Systematischer Test am Modell
Gesamtziel sind neue Interaktions-, Darstellungs- und Analysetechniken zum Entwurf und zur Validierung s.o. Systeme mit Hilfe von virtuellen Prototypen. Bisher wurden Verfahren in den Bereichen systematisches Testen, eingängige Visualisierung der Mechanismen der Selbstoptimierung sowie gemeinsame Analyse virtuellerund realer (Teil-) Systeme entwickelt. In der 3. Phase sollen eine s.o. Experimentierumgebung entwickelt werden sowie Visualisierungs-Agenten, die Visualisierungen situationskonform automatisch bereitstellen.
Das Verhalten eines selbstoptimierenden mechatronischen Systems kann von Entwicklern zum Entwurfszeitpunkt in der Regel nicht vollständig antizipiert werden. Darum werden virtuelle Prototypen zur rationellen Exploration durch Experimente benötigt, die insbesondere die Mechanismen der Selbstoptimierung in ihrem Ablauf sichtbar und verständlich machen.
Visualisierung der Regler-Rekonfiguration während einer Simulation
Kern der Arbeiten in den ersten beiden Förderperioden war die Entwicklung einer innovativen Synthese/Analyseumgebung. Diese basiert auf einem in der 1. Förderperiode erarbeiteten Verfahren zur interaktiven Assemblierung von Lösungselementen und der darauf folgenden Generierung der rechnerinternen Repräsentation der Baustruktur, der Wirkstruktur und der Regelung. Ferner wurden wichtige Bausteine der Experimentier und Visualisierungs-Infrastruktur und Methoden für die experimentelle Absicherungen des Systemverhaltens durch systematisches Testens s.o. Systeme entwickelt. Des Weiteren wurden Visualisierungsmethoden zu Erklärung des Systemverhaltens entwickelt und die Synthese/Analyse-Umgebung aus der 1. Förderperiode zu einer Experimentierumgebung für virtuelle Prototypen weiterentwickelt.
Das Ziel in der 3. Antragsphase sind automatisierte Methoden, die den Ingenieur bei der Entwicklung s.o. Systeme unterstützen und zwar von der Verfeinerung der Anforderungen über das systematische automatisierte Experimentieren bis hin zur eingängigen Visualisierung und Erklärung der Selbstoptimierungsprozesse mit Hilfe von AugmentedReality/Virtual Reality. Daraus ergeben sich vier Teilziele:
1) Selbstoptimierende Experimentierumgebung: Kern dieser Experimentierumgebung ist, die Verfahren der funktionalen Verifikation mit einer Mehrzieloptimierung zu einer automatisierten s.o. Experimentierumgebung zu verbinden, welche mit dem OCM des selbstoptimierenden Systems gezielte Experimente durchführt.
Visualisierung eines RailCab- Konvois, bestehend aus einem realen und vier simulierten Rail- Cabs
2) Visualisierungs-Agenten: Um in dynamischen Situationen dem Entwickler schnell die richtige Visualisierung zur Analyse der situationsabhängigen Daten zeigen zu können, werden Visualisierungs-Agenten benötigt. Das OCM kann mit dem Visualisierungs-Agenten kommunizieren und bei Bedarf eine Visualisierung anfordern. Die Visualisierungs-Agenten sind in die Experimentierumgebung integriert.
3) Automatische Modellkopplung: Damit ein Visualisierungs-Agent ein OCM mit einer Grafik kombinieren bzw. die Daten eines OCMs für eine Visualisierung bereitstellen kann, ist eine automatische Verknüpfung von Modellen, die das Verhalten des s.o. Systems beschreiben, mit der rechnerinternen Repräsentation der Gestalt eines s.o. Systems erforderlich.
4) Dedizierte Hardware zur Simulation und Visualisierung: Zur interaktiven visuellen Analyse s.o. Systeme sind Simulationen und Visualisierungen in Echtzeit auszuführen. Dazu sollen GPUs (Graphical Processing Units), PPUs (Physical Processing Units) und FPGAs eingesetzt sowie deren Einsatzmöglichkeiten für die Entwicklung s.o. Systeme untersucht werden.
