Bosch, Volkswagen, ABB, Siemens, IAV, Deusche Bahn, DLR, FhG), zwei haben sich dem Paenwesen zugewand, sechs enschlossen sich zur Selbsändigkei als Firmengründer. Die Ergänzung verkehrlicher Forschung ha mi der Gründung des DLR-Insiues für Verkehrsführung und Fahrzeugseuerung im Jahre 2001 und mi der Übernahme der Leiung durch Professor Dr. Lemmer, einem meiner ersen Miarbeier, eine weiere Särkung des Sandores Braunschweig erfahren. Wenn man als Ziel wissenschaflicher Grundlagenarbei die Anwendung und Eablierung der Forschungsergebnisse in der Praxis ansieh, beleg durch Nuzung von Forschungsergebnissen, Einsellung qualifizieren Personals und Behaupung von Firmengründungen am Mark, riff das in unserem Fall für die Forschungsschwerpunke Enwurfsauomaisierung und die Prozessauomaisierung zu. Wenn dann diese Themenbereiche daher nich mehr ganz so inensiv wissenschaflich weier bearbeie werden müssen, können neue Perspekiven und Poenziale freigesez werden. Dies komm der generellen Srukurenwicklung der hiesigen Forschungsregion hinsichlich des Verkehrs engegen, in der wir uns zukünfig uner der neuen Bezeichnung Insiu für Verkehrssicherhei und Auomaisierungsechnik hemaisch neu ausrichen und engagieren wollen. 6

7 1 Insiusenwicklung Developmen of he Insiue 1.1 Insiuskonzepion und -leiung Das 1989 gegründee Insiu für Regelungs- und Auomaisierungsechnik geh aus dem ehemaligen Insiu für Feinwerk- und Regelungsechnik hervor und sez die lange Tradiion der Regelungsechnik im Maschinenbau der TU Braunschweig for. Bei der Berufung der nun in die drie Generaion gehenden Insiusleier und Professoren sowie ihrer Arbeisschwerpunke in den lezen fünf Jahrzehnen wird insbesondere der Wandel der Geräeechnik zur Realisierung regelungs- und auomaisierungsechnischer Funkionen deulich. Gemäß der Konzepion für den Ausbau der Informaik im Fachbereich Maschinenbau verfolg das Insiu für Regelungs- und Auomaisierungsechnik das Ziel, die modernen Verfahren, Mehoden und Geräe der Regelungs- und Auomaisierungsechnik für die allgemeinen Belange des Maschinenbaus nuzbar zu machen. Prof. Dr.-Ing. A. Kuhlenkamp, , Aufbau der Arbeisgebiee Feinwerkechnik und Regelungsechnik, Leier des 1965 gegründeen Insius für Feinwerk- und Regelungsechnik Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys. H. Schier, , Leier des Insius für Feinwerk- und Regelungsechnik, Arbeisgebiee Technische Opik und Ferigungsechnologie der Feinwerkechnik Prof. Dr.-Ing. A. Richer, , Arbeisgebiee Elekromechanik, angewande Elekronik und Sysemechnik, Regelungsechnik Prof. Dr.-Ing. E. Schnieder, sei 1989, Leier des Insius für Regelungs- und Auomaisierungsechnik, Arbeisgebiee Auomaisierungsechnik und Regelungsechnik Neuausrichung Verkehrssicherhei und Auomaisierungsechnik. Insiue concep and managemen The Insiu für Regelungs- und Auomaisierungsechnik (insiue for conrol and auomaion) formed in 1989 has emerged from he former Insiu für Feinwerk- und Regelungsechnik (insiue for precision engineering and conrol echnology) and is coninuing he long radiion of conrol echnology in mechanical engineering of TU Brunswick. The appoinmen of he insiue head and professors, now in he hird generaion, as well as he focal poins of heir work during he pas five decades shows a ransiion from device echnology o realizaion of conrol and auomaion funcions. According o he concep for exension of informaion science in he faculy of mechanical engineering, he new insiue for conrol and auomaion echnology has he goal of preparing modern procedures, mehods and devices of conrol and auomaion echnology for use in he general ineress of mechanical engineering. Prof. Dr.-Ing. A. Kuhlenkamp, , developmen of he secors of precision engineering and conrol, head of he insiue for precision engineering and conrol echnology formed in Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Phys. H. Schier, , head of he insiue for precision engineering and conrol echnology, fields of aciviy echnical opics and producion of precision engineering. Prof. Dr.-Ing. A. Richer, , fields of aciviy elecromechanics, applied elecronics and sysem echnology, conrol. Prof. Dr.-Ing. E. Schnieder, since 1989, head of he insiue for conrol and auomaion, fields of aciviy auomaion and conrol new orienaion raffic safey and auomaion engineering. 7

8 1.2 Personelle Besezung Sand: 30. April 2002 Vorsand Emerius Lehrbeaufrage Prof. Dr.-Ing. Eckehard Schnieder Prof. em. Dr.-Ing. Dipl.-Phys. Hans Schier Prof. Dr.-Ing. Karsen Ehlers Prof. Dr.-Ing. Heinrich Müller Prof. Dr.-Ing. Axel Munack Prof. Dr.-Ing. Karsen Lemmer FH Koblenz FAL DLR Wissenschafliche Miarbeier Dipl.-Ing. Andrea Arenz (bis 9/99) Dipl.-Ing. Ger Bikker (bis 9/01) Dipl.-Ing. Uwe Becker Dipl.-Wirsch.-Ing. Imma Braun Dr.-Ing. Mourad Chouikha (bis 8/01) Dipl.-Ing. Lorenz Däubler Dipl.-Inf. Gebhard Decknael (bis 6/01) Dipl.-Ing. Sefan Einer Dipl.-Ing. Burkhard Erdmann (bis 4/00) Dipl.-Ing. Lohar Ganzelmeier Dipl.-Ing. Jörg Helbig Dipl.-Ing. Marc Horsmann Dipl.-Inform. Frank Hänsel Dipl.-Ing. Ilona Illgen (bis 12/00) Dipl.-Inform. Lars Jansen (bis 9/01) Dipl.-Ing. Sefan König Dipl.-Ing. Michael Meyer zu Hörse (bis 6/01) Dipl.-Phys. Arno G. Schielke Dipl.-Ing. Harald Schrom (bis 2/02) Dipl.-Wirsch.-Ing. Marin Schröder (bis 3/00) Dipl.-Ing. Marin Schulz (bis 2/01) Dr. rer. na. Akbar Shah Dipl.-Ing. Roman Slovák Dipl.-Ing. Ines Weber (bis 5/00) Dipl.-Ing. Sefan Wegele Gaswissenschafler Dipl.-Ing. Bohdana Filová (bis 6 /01) Universiy of Zilina, Zilina, Slowakei Dr.-Ing. Aleksandar Rodić (sei 5/01) Mihai Pupin Insiue, Belgrad, Jugoslawien Dr.-Ing. Penglin Zhu (bis 11/00) Abeilung für Elekroechnik am Projekierungs- und Planungsinsiu für Kohlebergwerke, Shanxi, VR China Geschäfszimmer Chrisine Eidam (bis 8/00) Kersin Fohner (bis 7/00) Silvia Glowania Ingrid Przywara Regine Segemann Diea Sülen Auszubildende Sefanie Pischmann Bibliohek Technische Bereuung Auszubildende Maria Koch Therese Kieserling (bis 6/00) Andreas Siepmann Dennis Ebel Ingo Seinhäuser (bis 7/01) Fabian Marienhagen Ingo Wiowski Werksa Dieer Prinke (Leiung) (Gemeinsam mi dem Insiu für Mikroechnik) Hans-Jürgen Morawiez (Leiung) (bis 12/99) Ralf Karsen Michael Wiegand 1.3 Prakikanenam (bis 08/01, jez im Fachbereich Maschinenbau) Leiung Prof. Dr.-Ing. Eckehard Schnieder Wissenschaflicher Miarbeier Dipl.-Ing. Sefan König Geschäfszimmer Ria Röper 8

9 2 Lehre Ensprechend der breien Anwendung und Informaionsorienierung der Regelungs- und Auomaisierungsechnik is eine fachübergreifende Behandlung für den Maschinenbau nowendig. Dies bring eine versärke Inegraion sysemechnischer bzw. heoreischer Grundlagen in der Ausbildung mi sich. Übergreifendes Leikonzep is das von uns enwickele BMW-Prinzip: Beschreibungsmiel und -konzepe werden als eigensändiger Wissenschafsaspek behandel. Für den sysemaischen Enwurf von Seuerungs-, Regelungs- und Auomaisierungssysemen werden Mehoden fachübergreifend berücksichig. Der Werkzeugaspek wird sowohl beim rechnergesüzen Enwurf praxisnah sowie für echnische Enwicklungen der Auomaisierungsechnik allgemein und realisierungsspezifisch vermiel. 