Modeling and verification of reconfigurable discrete event control systems

Most modern technological systems rely on complicated control technologies, computer technologies, and networked communication technologies. Their dynamic behavior is intricate due to the concurrence and conflict of various signals. Such complex systems are studied as discrete event control systems (DECSs), while the detailed continuous variable processes are abstracted. Dynamic reconfigurable systems are the trend of all future technological systems, such as flight control systems, vehicle electronic systems, and manufacturing systems. In order to meet control requirements continuously, such a dynamic reconfigurable system is able to actively adjust its configuration at runtime by modifying ist components, connections among components and data, while changes are detected in the internal/external execution environment. Model based design methodologies attract wide attention since they can detect system defect earlier, increase system reliability, and decrease time and cost on system development. An accurate, compact, and easy formal model to be analyzed is the first step of model based design methods. Formal verification is an expected effective method to completely check if a designed system meets all requirements and to improve the system design scheme. Considering the potential benefits of Timed Net Condition/Event Systems (TNCESs) in modeling and analyzing reconfigurable systems, this dissertation deals with formal modeling and verification of reconfigurable discrete event control systems (RDECSs) based on them.Die meisten modernen technologischen Systeme benötigen aufwändige Steuerungs-, Rechner- und Kommunikationstechnologien. Aufgrund von Nebenläufigkeit und Konflikten ergibt sich ein kompliziertes dynamisches Verhalten. Derartige komplexe Systeme werden dadurch untersucht, dass man sie als ereignisdiskrete Steuerungssysteme (Discrete Event Control Systems, DECSs) betrachtet und dabei die detaillierten unterlagerten kontinuierlichen Prozesse abstrahiert. Um die Anforderungen an die Steuerung durchgängig erfüllen zu können adaptieren sich dynamische rekonfigurierbare Systeme zur Laufzeit durch Modifikation ihrer Komponenten, deren Verbindungen untereinander und der gespeicherten Daten, sobald Änderungen in der internen oder externen Umgebung festgestellt werden. Beispiele für dynamische Rekonfigurierbare Systeme finden sich in der Luftfahrt, im Automobilbereich aber auch in Fertigungssystemen. Modellbasierte Entwicklungsmethoden erfreuen sich zunehmender Beliebtheit, da sie es erlauben Fehler früher im Entwicklungsprozess aufzudecken und damit zu höherer Systemverfügbarkeit bei verkürzter Entwicklungszeit führen. Ein formales Modell des Systems bildet hierbei den ersten wichtigen Schritt. Durch formale Verifikation kann dieses Modell effektiv und vollständig überprüft und ggf. verbessert werden. Eine geeignete Modellform hierfür sind Timed Net Condition/Event Systems (TNCESs). Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Anwendung von TNCES zur Modellierung und Verifikation rekonfigurierbarer ereignisdiskreter Steuerungssysteme (RDECSs)

Towards a new methodology for design, modelling, and verification of reconfigurable distributed control systems based on a new extension to the IEC 61499 standard

In order to meet user requirements and system environment changes, reconfigurable control systems must dynamically adapt their structure and behaviour without disrupting system operation. IEC 61499 standard provides limited support for the design and verification of such systems. In fact, handling different reconfiguration scenarios at runtime is difficult since function blocks in IEC 61499 cannot be changed at run-time. Hence, this thesis promotes an IEC 61499 extension called reconfigurable function block (RFB) that increases design readability and smoothly switches to the most appropriate behaviour when a reconfiguration event occurs. To ensure system feasibility after reconfiguration, in addition to the qualitative verification, quantitative verification based on probabilistic model checking is addressed in a new RFBA approach. The latter aims to transform the designed RFB model automatically into a generalised reconfigurable timed net condition/event system model (GRTNCES) using a newly developed environment called RFBTool. The GR-TNCES fits well with RFB and preserves its semantic. Using the probabilistic model checker PRISM, the generated GR-TNCES model is checked using defined properties specified in computation tree logic. As a result, an evaluation of system performance and an estimation of reconfiguration risks are obtained. The RFBA methodology is applied on a distributed power system case study.Dynamische Anforderungen und Umgebungen erfordern rekonfigurierbare Anlagen und Steuerungssysteme. Rekonfiguration ermöglicht es einem System, seine Struktur und sein Verhalten an interne oder externe Änderungen anzupassen. Die Norm IEC 61499 wurde entwickelt, um (verteilte) Steuerungssysteme auf Basis von Funktionsbausteinen zu entwickeln. Sie bietet jedoch wenig Unterstützung für Entwurf und Verifikation. Die Tatsache, dass eine Rekonfiguration das System-Ausführungsmodell verändert, erschwert die Entwicklung in IEC 61499 zusätzlich. Daher schlägt diese Dissertation rekonfigurierbare Funktionsbausteine (RFBs) als Erweiterung der Norm vor. Ein RFB verarbeitet über einen Master-Slave-Automaten Rekonfigurationsereignisse und löst das entsprechende Verhalten aus. Diese Hierarchie trennt das Rekonfigurationsmodell vom Steuerungsmodell und vereinfacht so den Entwurf. Die Funktionalität des Entwurfs muss verifiziert werden, damit die Ausführbarkeit des Systems nach einer Rekonfiguration gewährleistet ist. Hierzu wird das entworfene RFB-Modell automatisch in ein generalised reconfigurable timed net condition/event system übersetzt. Dieses wird mit dem Model-Checker PRISM auf qualitative und quantitative Eigenschaften überprüft. Somit wird eine Bewertung der Systemperformanz und eine Einschätzung der Rekonfigurationsrisiken erreicht. Die RFB-Methodik wurde in einem Softwarewerkzeug umgesetzt und in einer Fallstudie auf ein dezentrales Stromnetz angewendet

Proceedings der 11. Internationalen Tagung Wirtschaftsinformatik (WI2013) - Band 1

The two volumes represent the proceedings of the 11th International Conference on Wirtschaftsinformatik WI2013 (Business Information Systems). They include 118 papers from ten research tracks, a general track and the Student Consortium. The selection of all submissions was subject to a double blind procedure with three reviews for each paper and an overall acceptance rate of 25 percent. The WI2013 was organized at the University of Leipzig between February 27th and March 1st, 2013 and followed the main themes Innovation, Integration and Individualization.:Track 1: Individualization and Consumerization Track 2: Integrated Systems in Manufacturing Industries Track 3: Integrated Systems in Service Industries Track 4: Innovations and Business Models Track 5: Information and Knowledge ManagementDie zweibändigen Tagungsbände zur 11. Internationalen Tagung Wirtschaftsinformatik (WI2013) enthalten 118 Forschungsbeiträge aus zehn thematischen Tracks der Wirtschaftsinformatik, einem General Track sowie einem Student Consortium. Die Selektion der Artikel erfolgte nach einem Double-Blind-Verfahren mit jeweils drei Gutachten und führte zu einer Annahmequote von 25%. Die WI2013 hat vom 27.02. - 01.03.2013 unter den Leitthemen Innovation, Integration und Individualisierung an der Universität Leipzig stattgefunden.:Track 1: Individualization and Consumerization Track 2: Integrated Systems in Manufacturing Industries Track 3: Integrated Systems in Service Industries Track 4: Innovations and Business Models Track 5: Information and Knowledge Managemen