Die technische Grundlage für kollaborierende Systeme in intelligenten Fabriken und anderen „smarten“ Bereichen (Autonome Fahrzeuge, Smart Grids) bilden cyber-physische Systeme (CPS). Moderne CPS sind nicht nur fähig, die eigene Umgebung zu überwachen und mit anderen Systemen kommunizieren. Sie können auch dynamische Netzwerke bilden, deren Funktionalität über die Funktionalität der einzelnen CPS hinausgeht. Sie sind dynamisch, weil einzelne CPS den Netzwerken im laufenden Betrieb beitreten oder sie verlassen. In einer intelligenten Fabrik kommen beispielsweise einzelne Roboter für bestimmte Aufgaben zusammen oder verlassen ein Netzwerk, um z.B. an einer Ladestation Energie zu tanken.
Bei der Entwicklung solcher CPS muss beachtet werden, dass nicht alle möglichen Netzwerkkonstellationen sinnvoll oder zulässig sind. Sie unterliegen gewissen Randbedingungen, die allen Stakeholdern, die an der Entwicklung der CPS beteiligt sind, klar sein müssen. Bisher wurden diese Randbedingungen vorwiegend textuell mittels Object Constraint Language (OCL) oder durch zusätzliche Kommentare in anderen Entwicklungsartefakten spezifiziert. Dies kann Nachteile für das gemeinsame Verständnis der Stakeholder haben, z.B. wenn die Randbedingungen im Rahmen nicht-formaler Validierungsaktivitäten wie der FMEA (Failure Mode and Effects Analysis) diskutiert werden.
Das Team von Prof. Pohl hat daher gemeinsam mit dem Industriepartner InSystems Automation ein explizites Modell entwickelt, das die Randbedingungen für die dynamischen Konstellationen der CPS-Netzwerke übersichtlich abbildet. Die Anwendbarkeit dieses „Orthogonal Dynamicity Constrained Model“ haben sie am Beispiel der autonomen Transport-Roboter von InSystems erprobt. Die Zusammenarbeit mit weiteren Industriepartnern aus der Automatisierungsbranche stellte sicher, dass dieser Use Case repräsentativ für Roboter und Smart Factories anderer Hersteller ist.
Das Modell wurde bewusst so entworfen, dass es leicht in Beziehung zu anderen Entwicklungsartefakten gebracht werden kann. Als besonders nützlich erwies sich, das Modell in Beziehung zu den Zielmodellen der einzelnen CPS sowie dem übergeordneten Zielmodell des dynamischen CPS-Netzwerkes zu stellen. Diese Vorgehensweise ist vor allem in frühen Entwicklungsphasen zielführend, in denen der mögliche Lösungsraum noch groß ist und durch eine Zielkonflikt-Analyse eingeschränkt werden muss. Die explizite Modellierung der Randbedingungen bietet eine gemeinsame Verständnisgrundlage, was nicht zuletzt in Situationen wichtig ist, in denen verschiedene Organisationen individuelle CPS für dynamische Netzwerke entwickeln.
Die Arbeit ist im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes CrESt entstanden und wurde im Journal of Systems Architecture veröffentlicht:
Jennifer Brings, Marian Daun, Torsten Bandyszak, Vanessa Stricker, Thorsten Weyer, Elham Mirzaei, Martin Neumann and Jan Stefan Zernickel: Model-based documentation of dynamicity constraints for collaborative cyber-physical system architectures: Findings from an industrial case study.J. Syst. Archit., Volume 97, 2019, 153-167. [DOI]
Informationen über CrESt (Collaborative Embedded Systems) finden Sie hier:
Randbedingungen zwischen Zielen und Morphologien von CPS-Netzwerken
Ansprechpartner
| Name | Kontakt |
|---|