Modellierung von Kommunikationssystemen zum Zweck der Systemanalyse und des Systementwurfs

Einen wesentlichen Beitrag zu Innovationen und Weiterentwicklungen in der Automobilindustrie leisten elektronische Komponenten. Der funktionale Wachstum in den Bereichen Sicherheit, Komfort und Fahrerassistenz führt zu einer Erhöhung der Komplexität. Neben der Anzahl der Komponenten steigert sich auch der Bedarf an Kooperation und Datenaustausch. Insbesondere by-wire- und Assistenzsysteme (Hochautomatisiertes Fahren) zeichnen sich durch hohe Anforderungen in den Bereichen Zuverlässigkeit, Datenkonsistenz, Fehlertoleranz und Ausfallsicherheit aus. Die Zusammenarbeit einzelner Steuergeräte fordert von der Kommunikationsstruktur neben hohen Datenraten auch Determinismus und Echtzeitverhalten. Die Entwicklung dieser komplexen verteilten Systeme profitiert durch modellbasierte Entwurfsprozesse. Der Nachweis von grundlegenden Systemeigenschaften mit dem Schwerpunkt Kommunikation soll bereits in frühen Entwurfsphasen mit Hilfe von ausführbaren Spezifikationen modell- und simulationsbasiert erfolgen. In dieser Arbeit wird ein Modellierungsansatz entworfen, welcher die typischen ereignis- und zeitgesteuerten Protokolle in der Domäne Automotive adressiert. Der Fokus liegt auf den Buszugriffsverfahren. Modelle auf unterschiedlichen Abstraktionsebenen werden am Beispiel von Controller Area Network (CAN) und FlexRay definiert und realisiert. Neben der reinen Kommunikation werden die angrenzenden Themenfelder Gateway (heterogene Kopplung) und Betriebssystem berücksichtigt. Detaillierte Modelle eignen sich zur Analyse spezifischer Protokolleigenschaften sowie zur Weiterentwicklung von Protokollfunktionen auf Modellebene. Mit abstrakteren Modellen lassen sich Leistungs- und Eigenschaftsanalysen von großen heterogenen Systemen durchführen. Echtzeitkommunikation, vernetzte Systeme und Anwendungsfelder für modellbasierte Entwurfsprozesse finden sich auch außerhalb des Automobilbereiches. Die Anwendung wird am Beispiel der Entwicklung und Optimierung eines komplexen verteilten Systems zur Steuerung einer Nanopositionier- und Nanomessmaschine demonstriert. Innerhalb des Entwicklungsprozesses werden Entwurf, Realisierung und Leistungsbewertung bezüglich der Architektur des Gesamtsystems, der Verteilung von Funktionen und der Realisierung einzelner Komponenten sowie applikationsspezifische Kommunikationsprotokolle betrachtet.Major innovations and improvements in the automotive industry base on the electronic components. The growing number of functionality in the areas safety, comfort and driver assistance lead to an increase of the complexity. Not only the number of components increase. Especially to realize complex assistance systems the cooperation and data exchange gets more important. In particular, by-wire and assistance systems (highly-automated driving) have high requirements on reliability, data consistency and safety. The cooperation of single control units to realize these complex functions require not only high data rates but also determinism and real-time behavior of the communication architecture. The development of these complex distributed systems benefits from model-based design processes. The verification and validation of system properties with a focus on communication should be possible in early design phases using model and simulation-based approaches based on executable specifications. In this thesis, a modeling approach is developed addressing the typical event-driven and time-triggered protocols in the automotive domain. Models on different abstraction levels are defined and implemented. The Controller Area Network (CAN) and FlexRay are used as examples. Beside the communication protocols some related topics: gateway-functionality (heterogeneous communication) and operating system. The developed detailed models are adequate for the analysis of specific protocol properties as well as the improvement of protocol functions on model level. More abstract models can be used to analyze the performance, real-time behavior and characteristics of large heterogeneous systems. Real-time communication, distributed embedded systems and model-based design processes are not limited to the automotive sector. Therefore the utilization of the modeling approach is demonstrated within the development and optimization of a distributed embedded system: a signal- and dataprocessing unit of a nanopositioning- and nanomeasuringmachine. The example covers most parts of the development process. Selected topics are the design of the system architecture, the distributed allocation of functionality, the realization of single components and the development of application specific communication protocols