2.1 Lehrveransalungen Vorlesungsangebo im Winersemeser E. Schnieder Regelungsechnik 1 U. Becker/J. Helbig/L. Däubler Übung zur Regelungsechnik 1, Rechnerprakikum RT 1 Fachlabor Regelungsechnik Fachlabor Allgemeiner Maschinenbau 3 K. Müller 1 Regelungsechnik 3 S. Wegele Übung Regelungsechnik 3 E. Schnieder Auomaisierungsechnik 1 G. Decknael/G. Bikker/U. Becker Übung zur Auomaisierungsechnik 1 E. Schnieder Regelungsechnik 4 J. Helbig/M. Meyer zu Hörse Übung zur Regelungsechnik 4 E. Schnieder Technische Zuverlässigkei G. Bikker/R. Slovák Übung zur Technischen Zuverlässigkei K. Lemmer Auomaisierungsechnik 4 H. Müller/U. Becker Akorik 2 A. Munack Regelungsechnik für Bioechnologen Vorlesungsangebo im Sommersemeser E. Schnieder Regelungsechnik 2 U. Becker/J. Helbig/L. Däubler Übung zur Regelungsechnik 2 Rechnerprakikum RT 2 Labor Mess- und Regelungsechnik E. Schnieder Auomaisierungsechnik 2 M. Chouikha/L. Jansen Übung zur Auomaisierungsechnik 2 Rechnerprakikum AT 2 E. Schnieder Auomaisierungsechnik 3 E. Schnieder 2 Messsyseme für nichelekrische Größen (bis SS 00) D. Pförner 2 /U. Becker Übung zu Messsyseme für nichelekrische Größen (bis SS 00) H. Müller/U. Becker Akorik 3 A. Munack Regelungsechnik 5 1 in Zusammenarbei mi dem Insiu für Regelungsechnik, FB Elekroechnik 2 in Zusammenarbei mi dem Insiu für Produkionsmessechnik 3 in Zusammenarbei mi den Insiuen des Allgemeinen Maschinenbaus 2.2 Kurzbeschreibung der Lehrveransalungen Regelungsechnik 1 2V 1Ü Modellbildung und Beschreibung dynamischer Syseme: DGL'n, Blockschalbilder, Frequenzgänge, Orskurven, Bodediagramme. Laplaceransformaion, Überragungsfunkion. Sabiliäskrierien und Unersuchungen an dynamischen Sysemen. Regelkreissrukuren, Regelsyseme. Funkionsbauseine, Regler. Regelungsechnik 2 2V 1Ü Enwurf komplexer Regelkreise: Ersazregelungssrecken, Rückführung, Kaskadenregelung, Sörgrößenaufschalung. Mehrgrößensyseme: Enkopplung. Nichlineare Regelsyseme: Zwei- und Dreipunkregler, Zusandsdarsellung, zeiopimale Regelungen, Fuzzy-Conrol. Ausblick auf digiale Regelsyseme. Regelungsechnik 3 2V 1Ü Zusandsregelung, Beobacher, moderne Regelungs verfahren, Kalman Filer und LQR, Normen für Signale und Syseme, koprime Fakorisierung, Modellabgleich, Minimierung und Berechnung der H2- und H -Norm. Regelungsechnik 4 2V 1Ü (Regelung und Auomaisierung in der Verkehrsechnik) Fahrdynamik, Trakionsaren, Anriebsechnik, Spurführung, Akor- und Sensorsyseme, Hilfsberiebe, Tragsyseme, Fahrzeugseuerung und -sicherung, Orung, Fahrzeugausrüsung, Sicherungseinrichungen, Leiechnik, Umschlagechnik, Disposiion, Warung und Insandhalung, Verkehrssimulaionssyseme, Fahrgas- und Kundeninformaion, Wirschaflichkei. Regelungsechnik 5 2V 1Ü (Parameerschäzung und adapive Regelung) Parameerschäzung für lineare saische Syseme. Parameerschäzung für nichlineare dynamische Syseme. Idenifizierbarkei von Parameern. Adapive Regler nach dem OLFO-Verfahren. Grundbegriffe sochasischer Prozesse. Regler für sochasisch gesöre Syseme. Parameerschäzung für lineare dynamische Syseme miels Leas-Squares-Schäzung. Adapive Regler Generalized Predicive Conrols. 9

10 Auomaisierungsechnik 1 2V 1Ü Ziele, Gegensand und Mehoden, grundlegende Begriffe und Aufgaben der Auomaisierungsechnik, Technische Prozesse; Srukuren der Prozesskopplung; Informaion in echnischen Prozessen; Rechensyseme zur Prozessseuerung; Informaion in Prozessrechnern; Anforderungen an Seuerprozesse, Echzeiberieb, Prozessprogrammiersprachen; Organisaionsformen, Hierarchie- und Kommunikaionssrukuren, Verhalensmodelle, dynamisches Sysemverhalen. Auomaisierungsechnik 2 2V 1Ü Beschreibungsmiel für Auomaisierungssyseme: Perineze (CE-, PTr-, PrTr-Neze, zeibeweree, sochasische und Fuzzy- Neze), konvenionelle Beschreibungsmiel (Boolesche Algebra, Auomaenmodelle, Enscheidungsabellen, Funkionsplan, Konakplan, Anweisungslise, grafische Programmiersprachen, Nezpläne). Mehodischer Enwurf von Auomaisierungssysemen (Enwurf, Validaion und Verifikaion, Simulaion und Analyse). Werkzeuge für rechnergesüzen Enwurf (CASE-Tools). Auomaisierungsechnik 4 2V 1Ü (Enwurf von Auomaisierungssysemen) Enwurfsprozess, Phasenmodell, Enwurfsmehoden (objekorieniere, funkionsorieniere,... Ansäze), Lasen-/Pflichenhef, Qualiässicherung, Validaion und Verifikaion, Konfiguraionsmanagemen, gewerbliche Schuzreche, Projekmanagemen, Produkhafung, Fallbeispiele. Technische Zuverlässigkei 2V 1Ü Grundlegende Aspeke der Zuverlässigkei, Grundlagen der Saisik, Anwendung der Saisik in der echnischen Zuverlässigkei, Ausfallverhalen einzelner Komponenen, Auswirkung auf Syseme mi mehreren Komponenen, Syseme ohne Redundanz, Syseme mi Reserve und sowohl reparable als auch irreparable Syseme. Akorik 2 2V 1Ü (Servohydraulik I) Grundelemene der Hydromechanik. Bauelemene der Energieumwandlung (Pumpen und Mooren). Elemene der Energieseuerung (Schalvenile und Seigvenile). Elekromechanische Umformer (Magnee, Tauchspulen, Tourquemooren). Akorik 3 2V 1Ü (Servohydraulik II) Mechanisch-hydraulische Folgeversärker. Digial hydraulische Sellanriebe und Schrimooren. Dynamik hydraulischer Syseme. Linearisierungsmehoden. Sabiliäsberachungen z.b. miels Bypass-Srömung. Elekrohydraulische Regelkreise (Lage-, Geschwindigkeis- und Druckregelkreise). 2.3 Labore Labor Mess- und Regelungsechnik Das neue Labor Mess- und Regelungsechnik wird als Projek Hydraulische Achse durchgeführ. Das Projek glieder sich in 5 Teilprojeke von der Modellbildung über Kennlinienaufnahme, Reglerauslegung und Simulaion, Regleraufbau und Tes sowie lezendlich der experimenellen Überprüfung des ganzen. Dabei lernen die Sudenen unmielbar Abläufe der Projekarbei kennen, zudem werden Fähigkeien wie Organisaion, Teamarbei und Präsenaion geüb. Fachlabor Regelungsechnik Versuch 1: Mechanisch-hydraulischer Folgeversärker Versuch 2: Unseige Regelung am Beispiel der Temperaurregelung mi einem Zweipunkregler Versuch 3: Lenkungssimulaor mi Kaskadensrukur Versuch 4: Simulaion und Reglerenwurf Versuch 5: Regelung eines TDI-Moors am Beispiel des Leerlaufreglers (in Zusammenarbei mi IAV GmbH Gifhorn) Auomaisierungsechnik 3 (Gemeinschafsprakikum Auomaisierungsechnik) Versuch 3: Rechnergesüzer Enwurf eines Auomaisierungssysems Versuch 4: Realisierung einer Auomaisierungsaufgabe mi einer speicherprogrammierbaren Seuerung (SPS) Rechnerprakikum Regelungs- und Auomaisierungsechnik Das Prakikum dien zur Veriefung der Vorlesungen Regelungsechnik 1 und 2 sowie Auomaisierungsechnik 2. Es wird im Rechenzenrum der TU Braunschweig mi Hilfe der Programme Malab/Simulink sowie von Perinez- und CASE- Werkzeugen durchgeführ. 2.4 Seminare bis Winersemeser 2001 Die wahren Kosen des Verkehrs: Was muss berücksichig werden? Der "inelligene" Güerwagen Akive Federung und Wagenkasenseuerung bei Zügen Verkehrswegedaenbanken Der Informaionsfluss im Güerverkehr Hybride Perineze Fuzzy Sliding Mode Regelung Szenarioechnik Auomaische Bahnen Sichere Rechner - Sand der Enwicklung und Tendenzen Vergleich unerschiedlicher Mikroconroller (8/16/32 Bi) Simulaoren in der Freizei- und Vergnügungsindusrie Perineze und Objekorienierung Roierende opische Speichermedien Neuronale Neze Objekorieniere Programmierung in der Auomaisierungsechnik Auomaisierung in der Zemenindusrie Relaionale und objekorieniere Daenbanken Visuelle und grafische Programmiersprachen Technische Zuverlässigkei - heoreische/mahemaische Grundlagen und Mehoden PPS-Produkionsplanungs- und -seuerungssyseme Tools für Regelungssyseme Chaosheorie Texerkennung und Sprachanalyse Inerne: Daen- und Nezwerksicherhei Drive by wire Neuronale Neze Echzeifähige vereile Informaionssyseme Enwicklungsrends bei SPS Inelligene Sensoren zur Conaineridenifizierung Regelung in der Medizinechnik 10

