Anwendung der SPES Methodik EC 3 Mechatronik und Software. Ulrich Löwen, Siemens AG. München - Ottobrunn,

Ähnliche Dokumente
1.4! Einführung. Systemmodellierung. Methoden und Werkzeuge

Sensorsimulation in Hardware in the Loop-Anwendungen

Ganzheitliche funktionale Anlagenplanung

MDRE die nächste Generation des Requirements Engineerings

Durchgängige Anlagenplanung Integrated Plant Engineering

ROBOTERWERK. Mobile Outdoor Roboter-Plattform FORBOT A4. FORBOT A4 - S FORBOT A4 - Logo! FORBOT A4 - Mechatronik

SPES_XT Abschlussveranstaltung

Germany s next Simulation Model Besser automatisieren in der Prozesstechnik

Automatische Generierung von Prozessbedienbildern aus Engineeringdaten

RTLOpen - Eine Methode zur interdisziplinären Entwicklung von software-intensiven Echtzeit-Systemen

Inhaltsverzeichnis. Abbildungsverzeichnis. Tabellenverzeichnis. Abkürzungsverzeichnis

Paralleles Engineering in einem gemeinsamen Engineering-Repository

Evaluation of Database Design and Reverse Engineering Tools for a Large Software System

Anwendung der IEC 61850

Zur systematischen Zerlegung der Funktionen in die Teilfunktionen wird die Dekomposition gleichzeitig in 2 Richtungen umgesetzt:

Johannes Christian Panitz

HW/SW CODESIGN. Echtzeitverhalten. Mehmet Ozgan November 2015

Model Driven Software Development

modellzentrierter Test

Safer Software Formale Methoden für ISO26262

Dr. Klaus Lamberg, Michael Beine

SPES_XT Projekthighlights Sprecher des Verbundvorhabens Heinrich Dämbkes Manfred Broy

Mit Integrated Engineering die Wettbewerbsfähigkeit sichern

Kompetenz durch Simulation - Hilfsmittel für Entwicklung, Inbetriebnahme und Anwendung von Großpressen

Das Softwaresystem BASEMENT

Automatisierung kompletter Kühlanlagen mittels LabVIEW und PAC-Systemen

Informationsveranstaltung zum Lehrprogramm des Fachgebiets Regelungs- g und Systemtheorie. Wintersemester 2009 / 2010

Seminar Programmierung und Reaktive Systeme

Vortrag zum Hauptseminar Hardware/Software Co-Design

Abschlussbericht. Erstellung eines automatisierten Build-Prozesses für Eclipse-RCP- Anwendungen am Fallbeispiel Control System Studio.

Der Einsatz quantitativer Sicherheitsanalysen für den risikobasierten Test eingebetteter Systeme Heiko Stallbaum, Andreas Metzger, Klaus Pohl

Funktionale Sicherheit ISO Schwerpunkt Requirements Engineering,

Maschinen modulorientiert automatisieren

Durchgängiger System-/Software- Entwicklungsprozess in der Luftfahrt

2 Geschäftsprozesse realisieren

Verbundprojekt MIKADO Mechatronik-Kooperationsplattform für anforderungsgesteuerte Prüfung und Diagnose - ein Überblick. Dr.

Session 8: Projektvorstellung Transferprojekt itsowl-tt-maia Mechatronik-Roadmap für die Intelligente Armatur 18. August 2015, Gütersloh

Varianten- und Konfigurationsmanagement von Nutzfahrzeugen

Einsatz von Simulationen in der Softwareentwicklung

Transfer von Prozessen des Software-Produktlinien Engineering in die Elektrik/Elektronik- Architekturentwicklung von Fahrzeugen

Makrem Kadachi. Kriterien für eine simulationskonforme Abbildung von Materialflusssystemen. Herbert Utz Verlag München

EasyLab: Modell-basierte Software-Entwicklung für mechatronische Systeme

SIMATIC PCS 7 V8.2 Open OS. Integration von Package Units ohne Nebenwirkungen

Virtuelle Unternehmen

Electronic Workflow wie fühlt sich das an?

