Kooperative Fahrzeugautomatisierung: Längs- und Querführung von Fahrzeugen in einer Kolonne.

Baukasten für kollaborierende Systeme

Das Softwaretechnik-Institut paluno an der Universität Duisburg-Essen hat gemeinsam mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft einen Methodenbaukasten für die Entwicklung von Softwaresystemen entwickelt, die sich selbständig verbinden und zusammenarbeiten. Solche Verbünde aus eingebetteten Systemen sind die Basis vieler zukünftiger Anwendungen, z.B. des autonomen Fahrens oder intelligenter Fabriken.

Der Methodenbaukasten ist das Ergebnis des Verbundprojektes CrESt (Collaborative Embedded Systems), das kürzlich erfolgreich abgeschlossen wurde. Die Bausteine sollen Unternehmen helfen, kollaborierende Systeme effizient zu entwickeln. Dies ist im Vergleich zu klassischen eingebetteten Systemen schwierig, weil die Entwickler Systemverbünde betrachten müssen, die sich erst in der Zukunft bilden und deren Umgebung nicht vollständig antizipiert werden kann.

Ein Anwendungsbeispiel ist das sogenannte Platooning. Hierbei schließen sich auf der Autobahn mehrere Fahrzeuge elektronisch zu einem dichten Konvoi zusammen, der nur vom Vorderfahrzeug gesteuert wird. Die Vorteile sind deutliche Kraftstoffeinsparungen und die Entlastung der Fahrer. Allerdings ist bereits bei der Entwicklung zu beachten, dass die Umgebungen der Fahrzeuge ständig wechseln, die einzelnen Fahrzeuge verschiedene Ziele haben und Sensoren und Signalübertragungen ungenau sein können. Die Kunst ist es, mit solchen dynamischen und unsicheren Gegebenheiten richtig umzugehen und die Zusammenhänge zwischen den Systemen und der Umwelt zu verstehen.

Modellbasiertes Engineering

Bei eingebetteten Systemen hat sich der Einsatz von Modellen bewährt, um die Komplexität der Entwicklung zu reduzieren. Eine etablierte modellbasierte Methodik ist der SPES-Ansatz (Software Plattform Embedded Systems), der bereits bei einigen Unternehmen in Deutschland angewendet wird. In CrESt haben die Forscher die SPES-Methodik speziell für kollaborierende eingebettete Systeme weiterentwickelt. Dabei wurde darauf geachtet, dass die Bausteine zur Lösung bestimmter Herausforderungen (z.B. unsicherer Kontext, Adaptionsfähigkeit) in verschiedenen Domänen (Automotive, industrielle Produktion, Energieerzeugung, Robotik) eingesetzt werden können.

CrESt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung über 3 Jahre mit ca. 15 Millionen Euro gefördert. 800.000 Euro flossen an die UDE. Hier war die paluno-Arbeitsgruppe Software Systems Engineering mitverantwortlich für die Gesamtleitung und in zahlreichen Teilprojekten involviert. Projektpartner waren u.a. Bosch, Siemens, FEV, Bertrandt, Fraunhofer sowie neben der UDE weitere in diesem Bereich führende Universitäten in Deutschland. Die ursprünglich im Mai geplante Abschlussveranstaltung wird aufgrund der Corona-Pandemie voraussichtlich erst im Herbst stattfinden.

Weiterführende Informationen

Kurzdarstellung CrESt:https://sse.uni-due.de/forschung/projekte/crest

Über SPES

Die SPES-Methodik wurde in den Förderprojekten SPES 2020 und SPES_XT  entwickelt. Sie ermöglicht es, die Komplexität eingebetteter Systeme im Entwicklungsprozess zu beherrschen und damit hochqualitative eingebettete Systeme effizient zu entwickeln. Die Ergebnisse der SPES-Projekte waren daher eine exzellente Ausgangsbasis in Richtung der nächsten Komplexitätsstufe, die mit der Entwicklung kollaborierender eingebetteter Systeme erreicht wird. http://spes2020.informatik.tu-muenchen.de/home.html

Anwendungen

Ausgewählte Publikationen

  • Jennifer Brings, Marian Daun, Thorsten Weyer and Klaus Pohl: Goal-based configuration analysis for networks of collaborative cyber-physical systems. In: 35th ACM/SIGAPP Symposium on Applied Computing, 2020, pp. 1387-1396
  • Jennifer Brings, Marian Daun, Torsten Bandyszak, Vanessa Stricker, Thorsten Weyer, Elham Mirzaei, Martin Neumann, Jan Stefan Zernickel: Model-based documentation of dynamicity constraints for collaborative cyber-physical system architectures: Findings from an industrial case study. In: Journal of Systems Architecture, 2019, https://doi.org/10.1016/j.sysarc.2019.02.012
  • Marian Daun, Thorsten Weyer, Klaus Pohl: Improving manual reviews in function-centered engineering of embedded systems using a dedicated review model. In: Software and Systems Modeling, Springer, 2019, https://doi.org/10.1007/s10270-019-00723-2
  • Viktoria Stenkova, Jennifer Brings, Marian Daun, Thorsten Weyer: Generic negative scenarios for the specification of collaborative cyber-physical systems. In: Proc. of the 38th Int. Conf. on Conceptual Modeling (ER), 2019, pp. 412-419
  • Marian Daun, Jennifer Brings, Lisa Krajinski, Thorsten Weyer: On the benefits of using dedicated models in validation processes for behavioral specifications. In: Int. Conf. on Software and Systems Process, 2019, pp. 44-53
  • Marian Daun, Viktoria Stenkova, Lisa Krajinski, Jennifer Brings, Torsten Bandyszak and Thorsten Weyer: Goal Modeling for Collaborative Groups of Cyber-Physical Systems with GRL. In: 34th ACM/SIGAPP Symposium on Applied Computing, 2019, pp. 1600-1609
  • Jennifer Brings, Marian Daun, Sarah Brinkmann, Kevin Keller, Thorsten Weyer: Approaches, Success Factors, and Barriers for Technology Transfer in Software Engineering - Results of a Systematic Literature Review. In: Journal of Software: Evolution and Process, 30(11), 2018
  • Torsten Bandyszak, Marian Daun, Bastian Tenbergen, Thorsten Weyer: Model-based Documentation of Context Uncertainty for Collaborative Cyber-Physical Systems - An Approach and Application to an Industry Automation Case Example. In: Proc. of 14th IEEE International Conference on Automation Science and Engineering, 2018, pp. 1087-1092

Presseansprechpartner

Birgit Kremer, E-Mail: birgit.kremer(at)paluno.uni-due.de, Tel.: +49 201 183 4655