11 Digiale Kare - raumbezogene Informaionssyseme Mobilkommunikaion für die Eisenbahn SAP JAVA VRML Arbeisgebiee der künslichen Inelligenz Messechnische Erfassung von Verkehrseilnehmern in Verkehrsmieln Unified Modelling Language Auomaed Highway Bremssyseme und Bremsanseuerung im Schienenverkehr Enlarge he mobiliy of spinal cord injured persons using he echnique of Funcional Simulaion Quaniaive Feedbackheorie Unersuchung des Moorensimulaionsprogrammes GESIM, angewende auf einen Moor mi elekrischem Venilrieb Adapive Syseme in der Verkehrsechnik (Fahrerassisenzsyseme) OCL Objec consrain language 2.5 Tagesexkursionen 2000 Mi Hörern der Vorlesungen Regelungsechnik und Auomaisierungsechnik Fahr nach Bierfeld zu Bayer Mi Hörern der Vorlesungen Regelungsechnik und Auomaisierungsechnik; Besichigung des Röhrensahlwerkes der Salzgier AG, Peine Mi Hörern der Vorlesung Auomaisierungsechnik Fahr nach Aachen und Anwerpen, Belgien zu Bayer und BASF Mi Hörern der Vorlesungen Regelungsechnik und Auomaisierungsechnik; Besichigung der Brauerei Feldschlösschen, Braunschweig. 11

12 3 Forschung Research Maßgebend für unsere Forschung is die gegenseiige Überlappung grundlagenorienierer Arbeien des Forschungsschwerpunkes Enwurfsauomaisierung mi den anwendungsorienieren Arbeien unserer drei Forschungsschwerpunke Prozessauomaisierung, Peripheriesyseme (Sensorik, Akorik, Kommunikaion) sowie Verkehrsauomaisierung. Diese gegenseiige Durchdringung einzelner Arbeien aus unerschiedlichsen Ansäzen und Sichen und die z. T. projekarige Bearbeiung konsolidiere insbesondere die begriffliche und darsellerische Beschreibung komplexer Sysem, Präzise Begriffsbildung - auch in GMA-Gremien eingebrach in Verbindung mi leisungsfähigen Beschreibungen durch Perineze, die wir um koninuierliche Ausprägung angereicher haben, führen wieder zu überzeugenden und konsensfähigen Lösungen bislang ungeklärer oder sehr aufwendig gelöser Sachverhale. Unser Ziel is dabei die Auomaisierung der Enwicklungskee von der Idee zum Produk mi hohem Anspruch an Qualiä und Verlässlichkei, d. h. Zuverlässigkei und Sicherhei. Auf dieser Basis haben wir im Bereich Prozessauomaisierung im Sahlwerk - Anlagenbau sowie bei Eisenbahnleisysemen umfangreiche Forschungsarbeien durchgeführ. Die umfangreichen Arbeien zu Orung und Kommunikaion haben zu ineressanen naionalen und inernaionalen Projeken im Eisenbahnbereich mi mehreren Parnern geführ. In der anwendungsorienieren Forschung lassen uns die bislang aufgebauen Konake, auch zu den Parnern innerhalb des Fachbereiches Maschinenbau wie zu anderen Fachbereichen, insbesondere im Zenrum für Verkehr der TU Braunschweig sowie zu unseren bisherigen und neuen indusriellen Parnern, zuversichlich in die Zukunf blicken. Darüber hinaus wollen wir weier den Vorlauf der auomaisierungsechnischen Grundlagenforschung pflegen, der sich dank unseres beharrlichen Engagemens in unseren Fachagungen und in den Schwerpunkprogrammen KONDISK und Sofwarespezifikaion der Deuschen Forschungsgemeinschaf eablier ha. Decisive for our research is reciprocal overlapping of basic work in he primary research field of design auomaion wih applicaion-oriened work of our hree primary research fields process auomaion, peripheral sysems (sensor echnology, acuaor echnology, communicaions) as well as raffic auomaion. This reciprocal peneraion of individual projecs from differen approaches and views and parially projec-like processing has especially consolidaed he concepual and represenaive descripion of complex sysems, precise erms - also in GMA bodies - and in connecion wih powerful descripions by means of Peri nes, which we have enriched by coninuous elemens, have in urn lead o convincing and consensus-enabling soluions of circumsances currenly unsolved or wih very expensive soluions. In his respec, our goal is he auomaion of he chain of developmen from he idea o he produc wih a demand for qualiy and dependabiliy, i.e. reliabiliy and safey. On his basis, we have performed comprehensive research in he secor of process auomaion in plan consrucion for seel mills as well as for rain conrol sysems. Comprehensive work for locaion and communicaions have lead o ineresing domesic and inernaional projecs in he secor of railways wih several parners. In applicaion-oriened research, he conacs buil up unil now, also o parners wihin he faculy of mechanical engineering as well as o oher faculies, especially in he cener for raffic of he TU Brunswick, as well as o our curren and new indusrial parners, give us a posiive oulook o he fuure. Beyond his, we wan o coninue o se he sandards for basic research in auomaion echnology, which hanks o our consisen commimen in our conferences and in he prioriy programs KONDISK and Sofwarespecificaion of he German Research Council have been esablished. The individual projecs of he reporing period will be summarized for he individual focal poins of research. Für die jeweiligen Forschungsschwerpunke werden die einzelnen Projeke des Berichszeiraums zusammengefass. 12

13 4 Enwurfs- und Prozessauomaisierung 4.1 Einführung Für den wirschaflichen Erfolg bei Hersellern und Bereibern is die Enwicklung von der Idee zum Produk bei bzw. mi neuen Geräen und komplexer Anlagen von enscheidender Bedeuung. So wurden mi dem Schlagwor BMW-Prinzip die orhogonalen Enwicklungskomponenen Beschreibungsmiel, Mehode und Werkzeug begrifflich idenifizier. Die bevorzuge Beschreibung mi Perinezen haben wir wissenschaflich abgesicher und die Semanik des primär diskreen Verhalens durch Fuzzykonzepe und koninuierliche Inegraion fundier erweier. Mi diesen heoreischen Ansäzen konnen schwierige indusrielle Aufgaben ersmals nachvollziehbar geklär bzw. gelös werden. Bei den Begriffskonzepen haben wir das Ressourcenmodell und andere einfache mehodische Konzepe enwickel, aus dem sich Konuren einer Sysemaik und Terminologie für Auomaisierungssyseme abzeichnen. Im Insiu wird für den Enwurf komplexer Auomaisierungssyseme die Braunschweiger Analyse- und Sysemenwurfsmehode BASYNET ausgebau, erprob und eingesez. Es handel sich um eine mehodisch srukuriere Vorgehensweise, welche die Mehode der srukurieren Analyse, allgemeine Sysem- und Begriffskonzepe und objekorieniere Ansäze, insbesondere mi durchgängigen Beschreibungen mi Perinezen vereinig und sich von der Anforderungsspezifikaion bis zur auomaischen Codegenerierung mi Beriebssysemeinbindung ersreck. Diese Enwurfsmehodik is offen für verschiedene rechnergesüze Werkzeuge (Tools), von denen am Insiu sehr viele kommerzielle und experimenelle verfügbar sind. Weier wird an einer inegrieren Toolumgebung (COSYNET) mi einer auomaisieren Aufsellung, Synhese und Umsezung von Spezifikaionen von Auomaisierungsfunkionen in Programme und Auomaisierungssyseme (SPS) sowie an der kooperaiven kommunikaionsgekoppelen Simulaion von auomaisieren Prozessen für Analyse, Tes und Inberiebnahme vor der Anlageninsallaion inensiv gearbeie (vgl ). Bei der Prozessauomaisierung is die Kennnis und resulierende Modellbildung des zielgeriche zu beeinflussenden Sysems, d. h. des Geräs, der Maschine, der Anlage usw. als Regel- oder Seuersrecken nowendige Voraussezung. Dafür häl die klassische Regelungsechnik ein ausgereifes Insrumenarium berei, das allerdings bei komplizieren Anwendungen, z. B. der Lebensmielindusrie oder bei allgemeinen Aufgaben einer Lasen- und Pflichenhefersellung nur eilweise genuz werden kann. Zur Auomaisierung schwieriger Srecken werden zunehmend Fuzzy-, Neuro- und Geneische Verfahren, d. h. das sog. Sofcompuing, verwende bzw. inegrier. Anwendungsfälle für diese modernen Techniken waren bei uns die Lösung regelungsechnischer Aufgaben in einer Zuckerfabrik. Für das erfolgreiche Requiremens Engineering und eine effiziene Beriebsüberwachung müssen umfangreiche Sysemkonzepe erarbeie und implemenier werden. Viele unerschiedliche Sichen abdeckende