CD-Labor für Mastering Variability in Software-intensive Cyber-physical Production Systems

Produktionssysteme wie Stahlwerke und Fertigungsstraßen sind hochkomplexe Einzellösungen. Sich ständig ändernde Anforderungen stellen die Industrie vor große Herausforderungen. Dieses CD-Labor versucht, die Variabilität solcher Systeme modellhaft darzustellen, um den Grad der Wiederverwendung sowie die Anpassbarkeit und Konfigurierbarkeit zu erhöhen.

Ein Cyber-Physisches System (CPS) ist ein hochkomplexes, verteiltes System, in dem physische Komponenten und Softwarekomponenten eng miteinander vernetzt sind und miteinander interagieren. In der Produktion angesiedelte CPS, wie zum Beispiel Stahlwerke oder Fertigungsstraßen, nennt man Software-intensive Cyber-Physische Produktionssysteme (SiCPPS). SiCPPS interagieren autonom miteinander und mit ihrer Umgebung um flexibel eine Vielzahl an Produkten entsprechend der Anforderungen ihrer Kunden zu produzieren.

Typischerweise bestehen solche Systeme aus einer großen Anzahl heterogener Komponenten (neben Software, mechanische, elektronische und mechatronische Komponenten), welche auf verschiedene Arten konfiguriert und kombiniert werden können. Sie sind hochvariabel, das heißt, sie sind einer permanenten Weiterentwicklung unterworfen. Variabilität betrifft dabei nicht nur die Hardware- und Software.

Ein Haupttreiber für Variabilität ist die Hardware, aber auch Entwicklungsprozesse, Anwendungsdomänen, sowie Methoden und Werkzeuge. Ein weiterer großer Einflussfaktor von Variabilität resultiert aus dem Marktdruck und den Kundenanforderungen, insbesondere bezüglich Flexibilität und Anpassbarkeit.

Die Industrie ist daher sehr daran interessiert, die Variabilität zu beherrschen, da sie eine Voraussetzung für die erfolgreiche Wiederverwendung ist, was wiederum dazu beiträgt, die Kosten für Entwicklung, Zertifizierung und Wartung zu senken und die Zeit bis zur Markteinführung zu verkürzen.

Der Umgang mit Variabilität hängt jedoch aktuell zu stark von Domänen- und Expertenwissen, als auch von selbst entwickelten Werkzeugen ab, die nur für isolierte Zwecke einsetzbar sind. Diese funktionieren oft nur in ganz bestimmten Konfigurationen bzw. Hard- und Softwareplattformen. Die Industrie leidet daher seit vielen Jahren unter einem Mangel an Methoden und Werkzeugen, welche sie bei der raschen Anpassung ihrer Systeme an sich stetig verändernde Anforderungen unterstützen.

Ein Hauptfokus dieses CD-Labors wird auf der automatisierten Handhabung von Variabilität liegen. Ein Ansatz ist die Analyse des Entwurfs- und Entwicklungsprozesses solcher Systeme, um automatisiert Variabilitätsinformationen zu extrahieren und zu modellieren. Auf Basis dieser Modelle sollen verschiedene Anlagenbausteine generiert und konfiguriert werden, um künftige Änderungen in Hard- und Softwareplattformen besser unterstützen zu können.