Teilprojektkoordinator:
Publikationen (seit 6/2005)
Begutachtete Veröffentlichungen
Bauch, J.; Radkowski, R.; Zabel, H.: An Explorative Approach to the Virtual Prototyping of Self-optimizing Mechatronic Systems. In: ProSTEP iViP Science Days 2005 - Cross Domain Engineering, Darmstadt, 2005
Conrad, M.; Krupp, A.: An Extension of the Classification-Tree Method for Embedded Systems for the Description of Events. In: Second Workshop on Model Based Testing, MBT 2006, Vienna, Austria, 2006
Flake, S.; Müller, W.; Ruf, J.: Structured English for Model Checking Specification. In: GI-Workshop Methoden und Beschreibungssprachen zur Modellierung und Verifikation von Schaltungen und Systemen in Frankfurt, VDE Verlag, Berlin, 2000
Gausemeier, J.; Bauch, J.; Radkowski, R.; Zabel, H.: Augmented Prototyping-Umgebung für die Analyse intelligenter mechatronischer Systeme. HNIVerlagsschriftenreihe, Band 167, Paderborn, 2005
Gausemeier, J.; Böcker, J.; Radkowski, R.; Wassmann, H.; Henke, C.: Anwendung von Augmented Reality zur Visuellen Analyse einer Konvoi-Simulation am Beispiel der Neuen Bahntechnik Paderborn. In: Proc. of Simulation und Visualisierung, Magdeburg, 2008
Gausemeier, J.; Rammig, F.; Radkowski, R.; Krupp, A.; Müller, W.: Virtual and Augmented Reality for Systematic Testing of Self-Optimizing Systems. In: International Design Conference - DESIGN 2010, Dubrovnik - Croatia, May 17 - 20, 2010
Gausemeier, J.; Radkowski, R.; Kleinjohann, B.; Richert, W.; Henning Zabel, P. A.: Augmented Reality for the Testing of Autonomous Systems by the Example of Soccer Robots - Concepts and Experimental Results. In: Workshop Virtual Prototyping Applications, International Scientific Colloquium 2008 (IWK 2008), Ilmenau, 2008
Grossmann, J.; Conrad, M.; Fey, I.; Krupp, A.; Lamberg, K.; Wewetzer, C.: TestML - A Test Exchange Language for Model-based Testing of Embedded Software. In: Automotive Software Workshop '06, San Diego, 2006
Grossmann, J.; Mueller, W.: A Formal Behavioral Semantics for TestML. In: Proc. of IEEE ISoLA 06, Paphos Cyprus, 2006, pp. 453-460
Krupp, A.; Mueller, W.: Die Klassifikationsbaummethode für eingebettete Systeme mit Testmustern für nichtkontinuierliche Reglerelemente. In: INFORMATIK 2005 - Informatik LIVE!, 35. GI-Jahrestagung, 3. ASWE Workshop, Volume 2, Bonn, 2005
Krupp, A.; Müller, W.: Classification Trees for Random Test and Functional Coverage. In: Design, Automation and Test in Europe (DATE 2006), Munich, Germany, 2006
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Laroque, C.; Lietsch, S.; Zabel, H.: Computational Steering verteilter, interaktiver Materialflusssimulationen. HNI Verlagschriftenreihe, Band 232, Paderborn, 2008
Lavagno, L.; Mueller, W.: UML: A Next Generation Language for SoC Design. In: Electronic Design, Mai, 2006
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Radkowski, R.; Gausemeier, J.: Virtuelle Umgebungen zur Entwicklung selbstoptimierender Systeme. In: 11. IFF Wissenschaftstage, Magdeburg, 2008
Radkowski, R.; Henke, C.: Einsatz von Virtual Reality zur Untersuchung realer und simulierter mechatronischer Systeme am Beispiel der neuen Bahntechnik Paderborn. In: 10. IFF Wissenschaftstage, Magdeburg, 2007
Radkowski, R.; Hölscher, C.; Speith, M.; Hilus, M.: Visualisierungen zum technischen Review eines elektrischen Linearantriebs in der virtuellen Umgebung. Hrsg.: Schenk, M.: 13. IFF-Wissenschaftstage, Virtual Reality und Augmented Reality zum Planen, Testen und Betreiben technischer Systeme, 15.-17. Juni 2010, Magdeburg, 2010
Radkowski, R.; Krupp, A.: Ein Ansatz für Augmented Reality-basiertes systematisches Testen eingebetteter Systeme. In: 11. IFF Wissenschaftstage, Magdeburg, 2008
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Radkowski, R.; Wassmann, H.; Henke, C.: An Example for Augmented Reality to support the Engineer during Hardware-in-the Loop-Tests. In: International Conference on Human and Computers, Düsseldorf, 2007
Radkowski, R.; Wassmann, H.; Henke, C.: Use of Augmented Reality to support the Visual Analysis of Hardware-in-the-Loop-Systems. In: International CIRP Design Seminar -Design Synthesis, Enschede (NL), 2008
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Rammig, F. J.; Dangelmaier, W.; Karl, H.; Mertsching, B.; Meyer Auf Der Heide, F.; Trächtler, A.: Self-Coordinating Systems: The Next Challenge in Research on Distributed Systems. In: Proceedings of the 6th International Heinz Nixdorf Symposium, HNI Verlagsschriftenreihe, Band 181, Paderborn, 2006
Stöcklein, J.; Geiger, C.; Dörries, G.; Zabel, H.: Authoring of 3D and AR Applications for Educational Purposes. In: Proceedings of Remote Engineering and Virtual Instrumentation REV 2008, Düsseldorf, 2008
Schattkowsky, T.; Xie, T.: UML and IP-XACT for Integrated SPRINT IP Management. In: Proceedings of the UML-SoC Workshop (UML-SoC'08), Anaheim, USA, 2008
Vanderperren, Y.; Mueller, W.; Daheane, W.: UML for Electronic Systems Design - A Comprehensive Overview. In: Journal on Design Automation for Embedded Systems, Aug, 2008
Xie, T.; Defo, G. B.; Mueller, W.: An Eclipse-based Framework for the IP-XACT-enabled Assembly of Mixed-Level IPsWorkshop on Hands-on Platforms and tools for model-based engineering of Embedded Systems, Paris, 2010
Xie, T.; Mueller, W.; Letombe, F.: Efficient Mutation-Analysis Coverage for Constrained Random Verification. In: IFIP Conference on Distributed and Parallel Embedded Systems, Brisbane, Australia, 2010
Zabel, H.; Mueller, W.: An Efficient Time Annotation Technique in Abstract RTOS Simulations for Multiprocessor Task Migration. In: Kleinjohann, L., Keinjohann, B. (Eds.): IFIP Working Conference on Distributed and Parallel Embedded Systems (DIPES 2008), 2008
Zabel, H.; Mueller, W.; Gerstlauer, A.: Accurate RTOS Modelling and Analysis with SystemC. In: Ecker, W., Mueller, W., Doemer, R. (Eds.): Hardware-dependent Software, Springer, 2008
Dissertationen
Götz, M.: Run-time Reconfigurable RTOS for Reconfigurable Systems-on-Chip. Dissertation, Universität Paderborn, Heinz Nixdorf Institut, Entwurf Paralleler Systeme, 2007