und vor allem inegrierende Informaionsmodelle sind dafür mehodisch zu ersellen, wofür einerseis eine Terminologie, d. h. sysemaische Begriffssrukuren und andererseis effiziene Beschreibungsechniken nowendig sind, da realisierungsseiig mi Daenbanken und Inerne äußers mächige Realisierungsmiel beherrsch werden müssen. Auf der Basis mehodischer Vorgehensweisen und begrifflicher wie beschreibungsechnischer Konzepe haben wir für in der hochmodernen Zuckerfabrik Güsrow sowie der Salzgier AG aufgeschlossene Parner zwecks Einsaz und Anwendung unserer Ansäze gefunden. Abgeschlossene Forschungsvorhaben: (Siehe Insiusberiche 1989/90, 1991/92, 95, 97, 00) Anwendung von Perinezen in der Logisik Tessysem für speicherprogrammierbare Seuerungen Srukurierung von Leisysemen Einsaz von Perinezen für die Diagnose Modellbasierer Enwurf von daenbankgesüzer Sofware Online-Simulaion von Perinez-Prozessmodellen mi Design/CPN Grundlagen der Enwurfsauomaisierung KONDISK-MOVESYN: Modellbildung zur Verifikaion und Synhese diskreer Auomaisierungssyseme uner Berücksichigung koninuierlicher Teilsyseme Auomaische Synhese von Seuerungssofware Szenariobasiere Spezifikaions- und Enwurfsmodelle Mehodische benuzerorieniere Evaluaion von Werkzeugen zum Sysemenwurf Tes Produkdaenechnologie in der Auomaisierungsechnik Analysing of conrol sysem srucures by use of peri nes Prozessmodellierung und -regelung einer verfahrensechnischen Anlage Fuzzy Logic / Fuzzy Conrol Parallele Simulaion Parameeropimierung einer Drehmaschinenregelung miels Experenwissen Qualiaive Modellbildung/Regelung eines Dieselmoors Opimierung und Regelung einer Kaalysaorprodukion Schienenbus Modellierung einer Bandbehandlungsanlage (ELO) Spezifikaion von Sahlveredelungsanlagen Beriebslei- und Informaionssysem für eine Zuckerfabrik CargoLöwe Inroducion Developmen from an idea o a produc for respecively wih new devices and complex sysems is of decisive imporance for economic success wih manufacurers and operaors. For insance, he key word BMW principle concepually idenifies he orhogonal developmen componens means for descripion, mehod and ool. The preferred descripion using Peri nes has been scienifically secured by us and he semanics of primarily discree behaviour is fundamenally exended by fuzzy conceps and coninuous inegraion. Using hese heoreical approaches, difficul indusrial asks could for he firs ime be comprehensively explained respecively solved. Besides he definiion conceps, we have developed he resource model and oher simple mehodical conceps, from which he conours of a sysem and erminology for auomaion sysems are emerging. A he insiue, for he design of complex auomaion sysems, he Brunswick analysis and sysem design mehod BASYNET is exended, esed and implemened. This is a mehodically srucured procedure uniing he mehod of srucured analysis, general sysem and definiion conceps and objec-oriened approaches, especially using consisen descripions using Peri nes, and which exends from requiremen specificaion up o auomaic code generaion including inegraion of he operaing sysem. This design mehodology is open for differen ools under compuer suppor, of which very many commercial and experimenal versions are available a he insiue. Furhermore, an inegraed 13

14 ool environmen (COSYNET) wih auomaed seup, synhesis and implemenaion of specificaions of auomaion funcions ino programs and auomaion sysems (sored-program conrol) as well as cooperaive communicaions-coupled simulaion of auomaed processes for analysis, esing and commissioning before insallaion of sysems is being inensely worked on. For process auomaion, knowledge and resuling model creaion of he sysem o be deliberaely effeced, i.e. he device, he machine, he sysem ec. as regulaing or conrol sysem is a necessary condiion. For his purpose, he classical conrol echnology has a proven range of insrumens available, which for complex applicaions, for insance in he foods indusry or for general asks of creaion of specificaions may only parially be used. For auomaion of difficul plan, increasingly fuzzy, neuro and geneic procedures, i.e. so-called sof compuing, are used respecively inegraed. Applicaions for his modern echnology were for us he soluion of conrol echnological asks in a sugar refinery. For successful requiremens engineering and efficien monioring of operaions, comprehensive sysem conceps mus be developed and implemened. For his purpose, informaion models covering many differen views and especially inegraing mus be mehodically prepared for his, for which on he one hand a erminology, i.e. sysemaic definiion srucures and on he oher hand efficien descripion echniques are required, because on he realizaion side very powerful realizaion means like daabases and he inerne mus be conrolled. On he basis of mehodic procedures and concepual as well as descripive conceps, we have found open-minded parners in he very modern sugar refinery Güsrow as well as Salzgier AG for implemenaion and applicaion of our approaches. Compleed research projecs: (see insiue repors 1989/90, 1991/92, '95, '97, 00) 4.2 DFG Schwerpunkprogramm Inegraion von Techniken der Sofwarespezifikaion für ingenieurwissenschafliche Anwendungen (Sofwarespezifikaion) In diesem Schwerpunkprogramm mi dem Kurziel "Sofwarespezifikaion" der Deuschen Forschungsgemeinschaf (DFG) geh es um grundlegende Forschung im Bereich der sysemaischen, phasenorienieren Sofwareenwicklung. Das Ziel is die heoreisch fundiere Inegraion unerschiedlicher Spezifikaionsechniken und sysemaischer Vorgehensweisen für die Enwicklung von sicheren Sofwaresysemen für ingenieurwissenschafliche Anwendungen. Zu diesem Zweck werden bundeswei elf Einzelprojeke geförder. Daneben werden zwei Referenzfallsudien innerhalb des Schwerpunkprogramms bereu. Die Einzelprojeke werden von Ingenieuren und Informaikern gemeinsam bearbeie. Darüber hinaus wurden Themenbereiche fesgeleg, an denen sich bilaerale Kooperaionen von Einzelprojeken orienieren. Das Insiu für Regelungs- und Auomaisierungsechnik is dabei sowohl an einem Einzelprojek, kurz KNOSSOS (Kombiniere Nez Objek Spezifikaionsechnik für Sofware von Sicherheissysemen) beeilig sowie für die Bereuung der Referenzfallsudie "Bahnübergang" aus dem Bereich der Verkehrsleiechnik veranworlich Das KNOSSOS-Projek im Schwerpunkprogramm "Sofwarespezifikaion" Wissenschafler: Parner: Dipl.-Ing. S. Einer Insiu für Sofware, Abeilung Informaionssyseme der TU Braunschweig Das Projek sieh vor, Peri-Neze und die objekorieniere Technik TROLL sowie ggf. weiere ingenieurwissenschafliche Beschreibungsmiel zu inegrieren. Mi Blick auf die Zielrichung des Schwerpunkprogramms reich es nich aus, die Inegraion dieser Beschreibungsmiel losgelös von ihrem Einsazzweck, also auf rein synakischer Basis, zu inegrieren. Vielmehr lassen sich drei Achsen fessellen, enlang derer inegrier werden muss, um zu einer akzepablen und einsezbaren Sofwarespezifikaionsechnik zu gelangen. Neben den eigenlichen Beschreibungsmieln müssen Mehoden für ihre Anwendung und in späeren Phasen Werkzeuge für einen prakikablen Einsaz der Spezifikaionsechnik inegrier werden. Erse Ansäze sehen vor, die genannen Techniken in einer Weise zu inegrieren, die die Modellierung der einzelnen Sysemaspeke Srukur, Daen und Verhalen mi unerschiedlicher Gewichung auf den Einsaz der einzelnen Techniken vereil. So eigne sich TROLL insbesondere zur Srukur- und Daenmodellierung des Sysems, während Perineze in opimaler Weise zur Verhalensmodellierung herangezogen werden können. Ein konsisener Einsaz beider Techniken bilde somi das gesame Spekrum der Sysemaspeke ab. Mi Einsaz der inegrieren Spezifikaionsechnik soll die Möglichkei geschaffen werden, bereis in frühen Phasen der Sofwareenwicklung eine eindeuige Spezifikaion zu erreichen, die ausführbar, d.h. auomaisch analysierbar und simulaionsfähig is, um eine auomaische Verifikaion und Validaion sowie die Ableiung von Tesfällen zu ermöglichen Meamodellierung der Inegraion von Spezifikaionsechniken Wissenschafler: Dipl.