UML-Basics: Einführung in Objekt- Orientierte Modellierung mit der Unified Modeling Language

Projekt WikiNavi. Verbesserte Fußgängernavigation mit MDM. Kartenausschnitt OpenStreetMap und Mitwirkende, CC BY SA

Objektorientierte Modellierung (1)

Integrierte und digitale Managementsysteme

J. Reinier van Kampenhout Robert Hilbrich Hans-Joachim Goltz. Workshop Echtzeit Fraunhofer FIRST

Datenmodellierung im Zeitalter agiler Softwareentwicklung

Advanced Process Graphics (APG)

Notationen zur Prozessmodellierung

Software Engineering

Model-View-Controller

Requirements Engineering Übung 8 Systemmodellierung im RE

Universität Karlsruhe (TH)

Integration eines pneumatischen Roboters in die Robotics API

3D-Simulation in der Intralogistik

Elektrotechnik Informatik Maschinenbau. Fachvereine AMIV / VIS

Identifikation von mechatronischen. Produktionssystemen

Cloud Architektur Workshop

E7-PRO Automatisierung eines Stückgutprozesses E7-PRO Automatisierung eines Stückgutprozesses AT-Labor Dipl.- Ing.

DGQ Regionalkreis Hamburg Anforderungsmanagement ins SW-Projekten. 08. Juni 2011

Modellbasierter Test mit. Medizintechnik. Kompetenz. Prozess. rund um MBT. Umsetzung. Ihren. Ausblick. Entwicklungsprozess

Konvertieren von CFC Plänen von DIGSI 4 Projekten nach DIGSI 5

Kapitel 1 1 Einleitung

Zusicherungen und Laufzeit Überwachungen in der modellbasierten Software Entwicklung

Modellierung im Software & System-Engineering

Energieeffizienz und Energiemanagement in der Industrie. Steigerung von Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit von Industriebetrieben

ITIL & TOGAF die Doppelspitze für IT Governance

Team Foundation Server & Ranorex Workshop

Elektromobilität und Beschäftigung

Modellbasierte Softwareentwicklung eines Kamera basierten Scheinwerfer-Adaptions-Algorithmus. Gerd Mauthe

Engineering und Integration eingebetteter Systeme in der Automatisierung. Dr. Ulrich Löwen, Siemens AG

Security for Safety in der Industrieautomation Konzepte und Lösungsansätze des IEC 62443

Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit

Fragebogen. Was halten Sie als Praktiker von Traceability? 1 - Warum wird Traceability eingesetzt? 2 - Wofür wird Traceability im Projekt eingesetzt

Kapitel 2: Der Software-Entwicklungsprozess

Intelligente Vernetzung für die Produktionstechnik von morgen

UML 2 glasklar Praxiswissen für die UML-Modellierung

Tecnomatix Plant Simulation 8.1 Lizenzarten

Jason T. Roff UML. IT Tutorial. Übersetzung aus dem Amerikanischen von Reinhard Engel

den sicherheitskritischen Bereich Christoph Schmiedinger Frankfurter Entwicklertag

AutomationML Ein Überblick. Alexander Alonso Garcia - Daimler AG 1st DevCon AutomationML 5. Mai 2010

ABSICHERUNG MODELLBASIERTER SICHERHEITSKRITISCHER AVIONIK SOFTWARE Dr. Elke Salecker

Vorlesung Embedded Software-Engineering im Bereich Automotive

Challenges and solutions for field device integration in design and maintenance tools

Logistik im Kontext des ausländischen Markteintritts

EF Q1 Q2 Seite 1

Modellbasierte Entwicklung im Kontext von Medizingeräten

Schrittweise vorgestellt

Modellierung verteilter Systeme Grundlagen der Programm und Systementwicklung

Requirements-basiertes Testen am Beispiel des NI Requirements Gateways

XII INHALTSVERZEICHNIS ABBILDUNGSVERZEICHNIS VIII TABELLENVERZEICHNIS ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ZUSAMMENFASSUNG SUMMARY

