Transcript of Informatik – eine Hidden Technology? Stefan Kowalewski Lehrstuhl Informatik 11 Software für...
- Folie 1
- Informatik eine Hidden Technology? Stefan Kowalewski Lehrstuhl
Informatik 11 Software fr eingebettete Systeme RWTH Aachen
kowalewski@informatik.rwth-aachen.de Dagstuhl, Perspektiv-Workshop
22. November 2006
- Folie 2
- Folie 2 Zur Person 1990Diplom Elektrotechnik, Universitt
Karlsruhe. Vertiefung Regelungs- und Steuerungstechnik
1995Promotion, Steuerungstechnik Fachbereich Chemietechnik,
Universitt Dortmund Thema: Formale Verifikation von
Steuerungssoftware 1995-2000Oberingenieur, Chemietechnik, Dortmund
2000-2003Fachreferent und Gruppenleiter Softwaretechnik,
Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch
GmbH, Frankfurt am Main 2003Habilitation in Automatisierungstechnik
und Sicherheitstechnik Seit 11/2003Lehrstuhl Informatik 11, RWTH
Aachen
- Folie 3
- Folie 3 Zur Person 1990Diplom Elektrotechnik, Universitt
Karlsruhe. Vertiefung Regelungs- und Steuerungstechnik
1995Promotion, Steuerungstechnik Fachbereich Chemietechnik,
Universitt Dortmund Thema: Formale Verifikation von
Steuerungssoftware 1995-2000Oberingenieur, Chemietechnik, Dortmund
2000-2003Fachreferent und Gruppenleiter Softwaretechnik,
Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch
GmbH, Frankfurt am Main 2003Habilitation in Automatisierungstechnik
und Sicherheitstechnik Seit 11/2003Lehrstuhl Informatik 11, RWTH
Aachen
- Folie 4
- Folie 4 Software controlled systems User Environment, People SW
controlled system Software controlled system = A system which is
controlled by an control system and where the functionality of the
control system is realized dominantly by software. Functionality
and quality of overall system depends critically on software.
Control system, embedded system, etc. Software
- Folie 5
- Folie 5 Examples of software controlled systems
- Folie 6
- Folie 6 Software controlled systems are ubiqituous
- Folie 7
- Folie 7 Two different main application areas Product automation
SW controlled system = product Examples: Automotive Electronics
Avionics Health Care Systems Production automation SW controlled
system = production system Examples: Manufacturing Control Chemical
Process Control Logistics User Environment, People SW controlled
system Control system, embedded system, etc. Software
- Folie 8
- Folie 8 Eingebettete Systeme: Marktsituation Marktanteil bei
Prozessoren (Statistik 2000): 98% aller Prozessoren fr eingebettete
Systeme, 2% fr Desktop, Laptop, Server etc. (von > 810 9
Einheiten) Marktentwicklung am Beispiel Automobilindustrie:
- Folie 9
- Folie 9
- Folie 10
- Folie 10 Some figures From 1998 to 2001: Increase of software
related breakdowns by 23% Increase of other breakdowns: 3%
Prognosis ADAC/Mercer for 2013: Number of breakdowns per 1000 cars:
26,6 (2001: 25,6) Percentage caused by software/electronics: 62,8%
(2001: 49,7%) Number of recalls in Germany: 1993: 52, 2003: 127
But, in the last 30 years: Number of passenger cars doubled Number
of injuries and deaths in car accidents decreased by 70%
- Folie 11
- Folie 11 Erfolge Deutsche Automobilindustrie ist anerkannter
Innovationstreiber wegen Technologievorsprung im Bereich
eingebetteter Systeme Marktfhrerschaft deutscher Industrie beruht
zu groen Teilen auf erfolgreicher Beherrschung eingebetteter
Systeme: Automatisierungstechnik Produktionstechnik
Verfahrenstechnik Werkzeugmaschinenbau Verbindet die ffentlichkeit
die Informatik mit diesen Erfolgen? Welchen Beitrag hat die
Informatik dazu geleistet?