-Inform. L. Jansen Im Bereich Meamodelle der Inegraion von Spezifikaionsechniken wird unersuch, wie verschiedene formale Beschreibungsechniken über die Charakerisierung ihrer Verwendungsweisen in einer besimmen Anwendungsdomäne mieinander in Bezug gesez werden können. Ausgehend von der grundlegenden Unerscheidung formaler und maerialer Sysembeschreibungen werden für verschiedene Sysemklassen geeignee Meamodelle auf unerschiedlichen Absrakionssufen erarbeie. Darauf aufbauend wird ein allgemeines Schema für die Angabe von Pragmaiken formaler Beschreibungsechniken für die Beschreibung ingenieurwissenschaflicher Syseme aufgesell. Die Inbezugsezung heerogener Teilbeschreibungen erfolg schließlich uner Ausnuzung dieser Pragmaiken, indem verschiedene Bereiche formalsprachlicher Konsruke auf einen gemeinsamen Bereich maerialsprachlicher Konsruke abgebilde werden Referenzfallsudie "Bahnübergang" und Verkehrsleiechnik Wissenschafler: Dipl.-Inform. L. Jansen Dipl.-Ing. R. Slovák Anhand der Referenzfallsudien im Schwerpunkprogramm "Sofwarespezifikaion" sollen ypische ingenieurwissenschafliche 14

15 Problemsellungen der Sofwarespezifikaion exemplarisch bearbeie werden. Dabei sollen die in den Einzelprojeken enwickelen bzw. inegrieren Spezifikaionsechniken angewende und auf ihre Prakikabiliä unersuch werden. Die Bearbeiung der Referenzfallsudien soll insbesondere einen Vergleich der heoreischen Ergebnisse in ihrer Anwendung ermöglichen Demonsraor Wissenschafler: Dipl.-Inform. Frank Hänsel Dipl.-Ing. H. Schrom Dipl.-Ing. R. Slovák Im Rahmen der Bereuung der Referenzfall wird am Insiu für Regelungs- und Auomaisierungsechnik ein physikalisches Modell zur Problemsellung der funkbasieren Bahnübergangsseuerung in Form einer Demonsraionsanlage realisier. Die Inerne serielle Schniselle DECT Funkverbindung Eherne PC mi SaeFlow-Modell DECT-Modul Komm uc C167 Komm uc C167 Komm uc C167 Komm uc C167 Komm uc C167 Zug-PC uner QNX Zug-PC uner QNX Zug-PC uner QNX Moor/Sensoren uc C167 Moor/Sensoren uc C167 Moor/Sensoren uc C167 Moor/Sensoren uc C167 Moor/Sensoren uc C167 M M O M O M O Bahnübergang Weiche Zug 1 Zug 2 Zug 3 Für die Referenzfallsudie "Bahnübergang" wird eine Fallsudienbeschreibung vorgeleg, die auf der Spezifikaion eines realen Eisenbahnleisysems, des sogenannen FunkFahrBeriebs (FFB), basier und einen diesbezüglichen Ausschni umfass. Ziel bei der Gesalung dieser Fallsudie is die Sellung einer Spezifikaionsaufgabe von realisischer Komplexiä bei überschaubaren Umfang und begrenzem Bearbeiungsaufwand. Die Fallsudie enhäl Aspeke, die allgemein für Fragen der Sofwarespezifikaion relevan sind und offenbar außerdem für das Anwendungsgebie Eisenbahnleiechnik ypische ingenieurwissenschafliche Probleme. Weierhin is im Projek KNOSSOS die Bereuung einer Fallsudie zur funkbasieren Bahnübergangsseuerung angesiedel, die als Referenzfallsudie Verkehrsleiechnik von insgesam sechs Projeken im Schwerpunkprogramm bearbeie wird. Die Fallsudie umfass für komplexe ingenieurwissenschafliche Anwendungen ypische Problemaspeke (vereiles Seuerungssysem mi Echzei- und Sicherheisanforderungen), deren umfassende Beschreibung den Einsaz verschiedener, einander ergänzender Spezifikaionsechniken erforder. Dami dien die Fallsudie einerseis als Problemlieferan für neuarige Lösungsansäze, andererseis auch als Benchmark für deren Durchführbarkei und Prakikabiliä. Anlage dien der prakischen Vorführung, Erprobung und Validierung von Seuerungsimplemenierungen aus den einzelnen Projeken des Scherpunkprogramms. Im Endausbau wird eine Inerneanbindung mi Fernseuerung und Visualisierung von Experimenen den welweien Zugriff von Nuzern auf den Demonsraor ermöglichen. Der Demonsraor sell dazu neben dem Gleis- und rollenden Maerial in Maßsab 1:22,5 (LGB-Forma) modular aufgebaue Bahnübergänge berei, die jeweils aus den Komponenen Schrankbaum, Lichzeichenanlage, Fahrzeugsensor (Achszähler) und Sysemanbindung besehen. Die Kommunikaion der Bahnübergangsmodule wird mi Hilfe eines Low-Cos Feldbussysems realisier, so dass sich völlige Freihei in Bezug auf die Plazierung und Skalierung von Modulen des Bahnübergangs sowie weierer Bedien- und Seuerelemene ergib. Der Demonsraor soll ebenso für weiere Projeke wie SaZB und Bahn 2050 genuz werden. Am Insiu wurde der Saellien- 15

16 gesüze Zugleiberieb (SaZB) mi Perinezen modellier und mi Hilfe einer auomaischen Codegenerierung ein ablauffähiges Sysem geschaffen. Der SaZB is ein kosengünsiges Sicherungssysem für schwach genuze Nebensrecken der Bahn, wobei die Züge ihre Posiion mi Hilfe von Saellienorung (GPS) im Zusammenwirken mi einer digialen Kare besimmen per Mobilfunk (GSM) die Fahrerlaubnis bei einer Sreckenzenrale anfragen. Anforderungen sowie modellbasiere, graphische Darsellungen der Srukur, des Verhalens und der Kommunikaion der zu enwickelnden Sysemeile auf verschiedenen Deaillierungsebenen. Das digiale Lasenhef dokumenier die Phasen der Enwicklung von der Anforderungserfassung auf (Sub-)Sysemebene über die Archiekur und Pariionierung bis zum Grobenwurf des Verhalens einzelner Komponenen. In Zukunf sollen diese Enwicklungsphasen durch eine durchgängige Werkzeugkee unersüz werden, d.h. alle Dokumene sollen digial ersell, bearbeie und ausgeausch werden. Flexibler Bahnverkehre der Zukunf is das Ziel von Bahn Bei diesem Konzep wird auf sreckenseiige Sicherungseinrichungen weigehend verziche und die Kommunikaion per Funk zwischen den Zügen und Sreckenelemenen abgewickel. Als Hardwaregrundlage des Demonsraors wird der FunkFahr- Berieb (FFB) genuz. Die daraus resulierende Archiekur der realisieren Anlage beseh aus drei Zügen, einer Zenrale, einer Weiche sowie der Bahnübergangsanbindung. Diese Komponenen sind per Funk (DECT) mieinander verbunden und besizen lokale Inelligenz. Jeder Zug enhäl für diesen Zweck zwei Mikroconroller für Moorseuerung und Kommunikaion sowie einen PC zur Aufnahme der dezenralen Logik des Zugleisysems. Die Seuerung der Anlage soll sowohl lokal als auch aus der Ferne per Inerneanbindung möglich sein. 4.3 Sep-X Wissenschafler: Parner: Dipl.-Ing. G. Bikker Dipl.-Ing. M. Horsmann Dipl.