Modellierung und Export von Multicore-Eigenschaften für Simulationen während der Steuergeräteentwicklung für Fahrzeuge

Derzeit führen die sehr hohen Anforderungen in nahezu allen Bereichen des Fahrzeugs zu einer immer komplexer werdenden Steuergerätearchitektur. Dies betrifft unter anderem sowohl sicherheitskritische wie auch Fahrerassistenz- und Komfortsysteme. Dies führt zu einer stetig steigenden Anzahl der Funktionalitäten, die auf einem Steuergerät ausgeführt werden müssen. Damit steigt der Bedarf an Rechenleistung der dafür eingesetzten elektronischen Steuereinheiten. Um diese Anforderungen zu bewältigen, werden bei der Entwicklung sicherheitskritischer, echtzeitfähiger, eingebetteter Systeme immer häufiger Steuergeräte mit Prozessoren mit mehreren Kernen eingesetzt. Bei diesem Ansatz entstehen notwendigerweise Echtzeitanforderungen, die im Idealfall bereits in der frühen Entwicklungsphase berücksichtigt werden sollten. Die Erfüllung dieser Anforderungen werden oft erst spät während des Entwicklungsprozesses überprüft. Um Systeme mit Mehrkern-Steuergeräten modellieren zu können und deren Echtzeitanforderungen beschreiben zu können wurden in dieser Arbeit entscheidende Parameter identifiziert. Dabei wurden Lösungsansätze bereits realisierter Architektur-Entscheidungen berücksichtigt, die in der Lage sind, das Echtzeitverhalten einer E/E-Architektur zu simulieren. Mit Hilfe eines Modellierungswerkzeugs wurden die identifizierten Multicore-Parameter modelliert und in einer standardisierten Form bereitgestellt. Dadurch wurde eine Simulation sowie eine frühzeitige Verifikation der Echtzeitanforderungen ermöglicht. Somit wurde eine mögliche Werkzeugkette entworfen, prototypisch implementiert und anschließend evaluiert. Die Evaluation wurde auf Basis eines Fallbeispiels durchgeführt, welches unter Berücksichtigung anhand der zuvor identifizierten Multicore-Parameter erstellt wurde. Außerdem wurden mögliche Optimierungsansätze für die Integration und Interoperabilität der Werkzeuge herausgearbeitet

Modellierung der Struktureigenschaften von Subsystemen bei architekturellen Entwurfsentscheidungen in komponentenbasierten Systemen

In Softwaresystemen werden bei der (Weiter-)Entwicklung in der Regel bereits fertige (Sub-)Systeme als ein Teil der Gesamtlösung eingesetzt. Dies benötigt jedoch fundiertes Fachwissen darüber, wie ein solches Subsystem einer Entwurfsentscheidung in das eigene Softwaresystem zu integrieren ist. Möchte ein Entwickler eine bestimmte Entwurfsentscheidung in einem bereits bestehenden Softwaresystem nachträglich umsetzen, ist ihm meist nicht klar, wie das Subsystem dieser Entwurfsentscheidung in die bestehende Architektur integriert werden kann. In dieser Bachelorarbeit wird ein formales Modell, welches die Eigenschaften einer Entwurfsentscheidung abbildet, konzipiert und evaluiert. Für diesen Zweck wird das Strukturmodell als eine Erweiterung für das Palladio Komponentenmodell vorgestellt, mit welcher ganze Umbau-Maßnahmen für die Integration der Komponenten einer Entwurfsentscheidung formalisiert werden. Diese Erweiterung umfasst Informationen, wie die Struktur einer Entwurfsentscheidung und deren Einfluss auf die Qualität der Architektur, und kann dafür genutzt werden, um mit ihr Entwurfsentscheidungen im Kontext von Palladio wiederverwendbar zu formalisieren. Für die Evaluation des Strukturmodells wurden mehrere Fallstudien auf das Strukturmodell angewendet, um dessen Anwendbarkeit und Nutzen zu zeigen. Hierfür wurde die Struktur von verschiedenen Entwurfsentscheidungen und deren Auswirkungen auf eine bestehende Architektur mit Hilfe des Strukturmodells modelliert. Abschließend wurde eine solches Strukturmodell einer Entwurfsentscheidung in ein bestehendes Softwaresystem eingesetzt

Lernförderliche Übergänge zwischen gegenständlichen und abstrakten Modellen technischer Systeme

