Dynamische Rekonfigurationsmethodik für zuverlässige, echtzeitfähige Eingebettete Systeme in Automotive

Currently, dynamically reconfigurable systems are not used in automotive and there is no process model for their development. The focus of this dissertation is to explore methods and approaches for the development of such systems. One major architectural driver is autonomous driving, another is functional high integration on central computing platforms. Taking these into account, dynamic reconfiguration is classified and explored

Der Einfluss von Cloud-Computing auf die Sicherheit im Straßenverkehr

Jährlich sterben weltweit 1,35 Millionen Menschen durch Verkehrsunfälle. Ob Cloud-Computing zu einer Reduzierung dieser Zahl beitragen wird, wird in der vorliegenden Arbeit untersucht. Zunächst werden Cloud-Anwendungen ermittelt, welche im Straßenverkehr verwendet werden und Einfluss auf die Straßenverkehrssicherheit haben. Anschließend wird deren genauer Einfluss auf die Straßenverkehrssicherheit durch die Betrachtung von Stu-dienergebnissen, Herstellerangaben sowie eigenen Kalkulationen untersucht. Zudem werden die Gefahren von Cyberangriffen und Netzausfällen für die ermittelten Anwendungen analysiert. Es folgt eine kritische Diskussion sowie die Zusammenfassung des Erarbeiteten: Cloud-Computing ermöglicht durch den einfachen, risikoarmen Zugang zu unlimitierten Rechenressourcen die Entwicklung und den Betrieb von Anwendungen, die Einfluss auf die Verkehrssicherheit nehmen. Es ist davon auszugehen, dass die Anwendungen bei einer weiter voranschreitenden Felddurchdringungsrate positiven Einfluss auf die Straßenverkehrssicherheit in Deutschland und anderen Industriestaaten nehmen und damit aktiv zur Reduzierung der Anzahl Verkehrstoter und -verletzter beitragen werden. Cloud-Computing wird somit ein indirekt positiver Einfluss auf die Straßenverkehrssicherheit zugeschrieben.1.35 million people die in traffic accidents worldwide every year. Whether cloud computing contributes to a reduction of this number is examined in the present work. First, cloud com-puting applications are identified, which are used in road traffic and have an impact on traffic safety. The exact influence on traffic safety is then examined by considering study results, manufacturer information and through own calculations. In addition, the dangers of cyber-attacks and network failures are examined in the context of the identified applications. This is followed by a critical discussion and a summary of what has been worked out: Cloud computing enables the development and operation of applications that affect traffic safety through simple, low-risk access to unlimited computing resources. It can be assumed that the applica-tions will have a positive influence on traffic safety in Germany and other industrialized countries and will thus actively contribute to reducing the number of deaths and injuries, given that the penetration rate is further increasing. Cloud computing is thus attributed an indirect positive influence on road safety

Methoden und Ansätze für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen

In dieser Arbeit werden das aktuelle Vorgehen und die Prozesse in der automobilen Produktentwicklung sowie die etablierten Methoden für die Entwicklung, Verifikation und Validierung von Fahrzeugregelungsfunktionen analysiert. Dem wird eine Taxonomie und Analyse aktueller Serienanwendungen und Forschungskonzepte gegenüber gestellt. Ziel ist es, durch eine ganzheitliche Betrachtung die aktuellen Rahmenbedingungen und Herausforderungen bei der Entwicklung innovativer Funktionen für die Automatisierung der Fahraufgabe zu identifizieren. Auf dieser Grundlage wird ein neuartiges Konzept für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen erarbeitet. Das Kernstück des entwickelten Konzepts stellt die Reactive-Replay Methode dar. Sie ermöglicht eine enge Verzahnung von Erprobungsfahrten in der realen Welt mit der Ausführung der entwickelten Fahrzeugfunktion innerhalb einer Simulationsumgebung. Die adaptive Wiedergabe von während der Erprobung aufgezeichneten Daten des fahrzeuginternen Kommunikationsnetzes ermöglicht einen nahtlosen Übergang von der realen Welt im Fahrzeug in die Simulation im Büro. Auf diese Weise können in der Realität aufgetretene Situationen und Szenarien detailliert und unter Laborbedingungen untersucht und für Tests wiederverwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz eine effiziente Generierung valider Testszenarien, die durch ihre Vielfältigkeit und Varianz zu einer verbesserten Testabdeckung beitragen. Um die entwickelte Methode systematisch in den produktiven Alltag der Funktionsentwicklung zu integrieren, wird ein schlankes, iteratives Vorgehen zur prozessualen Integration der Reactive-Replay Methode vorgeschlagen. Die Verifikation in der Simulationsumgebung wird so mit der Validierung in der Fahrzeugerprobung gekoppelt. Dies unterstützt die frühzeitige und durchgängige Qualitätsbewertung der entwickelten Fahrzeugfunktion. Weiter wird eine Methode zur kontinuierlichen Überprüfung von Anforderungen während der Simulationsausführung untersucht. Ein Ansatz zur effizienten Auswahl von Testszenarien auf Basis der innerhalb eines Szenarios erreichten Parameterüberdeckung rundet die Arbeit ab