-Ing. M. Schulz Insiu für Sofware, Abeilung Programmiersprachen, Insiu für Elekrische Messechnik und Grundlagen der Elekroechnik der TU Braunschweig Volkswagen AG Wolfsburg Überblick Ziel des Projekes Sep-X is das Aufzeigen eines durchgängigen Enwicklungsprozesses für den Enwurf von Seuerungen in Auomobilen. Dazu werden geeignee Beschreibungsmiel, Mehoden und Werkzeuge unersuch und beispielhaf angewende. Neben dem Enwicklungsprozess als solchem sind auch die Einbindung von Tesen und Diagnose sowie die Buskommunikaion wichige Besandeile von Sep-X. Für die Ermöglichung dieser Einbindung sowie der Durchgängigkei des Enwicklungsprozesses wird das Thema Toolkopplung behandel. Sep-X is eine Kooperaion zwischen dem Zenrum für Verkehr der TU-Braunschweig und der Volkswagen AG. Aus dem Zenrum für Verkehr sind neben dem Insiu für Regelungs- und Auomaisierungsechnik auch das Insiu für Sofware (ips) und das Insiu für Messechnik und Grundlagen der Elekroechnik (emg) beeilig. Im Folgenden werden die einzelnen Arbeisbereiche des Projekes dargesell. Digiales Lasenhef Uner dem Begriff Lasenhef werden die Dokumene der Spezifikaion und des Enwurfs auf Sysem- und Komponenenebenen zusammengefass. Dazu zählen exuelle Beschreibungen der Aufgaben im Bereich Digiales Lasenhef sind die Definiion der zu ersellenden Dokumene, die Anpassung objek-orienierer Enwicklungsmehoden an das Anwendungsgebie, die Auswahl geeigneer Werkzeuge und die Anwendung der erzielen Ergebnisse auf die Enwicklung eines Subsysems im Fahrzeug aus dem Komforbereich. Diagnose Die Komplexiä der elekronischen Syseme im Kraffahrzeug nimm mi jeder Fahrzeuggeneraion größere Ausmaße an. In demselben Maße sink dagegen die Diagnosizierbarkei. Mi herkömmlichen Mieln kann der Enwicklungsingenieur nich mehr sichersellen, dass die Fehler in den Sysemen des Fahrzeugs sicher deekier und lokalisier werden. Die herkömmliche Vorgehensweise bei der Diagnose is wissensbasier. Das bedeue, dass auch nur für bekanne Fehler Diagnosemaßnahmen geroffen werden können. Fehler, an die der Enwicklungsingenieur nich gedach ha, können also nich gefunden werden. Diese Unzulänglichkeien können mi der modellbasieren Diagnose vermieden werden, die sich mi der Lokalisierung von Fehlerursachen beschäfig. Dazu wird eine Beschreibung bzw. ein Modell des zu diagnosizierenden Sysems verwende, um dessen Verhalen vorherzusagen. Treen nun Diskrepanzen zwischen dem vorhergesagen und dem asächlich beobacheen Sysemverhalen auf, so kann dies durch das fehlerhafe bzw. abnormale Verhalen einzelner Komponenen des echnischen Sysems erklär werden. Eine Diagnose beseh dann aus denjenigen Sysemkomponenen, die, wenn als abnormal angenommen, das akuelle Sysemverhalen erklären. In diesem Teilprojek wird unersuch, ob die momenan verfügbaren Sofwarewerkzeuge für die modellbasiere Diagnose eingesez werden können, um elekronische Syseme im Fahrzeug effekiv diagnosizieren zu können. Weier wird unersuch, ob das Diagnosemodell, das auf einem PC-basieren Diagnoserechnern läuf, auch in Teilmodelle geeil werden kann, die in den einzelnen Seuergeräen ablaufen. Tesen Uner der Fragesellung des Tess werden im Projek STEP-X Verfahren und Tools zur unmielbaren Inegraion des Tesens in die modellbasiere Sysemenwicklung demonsrier. Troz wachsender Forschrie hinsichlich einer durch srukurierende Mehoden, grafische Werkzeuge und formale Verfahren erreichen Fehlerredukion bei der Enwicklung von Sofware bleib der Tes eines der wesenlichen Verfahren der Qualiässicherung. Im Projek werden deshalb markgängigen Enwicklungsumgebungen und Teswerkzeuge mi Hinblick auf das konkree Anwendungsgebie bei der VW AG unersuch und kombinier: Anpassungen der Enwicklungsmehodik Konfiguraion einer leisungsfähigen, modularen Sofware- und Hardwareinfrasrukur Anpassung des Enwicklungsvorgehens an die geseigere Leisungsfähigkei des Tesens 16

17 Das Tesen is somi eine organisaionsübergreifende Fragesellung der Produkdefiniionsphase, des Managemen der Enwicklung und der Qualiässicherung.. Bussyseme Für die Enwicklung von X-By-Wire-Anwendungen wie Seerund Brake-By-Wire, müssen besondere Anforderungen an die für die Kommunikaion verwendeen Busse gesell werden. Solche Anwendungen verlangen die Garanie, dass Informaionen bei hoher Daenrae immer rechzeiig und sicher einreffen, d.h. um solche Funkionen zu realisieren, muss ein schneller, zeigeseuerer Bus mi redundan ausgelegen Kommunikaionskanälen verwende werden. Für den Auomobilbereich wird das Prookoll TTP/C im Rahmen des Projekes auf seine Tauglichkei für die Verwendung in sicherheiskriischen Anwendungen unersuch werden, während gleichzeiig dessen nahlose Inegraion in den übergeordneen Enwicklungsprozess angesreb wird. Vorhandene gewachsene Werkzeugumgebungen sollen beache und für die in diesem Projek durchgeführe Vorgehensweise eine Migraion aufgezeig werden. Wesenliche Auswahlkrierien der verschiedenen Busse sind das Verhalen des Gesamsysems bei Teilnehmerausfall bei Überragungsfehlern bei Leiungsfehlern die Daenrae das Buszugriffsverfahren die Flexibiliä des Kommunikaionsrahmens für Erweierungen die Verfügbarkei Toolkopplung Für die Sysemenwicklung seh eine Vielzahl von compuergesüzen Werkzeugen zur Verfügung. Wenn eine Vielzahl von Sysemvarianen über einen längeren Zeiraum geware, akualisier und in der Funkionaliä erweierbar sein soll, is die Durchgängigkei der Werkzeugumgebung über mehrere Enwicklungsphasen hinweg ein wesenliches Krierium. Dabei sollen Werkzeuge den Enwicklungsprozess von der Spezifikaion über den Enwurf und die Realisierung bis zum Berieb und Warung unersüzen. Es soll eine überschaubare Toolbox definier werden, die eine durchgängige Werkzeugunersüzung bei der Enwicklung hybrider Syseme besehend aus Komponenen mi Hard- und Sofware in mecharonischer Ausprägung ermöglich. Eine derarige Toolbox muss die folgenden Anforderungen erfüllen: Es soll eine überschaubare Anzahl sein, die das Spekrum der Anforderungen an die Unersüzung verschiedenariger Sysemkomponenen und unerschiedlicher Enwicklungsphasen möglichs brei abdeck. Die Werkzeuge sollen über Schnisellen mieinander koppelbar sein. Sie sollen die ausgewählen Mehoden unersüzen, müssen aber gleichzeiig genügend Flexibiliä für zukünfige Weierenwicklungen lassen. Die Simulaionsumgebung soll die Kombinaion unerschiedlicher zei- und ereignisdiskreer sowie koninuierlicher Beschreibungsmiel zur Behandlung von mecharonischen Sysemen ermöglichen. Ein hohes Maß an Wiederverwendbarkei bereis besehender und zukünfig zu ersellender Modelle und Komponenen soll gewährleise sein. Den Enwicklern soll ermöglich werden, gleichzeiig im Team (Co-Simulaion) und räumlich vereil (z.b. VW, Zulieferer, Universiä) uner Nuzung derzeiiger leisungsfähiger Kommunikaions- und Informaions- Infrasrukur an einem Problem zu arbeien. Neben den an der Hochschule involvieren Miarbeiern muss auch bei VW oder bei Zulieferern die Arbei mi den Werkzeugumgebungen in Zukunf möglich sein. 17

18 5 Peripheriesyseme: Sensor-, Akor- und Kommunikaionssyseme 5.1 Einführung Bindeglieder zwischen echnischem Prozess und dem rechenechnisch realisieren Auomaisierungsfunkionen sind Sensoren, Akoren und (Feld-)Kommunikaionssyseme. Dabei haben die Sensoren die Aufgabe, die zu messende physikalische Größe und ihre Änderung zu erfassen. Die Akoren dienen dazu, die von der Informaionsverarbeiung erzeugen Sellsignale in ensprechende Prozesssellleisungen umzusezen. Die Informaion zwischen diesen Einrichungen wird miels Feldbussen vereil. Im Bereich der Sensorik bring die geeignee Kombinaion von unerschiedlichen Einzelsensoren und ihre informaionelle Verknüpfung neue Informaionsqualiä. Diese sogenanne Sensorfusion oder Mulisensorik wird bei uns hinsichlich der rechenechnischen Konzepion und funkionalen Srukurierung im von der Deuschen Forschungsgemeinschaf finanzieren "Sonderforschungsbereich Flugmessechnik" unersuch. Ähnliche Aufgaben werden für die Orung und Zusandserkennung im Bahnberieb bearbeie, die vorwiegend mobil und unabhängig von einer sreckenseiigen Infrasrukur arbeie. Ineressan is dabei das Zusammenspiel von rauminsallierer Sensorik in Navigaionssaellien, fahrzeugseiiger Sensorik sowie einer karographischen offline-referenz. Diese Arbeien beinhalen Fragen zur Machbarkei, Sicherheisnachweisführung und Sandardisierung sowie Genauigkei und Qualiässicherung zukünfiger Syseme. Abgeschlossene Forschungsvorhaben: (Siehe Insiusberiche 1989/90, 1991/92, 95, 97, 00) Fluidische Umformer Durchflusssensoren Hydraulische Sellsyseme