Designregeln zur Transformation heterogener Automationssoftwarearchitekturen für CPPS (Trafo4A@AT-SW)

• Antragstellerin: Professorin Dr.-Ing. Birgit Vogel-Heuser
• Fachliche Zuordnung: Softwaretechnik und Programmiersprachen ; Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 548391107

Um möglichst hohe Produktivität und Effizienz in der industriellen Produktion zu erzielen, müssen zukünftige flexible Cyber-Physical Production Systems (CPPS) über mehrere Jahrzehnte (teil-) automatisch anpassbar sein, z. B. an neue Randbedingungen durch Kundenforderungen (insb. im Sondermaschinen- und Anlagenbau relevant) oder gesetzliche Vorschriften. Da Automatisierungs(AT)-Software meist kurzfristiger und kostengünstiger adaptiert werden kann als die AT-Hardware, werden Änderungen nach Möglichkeit in Software umgesetzt. Die Umsetzung fällt leichter, wenn die Software bereits modular und konfigurierbar entwickelt wurde. Für sinnvoll an Hardware und Verhalten orientierte Modularität mangelt es an Architekturen für AT-Software. Über 50 % der AT-Software dient der Diagnose- und Fehlerbehandlung, Betriebsartenwechsel oder dem An- und Herunterfahren der CPPS. Diese extrafunktionalen Aufgaben sind essenziell für den Entwurf einer Architektur, d. h. die Summe der Designentscheidungen hinsichtlich Qualitätsattributen wie Wiederverwendbarkeit und Konfigurierbarkeit. Derartige komplexe Abhängigkeiten wurden bisher jedoch kaum erforscht und stehen bei Trafo4A@AT-SW im Fokus. Die Transformation bestehender Legacy AT-Software und deren Architektur im Sondermaschinen- bzw. Anlagenbau hin zu CPPS-fähigen AT-Softwarearchitekturen ist das Ziel von Trafo4A@AT-SW. Mittels automatischer statischer und dynamischer Analyse von IEC 61131-3 basierter AT-Softwarequalität wird das Potential von Bestandsarchitekturen zur Modularisierung und Qualitätsverbesserung identifiziert. Die Kategorisierung existierender AT-Architekturen, die Erforschung industriell umsetzbarer Designregeln für diese und die Identifikation einer geeigneten schrittweisen Kombination der Designregeln sind Methoden zur Zielerreichung. Dabei müssen Randbedingungen von AT-Softwarearchitekturen mit modelliert und die Softwarearchitektur schrittweise in die angestrebte CPPS-Architektur transformiert werden. Das Lösungskonzept adressiert drei Teilziele: erstens die Entwicklung von Kategorien zur Bewertung von AT-Softwarearchitekturen, zweitens die deduktive Herleitung anpassbarer Designregeln und drittens Methoden zur Identifikation von Transformationstrajektorien für die Architekturtransformation. Zur Zielerreichung stehen zwei Unternehmen des Sondermaschinen- bzw. Anlagenbaus sowie ein Unternehmen der Automatisierungstechnik (vgl. LOI) zur Verfügung, um schrittweise die Anforderungen und Teilergebnisse zu evaluieren sowie zur Gesamtevaluation mit dem zu erstellenden Prototyp. Der Prototyp baut auf Vorarbeiten der Antragstellerin zur Bewertung von Softwarequalität auf. Die Ergebnisse werden unabhängig von den Unternehmensanwendungen an Laboranlagen der Forschungsstelle nachgebildet, um diese der Forschungsgemeinschaft zugänglich zu machen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen