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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by De Gruyter (O) June 5, 2018

Verifikation verteilter Automatisierungssysteme auf Basis einer Modellkomposition

Verification of distributed automation systems based on a model composition
  • Andreas Zeller

    Andreas Zeller, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Austomatisierungstechnik und Softwaresysteme. Hautpforschungsgebiet: Softwaretest verteilter Automatisierungssysteme.

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    , Nasser Jazdi

    Dr.-Ing. Nasser Jazdi ist akademischer Oberrat des Instituts für Automatisierungstechnik und Softwaresysteme der Universität Stuttgart. Hauptforschungsgebiete: Internet of Things sowie Lernfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Automatisierungstechnik.

    and Michael Weyrich

    Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich ist Leiter des Instituts für Automatisierungstechnik und Softwaresysteme der Universität Stuttgart. Hauptforschungsgebiete: Methoden und Tools zur Komplexitätsreduktion von Software in der Automatisierungstechnik.

Zusammenfassung

Änderungen der Funktionalität von Automatisierungssystemen werden zunehmend an der Software durchgeführt. Insbesondere bei verteilten Automatisierungssystemen lassen sich die Auswirkungen von Software-Änderungen oftmals nur schwer abschätzen. Dies stellt insbesondere Anlagenbetreiber vor große Herausforderungen bei der Absicherung von Funktions-Änderungen in der Betriebsphase. Dieser Beitrag beschreibt einen modellbasierten Ansatz, mit dem Auswirkungen von Software-Änderungen erkannt werden können und das betroffene Teilsystem automatisiert über modellbasierte Verifikationsverfahren abgesichert werden kann. Das präsentierte Konzept beruht auf der Komposition eines Systemmodells aus diskreten Verhaltensmodellen der Komponenten des Automatisierungssystems. Abschließend wird das Konzept anhand unterschiedlicher Änderungsszenarien evaluiert.

Abstract

Changes of the functionality of an industrial automation system are increasingly achieved by software modifications. The effects of software modifications are often difficult to estimate, especially in distributed automation systems. Mainly, this will challenge plant operators who have to safeguard their automation systems after functionality changes were executed. This contribution describes a model-based approach which detects the impact of software modifications and, subsequently, allows to automatically safeguard affected subsystems with the help of model based verification methods. The presented concept is based on the generation of a system model which is composed by models of the components of the automation system.

About the authors

Andreas Zeller

Andreas Zeller, M.Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Austomatisierungstechnik und Softwaresysteme. Hautpforschungsgebiet: Softwaretest verteilter Automatisierungssysteme.

Nasser Jazdi

Dr.-Ing. Nasser Jazdi ist akademischer Oberrat des Instituts für Automatisierungstechnik und Softwaresysteme der Universität Stuttgart. Hauptforschungsgebiete: Internet of Things sowie Lernfähigkeit, Zuverlässigkeit und Sicherheit in der Automatisierungstechnik.

Michael Weyrich

Prof. Dr.-Ing. Michael Weyrich ist Leiter des Instituts für Automatisierungstechnik und Softwaresysteme der Universität Stuttgart. Hauptforschungsgebiete: Methoden und Tools zur Komplexitätsreduktion von Software in der Automatisierungstechnik.

Literatur

1. Vogel-Heuser, Birgit; Fay, Alexander: Evolution of software in automated production systems: Challenges and research directions, The Journal of Systems and Software 110 54–84, 2015.10.1016/j.jss.2015.08.026Search in Google Scholar

2. Forschungsunion; Acatech: Umsetzungsempfehlungen für das Zukunftsprojekt Industrie 4.0, 2013.Search in Google Scholar

3. Siepmann, David: Industrie 4.0 – Fünf zentrale Paradigmen in: Einführung und Umsetzung von Industrie 4.0, hg von Armin Roth, Springer-Verlag 2016.Search in Google Scholar