"Es wird eine rechnergestützten Lernumgebung für den Technikunterricht vorgestellt, die das Modellieren technischer Systeme im Gegenständlichen ermöglichen soll und zugleich den Übergang von realen stofflichen Objekten zu virtuellen abstrakten Rechnermodellen unterstützt. Das heißt, mit gegenständlichen Bausteinen können Modelle technischer Systeme aufgebaut und synchron dazu ähnliche rechnerinterne generiert werden. Der sinnlichen Wahrnehmung und Überprüfung realstofflicher Phänomene wird eine zentrale Bedeutung für das Begreifen und Beurteilen komplexer Zusammenhänge zuerkannt. An Beispielen aus der Steuerungstechnik wird eine schrittweise, nachvollziehbare und überprüfbare Abstraktion, ausgehend von konkret erfahrbaren Zusammenhängen, zu physikalischen, funktionalen und numerischen Modellen demonstriert." [Autorenreferat

AI meets DA

Der Beitrag beschäftigt sich mit der Diskursmodellierung im Rahmen des Forschungsverbundprojekts Verbmobil, das industrielle und universitäre Forschungseinrichtungen zur Entwicklung eines mobilen Dolmetschcomputers zusammenführte. Dabei wird aufgezeigt, daß sich die Informatik schwer tat, die Erfahrungen der funktionalen Pragmatik einzubinden. Der Nutzen der Diskursanalyse im Rahmen der Pragmatik für die Informatik wird in drei Punkten gesehen: (a) aus einem zweckbezogenen Verständnis sprachlichen Handelns berücksichtigt die DA über die unmittelbar sichtbaren sprachlichen Handlungen auch die gesellschaftlichen Voraussetzungen und Rahmenbedingungen des Handelns und die erschließbaren mentalen Dimensionen ("Einbettung", "Motivierung", "Authentizität" usw.); (b) aus einer funktional-zweckbezogenen Sicht auf die sprachlichen Mittel und ihre Verwendung beim sprachlichen Handeln folgt eine Modellierung des Handelns im Handlungsmuster, das eine adäquatere Diskursmodellierung und Klassifizierung sprachlicher Mittel erlaubt als die in der KI verwendeten flachen Modellierungsverfahren; (c) durch Verwendung computergestützter Werkzeuge, z.B. von Petri-Netzen, werden dynamische Modellierungen möglich, die die statischen Musterdiagramme einerseits abstrakt modellieren, andererseits mit eingegebenen Daten konkrete Musterdurchläufe simulieren; damit werden auch die Grenzen zwischen qualitativen und quantitativen Forschungsmethoden überwindbar.</p

Abschlussbericht KMU-innovativ: Verbundprojekt Titan Industrial DevOps Plattform für iterative Prozessintegration und Automatisierung

Unternehmensprozesse zu digitalisieren und dabei eine IT-Infrastruktur aufzubauen, ist komplex. Neue, zum Teil teure Technologien werden eingesetzt, jedoch fehlen erprobte Praktiken. Die daraus entstehende Komplexität lässt sich mit dem klassischen Projektmodell nur ungenügend adressieren. Klassische Planungen basieren auf Annahmen, die sich oft zu spät und als falsch erweisen. Mechanismen, den einmal geplanten Weg zum gesetzten Ziel zu korrigieren, bietet das traditionelle Projektmodell nur eingeschränkt. Ziel des titan-Projekts ist die Integration von Entwicklungswerkzeugen und Betriebs-Technologie in eine Software-Plattform. Kombiniert mit innovativen „Industrial DevOps“- Methoden soll die komplexe Aufgabe einer iterativen Systemintegration im industriellen Umfeld erheblich vereinfacht werden. Im titan-Projekt ist der Prototyp einer Software-Plattform entstanden, die es industriellen Anwendern erlaubt, diese Praktiken auf Problemstellungen der Digitalisierung anzuwenden. Neben Zielen wie Sicherstellung und Überprüfbarkeit von Qualität, Widerstandsfähigkeit und Skalierbarkeit ist die Eliminierung des Vendor-Lock-In ein zentraler Aspekt des Projekts. Insbesondere werden Prozessanpassungen durch die Anwender mittels Flow Based Automation ermöglicht, neue Softwareversionen und Veränderungen können am System routinemäßig in Betrieb genommen werden und domänenspezifische Komponenten können für komplexe Aufgaben genutzt und verwaltet werden. Im Rahmen einer Community wird die titan-Open-Source-Plattform weiterentwickelt. Die während des Projekts entstandenen Innovationen werden so verfeinert und in verschiedenen Bereichen angewendet. Die Erfahrungen aus Projekten fließen in die Software ein und werden innerhalb der Community verbreitet