Ulraschallsensorik für Melkroboer Bahnführung eines Melkroboers Unersuchungen von Gleichlaufschwankungen an Kasseenlaufwerken Radiale Keraoomie Dämpfungsmöglichkeien von Flüssigkeisschwingungen Thermosavenil mi PI-Regelverhalen ohne elekrische Hilfsenergie Opimierung des Lenkverhalens von Flurförderzeugen mi elekrischen Lenkunersüzungen Akive Beeinflussung eines Sprizbalkens DEUFRAKO-M: Leisungsspezifikaion für eine europäische Wegmesseinhei für Züge Orung im spurgebundenen Verkehr auf Basis von Saelliennavigaion Leilinie "Sichere Wegmessung" Prüfsand zur Lenkungssimulaion mi hydraulischem Anriebsaggrega Modulaionsverfahren für Schnellschalvenile Elekrorheologische Flüssigkeien SFB 420 Flugmessechnik, Teilprojek C3: Konfiguraion und Dynamik von Mulisensorsysemen Orung im spurgebundenen Verkehr auf der Basis von Saellien-Navigaion Prakische Demonsraion der saelliengesüzen Orung im spurgebundenen Verkehr Qualiäs- und Sicherheismanagemen für sicherheisrelevane (Karen-)Daen im spurgebundenen Verkehr (SAFEMAP) Deusch-Französische Kooperaion (DEUFRAKO-P): Sraegien der Nuzung von Saelliennavigaion und Kommunikaion im spurgebundenen Verkehr Vorunersuchung für ein saellien-navigaionsgesüzes Bodenexperimen (SATNAB) Feldbusse in der Auomaisierungsechnik Modellierung und Simulaion von Zugbussysemen für den Güerverkehr (ZUGBUS) Inroducion Connecing elemens beween he echnological process and he compuaional auomaion funcions are sensors, acuaors and (field) communicaions sysems. In his respec, he sensors have he ask o record he physical propery o be measured and is change. The acuaors serve o implemen he conrol signals creaed by informaion processing ino corresponding process conrol power. The flow of informaion beween hese insallaions is disribued using field buses. In he secor of sensor echnology, he suiable combinaion of differen individual sensors and heir informaional linkage creae a new qualiy of informaion. This so-called sensor fusion or muli sensor echnology is examined by us wih respec o compuaional concep and funcional srucuring in he "collaboraive research cenre aeronauics measuring echnology" funded by he German Research Council. Similar asks are being processed for locaion and saus deecion in rain operaion, which works mainly mobile and independen of a line infrasrucure. Ineresing in his connecion is he cooperaion of sensor echnology insalled in space in navigaion saellies, vehicle sensor echnology as well as a map-relaed offline reference. This work includes issues on feasibiliy, proof of safey and sandardizaion as well as precision and qualiy assurance of fuure sysems. Compleed research projecs: (see insiue repors 1989/90, 1991/92, '95, 97, '00) 5.2 SATNAB Saelliennavigaionsgesüzes Navigaions- Bodenexperimen Wissenschafler: Dipl.-Ing. U. Becker Dipl.-Ing. G. Bikker Dipl.-Ing. L. Däubler Dipl.-Ing. B. Filová Dipl.-Ing. I. Illgen Dipl.-Ing. H. Schrom Das Vorhaben wurde mi Mieln des Deuschen Zenrums für Lufund Raumfahr e. V. uner den Förderkennzeichen 50NC9805 und 50NA9917 geförder. Kooperaionsparner des Insius für Regelungs- und Auomaisierungsechnik in diesem Vorhaben sind die Asrium GmbH (ehemals Dornier Saelliensyseme GmbH) und das Deusche Zenrum für Luf und Raumfahr in Oberpfaffenhofen. Im Rahmen der Sudie is ein Messverfahren enwickel worden, das die genaue Posiionsbesimmung eines mobilen Nuzers mi Hilfe eines einzelnen Navigaions-Saellien ermöglich. Dieser Ansaz wird u.a. deshalb verfolg, um in einer frühen Ausbausufe des zukünfigen europäischen Saelliennavigaionssysems GALILEO, in der vorers einmal nur einige Saellien verfügbar sein werden, Aussagen über die Navigaionsqualiä bei bewegen Landfahrzeugen vornehmen zu können. Mi einem einzelnen Saelliensignal kann die Schrägenfernung zu einem mobilen Nuzer gemessen werden, wenn dieser eine mi der Saellienuhr synchronisiere sehr genaue Uhr (Aomuhr) besiz. Beweg sich der Nuzer enlang einer genau definieren Trajekorie, beispielsweise enlang einer exak vermessenen Schiene, dann kann im Falle geeigneer geomerischer Verhälnisse seine Posiion ermiel werden. Für eine genaue Orung muss die Blickrichung zum Navigaionssaellien in ewa der Schienen- 18

19 ausrichung ensprechen (< +/- 30 Azimuwinkel, < 30 Elevaion). Im Rahmen eines Schienenexperimens sollen auf Basis dieses Konzepes die Leisungsfähigkei eines einzelnen Navigaionssaellien bezüglich mobiler Anwendungen uner realisischen Umwelbedingungen und genau definieren Bewegungen des Empfängers überprüf werden. Es wurden zwei Szenarien definier und durchgeführ: 1. Im ersen Szenario wurde die Genauigkei der Schrägenfernungsschäzung durch Messung von Saelliensignallaufzeien miels einer Aomuhr uner dynamischen Bedingungen unersuch. Dazu wurde die Posiion eines Kraffahrzeuges während der Fahr zwischen genau vermessenen Referenzpunken durch Laser- und Ulraschallsensorik mi einer Unsicherhei von ca. 3 cm besimm. Aus der Fahrzeug- und Saellienposiion wurde dann die wahre Schrägenfernung ermiel und mi der geschäzen verglichen. 2. Das Ziel beim Szenario 2 war die Ermilung einer saisischen Vereilung der Enfernung zwischen genau vermessenen Referenzpunken auf der Trajekorie und der Kugeloberfläche. Diese Vereilung is ein Maß für die Genauigkei der Posiionsbesimmung. Das erse Verfahren kann in erweierer Form auch für späere operaionelle Anwendungen im spurgebundenen Verkehr genuz werden - bereis mi zwei verfügbaren Saelliensignalen is eine hochgenaue Posiionsbesimmung enlang einer bekannen Trajekorie möglich. Im Empfangsgerä is dann keine Aomuhr erforderlich. Trozdem könne eine Orungslösung für kleine Zeiabschnie durch eine wenig präzisere Uhr gesüz werden. Im prakischen Berieb wird die Orung vorzugsweise auf der Basis einer räumlichen Abfrage von einem digialen Sreckenalas (map maching) erfolgen. Umgebung zu schaffen. Gleichzeiig seig dadurch aber der Bedarf an echnisch einfach gehalenen low-cos Sysemen, da einfache Geräe wie z.b. Lichschaler und Relais nich kosengünsig mi relaiv euren hi-speed Sysemen wie Eherne gekoppel werden können. Um Feldbussysemen weiere Anwendungsfelder zu erschließen, wurde ein Sysem namens Small-CAN uner Berücksichigung besonderer Randbedingungen enwickel, welches für vereile Anwendungen mi einer großen Anzahl von Komponenen eine kosengünsige Vernezung in einer einfachen Srukur ermöglich. Troz einer Vielzahl von gleichzeiig zu erfüllenden, sich eilweise widersprechenden Anforderungen war es möglich ein Sysem zu enwerfen und prooypisch aufzubauen. Inegriere Energieversorgung über Leiungslängen bis zu 1000 m bei geringem Leierquerschni und minimalem Hardwareaufwand roz inegrierer Vorverarbeiung von Sensordaen und lokaler Inelligenz zur Seuerung von Akoren gehen einher mi minimalem Energiebedarf des Gesamsysems und minimalen Kosen, was auch durch die Bereisellung eines einheilichen Buskopplers für alles Aren von Anwendungen bei ausschließlicher Nuzung von Sandardbaueilen unersüz wird. Das paeniere Sysem ermöglich die Kopplung von bis zu 1000 Busknoen in einem Segmen in freier Topologie, so dass im Gegensaz zu anderen Sysemen eine vollsändige Dezenralisierung möglich is, ohne dabei eine aufwändige Hierarchie innerhalb der Busebene oder Mehrfachnuzung von Busknoen mi Sernverdrahung zu den Sensoren und Akoren nowendig is. Troz einer geringen Bruo-Daenraen erreich das Sysem Neo-Telegrammraen, die es den meisen anderen Sysemen (die eilweise mi wesenlich höheren Bruo-Daenraen arbeien) in vielen Anwendungsbereichen überlegen mach, beispielsweise in der Gebäudeauomaisierung. Verschiedene Unersuchungen dieser konvenionellen Saelliennavigaion haben gezeig [z.b. RailOr], dass die operaionellen Anforderungen des Beriebes in Hinsich auf Genauigkeien insbesondere längs des Gleises hinreichend erfüll werden können. Nachweislich widersprich aber einer Einführung gerade im sicherheisrelevanen Bereich die reduziere Verfügbarkei der Saellien-Navigaion basieren Orung. Diese wird durch die Erweierung auf komplemenäre Sensorsyseme (z.b. Gyro- und Odomerie) erhöh. Diese Mulisensorsyseme repräsenieren jedoch echnisch komplexe Einrichungen, die einen nich unberächlichen Insallaionsaufwand auf den Schienenfahrzeug hervorrufen. Das vorab skizziere Verfahren in Hinblick auf die Reduzierung der nowendigen sichbaren Anzahl von Saellien in Richung der Trajekorie kann eine wirschafliche Alernaive repräsenieren, der gerade in der Einführung eines zukünfigen europäischen Saelliennavigaionssysems eine gue Chance zuzurechnen is. Das im Rahmen der SATNAB-Sudie erarbeiee Verfahren soll in Zukunf für die Überprüfung der Sysemeigenschafen einzelner Navigaionssaellien (GALILEO) herangezogen werden. 