Hannover Messe 2013 Vor-Pressekonferenz, 5. März 2013

1.1 Motivation und Relevanz des Forschungsziels Zielsetzung der Arbeit Forschungsmethodik Aufbau der Dissertation 12

Supply Chain Risiken

Seamless Model-based Engineering of a Reactive System

Projektentwicklung mit dem. Logical Framework Approach

Transkript:

Anwendung der SPES Methodik EC 3 Mechatronik und Software Ulrich Löwen, Siemens AG München - Ottobrunn, 10.07.2015

Partner und Team EC 3 Fortiss 2

Anwendungskontext und Ziele von EC 3 Mechatronik in der Automatisierung Software-Entwicklung getrieben durch Mechanik/Elektrotechnik, Änderungen bei Mechanik und Elektrotechnik ändern Randbedingungen für Software Funktionale Planung der Anlage in Modulen ohne technische Realisierung in räumlich konzentrierten mechatronischen Modulen zu erzwingen Fragestellungen Identifikation kritischer, struktureller Abhängigkeiten aus Mechanik/ Elektrotechnik heraus an die Software und deren konkreter Auswirkungen auf die Software Erwartung an modellbasierten Ansatz Beherrschung von Risiken aufgrund von Änderungen Mechatronik in Automotive Stark komponentengetriebener Variantenprozess aus elektromechanischen und Software-Komponenten Kunden wählen mechatronisches System mit kundenspezifischen Leistungsmerkmalen Optimierung mechatronischer Systeme unter Einhaltung der Leistungsmerkmale Fragestellungen Wie weit darf ein elektromechanisches System seine Eigenschaften verändern, so dass die Software das System weiter zuverlässig steuern kann und Leistungsmerkmale des mechatronischen Systems eingehalten werden Erwartung an modellbasierten Ansatz Validierung von Designentscheidungen nicht erst im Prototypenstadium 3

Fallbeispiele von EC 3 Aufgrund der Breite des Themas Mechatronik orientieren sich alle Aktivitäten von EC 3 an drei Fallbeispielen Entsalzungsanlage (Siemens) Experimentelle Bremse (Bosch) Antrieb (Siemens) 4

Überblick über die wesentlichen Ergebnisse von EC 3 Domänenspezifische Anwendung Erläuterung der SPES-Methodik für Domänenexperten aus der Automatisierungstechnik mit Hilfe ihm vertrauter Begriffe und Methoden (Entsalzungsanlage) Methoden und deren Anwendung Modellierung von Abhängigkeiten mit Engineering-Beziehungen (Entsalzungsanlage) Spezialisierung der Modellierungstheorie Prototypische werkzeugtechnische Umsetzung (COMOS) Parametrische Verifikation von hybriden Automaten (Experimentelle Bremse) Spezialisierung der Modellierungstheorie Evaluation von Werkzeugen am Fallbeispiel (isat-ode, Flow*, S-TaLiRo) Erprobung von Modellierungsansätzen an weiteren internen Fallbeispielen Durchgängiger modellbasierter Entwicklungsansatz mit graphischen, domänenspezifischen Sprachen (Antrieb) Verwendung von grafischen Domänen-spezifischen Modellierungssprachen für die verschiedenen Viewpoints Nutzung von etablierten UML Werkzeugen für die Modellierung Anwendung in verschiedenen Siemens-internen Projekten 5

Domänenspezifische Anwendung: Automatisierungstechnik 6

Artefakte entlang des Engineering-Prozess Requirements Engineering Conceptual Engineering Basic Engineering Detailed Engineering Installation, Commissioning Given by Customer Design of technological Process Entry Dissolution Screening Floatation Concentrating Dispersion Bleaching Stacking Design of technical System Detailed design of technical system especially of automation system Automation requirement specification, e.g. VDI/VDE 3694 Block Diagram PFD P&ID Automation requirement specification, e.g. VDI/VDE 3694 P&ID PCT specifications Quantity structure automation system Typicals Automation design specification, e.g. VDI/VDE 3694 CFC, SFC HMI pictures Process variables Hardware configuration Wiring charts Etc. Software and context Software 8