Parallel Simulations for Virtual Prototyping in the Automobile Industry

Der heutige Wettbewerb in der Industrie zeichnet sich durch immer kürzere Entwicklungszeiten aus. In der Automobilindustrie und insbesondere bei der Entwicklung von Fahrzeugen mit alternativen Antriebsträngen mit vernetzten, komplexen Regelstrukturen, wie zum Beispiel bei Elektro-, Hybrid- und Brennstoffzellenfahrzeugen, ist es unerläßlich, die Vorteile des Frontloadings bzw. des virtuellen Prototypings, also des computerunterstützten Auslegens und Entwickelns, massiv zu nutzen, um bei Einsparung von Entwicklungskosten und Entwicklungszeit zu belastbaren Ergebnissen zu kommen, was letztendlich einen Wettbewerbsvorteil darstellt. Da das Frontloading komplexer Systeme handhabbar bleiben muß, werden in der vorliegenden Dissertationsschrift auf mögliche Simulationswerkzeuge, die systemtheoretischen Begründung der parallelisierten Simulation sowie auf die Methoden der Rechnerkopplung eingegangen. Anhand einer validierten Hybridantriebstrangsimulation wird die Methode der parallelen, räumlich verteilten, zeitlich synchronen Co-Simulation beschrieben. Dabei wird auf die Besonderheiten der Modellierung von Regelstrecken gegenüber Steuergerätealgorithmen eingegangen. In diesem Zusammenhang wird der Unterschied der kausalen, signalorientierten Modellierung gegenüber der akausalen, physikalischen Modellierung erklärt. Das Modell des simulierten Hybridantriebstranges wird anhand seiner Teilmodelle der Regelstrecke und der Controller erläutert. Daß die vorgestellte Simulationsmethodik eine tragfähige Methode im Entwicklungsprozeß ist, wird durch eine Validierung mit einem gefahrenen Rollenprüfstandsversuch nachgewiesen. Zusammenfassung, Schlußfolgerung und Ausblick runden diese Arbeit ab.The today’s competition in industry is characterized by more and more shorter development cycles. In the automobile industry and especially by developing vehicles with hybrid drive trains with complex and networked control structures such as in Electric Vehicles (EV), Hybrid Electric Vehicles (HEV) and Fuel Cell Electric Vehicles (FCEV) it is inescapable using the advantages of frontloading / virtual prototyping massively, which can be described as computer aided design and development, in order to get serious data by even saving development costs and time. Because frontloading of complex systems has to be easy to handle for the engineer, within this thesis possible simulation tools are described as well the theoretical basis of parallelized simulation and methods for coupling computers. By using a validated simulation of a certain hybrid drive train the method of the parallel, locally distributed and time-synchronous co-simulation is described. By doing so the differences of modelling physical plants and control algorithms are explained. The differences of the causal signal oriented modelling and the a-causal, physical modelling are described as well. The model of the simulated hybrid drive train is explained by its sub-models of the physical plant and the control algorithms. By validation the presented simulation method with a driven test cycle it is proven that this method is worthwhile within the development process. A summary, the conclusions and an outlook for future further work round of this thesis

Energieeffizienz in Workflowsystemen

Im CoolSoftware-Projekt wurden Metamodelle, Algorithmen und Architekturmuster für energieeffiziente Software entworfen. Sobald ein komplexer Kontrollfluss auf einem solchen System ausgeführt werden soll, muss das dynamische Energieverhalten in die Optimierung einbezogen werden. Um diese Herausforderung zu lösen, werden in dieser Arbeit die Ansätze von CoolSoftware durch weitere Modellelemente und Algorithmen ergänzt. Unter anderem kommt eine Simulation zum Einsatz, um funktionell mögliche Konfigurationen zu bewerten. Der Kontrollfluss kann durch das Workflow-Management-System Open Service Process Platform definiert werden. Im Ergebnis kann das System den Workflow je nach Komplexität möglichst energiearm ausführen

