Kopplung von PROFIBUS-Systemen über ATM

Die rechnergestützte Automatisierung von Produktionsprozessen hält zunehmend Einzug in Fabrikhallen. Dabei übernehmen untereinander vernetzte Komponenten Steuerungs- und Überwachungsaufgaben. Hõufig sind an das gesamte System, den Feldbus, Echtzeitanforderungen gestellt. Typischerweise ist die maximale Ausdehnung von Feldbussen auf wenige Hundert Meter beschränkt. Gerade in größeren Installationen führt dies zur Entstehung von Feldbus-Inseln, welches einen erhöhten Aufwand für Installation und Wartung nach sich zieht. Daraus leitet sich die Zielstellung der Arbeit ab, derartige Feldbusinseln unter Beibehaltung der Echtzeitfähigkeit des Datenaustauschs über ein Backbone-Netz zu verbinden. Unter der genannten Prämisse wurden zwei Modelle zur Kopplung von PROFIBUS-Segmenten über ATM entworfen. In beiden werden zur Verbindung Brücken eingesetzt, deren grundlegende Funktionalität mit der klassische Brücken vergleichbar ist. Auf der Basis des ersten Modells wird die transparente Zusammenschaltung mehrerer PROFIBUS-Segmente erreicht. Signifikantes Merkmal der Kopplungsvariante ist die systemweite Existenz nur eines Tokens. Mit diesem Ansatz wird in erster Linie eine Ausdehnungsverlängerung des PROFIBUS erreicht. Dem zweiten Modell liegt die Verbindung von unabhängig arbeitenden Segmenten mit jeweils einem Token zugrunde. Hauptcharakteristik hierbei ist die Lasttrennung durch die Filterfunktion der Brücken. Für beide Modelle werden Dienstqualitätsaspekte detailliert untersucht.In recent years, an increasing demand for automated support of production processes could be observed. A seperate group of communication systems - field-buses are especially designed as communication infrastructure. One of the most important characteristics of field buses is their ability to provide real-time data transfer of short data units. Typically such a field bus can only cover an area of a production hall, e.g. a maximum of several hundred meters. This leads especially in larger installations to field bus islands with no communication link between them However, interconnection an interworking of geographically distributed field-buses is desirable in order to ease configuration and diagnostics and the complete management task for such purposes. This work is dedicated to the development of two concepts in order to interconnect PROFIBUS segments through an ATM network using bridges as interworking units. The first concept concerns about PROFIBUS to cover longer distances by interconnecting physically distributed segments which share a single token. The second concept is intended to interconnect multiple independently operating PROFIBUSes, each circulating its own token. The main aspects of this approach are load sharing and enabling a centralized management

Generische Systemarchitektur für die Erhebung mikroskopischer Verkehrsdaten

Die fortschreitende Entwicklung im Bereich der Digitalisierung, Datenerfassung und Informationsverarbeitung ermöglicht die Konzeption und Ausgestaltung neuer innovativer Lösungen für ein intelligentes Verkehrssystem. Die sich stetig verschiebenden Grenzen des technisch Machbaren lassen neue Denkweisen und Konzepte für die unterschiedlichen Zielbereiche Sicherheit, Effizienz und Umweltverträglichkeit zu. Ein Kernaspekt liegt dabei in der Analyse von verkehrlichen Verhaltens- und Interaktionsmustern. Ein wichtiger Baustein hierfür ist die Erfassung und Interpretation der jeweils maßgeblichen verkehrlichen Bewegungen, auf deren Grundlage das Wissen um Wirkketten und Zusammenhängen für unterschiedliche Anwendungen erarbeitet werden kann. Für die wissenschaftliche Untersuchung der zugehörigen Fragestellungen ist der Aufbau von adäquaten Werkzeugen essentiell. Der Aufbau und die Entwicklung von Referenzarchitekturen für diese Werkzeuge schlüsselt die Zusammenführung aus verschiedenen Nutzungskontexten in einen gesamtheitlichen Konzeptentwurf auf. Aus diesem Entwurf lassen sich daran anschließend effizient einzelne technische Lösungen unter grundsätzlicher Wahrung von gewünschten Systemeigenschaften und Interoperabilitätsbedingungen ableiten. Durch die Einbettung dieser Systemlösungen in einen Testfeldbetrieb können nachhaltig genutzte und aufeinander abgestimmte Infrastrukturen mit dem Nutzungsfokus der vorwettbewerblichen Forschung und Entwicklung geschaffen werden. Dabei ermöglicht dieses Vorgehen die Wiederverwendbarkeit und den Transfer der zugrundeliegenden Konzepte über die bestehenden technischen Ausprägungen hinaus und damit eine Weiternutzung im Zuge zukünftiger technischer Entwicklungen und Anwendungsfelder. Diese Forschungsarbeit entwickelt eine Systemarchitektur für die messtechnische Erfassung, Verfolgung und Interpretation von verkehrlichen Bewegungen in Form von Trajektorien für unterschiedliche verkehrliche Szenarien. Zielstellung ist die Schaffung eines Ansatzes mit einem übergreifenden Gestaltungsschema, welcher alle gegebenen Anforderungen einbezieht und abdeckt. Die Systemarchitektur wird dabei ausgehend von einem generisch angelegten Entwurfsmuster stückweise expliziert und ausgestaltet. Für die vorliegende Arbeit werden verschiedene Blickwinkel und Arbeitsfelder zusammengeführt. Dies sind Technologien und Methoden der Objekterfassung und Situationsinterpretation, des Datenmanagements und verteilter Systemkonzepte wie auch technische und organisatorische Rahmenbedingungen für eine betriebliche Einbindung unter grundsätzlicher Wahrung datenschutzrechtlicher Gegebenheiten. Der Ansatz ermöglicht die Nutzung der resultierenden Systemstrukturen für die unterschiedlichen relevanten Anwendungsbereiche. Diese liegen in der automatisierten Erfassung von Bewegungsverläufen und Interaktionsformen von Verkehrsteilnehmern als Grundlage für spezifische Situationsanalysen im Bereich der Verkehrskonflikttechnik, der Nutzung im Bereich szenariengebundener Entwicklungsprozesse automatisierter und vernetzter Fahrfunktionen und deren Validierung sowie der echtzeitfähigen infrastrukturellen Erfassung und Interpretation von verkehrlichen Bewegungen als Baustein für prototypische Implementierungen von kooperativ ausgelegten Fahrfunktionen. Der Nachweis zur Umsetzbarkeit und Leistungsfähigkeit der entwickelten Konzepte erfolgt an den physischen Systemstrukturen und etablierten Diensten des Testfelds Anwendungsplatt-form für intelligente Mobilität (AIM) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Die Nutzung dieses Testfelds im Kontext unterschiedlicher Projekte zeigt die erschlossenen Möglichkeiten für die Bearbeitung der maßgeblichen Anwendungsfälle auf. Diese reichen von der Ex-Post-Analyse der Trajektoriendaten bis in die echtzeitbasierte Einbindung der ermittelten Informationen in innovative Konzepte mit kooperativer verteilter Umfelderfassung für die Nutzung im Rahmen der Fahrzeugautomation

Analysis of the Software Architectural Support of the Usability of Mobile Applications