Untersuchungen zur Anomalieerkennung in automotive Steuergeräten durch verteilte Observer mit Fokus auf die Plausibilisierung von Kommunikationssignalen

Die zwei herausragenden automobilen Trends Konnektivität und hochautomatisiertes Fahren bieten viele Chancen, aber vor allem in ihrer Kombination auch Gefahren. Einerseits wird das Fahrzeug immer mehr mit seiner Außenwelt vernetzt, wodurch die Angriffsfläche für unautorisierten Zugriff deutlich steigt. Andererseits erhalten Steuergeräte die Kontrolle über sicherheitsrelevante Funktionen. Um das Risiko und die potentiellen Folgen eines erfolgreichen Angriffs möglichst gering zu halten, sollte eine Absicherung auf mehreren Ebenen erfolgen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der innersten Absicherungsebene und dabei speziell auf der Überwachung von Fahrezug-interner Kommunikation. Hierfür empfehlen Wissenschaft und Industrie unter anderem den Einsatz von Intrusion Detection/Intrusion Prevention Systemen. Das erarbeitete Konzept greift diesen Vorschlag auf und berücksichtigt bei der Detaillierung die Steuergeräte-spezifischen Randbedingungen, wie beispielsweise die vergleichsweise statische Fahrzeugvernetzung und die limitierten Ressourcen. Dadurch entsteht ein hybrider Ansatz, bestehend aus klassischen Überwachungsregeln und selbstlernenden Algorithmen. Dieser ist nicht nur für die Fahrzeug-interne Kommunikation geeignet, sondern gleichermaßen für den Steuergeräte-internen Informationsaustausch, die Interaktion zwischen Applikations- und Basissoftware sowie die Überwachung von Laufzeit- und Speichereigenschaften. Das übergeordnete Ziel ist eine ganzheitliche Steuergeräte-Überwachung und damit eine verbesserte Absicherung im Sinne der Security. Abweichungen vom Sollverhalten - sogenannte Anomalien - werden jedoch unabhängig von deren Ursache erkannt, sei es ein mutwilliger Angriff oder eine Fehlfunktion. Daher kann dieser Ansatz auch zur Verbesserung der Safety beitragen, speziell wenn Applikationen und Algorithmen abzusichern sind, die sich während des Lebenszyklus eines Fahrzeugs verändern oder weiterentwickeln. Im zweiten Teil der Arbeit steht die Plausibilisierung von einzelnen Kommunikationssignalen im Vordergrund. Da deren möglicher Verlauf nicht formal beschrieben ist, kommen hierfür selbstlernende Verfahren zum Einsatz. Neben der Analyse und der Auswahl von grundsätzlich geeigneten Algorithmen ist die Leistungsbewertung eine zentrale Herausforderung. Die zu erkennenden Anomalien sind vielfältig und in der Regel sind nur Referenzdaten des Normalverhaltens in ausreichender Menge vorhanden. Aus diesem Grund werden unterschiedliche Anomalie-Typen definiert, welche die Anomaliesynthese in Normaldaten strukturieren und somit eine Evaluierung anhand der Erkennungsrate erlauben. Die Evaluierungsergebnisse zeigen, dass eine Signalplausibilisierung mittels künstlichen neuronalen Netzen (Autoencoder) vielversprechend ist. Zum Abschluss betrachtet die vorliegende Arbeit daher die Herausforderungen bei deren Realisierung auf automotive Steuergeräten und liefert entsprechende Kennzahlen für die benötigte Laufzeit und den Speicherverbrauch

Testen von Datensicherheit in vernetzten und automatisierten Fahrzeugen durch virtuelle Steuergeräte