Realisierung eines optimierten Feldbussystems und Modellierung mit Petrinetzen

Eine unüberschaubare Anzahl von Feldbussystemen wird derzeit in der industriellen Automatisierungstechnik eingesetzt und drängt verstärkt in neue Anwendungsfelder wie Gebäude- und Fahrzeugautomatisierung. Haupthindernis für eine schnelle Verbreitung sind hohe Kosten, die aus der Komplexität und Vielfalt der Systeme entstehen. Die Arbeit stellt methodische Grundlagen der strukturierten Systementwicklung vor und führt in die Nutzung von Petrinetzen als Beschreibungsmittel ein. Neben der Softwaremodellierung wird dabei der Zusammenhang zwischen struktureller- und Verhaltensmodellierung dargestellt. Nach Betrachtung der Übertragungstechniken im Feldbereich werden Zugriffsstrategien mit Petrinetzen modelliert und marktübliche Systeme verglichen. Eine Definition von Zielen und Anforderungen zeigt anschließend den Weg zu einem optimierten Feldbussystem auf. Zu diesem Zweck wird ein System entworfen, welches jedem Interessenten ein einfaches aber effektives und universelles System großer räumlicher Ausdehnung unter Nutzung preiswerter, robuster Bauteile und Übertragungsmedien bereit stellt. Die Softwarestrukturen werden mit Hilfe von Petrinetzen modelliert und insbesondere die Möglichkeiten der Nutzung eines Petrinetztools zur Dokumentation sowie einer zukünftigen direkten Codegenerierung für ressourcenoptimierte Mikrocontrollersysteme aufgezeigt. Abschließend wird eine Validation anhand der Realisierung des optimierten Feldbussystems mit Messungen am realen System durchgeführt.An immense number of field bus systems is currently used in industrial automation and is expanding more and more into new application fields as facility management and vehicle automation. Main obstacle for a fast spreading are high costs, which result from the complexity and variety of the systems. The thesis describes methodical foundation of the structured system development and introduces to the use of Petrinets as description technique. Apart from the software modelling also the interrelation between structural and behavioural modelling is presented. After a closer examination of the transmission techniques within the field range, medium access strategies are modelled with Petrinets and usual market systems are compared. A definition of goals and requirements shows afterwards the way to an optimised field bus system. For this purpose a system is designed, which makes available a simple however effective and universal system of large spatial expansion to each prospective under use of inexpensive, durable components and transmitting media. The software structures are modelled with Petrinets. In particular the possibilities of the use of a Petrinet tool for the documentation as well as a future direct generation of program code for resource optimised microcontroller systems are presented. Finally the realisation of the optimised field bus system is validated with measurements of the material system

Erkennung menschlicher Aktivitäten zur Belehrung von Robotern

Für die Verwendung im Rahmen des Programmieren durch Vormachen-Paradigmas zur Programmierung von Robotern wurde ein Ansatz zur Klassifikation und Interpretation von menschlichen Bewegungen entwickelt. Dazu wurden erweiterte Methoden zur Beobachtung von Bewegungen untersucht und eine Prozesskette entwickelt, die unter Einsatz von Hintergrundwissen Bewegungssequenzen auf Aktivitäts-abhängig geeignete Merkmale abbildet und diese zur Erkennung von Aktivitäten nutzt

Steuerung industrieller Forschungskooperation: Funktionsweise und Erfolgsbedingungen des staatlichen Förderinstruments Verbundforschung