Heutige Werkzeugkette mit COMOS und SIMATIC PCS 7 Seawater Pumping Pre- and Cartridge Filtration High Pressure Pumps Reverse Osmosis Racks Drinking Water Net MS Office COMOS SIMATIC PCS 7 Software Functional View Software Logical View Software Technical View Requirements Plant Design Electrical Functional View Electrical Logical View Electrical Technical View 9

Grundsätzliche Beobachtungen Heutige Artefakte in der Automatisierungstechnik unterscheiden nicht strikt zwischen Betrachtungsgegenstand (Entsalzungsanlage) und Entwicklungsgegenstand (Automatisierungssoftware der Entsalzungsanlage) In der heutigen Praxis verschwimmen die Begrifflichkeiten zwischen den verschiedenen Disziplinen (Mechanik, Elektrotechnik, Automatisierungs-Software) Heute eingesetzte Engineering-Werkzeuge differenzieren oft nicht zwischen Anforderungen, Funktionen und Lösungen 10

SPES Modellierungsmethodik Viewpoints strukturieren die innerhalb der Entwicklung entstehenden Artefakte sukzessive Dekomposition der Aufgabenstellung in Teilaufgabenstellungen über Abstraktionsebenen Requirements Viewpoint Stärkere Formalisierung des Requirements Viewpoint gegenüber heutiger gängiger Praxis in der Automatisierungstechnik sinnvoll 11

SPES Modellierungsmethodik Viewpoints strukturieren die innerhalb der Entwicklung entstehenden Artefakte sukzessive Dekomposition der Aufgabenstellung in Teilaufgabenstellungen über Abstraktionsebenen Functional Viewpoint In heutiger Praxis keine formale Dokumentation des Functional Viewpoints durch dedizierte Artefakte Teilweise bzw. implizit enthalten in anderen Artefakten 12

SPES Modellierungsmethodik Viewpoints strukturieren die innerhalb der Entwicklung entstehenden Artefakte sukzessive Dekomposition der Aufgabenstellung in Teilaufgabenstellungen über Abstraktionsebenen Logical Viewpoint Schwerpunkt in der heutigen Praxis der Automatisierungstechnik, aber in der Regel kein geschlossenes Artefakt für den Logical Viewpoint 13

SPES Modellierungsmethodik Viewpoints strukturieren die innerhalb der Entwicklung entstehenden Artefakte sukzessive Dekomposition der Aufgabenstellung in Teilaufgabenstellungen über Abstraktionsebenen Technical Viewpoint In heutiger Praxis bereits klar identifizierbar 14

SPES Modellierungsmethodik Viewpoints strukturieren die innerhalb der Entwicklung entstehenden Artefakte sukzessive Dekomposition der Aufgabenstellung in Teilaufgabenstellungen über Abstraktionsebenen Abstraktionsebenen Technologische Hierarchie ist eine durchgängige, gewerkeübergreifende Strukturierung der Anlage Strukturierung der Anlagenfunktionen sowie logischer Einheiten, ggf. auch ortsbezogen Definiert damit bereits Abstraktionsebenen und dient als Leitfaden für das Engineering der Automatisierungssoftware 15

Schlussfolgerungen aus der Anwendung SPES Klare Strukturierung der Engineering-Artefakte des Entwicklungsgegenstand einschließlich der Berücksichtigung der Schnittstellen zum Kontext Gewisse Basisprinzipien werden in der heutigen Praxis bereits umgesetzt Prinzipien sind jedoch dem Anwender oft nicht transparent Weitere Formalisierung der heutigen Artefakte hat positive Effekte auf Engineering-Effizienz und -Effektivität Automatisierungstechnik Verbesserte Integration der Gewerke über tiefe Einbindung in den Kontext, beispielsweise mittels technologischer Hierarchie Entwicklungsgegenstand Betrachtungsgegenstand Entwicklungsgegenstand Betrachtungsgegenstand 16

