Ziel des Projektbereichs B ist die Entwicklung eines umfassenden Entwurfsinstrumentariums, mit dem Dritte in die Lage versetzt werden selbstoptimierende mechatronische Systeme zu entwickeln (siehe Bild: Übersicht Projektbereich B). Aufgrund der hochgradigen Vernetzung und Autonomie der Komponenten selbstoptimierender mechatronischer Systeme sind Multiagentensysteme (MAS) das grundlegende Entwurfsparadigma für die Informationsverarbeitung. Die Qualität des zu entwickelnden Systems soll mit Hilfe formaler und experimenteller Verfahren systematisch überprüft werden. Eine ganzheitliche Entwurfsmethodik bildet die Grundlage für die Kommunikation und Kooperation der Fachleute aus den beteiligten Domänen sowie für die Intergration der domänenspezifischen Entwurfsergebnisse.
Im Teilprojekt B1 werden UML-basierte Entwurfs- und Verifikationstechniken für selbstoptimierende Multiagentensysteme mit mechatronischen Komponenten entwickelt. Insbesondere soll eine Modellierungstechnik entwickelt werden, die es ermöglicht, ein durch flexible Kommunikation zwischen weitgehend autonom operierenden Agenten geprägtes Softwaresystem so zu entwerfen und zu realisieren, dass es hohen Qualitätsstandards im Hinblick auf Korrektheit und Ausfallsicherheit genügt. Weitreichende Funktionalität wird in MAS mit mechatronischen Komponenten häufig erst durch die Vernetzung der Komponenten ermöglicht. Die notwendige Koordination zwischen den Komponenten erfordert die Verarbeitung zusätzlicher Informationen und erschwert somit eine korrekte Entwicklung der Software aufgrund der höheren Komplexität. Die in den ersten beiden Phasen des SFB vom Teilprojekt B1 entwickelten Entwurfstechniken stützen sich im Wesentlichen auf zwei Pfeiler: die Modellierung s.o. Systeme durch den dafür entwickelten Entwurfsformalismus MechatronicUML und die Analyse dieser Systeme durch kompositionale Verifikation. Beide Bereiche basieren ihre Verfahren auf das in Softwaretechnik und Maschinenbau etablierte Prinzip der Verwendung von Mustern: Muster und ihre Instantiierungen sind Grundbausteine für die Modellierung in MechatronicUML und Voraussetzung für die in der kompositionalen Verifikation benötigte Zerlegung der Analyseaufgabe. Dieses Basisprinzip wird auch die Weiterentwicklung im Bereich Modellierung und Analyse der dritten Phase leiten, die nun den Ansatz um zusätzliche Konzepte zur Erhöhung der Flexibilität von Struktur- und Verhaltensanpassungen erweitert. Die geplante Erweiterung betrifft einerseits die Koordinationsmuster selbst und andererseits die Rekonfiguration auf Basis der Muster. Zudem soll in der dritten Phase die Präzision der Gefahrenanalyse durch die Behandlung von zeitabhängigen Fehlereinflüssen verbessert werden, um den inhärenten Echtzeiteigenschaften mechatronischer Systeme auch in der Gefahrenanalyse Rechnung tragen zu können. Letztlich soll die Entwurfstechnik um die Möglichkeit der Integration von Altsystemen erweitert werden. Die Einbettung von Altsystemen in den bestehenden Modellierungsansatz erfordert ein Reverse Engineering der Altsysteme mit dem Ziel, hybride Verhaltensmodelle aus dem Quellcode zu synthetisieren.