Vor dem Hintergrund rapiden technologischen Wandels wird die Forschungskooperation zwischen Unternehmen zunehmend als kritischer Faktor für den Gewinn unternehmens- und branchenspezifischer, aber auch nationaler Wettbewerbsvorteile diskutiert und gewinnt gleichzeitig als Bedingung staatlicher Forschungsförderung an Bedeutung. In diesem Buch werden die strukturellen, personellen und kognitiven Voraussetzungen erfolgreicher Forschungskooperation am Beispiel des Förderprogramms Fertigungstechnik herausgearbeitet.Übersichten, Abbildungen und Tabellen Abkürzungen Kapitel 1 Einleitung 1 Kooperationen in der Industrieforschung - ein Bedarf an staatlicher Steuerung? 2 Die Förderung industrieller Forschungskooperationen als Instrument staatlicher Forschungspolitik 3 Staatliche Steuerung in verflochtenen Handlungssystemen 4 Aufbau und Datenbasis der Untersuchung Kapitel 2 Das Modell industrieller Verbundforschung auf Programmebene 1 Die Genese des Förderinstrumentes 1.1 Das Modell Japan als ausländisches Vorbild 1.2 Die bundesdeutsche Diskussion: Ordnungspolitik und Subsidiarität in der industriellen Forschungsförderung 1.3 Die Aushandlung allgemeiner Richtlinien der Verbundförderung 2 Ausgestaltung institutioneller Merkmale der Verbundförderung in verschiedenen Forschungsprogrammen 2.1 Inhaltliche und strukturelle Ziele der Verbundförderung 2.2 Modus der Themenfindung 2.3 Finanzierungsmodell 2.4 Projektstruktur 2.5 Zusammenfassung 3 Technologiefeld Fertigungstechnik - Akteurkonstellationen und Genese institutioneller Merkmale der Verbundförderung 3.1 Der Projektträger als intermediärer Akteur 3.2 Industrielle und wissenschaftliche Adressaten - interne Fragmentierung und organisiertes Kartell 3.3 Verbundforschung als Ergebnis "verflochtener Politik" 3.3.1 Modus der Themenfindung 3.3.2 Inhalte 3.3.3 Projektstruktur und Finanzierungsmodell 3.3.4 Zusammenfassung Kapitel 3 Das Modell industrieller Verbundforschung auf Projektebene 1 Fallbeispiel: Programm Fertigungstechnik 1984-88 - Verbundprojekt "Fertigungstechnologie Kleben" (FTK) 2 Institutionelle Strukturen und Innovationstätigkeit auf dem Klebstoffsektor 2.1 Die industrielle Struktur 2.2 Die Forschungslandschaft auf wissenschaftlicher Seite 2.3 Formen der Kooperation zwischen Akteuren des Klebstoffsektors 2.3.1 Das Modell industrieller Gemeinschaftsforschung (AIF) 2.3.2 Bilaterale Kooperationsbeziehungen - Charakteristika und typische Probleme Vertikale Beziehung: Hersteller/Zulieferer - Anwender/Kunde Horizontale Beziehung - Konkurrenz Beziehung Institut - Unternehmen 2.4 Stand der Technik auf dem Klebstoffsektor 2.5 Fazit: Kooperationsbeziehungen und Innovationstätigkeit auf dem Klebstoffsektor 3 Vorgeschichte, Genese und Arbeit des Verbundprojektes "Fertigungstechnologie Kleben" 3.1 Die Vorgeschichte: Aufbau und Institutionen 3.2 Die Genese: Konsensbildung und Fixierung 3.3 Die Arbeit im Projekt: Von korporativen Akteuren zur Gruppe 3.4 Der technologische Ertrag des Verbundprojektes 4 Netzwerkdynamiken und ihre Bedeutung für die Realisierung eines technologischen Paradigmenwechsels 4.1 Vertikale Beziehung 4.2 Horizontale Beziehung/Konkurrenz 4.3 Beziehung Institut - Unternehmen 4.4 Die Bedingungen für den Erfolg von Kooperation 5 Die Leistungsfähigkeit interorganisatorischer Netzwerke - Erfolge und Probleme der Kooperation im Verbundprojekt Kapitel 4 Die Rolle des Staates bei der Konzipierung und Implementierung der Verbundförderung Anhang Literatu