Rasante Innovationszyklen, kurze Produkteinführungszeiten und ein hoher Konkurrenzdruck sind typische Rahmenbedingungen für die Entwicklung mobiler Anwendungen. Dies sind Anwendungen, die auf mobilen Endgeräten laufen und in verschiedenen Umgebungen verwendet werden. Usability (Benutzbarkeit) kann durch die Softwarearchitektur einer Anwendung unterstützt, aber auch behindert werden. Je später im Softwareentwicklungsprozess Usability beachtet wird, umso aufwendiger werden Änderungen an der Softwarearchitektur. Um dieses Risiko zu verringern, ist es nötig, so früh wie möglich offenzulegen, ob Usability-Anforderungen architektonisch unterstützt werden. Potenziell hohe Architekturänderungen werden mit Methoden zur szenario-basierten Softwarearchitekturanalyse ermittelt; es wird dabei verifiziert, dass ein Qualitätsmerkmal architektonisch berücksichtigt wurde. Frühere Methoden bezüglich Usability erreichen dieses Ziel, erscheinen aber sehr komplex: Sie erfordern zum einen Wissen über Patterns und zum anderen sind die Freiheitsgrade beim Erstellen, Auswählen und Evaluieren von Szenarios hoch. Wie die früheren Methoden Usability-Attribute verwenden, behindert zudem eine engere Kooperation mit dem Usability Engineering, für das gemeinsame Begriffe und Vorgehensweisen grundlegend wären. Deshalb ist es notwendig, eine Methode zu konstruieren, die einfacher und interdisziplinärer ausgerichtet ist. Aufgrund dessen werden in dieser Forschungsarbeit mittels Literaturstudien zuerst Forschungsfragen, dann Hilfsmittel und schließlich eine theoretisch fundierte Methode erarbeitet. Um diese zu validieren und zu vereinfachen, durchläuft sie - mit kanonischer anwendungsnaher Forschung - zwei Fallstudien zu mobilen Anwendungen. Ergebnis ist die szenario-basierte Methode SATURN („SoftwareArchitekTuranalyse von Usability-anfoRderungeN“), in der anfangs mittels Nutzungskontextanalyse die Interaktionsszenarios erstellt werden, die für Anwender relevant sind. Hilfsmittel umfassen die Faktoren des mobilen Nutzungskontexts und einen Katalog von 50 potenziell architektursensitiven Interaktionsszenarios. Diese sind von Patterns abgeleitet, referenzieren sie und unterliegen einem definierten Lebenszyklus. Die Analyse stützt sich auf die verwendete Architekturdefinition und auf das Prinzip der Sichtenmodelle. Bewertet wird, inwiefern Struktur oder Verhalten von architektonischen Elementen verhindern können, dass ein Interaktionsszenario (hypothetisch) durchgeführt werden kann. Betrachtet wird dabei, wie Usability berücksichtigt wurde, welche vor- und nachteiligen Architekturentscheidungen und welche Austauschbeziehungen mit anderen Qualitätsmerkmalen bestehen. Die Ergebnisse von SATURN fließen zurück zur Erstellung der Softwarearchitektur und zum Usability Engineering. Die Methode ist auch mit einem Nutzertest kombinierbar. Mit SATURN ist die Analyse der architektonischen Unterstützung für die Usability mobiler Anwendungen einfacher als mit früheren Arbeiten. Dies inspiriert zu weiterer Forschung, wie beispielsweise Fallstudien zum Zusammenhang zwischen Usability und Softwarearchitektur, die Ausrichtung der Methode auf andere Qualitätsmerkmale, neue konstruktive Möglichkeiten in agilen Prozessen oder allgemein die Koordination von Usability Engineering und Softwareentwicklung.The software development of mobile applications, i.e. applications which run on mobile devices and are used in various environments, faces a fast time to market, high competitive pressure, short technical innovation cycles, and high user expectations regarding usability. The software architecture of an application can support but also constrain usability. The later in software development usability is considered, the costlier architectural modifications become. In order to reduce this risk, it is necessary to discover usability requirements that are not supported architecturally as early as possible. Potentially high architectural changes are elicited using scenario-based software architecture analyses; it is verified, that a quality factor was considered architecturally. Earlier works regarding usability achieve this, though they appear very complex: they depend on the knowledge of patterns and leave room for interpretation while creating, selecting and evaluating scenarios. Also, respective uses of usability attributes hinder a further cooperation with usability engineering, because common terms and methods are a prerequisite for this. Therefore, it is necessary to construct a new method which is easier to use and more interdisciplinary-oriented. In order to describe research questions, means for the method and a first version of the method itself, literature studies are conducted. Afterwards, the method is validated and improved through two case studies with mobile applications adhering to canonical action research. In the new scenario-based method SATURN („Software ArchitecTure analysis of Usability-RequiremeNts“), interaction scenarios that are relevant from a users’ point of view are depicted and selected based on a usage context analysis. This is facilitated by providing factors of the mobile usage context and a catalog of 50 interaction scenarios that are potentially architectural sensitive (derived from patterns, referring to them, and complying to a scenario life cycle). The analysis of the architecture itself is based on the principle of view models. We analyze, in what way structure or behavior of architectural elements can constrain the interaction described by a specific interaction scenario. Results verify that usability was considered architecturally, explain disadvantageous and advantageous architectural decisions as well as trade-offs with other quality factors. Thus, results can flow back to architectural design and usability engineering. Additionally, the method is combined with a user test. With this research, analyzing and assessing the architectural support for the usability of mobile applications is easier than with earlier works. This inspires further research, for example, more case studies regarding the relationship between usability and software architecture, other quality factors and software architecture, new possibilities for construction in agile processes, and the cooperation amongst the fields usability engineering and software engineering in general

A model-based approach for Objectification of the Risk Analysis according to ISO 26262