4. Fay, Alexander; Vogel-Heuser, Birgit; Frank, Timo; Eckert, Karin; Hadlich, Thomas; Diedrich, Christian: Enhancing a model-based engineering approach for distributed manufacturing automation systems with characteristics and design patterns, The Journal of Systems and Software 101 (2015) 221–235.10.1016/j.jss.2014.12.028Search in Google Scholar

5. Göhner, Peter: Softwareagenten für die flexible Kopplung von Automatisierungssystemen. 6. VDI-Expertenforum „Agenten im Umfeld von Industrie 4.0“, München, 2014.Search in Google Scholar

6. Zeller, Andreas; Weyrich, Michael: Challenges for Functional Testing of reconfigurable Production Systems, 21st IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Berlin, 2016.10.1109/ETFA.2016.7733620Search in Google Scholar

7. Zeller, Andreas; Weyrich, Michael: Industrie 4.0 mit vernetzter und flexibler Produktion erfordert neue Testmethodiken, atp edition, S. 16–18, 10/2015.Search in Google Scholar

8. Legat, Christoph; Steden, Frank; Feldmann, Stefan; Weyrich, Michael; Vogel-Heuser, Birgit: Co-Evolution and Reuse of Automation Control and Simulation Software, IECON 2014-40th Annual Conference of the IEEE, 2014.Search in Google Scholar

9. ISTQB – International Software Testing Board: Certified Tester Foundation Level Syllabus, Version 2011.10.1, hg von: Austrian Testing Board, German Testing Board e.V. & Swiss Testing Board, 2011.Search in Google Scholar

10. Krause, Jan: Testfallgenerierung aus modellbasierten Systemspezifikationen auf Basis von Petrinetzentfaltungen. Shaker Verlag Aachen, 2012.Search in Google Scholar

11. Khlifi, Oussama; Mosbahi, Olfa; Khalgui, Mohamed; Frey Georg: New Verification Approach for Reconfigurable Distributed Systems: ICSOFT-2017-12th International Conference on Software Technologies, Madrid, 2017.10.5220/0006434003550362Search in Google Scholar

12. Schlich, Bastian; Brauer, Jörg; Wernerus, Jörg; Kowalewski, Stefan: Direct Model Checking of PLC Programs in IL, 2nd IFAC Workshop on Dependable Control of Discrete Systems DCDS’09.Search in Google Scholar

13. Blech, Jan Olaf; Lindgren, Per; Pereira, David; Vyatkin, Valeriy; Zoitl, Alois: A Comparison of Formal Verification Approaches for IEC 61499; IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Berlin, Germany, 2016.10.1109/ETFA.2016.7733636Search in Google Scholar

14. Broy, Manfred; Fox, Jorge; Hölzl, Florian; Koss, Dagmar; Kuhrmann, Marco; Meisinger, Michael; Penzenstadler, Birgit; Rittmann, Sabine; Schätz, Bernhard; Spichkova, Maria; Wild, Doris: Service-oriented Modeling of CoCoME with Focus and AutoFocus, The Common Component Modeling Example, Springer, 2008.Search in Google Scholar

15. Spichkova, Maria: Focus on Isabelle: From specification to verification, Technical Report Department of Electrical and Computer Engineering, Concordia University, 2008.Search in Google Scholar

16. Legat, Christoph; Mund, Jakob; Campetelli Alarico; Hackenberg, Georg; Folmer, Jens; Schütz, Daniel; Broy, Manfred; Vogel-Heuser, Birgit: Interface Behavior Modeling for Automatic Verification of Industrial Automation Systems’ Functional Conformance, Automatisierungstechnik (at), 62(11):815–825, 2015.10.1515/auto-2014-1126Search in Google Scholar

17. Ladiges, Jan; Haubeck, Christopher; Fay, Alexander; Lamersdorf, Winfried: Evolution Management of Production Facilities by Semi-Automated Requirement Verification, Automatisierungstechnik (at), 62(11):781–793, 2015.10.1515/auto-2014-1100Search in Google Scholar