Methoden und deren Anwendung: Parametrische Verifikation von hybriden Automaten 20

Fallbeispiel Experimentelle Bremse Experimentelles elektro-mechanisches Bremssystem Elektromotor bewegt Bremszange an Bremsscheibe und erzeugt damit Bremskraft Kraftübertragung mittels Getriebe Über Spannung am Elektromotor kann Bremskraft eingestellt werden Bremszange DC- Motor Getriebe Bremsscheibe Spannung Motormoment Kraft Position Kraft Ruhe Positionierung Bremsen physikalische Wirktopologien Physikalische Wirktopologien Ruhe: keine Bremsanforderung, keine Regelung erforderlich Positionierung: Bremszange bewegt sich zur Bremsscheibe (Bremsung angefordert) oder davon weg (Bremsung nicht mehr angefordert), Position muss eingeregelt werden Bremsen: Bremszange berührt Bremsscheibe, Bremskraft muss eingeregelt werden 21

Fragestellungen, Lösungsansätze und Beispiel Fragestellungen: Wie reagiert das System auf Änderungen von (physikalischen oder Software-) Parametern? Welche Strukturierung von Kontext- Modellen ist hilfreich für die Strukturierung der Software? Wie stellt man Nachverfolgbarkeit zwischen verschieden Modellen für verschiedene Zwecke sicher? Lösungsansätze Abstrahierte Analysemodelle inklusive Kontextmodellierung für parametrische Verifikation (hybride Modellierung) Formale Verifikation und simulationsbasierte Falsifikation zur Überprüfung von Systemeigenschaften unter Parameterunsicherheiten Beispiel: Hybrides Modell abgeleitet aus Simulationsmodell mit nachfolgender Parameteranalyse Simulationsmodell Verifikationsmodell Parameteranalyse 22

Durchgeführte und zukünftige Aktivitäten Untersuchung und Vergleich verschiedener Werkzeuge und Ansätze am Fallbeispiel Experimentelle Bremse Firmeninterne Evaluierung bei Bosch Anwendung der Verifikationswerkzeuge an weiteren Beispielen aus den Bereichen Motorsteuerung Fahrdynamik automatisierte Fahrfunktionen Zukünftige Verwertung und Transfer der EC 3 Ergebnisse Weiterführende Aktivitäten zur Verifikation physikalisch dominierter Systeme innerhalb der zentralen Forschung der Robert Bosch GmbH: Pilotprojekte mit verschiedenen Geschäftsbereichen Anpassung und Erweiterung von Verifikationswerkzeugen im Hinblick auf spezielle Bedürfnisse der Anwender 26

Zusammenfassung und Fazit 31

Zusammenfassung und Fazit Automatisierung Existierende Vorgehensweisen machen kritische Abhängigkeiten zwischen den Disziplinen üblicherweise nicht explizit Anwendung des SPES Modellierungsframework erzwingt eine stärkere Formalisierung des Engineerings Automotive Entwicklung eingebetteter Software erfordert detailliertes Wissen über den Kontext einschließlich dessen Variabilität Aufgrund unterschiedlichster Zielsetzungen ist die Modellierungslandschaft physischer Modelle sehr heterogen Analyse des Zusammenwirkens von eingebetteter Software mit ihrer Umgebung erfordert geeignete Abstraktionen Fazit Unterschiedliche geschäftliche Treiber in Automatisierung und Automotive resultiert in unterschiedlichen Engineering Herausforderungen Gemeinsames Grundprinzip: Strukturierung der physischen Objekte (Betrachtungsgegenstand) prägt die Strukturierung der Software (Entwicklungsgegenstand) 32

Poster und Demos Engineering-Beziehungen und Wiederverwendung am Fallbeispiel Meerwasserentsalzungsanlage Verification of Systems in Physical Contexts 33