Die Entwicklung elektrischer Fahrzeugsysteme wird in Zukunft voraussichtlich immer mehr von der ISO 26262 beeinflusst. Eine wesentliche Anforderung der Norm ist die Durchführung einer Gefährdungsidentifikation und Risikobewertung (GuR). Ziel dieser GuR ist es vom zu entwickelnden System ausgehende Gefährdungen zu identifizieren und hinsichtlich ihres Risikopotenzials zu bewerten. Sind potenzielle Gefährdungen erkannt, können diese mittels des in ISO 26262 vorgeschlagenen Ansatzes zur Ableitung eines Automotive Safety Integrity Levels (ASIL) hinsichtlich des von ihnen ausgehenden Risikos bewertet werden. Diese Bewertung basiert in hohem Maße auf der subjektiven - meist konservativen - (Experten-)Einschätzung der den ASIL charakterisierenden Parameter Expositionswahrscheinlichkeit (E), Schadensausmaß (S) und Kontrollierbarkeit (C), weswegen Sicherheitsfunktionen häufig überdimensioniert werden. In dieser Arbeit wird eine Methode beschrieben, wie diese subjektiven Einflüsse durch Simulation und Analyse von Petrinetz-Modellen reduziert werden können. Hierbei wird sich nach intensiver Diskussion der die ASIL-Parameter bestimmenden Faktoren auf die modellbasierte Objektivierung des Parameters E beschränkt. Die Methode und die Struktur der, wie zunächst angenommen, einem deterministischem Verhalten folgenden Modelle werden im Sinne einer Anwendbarkeitsstudie zur Einstufung der Expositionswahrscheinlichkeit exemplarisch angewendet, validiert und plausibilisiert. Im Folgenden wird davon ausgegangen, dass eine Vielzahl von reale Fahrsituationen charakterisierenden Faktoren einem stochastischem Verhalten folgen. In diesem Fall stößt die analytische Berechnung von E an ihre Grenzen, weswegen deren Plausibilität nur noch durch den Vergleich mit herkömmlichen Schätzungen überprüft werden kann. Die entwickelte Methode kann sowohl zu einer ASIL-Reduktion, und damit einhergehenden Einsparpotenzialen bei den Entwicklungskosten, als auch zu einer ASIL-Erhöhung,und damit verbundenem Mehraufwand bei der Entwicklung, führen. In beiden Fällen kann die Methode aufgrund ihres strukturierten modellbasierten Ansatzes helfen die ASIL-Einstufung gegenüber Entscheidungsträgern zu vertreten, wodurch die praktische Verwertbarkeit der Methode gegeben ist.The development of future electrical systems in motor vehicles is expected to be more and more influenced by the standard ISO 26262. This standard provides requirements for the entire safety lifecycle. One essential requirement of ISO 26262 consists in performing a hazard analysis and risk assessment. The objective of this phase is to identify and categorize the hazards emanating from the item to be developed in terms of their risk potential. Once the hazards have been identified, these can be evaluated in terms of the risk posed by them, using the approach recommended in ISO 26262 to determine an Automotive Safety Integrity Level (ASIL). This assessment is largely based on subjective - mostly conservative - (experts`)estimations of the ASIL-characterizing parameters: probability of exposure (E), severity (S) and controllability (C). This is the reason why safety related systems are often oversized. In this thesis a method is described thanks to which these subjective evaluations can be reduced by simulation and analysis of Petri net models. After an intensive discussion of the ASIL-determining parameters (E, S and C), the scope of the method is limited to the model-based objectification of the parameter E. The developed Petri net models, initially supposed to be obeying a deterministic behavior, are used to determine E and to validate the gleaned values and the correctness of the model against the results of an event tree analysis. Moreover, the determined parameter E is validated with respect to its plausibility by comparing it with the result of an assessment carried out conventionally under the terms of ISO 26262. In the following it is assumed that a large number of factors characterizing real driving situations are following a stochastic behavior. In this case, the analytical calculation of E is limited and the determined values` plausibility can only be validated by comparison with the results of a conventional estimation. The developed method logically can lead to both, an ASIL-reduction, and thus to a reduction of the development costs, as well as an ASIL-increase, and thus to related additional effort in the development. In both cases due to its structured model-based approach, the presented method can back up an ASIL-classification in front of decision-makers. Thus the practical usefulness of the method is given

Analyse der Wirkung von Nutzer-Feedback auf die Entwicklungszeit komplexer Softwareprodukte

In der Softwareentwicklung verursacht der Entwicklungsaufwand, und die damit zusammenhängende Entwicklungsdauer, i. A. einen Großteil der Produktionskosten. In einem unsicheren, dynamischen Umfeld hat die Überarbeitungsdauer einen großen Anteil an der Entwicklungszeit. Ziel dieser Arbeit ist es die Struktur inkrementeller Softwareentwicklungsprozesse, die wiederholtes (zyklisches) Feedback erlauben, zu untersuchen. Darauf basierend werden Modelle entwickelt, anhand derer die Wirkungszusammenhänge der Einflussfaktoren der Entwicklungsdauer dieser Prozesse, wie Unsicherheit und Komplexität, analysiert und Empfehlungen zur Reduzierung der Entwicklungsdauer gegeben werden können