18. Lochau, Malte; Mennicke, Stephan; Baller, Hauke; Ribbeck Lars: Incremental model checking of delta-oriented software product lines, Journal of Logical and Algebraic Methods in Programming, 85 245–267, 2016.10.1016/j.jlamp.2015.09.004Search in Google Scholar

19. https://www.3ds.com/products-services/catia/products/dymola, abgerufen am:2017.03.03.Search in Google Scholar

20. Behrmann, Gerd; David, Alexandre; Larsen, Kim: A Tutorial on UPPAAL, in: Formal Methods for the Design of Real-Time Systems, Lecture Notes in Computer Science, hg von Bernardo Marco, Springer-Verlag 2004.10.1007/978-3-540-30080-9_7Search in Google Scholar

21. Vogel-Heuser, Birgit; Folmer, Jens; Frey, Georg; Liu, Liu; Hermanns, Holger; Hartmanns, Arnd: Modeling of Networked Automation Systems for Simulation and Model Checking of Time Behavior, 9th International Multi- Conference on Systems Signals and Devices, Chemnitz, Germany, 2012.10.1109/SSD.2012.6197943Search in Google Scholar

22. ISO/IEC 15909-1: 2004-12, system and software engineering – High-level Petri nets – Part 1: Concepts, definitions and graphical notation.Search in Google Scholar

23. ISO/IEC 15909-2:2011-02, Systems and software engineering – High-level Petri nets – Part 2: Transfer format.Search in Google Scholar

24. Rausch, Mathias; Hanisch, Hans-Michael: Netz Condition/Event System with Multiple Condition Outputs, p. 592–600, in: Symposium on Emerging Technologies and Factory Automation, vol. 1, 1995.Search in Google Scholar

25. Khalgui, Mohamed: NCES-based modelling and CTL-based verification of reconfigurable embedded control systems, Computers in Industry, 61, 198–212, 2010.10.1016/j.compind.2009.09.004Search in Google Scholar

26. Hanisch, Hans-Michael; Vyatkin, Valeriy: Verification of distributed control systems in intelligent manufacturing, Journal of Intelligent Manufacturing, 14, 123–136, 2003.10.1023/A:1022295414523Search in Google Scholar

27. Aalst, Will; Lohmann, Niels; Massuthe, Peter; Stahl, Christian; Wolf, Karsten: Multiparty Contracts: Agreeing and Implementing Interorganizational Processes, The Computer Journal, 2010.Search in Google Scholar

28. Frey, Georg: Hierarchical design of logic controllers using signal interpreted Petri nets, IFAC Proceedings, 36(6), 361–366, 2003.10.1016/S1474-6670(17)36458-3Search in Google Scholar

29. IEC 61131-3:2013-03, Speicherprogrammierbare Steuerungen – Teil 3: Programmiersprachen.Search in Google Scholar

30. Biallas, Sebastian: Verification of Programmable Logic Code using Model Checking and Static Analysis, Dissertation RWTH Aachen Department of Computer Science, Technical Report, 2016.Search in Google Scholar

31. Rösch, Susanne; Ulewicz, Sebastian; Provost, Julien; Vogel-Heuser, Birgit: Review of Model-Based Testing Approaches in Production Automation and Adjacent Domains – Current Challenges and Research Gaps, Journal of Software Engineering and Applications, 499–519, 08/2015.10.4236/jsea.2015.89048Search in Google Scholar

32. Vogel-Heuser, Birgit; Schütz, Daniel; Frank, Timo; Legat, Christoph: Model-driven Engineering of Manufacturing Automation Software Projects – A SysML-based approach, Mechatronics, 2014.10.1016/j.mechatronics.2014.05.003Search in Google Scholar

33. Kindler, Ekkart: „A Compositional Partial Order Semantics for Petri Net Components“, ICATPN, p. 235–252, 1997.10.1007/3-540-63139-9_39Search in Google Scholar

Received: 2017-6-30
Accepted: 2018-2-26
Published Online: 2018-6-5
Published in Print: 2018-6-26

© 2018 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 28.4.2024 from https://www.degruyter.com/document/doi/10.1515/auto-2017-0069/html
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