In der Automobilindustrie sind in den vergangenen Jahren die zwei Trends Automatisierung und Vernetzung entstanden. Diese Trends sorgen für eine steigende Anzahl an Funktionen im Fahrzeug. Neben einer Erhöhung des Komforts nehmen jedoch auch die Risiken durch den unerlaubten Zugriff von außen zu. Das IT-Manipulationen bei Fahrzeugen keine Ausnahme bilden, zeigen bereits erste Beispiele. Besonders durch die langen Lebenszyklen in der Automobilindustrie und der Tatsache, dass 44% aller Angriffe auf IT-Systeme durch bekannte Schwachstellen geschehen, müssen Fahrzeuge bereits in der Entwicklung abgesichert werden. Bezogen auf die funktionale Sicherheit (engl. Safety) existieren in der Automobilentwicklung bereits eine Vielzahl an Testprozessen und -methoden. Eine Übertragbarkeit dieser auf die Datensicherheit (engl. Security) ist jedoch nicht gegeben, wodurch neue Methoden am Entstehen sind. Daher wird eine Testmethode mittels virtuellen Steuergeräten vorstellt. Hierfür wird aufgezeigt, welche Beobachtungspunkte und Überwachungsfunktionen für die Tests der Datensicherheit gegeben sein müssen, wie sich daraus eine Testmethodik ableiten lässt und wie diese Testmethodik anschließend in die Automobilentwicklung eingebunden werden kann. Für die Testmethodik wurden die Bereiche Speicher-, Numerische-, Systematische-, Funktionale- und Anwendungsfehler identifiziert. Der Fokus wird dabei auf die ersten beiden Fehlerarten gelegt und daraus Kriterien für einen Test der Datensicherheit abgeleitet. Anhand der Kriterien werden Beobachtungspunkte in bestehenden Testsystemen analysiert und basierend auf einem virtuellen Steuergerät neue Beobachtungspunkte ergänzt. Hierbei werden nicht nur Schnittstellen des Steuergeräts berücksichtigt, sondern ebenfalls interne Zustände des steuernden Artefakts (ausgeführte Instruktionen, Variablen und Speicherbereiche) und des ausführenden Artefakts (Register, lokaler Busse und Recheneinheit). Eine Berücksichtigung der internen Zustände ist wichtig, da Speicherfehler und numerische Fehler nicht zwangsläufig an die Schnittstellen propagieren und dadurch in der Umwelt sichtbar sind. Anhand der Beobachtungspunkte in einem virtuellen Steuergerät wurde eine Gesamtsystemsimulation erstellt, die das Steuergerät mit Applikation, Prozessor und Peripherie simuliert. Eine Co-Simulation übernimmt die Erzeugung der Teststimuli. Durch die Beobachtungspunkte können Rückschlüsse auf das Verhalten und die Zustände innerhalb des Steuergeräts gezogen werden. Durch die zusätzlichen Beobachtungspunkte können Testmethoden wie Überwachung der Instruktionen und Register, Analyse der Eingaben, Markierung des genutzten Speichers und Analysemöglichkeiten der Codeabdeckung eingesetzt werden. Zusätzlich ergeben sich durch evolutionäre Verfahren die Möglichkeit der Maximierung des Variablen Wachstums und des Speicherzugriffs sowie die Minimierung des Abstands zwischen Heap und Stack. Um die Testmethoden in einem Entwicklungsprozess einsetzten zu können werden die Ergebnisse auf eine vernetzte Funktion (Adaptive Cruise Control) skaliert und das Echtzeitverhalten beurteilt. Für die Simulation eines einzelnen Steuergeräts können dabei bis zu 62 Steuergeräte parallel simuliert werden, bevor die Simulation auf der realen Hardware schneller als der Ablauf in der Simulation ist. Durch die Ergänzung von Überwachungsfunktionen und Co-Simulationen sinkt das Echtzeitverhältnis jedoch exponentiell. Abschließend wird die Testmethodik mit Angriffen aus der Automobilindustrie bewertet und aufgezeigt, welche Fehler erkannt worden wären. Die Testmethodik ist dabei jedoch nur so genau, wie die zugrundeliegenden Modelle. Eine Erhöhung der Genauigkeit bedeutet dabei höhere Kosten in der Entwicklung. Zudem muss der Quellcode für die Applikation als Source- oder Maschinencode bekannt sein. Wird die Testmethode als Ergänzung zu bereits bekannten Testverfahren eingesetzt, können jedoch Probleme in der Datensicherheit bereits der Entwicklung erkannt werden

Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2019 - 1

Die Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben hat bereits zum vierten Mal ein einzigartiges Konferenz- und Ausstellungsformat zum Austausch zwischen Wissenschaft und Praxis in Produktentwicklung und Design angeboten. Am 27. und 28. Juni 2019 ermöglichten die Professuren Konstruktionstechnik/CAD und Technisches Design der Technischen Universität Dresden in Kooperation mit weiteren Partnern den 200 Teilnehmenden die fachübergreifende Diskussion zu den Themen • Interdisziplinärer Entwurf adaptiver Produktsysteme, • Entwickeln vernetzter Anwendungen für Industrie 4.0, • Konstruktion mit hybriden Werkstoffen und für additive Fertigungsprozesse, • Entwicklungsunterstützung durch Produktdatenmanagement und VR/AR, • Design nutzerzentriertem Erleben komplexer Produkt-Service-Systeme.:Quo vadis Digitalisierung: Die digitale Engineering-Kette und Ihre nachhaltige Wirkung auf die Wertschöpfung Heinz Simon Keil 9 Augmented Reality in der Produktvalidierung: Potenziale und Grenzen in frühen Entwicklungsphasen Jonas Reinemann, Joshua Fahl, Tobias Hirschter und Albert Albers 33 Konzept zur Verbesserung des realitätsgetreuen, visuellen Erlebens in virtuellen Umgebungen durch Eye-Tracking Benjamin Gerschütz, Marius Fechter, Benjamin Schleich und Sandro Wartzack 51 Mixed Reality Assistenzsystem zur visuellen Qualitätsprüfung mit Hilfe digitaler Produktfertigungsinformationen Stefan Adwernat und Matthias Neges 67 Ein Beitrag zur Verwendung von Technologien der Virtuellen Realität für Design-Reviews Margitta Pries, Ute Wagner, Johann Habakuk Israel und Thomas Jung 75 Eingriff in die Privatsphäre der Endanwender durch Augmented Reality-Anwendungen Matthias Neges und Jan Luca Siewert 87 Virtual Prototyping als agile Feedback-Methode für frühe Produktentwicklungsphasen Manuel Dudczig 97 aHa – Der adaptive Handgriff der Zukunft Paula Laßmann, Jonathan Kießling, Stephan Mayer, Benedikt Janny und Thomas Maier 107 Design-Education: Die Siemens HMI-Design Masterclass Oliver Gerstheimer, Romy Kniewel, Sebastian Frei und Felix Kranert 125 Nutzungsaspekte von Head-Mounted-Displays in industriellen Umgebungen Maximilian Peter Dammann, Martin Gebert und Ralph Stelzer 141 Selbstlernende Assistenzsysteme für Maschinenbediener Andre Schult, Lukas Oehm, Sebastian Carsch, Markus Windisch und Jens-Peter Majschak 159 Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion bei der Werkstückspannung beim Vertikal-Drehen Volker Wittstock, Patrick Puschmann, Adrian Albero Rojas, Matthias Putz und Heinrich Mödden 173 Entwicklungsassistenz zum Entwurf Innermaschineller Verfahren für Verarbeitungsmaschinen Paul Weber, Lukas Oehm, Sebastian Carsch, Andre Schult und Jens-Peter Majschak 185 Gestaltung nutzerzentrierter Assistenzen im Produktdatenmanagement Stephan Scheele und Frank Mantwill 201 Model-Based Engineering für die Automatisierung von Validierungsaktivitäten am Beispiel Fahrerassistenzsysteme Constantin Mandel, Sebastian Lutz, Olivia Rau, Matthias Behrendt und Albert Albers 221 Das Potenzial 3D-gedruckter Gradientenwerkstoffe für pharmazeutische Applikationen Tobias Flath, Alexandra Springwald, Michaela Schulz-Siegmund, Michael C. Hacker und Peter Schulze 239 Feature-Baukasten für FDM-Druckverfahren Franz Wieck, Tim Katzwinkel und Manuel Löwer 247 Gestalten mit hybriden Materialien – Additive Fertigung für neuartige, kundenindividuelle Stichschutzbekleidung Dustin Ahrendt, Sybille Krzywinski, Enric Justo i Massot und Jens Krzywinski 265 Individuelle Produktgestaltung mittels funktionsintegrierten AM-Knoten und Profilen am Beispiel eines Batteriekastens Richard Kordaß und Christian Arved Stürmer 281 Einführung in die Produktentwicklung im Rahmen eines Schülerlabors am Beispiel des PROJECT 10|2018 Nico Herzberg, Laura Marschner und Florian Schröder 299 Einflussfaktoren in der standortverteilten Produktgenerations-entwicklung – Eine literaturbasierte Momentaufnahme Katharina Duehr, David Kopp, Benjamin Walter, Markus Spadinger und Albert Albers 309 Szenarien verbinden Gerhard Glatzel und Mathias Wiehle 327 Iterationsarten und deren Auslöser in der Frühen Phase der PGE – Produktgenerationsentwicklung Miriam Wilmsen, Markus Spadinger, Albert Albers, Cong Minh Nguyen und Jonas Heimicke 339 Building Information Modeling (BIM) für Bahn-Bauwerke – von Datenakquisition bis Virtueller Realität Markus Färber, Thomas Preidel, Markus Schlauch, Bernhard Saske, Adrian Bernhardt, Michael Reeßing, Steffen Cersowsky und Ronny Krüger 355 Effiziente Produktion und Wartung durch die Industrie 4.0 – Anwendung Hashem Badra und Jivka Ovtcharova 371 Herausforderungen klassischer Maschinenelemente im nicht-elektrischen Explosionsschutz Sabrina Herbst, Thomas Guthmann und Frank Engelmann 383 Ein hybrider Ansatz für Festigkeitsnachweise von multiskaligen Strukturen Hans-Peter Prüfer 399 Interdisziplinäre Design Methodik Martin Eigner, Thomas Dickopf und Hristo Apostolov 41