Ein methodischer Beitrag zur hybriden Regelung der Produktionsqualität in der Fahrzeugmontage

Steigende Variantenvielfalt der Produkte und hohe Flexibilitätsanforderungen der Produktionsprozesse resultieren in zunehmender Komplexität der Automobilproduktion. Anforderungen dieser Art beeinflussen maßgeblich sowohl die kundenrelevante Produktqualität als auch die unternehmensrelevante Produktionsqualität. Zwar haben informationstechnische Methoden und Konzepte bereits einen wichtigen Beitrag zur Beherrschbarkeit dieser Herausforderungen geleistet, dennoch existiert trotz des intensivierten Qualitätsbewusstseins und des technologischen Fortschritts weiterhin ein hoher Anteil an Qualitätsmängeln und Ausschüssen innerhalb der Produktion. Mangelhaftes Management und fehlende Transparenz qualitätsbezogener Informationen sowie rudimentäre Einbindung aller Mitarbeiter in die Qualitätsregelung stellen nur einige Ursachen dar. Die Symptome umfassen eine verlangsamte Reaktionsfähigkeit, hohe Nacharbeitszeiten und außergewöhnliche Qualitätskosten mit negativen Auswirkungen auf die Erreichung der unternehmerischen Ziele. Reaktive Maßnahmen umfassen oftmals unstrukturierte Investitionen zur Steigerung der Produktionsqualität mit mäßiger Effizienz. Eine effiziente Qualitätsregelung erfordert jedoch zunächst die vollständige Erfassung und zielgerichtete Aufbereitung qualitätsbezogener Informationen. Weiterhin sind schnelle bidirektionale Informationsflüsse in der Wertschöpfungskette erforderlich, um anschließend ein strukturiertes Informationsmanagement mit dem Ziel hoher Transparenz der bestehenden Qualitätssituation durchführen zu können. Damit eine Nutzung der qualitätsbezogenen Informationen und Rückkopplung innerhalb der Qualitätsregelung erfolgen kann, sind abschließend eindeutig ableitbare Handlungsoptionen erforderlich. Zur entsprechenden Umsetzung sind informationstechnische Methoden und Werkzeuge notwendig, welche durch bestehende Konzepte nicht oder nur in Ansätzen erfüllt werden können. Die vorliegende Arbeit liefert folglich methodisch-technische Beiträge zur Regelung der Produktionsqualität auf Basis fünf zusammenhängender Abschnitte. Grundlegend wird im ersten Abschnitt ein merkmalsbezogenes Qualitätskonzept (Characteristic-based Quality Design, CQD) zur binären und zusätzlich quantitativen Qualitätsbewertung eines Betrachtungsobjektes entwickelt. Mit diesem Qualitätskonzept lässt sich Qualität binär evaluieren sowie quantitativ messen und liefert das Fundament zur Qualitätsregelung. Im zweiten Abschnitt erfolgt eine für die Praxis sachgerechte Definition der montagespezifischen Produktionsqualität (Assembly-specific Production Quality, APQ) auf Basis eines produktionsorientierten Kennzahlensystems. Dadurch wird der Betrachtungsraum eindeutig von weiteren Produktionsbereichen abgegrenzt. Zusätzlich wird im dritten Abschnitt ein informationstechnisches Referenzmodell einer hybriden Qualitätsregelung (Quality Control Structure, QCS) zum bidirektionalen Management von Qualitätsinformationen entwickelt. Über das Referenzmodell wird die informationstechnische Struktur und Logik für eine adäquate Qualitätsregelung in der Fahrzeugmontage definiert. Darauf aufbauend wird im vierten Abschnitt ein anwenderorientiertes Modell einer grafischen Benutzungsoberfläche (Worker Interaction Interface, WII) zur Ein- und Ausgabe von qualitäts- und montagebezogenen Informationen entwickelt. Durch das Modell werden relevante Informationen in rollen-, sach- und zeitgerechter Form innerhalb der Montagelinie bereitgestellt. Abschießend wird im fünften Abschnitt ein generisches Qualitätswerkzeug (Quality Visualization Model, QVM) entwickelt. Damit lässt sich die Qualitätssituation eines Betrachtungsobjektes anforderungsgerecht visualisieren, überwachen und evaluieren