JR-Center for Modellbasierte Entwicklung verlässlicher Systeme

Bei der Entwicklung Software-intensiver Systeme ist die steigende Komplexität durch neue Technologien sowie zunehmende Vernetzung eine zentrale Herausforderung. In diesem JR-Zentrum werden modellbasierte Methoden erforscht, die eine Realisierung verlässlicher, komplexer Systeme ermöglichen.

In unterschiedlichen Anwendungsdomänen wie Automotive, Smart Grid, Smart City oder Industrie 4.0 spielen Cyber-Physische Systeme eine tragende Rolle. Die direkte Interaktion mit der physikalischen Welt impliziert hierbei strikte Anforderungen an einen verlässlichen Betrieb. Technische Innovationen sowie steigende Vernetzung führen zu einem Anstieg der Komplexität solcher Systeme, wodurch ein ganzheitliches Verständnis erschwert wird und die Frage nach Verlässlichkeit nicht mehr einfach beantwortet werden kann. Darüber hinaus können sich solche Systeme über Domänen-Grenzen hinweg zu System-of-Systems formieren (z.B. Integration elektrischer Fahrzeuge mit dem Stromnetz), was durch unterschiedliche Terminologie, Konzepte und Methoden in den jeweiligen Domänen weitere Herausforderungen mit sich bringt. Für die Entwicklung verlässlicher Cyber-Physischer Systeme und deren Integration in übergeordnete System-of-Systems ist die Frage nach holistischen Entwicklungsmethoden zu beantworten, die Verlässlichkeit „by design“ ermöglichen.

Um diese Frage zu beantworten, erforscht und entwickelt dieses JR-Zentrum in einem ersten Schritt Domänen-spezifische, modellbasierte Entwicklungsmethoden für die vier Anwendungsdomänen Automotive, Smart Grid, Smart City und Industrie 4.0. Der Fokus liegt hierbei neben dem Ermöglichen eines holistischen Systemverständnisses auf der Integration von Verlässlichkeit „by design“.

In einem anschließenden Konsolidierungsschritt erfolgt ein Abgleich der unterschiedlichen Ansätze mit dem Ziel, einen generischen Ansatz abzuleiten, der Interoperabilität und Kompatibilität zwischen den Domänen ermöglicht. Die Ergebnisse werden in einem „Model Based Systems Engineering“ (MBSE) Framework – mit einem Modellierungswerkzeug als zentraler Komponente – zusammengeführt.

Die Konsolidierung der Arbeiten aus den einzelnen Domänen schafft Interoperabilität und Kompatibilität zwischen Entwurfsmodellen aus den einzelnen Domänen. Auf dieser Basis können z.B. Modelle des Ladeverhaltens elektrischer Fahrzeuge („Automotive“) mit Modellen des Stromnetzes („Smart Grid“) integriert werden. Ein mögliches Anwendungsszenario hiervon ist z.B. die Analyse emergenten Verhaltens, hervorgerufen durch Gleichzeitigkeits-Effekte beim simultanen Laden einer Vielzahl elektrischer Fahrzeuge.

Auf Basis dieser Grundlage, die eine virtuelle Integration Cyber-Physischer Systeme zu einem System-of-Systems ermöglicht, können weitere Aspekte betreffend Konstruktion, Validierung und Realisierung von System-of-Systems erforscht werden und Ansätze für die Realisierung von „Verlässlichkeit“ liefern.