Im Teilprojekt B3 werden neue Interaktions-, Darstellungs- und Analysetechniken für den Entwurf und die Validierung s.o. Systeme entwickelt. Die erarbeiteten Techniken unterstützen die Entwicklung s.o. Systeme. In der 3. Förderperiode werden die aus der 2. Förderperiode hervorgegangenen Methoden zur Analyse und Validierung s.o. Systeme weiterentwickelt. Der Schwerpunkt liegt in der Automatisierung dieser Methoden. Ein Ziel ist eine selbstoptimierende Experimentierumgebung. Darunter verstehen wir ein Werkzeug zur kontrollierten Ausführung eines s.o. virtuellen Prototypen, wobei die Entscheidungen über die durchzuführenden Experimente in die Durchführungsphase des Experiments verlagert werden. Die Experimentierumgebung dient insbesondere zur Validierung von funktionalen Anforderungen und der Eigenschaften des s.o. Systems. Ein weiterer Schwerpunkt sind autonome Visualisierungs-Agenten, die den Entwicklern Visualisierungen zur Analyse virtueller Prototypen und realer Prüfstände automatisch situationskonform bereitstellen. Die Agenten ermitteln durch Kommunikation mit dem OCM, welche Darstellung am besten zur Analyse des s.o. Systems geeignet ist. Bisher erfolgt die Auswahl und Konfiguration der Visualisierung zur Analyse manuell durch den Entwickler. Dies ist zeitaufwändig und kann die Analysemöglichkeiten einschränken, da das Verhalten eines s.o. Systems nicht immer dem vom Entwickler erwarteten Verhalten entspricht. Die Visualisierungs-Agenten werden in die s.o. Experimentierumgebung integriert. Damit die Visualisierungs-Agenten die ausgewählten Visualisierungen autonom konfigurieren können, müssen sie die Modelle zur rechnerintegrierten Repräsentation eines virtuellen Prototypen mit den Visualisierungen koppeln. Hierfür wird eine automatische Modellkopplung entwickelt. Diese ermittelt automatisch, welche Modelle unterschiedliche Aspekte des selben s.o. Systems beschreiben und verbindet diese bzw. deren Eingangs- und Ausgangs-Daten. Zur Ausführung der virtuellen Prototypen und der Visualisierungen sollen moderne GPUs, PPUs und FPGAs in die Experimentierumgebung integriert werden. Diese stellen ausreichend Leistung bereit, um die komplexen Modelle s.o. Systeme interaktiv und visuell analysieren zu können.
Insgesamt wird dem SFB durch die Arbeiten eine Validierungs- und Analyse-Plattform bereitgestellt, die Voraussetzung für die interaktive visuelle Analyse s.o. Systeme ist. Sie erleichtert den Entwicklern, das komplexe Verhalten s.o. Systeme und deren situationsabhängige Entscheidungen zu begreifen. Dadurch ist dieValidierungs- und Analyse-Plattformein unverzichtbares Werkzeug für die Entwicklung sicherer und fehlerfrei arbeitender s.o.Systeme.
Das Teilprojekt B2 integriert die spezifischen Arbeitsweisen der anderen Teilprojekte des SFB, insbesondere des Projektbereichs B und vervollständigt diese um domänenübergreifende Vorgehensmodelle, Methoden und Spezifikationstechniken zu einer ganzheitlichen Entwicklungsmethodik. In der 3. Förderperiode bilden die Weiterentwicklung der im Rahmen des Instrumentariums einzusetzenden Methoden, die Sicherstellung der Konsistenz des Entwicklungsgeschehens sowie die Übertragung des Paradigmas der S.O. für die Steuerung von Entwicklungsprozessen die Schwerpunkte der Forschungsarbeiten. So wird die in der 2. Förderperiode entwickelte Methode zur Identifikation von Selbstoptimierungspotentialen eines technischen Systems um eine Methode zur Identifikation einzusetzender Wirkmuster der Selbstoptimierung (WMSO) erweitert.
Für die Bewertung der Wirtschaftlichkeit des Systems soll eine Methode zur Ermittlung des Nutzenpotentials s.o. Systeme entwickelt werden. Mit ihrer Hilfe können s.o. und konventionelle Produktkonzepte während der Konzipierung miteinander verglichen und Design-Entscheidungen unterstützt werden. Neben der technischen und wirtschaftlichen Realisierbarkeit ist die Verlässlichkeit des Systems frühzeitig abzusichern. Dies soll mit Hilfe eines Leitfadens zur kontextsensitiven Erstellung individueller Strategien zur Steigerung der Verlässlichkeit s.o. Systeme erreicht werden. Während der Konkretisierung ist die Konsistenz der entstehenden, domänenspezifischen Modelle des Systems von hoher Bedeutung. Die Arbeiten zur Formalisierung des Übergangs von der Konzipierung in die Konkretisierung werden daher derart weitergeführt, dass während der Konkretisierung auftretende, domänenübergreifend relevante Änderungen automatisch an andere Domänenmodelle propagiert werden. Des Weiteren sollen Anwendungsszenarien so gestaltet werden, dass aus ihnen analysierbare und implementierbare Verhaltensmodelle der Softwaretechnik automatisch synthetisiert werden können. Im dritten Schwerpunkt soll das Paradigma der Selbstoptimierung für die Steuerung von Entwicklungsprozessen eingesetzt werden. Basierend auf der Analyse des aktuellen Entwicklungsgeschehens und einer ggf. notwendigen Anpassung oder Neugenerierung der Entwicklungsziele werden die Parameter (z.B. Änderung personeller Ressourcen) oder die Struktur (z.B. Parallelisierung von Prozessschritten) des Entwicklungsprozesses adaptiert.