5.3 S-CAN Wissenschafler: Dipl.-Ing. H. Schrom Die Auomaisierungsechnik dring immer weier in allägliche Bereiche des Lebens wie Gebäude und Fahrzeuge vor. Die bisherigen Praxis der Direkverdrahung von elekrischen Einheien wird immer mehr durch serielle Feldbussyseme zur Informaionsüberragung ersez, da sich bei diesen diverse Voreile in Bezug auf Flexibiliä, Monage und Erweierbarkei ergeben. In der Feldbusechnik werden vermehr Sandard-Nezwerke wie Eherne eingesez, um eine leisungsfähige und homogene 19

20 6 Verkehrsauomaisierung 6.1 Einführung An heuige Verkehrssyseme werden hohe Anforderungen bezüglich der Leisungsfähigkei, Verfügbarkei und Sicherhei gesell. Eine weiere Seigerung dieser Were kann nich allein durch die Verbesserung von einzelnen Komponenen, wie zum Beispiel der Trakionssyseme oder den Ausbau der Verkehrsadern erreich werden. Aus diesem Grunde sehen im Zenrum der Akiviäen des Insiues Fragesellungen, die den ganzheilichen Einsaz von einem oder mehreren Verkehrsysemen und den Abbau von Übergangswidersänden zwischen Verkehrssysemen bereffen. Ein weierer zenraler Aspek is der opimale Einsaz aller beeiligen Ressourcen. Insgesam sind Opimierungen des Verkehrsflusses und Vermeidung von Belasungen von Funkionen der Auomaisierung zu erwaren. Ansäze bieen daher leisungsfähige Leisyseme, die als offene Archiekuren neben den herkömmlichen Funkionen auch Plaz für Opimierungsfunkionen bieen. Dies schließ alle echnischen Komponenen und Syseme, angefangen von Anriebs- und Bremsaggregaen, geeigneen Sensorsysemen bis zu der lokalen und globalen Verkehrsbeeinflussung, ein. Das Insiu beschäfig sich in Zusammenarbei mi Indusrie und Bahnbereibern mi der Enwicklung von Leisysemarchiekuren und -modulen im modernen, regionalen und grenzüberschreienden Bahnverkehr. Der Anwendungsbezug sind hierbei moderne Leisyseme wie zum Beispiel ERTMS/ETCS, FFB und SaZB. Daneben wird an auomaisieren Verfahren zum Nachweis einer sicheren Funkionaliä von Konzepen sowie ihrer programmechnischen Implemenierung für auomaisiere Bahnleisyseme gearbeie; solche Nachweise sind bislang noch sehr arbeisinensiv, da Bahnleisyseme besonders hohen Sicherheisanforderungen ensprechen müssen. Ein weieres Forschungsvorhaben beschäfig sich mi der Disposiion. Die zeigereche Zuordnung von Fahrzeugen und Fahrwegen wird in Fahrplänen vorab fesgeleg. Bei unvorhersehbaren Sörungen oder kurzfrisigen Änderungen muss die Disposiion Fahrpläne ändern und akualisieren. Diese grundlegende Aufgabe des Ressourcenmanagemens im Bahnverkehr wird für europäische Hochgeschwindigkeiszüge (TGV, ICE) sowie für die Magneschnellbahn TRANSRAPID konzepionell und algorihmisch bearbeie. Im Rahmen der Berachung eines Konzepes für den Gesamverkehr werden neben der globalen Modellierung des Verkehrs auch die Möglichkeien für die (siehe auch 5.4) Opimierung des Conainerumschlags zwischen Sraßen- und Schienenranspor berache. Als Anwendungsbeispiel für die Auomaisierung dieses Umschlags wird ein maßsäbliches Modell verwende. Abgeschlossene Forschungsvorhaben: (Siehe Insiusberiche 1989/90, 1991/92, 95, 97, 00) Europäisches Beriebsleisysem Machbarkeissudie DIBMOF: Zugbeeinflussungssyseme (ZBS) Regelung der Mero Mailand Unersuchungen zur Durchführbarkei eines Sicherheisnachweises für die Magneschnellbahn TRANSRAPID Dokumenaion von Sofware für sicherheisrelevane Funkionen Sichere Informaionsbearbeiung durch PC Beschreibungsechniken für sicherheiskriische Echzeisyseme DIBMOF: Komponenen- und Sysemspezifikaion der Funkzugbeeinflussung und Überragung Funkionsnachweis sicherheisrelevaner Echzeisyseme in Bahnseuerungssysemen DIBMOF: Mobilfunk für Bahnen, Realisierung und Inegraion Ansäze für die Wirschaflichkeisberachung von Beriebsleisysemen im Bahnbereich Führung von Sicherheisnachweisen Europäisches Zugbeeinflussungssysem ETCS KONDISK-VEBASI: Hochpräzise Verhalensmodellierung von Bahnsysemen für Sicherheisberachungen uner Verwendung eines koninuierlich-diskreen Beschreibungsmiels Inelligen Freigh Train (INTELFRET) SaZB: Saellien Zug-Beeinflussung Beriebliche Leisung von Eisenbahnsysemen uner Sörungsbedingungen bzw. -einflüssen Wissensbasiere Enscheidungsunersüzung mi Fuzzy- Perinezen Analyse und Modellierung einer Zenrale für das Floenmanagemen mi Hilfe von Perinezen Nobremseinrichung für Crash-Fahrzeuge und -Barrieren Inroducion High requiremens are made of oday's raffic sysems wih respec o performance, availabiliy and safey. Furher improvemen of hese values may no be achieved alone by improvemen of individual componens, like for insance racion sysems or expansion of arerial raffic roues. For his reason, he focal poin of aciviies of he insiue is on issues concerning he comprehensive employmen of one or more raffic sysems and reducion of ransfer resisances beween raffic sysems. A furher cenral aspec is he opimum use of all resources paricipaing. As a whole, opimizaion of he flow of raffic and avoidance of loads on funcions of auomaion are o be expeced. Approaches herefore offer powerful conrol sysems, which as open archiecures besides he radiional funcions also offer room for opimizing funcions. This includes all echnical componens and sysems, from drive and brake unis, suiable sensor sysems up o local and global raffic conrol. The insiue in cooperaion wih indusry and rain company adminisraions works on developmen of conrol sysems archiecures and modules in modern, regional and border-crossing railroad raffic. The applicaion-reference is formed by modern conrol sysems, like for insance ERTMS/ETCS, FFB and SaZB. Besides his, work is performed on auomaed procedures for proof of safe funcionaliy of conceps as well as heir implemenaion in programming for auomaed rain guidance sysems; such proof currenly sill requires a lo of work, because rain guidance sysems mus conform o especially high safey requiremens. A furher research projec concerns iself wih scheduling. Temporal allocaion of vehicles and roues is esablished in schedules. In case of unpredicable fauls or changes on shor noice, scheduling mus change and updae he schedules. This basic ask of resource managemen in rain raffic is processed by concep and algorihm for European high-speed rains (TGV, ICE) as well as for he magneic leviaion rain TRANSRAPID. Wihin he scope of examinaion of a concep for overall raffic, besides global modelling of raffic, he opporuniies for opimizaion of conainer ransfer beween road and rail ranspor (see 20