Modellierung und Verifikation von verteilten/parallelen Informationssystemen

Petri nets are used in many fields as modelling technique. The different usage areas and modelling objectives require different classes of Petri nets. Powerful high level Petri nets and especially coloured Petri nets are well suited for describing behavior of distributed information systems in order to verify and analyse them. Extended coloured Petri nets with structured marks are presented in this work. An example is used in order to demonstrate the analysis and verification steps. This example algorithm is modeled with extended coloured Petri nets (HCPN-ST). It is transformed into coloured Petri nets, in order to simulate, analyse and verify the method with existing software tools. The model is simulated and analysed with PENECA Chromos tool, although it cannot verify all properties, but it allows to interoperate with INA tool. The remainder of the analysis and verification is done in the INA tool. The above mentioned steps are extended and integrated into the complete analysis process and the verification methodology. Finally, the need and motivation for the extension of dynamic approaches modelling for the analysis of distributed information system is elaborated to accomplish the goal of the work. We succeed to validate, that the extended formal method is an effective method to model and analyse distributed information systems.Petrinetze werden in vielen Bereichen als Modellierungstechnik verwendet. Die verschiedenen Einsatzgebiete und Modellierungsziele erfordern mittel unterschiedliche Typen von Petrinetzen. Die höheren Petrinetze eignen sich gut zur Formalisierung des Verhaltens verteilter Informationssysteme zum Zweck der Verifikation und Analyse. Eine Klasse erweiterter gefärbte Petrinetze (HCPN-ST) mit strukturierten Marken wird in dieser Arbeit vorgestellt und am Beispiel erläutert. An diesem konkreten Modell wird die Analyse und Verifikation demonstriert. Das Beispiel-Algorithmenmodell wird in ein CPN transformiert. Der Algorithmus der Transformation wird vorgestellt. Diese Transformation wird durchgeführt, um die erweiterte Methode mit Software -Tools zu analysieren und verifizieren. Mit Peneca Chromos wird das Modell editiert und simuliert und einige Eigenschaften werden analysiert. Die weitere Analyse und Verifikation erfolgt mit dem Tool INA. Es folgt die Erweiterung und Integration in den gesamten Analyseprozess und die Verifikationsmethodik. Abschließend wird die Notwendigkeit und Motivation zur Erweiterung von dynamischen Modellierungsansätzen für die Analyse von verteilten Informationssystemen behandelt und damit die Zielstellung der Arbeit erreicht

Integrierte modell- und simulationsbasierte Entwicklung zur dynamischen Bewertung automobiler Elektrik/Elektronik-Architekturen

Die Automobilbranche befindet sich seit einigen Jahren im Wandel. Trends wie autonomes Fahren, Konnektivität, smarte Mobilität sowie die Elektrifizierung führen zu einer drastischen Erhöhung der Fahrzeugkomplexität. Diese Komplexität muss durch die zugrunde liegende Elektrik/Elektronik-Architektur (E/E-Architektur) beherrscht werden und ruft unmittelbare neue Herausforderungen an den Entwicklungsprozess hervor. Design-Entscheidungen der E/E-Architektur haben maßgeblichen Einfluss auf das Verhalten von Fahrzeugfunktionen und umgekehrt. Daher müssen sie möglichst frühzeitig analysiert und evaluiert werden, um kostspielige Fehlerkorrekturen in späten Entwicklungsphasen zu minimieren. Eine frühzeitige Einbindung von Simulationsmethoden ist dabei zentral. Die modellbasierte Architekturentwicklung und Simulation sind jedoch weitestgehend getrennt voneinander laufende Prozesse. Dies erschwert eine effiziente Analyse sowie Bewertung der bidirektionalen Abhängigkeiten zwischen Architektur und Verhalten. Um diese Schwächen zu adressieren, wird in dieser Arbeit eine integrierte Methodik zur modell- und simulationsbasierten Entwicklung von E/E-Architekturen vorgestellt, die sich in drei Teile gliedert. Es werden zunächst neue Methoden zur architekturzentrierten Verhaltensmodellierung eingeführt. Eine nachfolgende Synthese generiert daraus ein Simulationsmodell, welches automatisiert mehrere Abstraktionsebenen der E/E-Architektur miteinander verknüpft und so zu einer ganzheitlichen Betrachtung beiträgt. Mithilfe des integrierten Ansatzes wird zusätzlich ein Konzept entwickelt, das es gestattet, mehrere Architekturvarianten automatisiert bzgl. statischen und dynamischen Metriken gegenüberzustellen. Die Konzepte werden in das in der Automobilindustrie etablierte E/E-Architekturwerkzeug PREEvision® integriert, umgesetzt und anhand mehrerer Anwendungsfälle evaluiert