- Folie 12
- Folie 12 Ingenieure machen, Informatiker schimpfen (Jarke)
Automobilindustrie CAN-Bus OSEK AUTOSAR Automatisierungstechnik
SPS-Sprachen Feldbusse Grafische Konfigurierung von
Prozessleitsystemen Was kommt an? CMMI/SPICE Software Produktlinien
UML
- Folie 13
- Folie 13 Weltsicht der Regelungstechnik
Realisierungstechnologie fr Regler: bis ~1900: mechanisch bis
~1960: pneumatisch/hydraulisch bis ~1990: elektrisch/elektronisch
(nur Hardware) seit ~1980: Digitalrechner ReglerStrecke SollIst zu
entwerfen gegeben Objekt, fr das Anforderungen formuliert werden
Strungen
- Folie 14
- Folie 14 European Control Conference 1999
- Folie 15
- Folie 15 Verhltnis Regelungstechnik Informatik (1) Academia:
Informatik: Interesse an Anwendungen Anerkennung der
Herausforderungen Teilweise wenig Verstndnis fr Randbedingungen
Regelungstechnik: Interesse an Beschreibungsmitteln und Methoden
Wenig Interesse an zugrunde liegenden Konzepten/Theorie
- Folie 16
- Folie 16 Verhltnis Regelungstechnik Informatik (2) Praxis:
Regelungstechnik: Teilweise vllige Ignoranz (z.B. SPS-Sprachen) Ruf
nach Untersttzung wegen Problemdruck (z.B. Automobilelektronik)
Vereinfachte Sicht: Informatik = Implementierung Informatik:
Historisch begrndete Auenseiterstellung Vereinfachte Sicht:
Anwendung vorhandener Informatik-Methoden lst alle Probleme
- Folie 17
- Folie 17 Rollenverteilung in der Praxis Anforderungs- analyse
Architektur- entwurf Modul-/ Algorithmen- entwurf Implemen- tierung
Modultest Integrationstest Abnahmetest Regelungstechniker,
Ingenieure Informatiker, Software-Ingenieure Toss over the wall
Slide: Koopman, CMU
- Folie 18
- Folie 18 Gegenseitiges Rollenverstndnis Regelungstechnik:
Systemstruktur (trivial) und Algorithmen (schwierig) folgen aus
regelungstechnischer Aufgabenstellung Aufgabe der
Regelungstechniker Zustndigkeit der Informatik: Implementierung
damit: Qualitt der Software Informatik: Regelungstechnik verbockt
schon alles in der Architektur Systemstruktur folgt aus
nicht-funktionalen Anforderungen Aufgabe der Informatiker
Strukturentwurf schwierig, Algorithmenentwurf trivial
Regelungstechnische Entwurfswerkzeuge (incl. Autocoding) werden
benutzt, um Software-Engineering zu vermeiden.
- Folie 19
- Folie 19 Beispiel 1: Schnittstelle Theorie Praxis (I) Was kommt
von unserer Forschung in der Praxis an? Bsp.: IEC 61508
Internationaler Standard fr Funktionale Sicherheit von
elektrischen, elektronischen und programmierbaren elektronischen
Systemen
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- Folie 20 Beispiel 2: Schnittstelle Theorie Praxis (II) AUTOSAR
(Automotive Open Systems Architecture) Industrie verzichtet
weitgehend auf Untersttzung aus dem akademischen Bereich. AUTOSAR
consortium
- Folie 21
- Folie 21 Beispiel 3: Schnittstelle in der Forschung
Regelungstechnik, Mitte der 80er Jahre: Theorie zur algorithmischen
Synthese von diskreten Steuerungen Ramadge/Wonham Framework,
Supervisory Control Theory Bis heute regelmige Tagungen und
Sessions = Neuerfindung von Ergebnissen aus der Spieltheorie der
60er Jahre (Bchi/Landweber)
- Folie 22
- Folie 22 Beispiel 4: Schnittstelle in der Forschung (andere
Richtung) David Tennenhouse, Proactive Computing, Com. ACM, May
2000: Promising lines of research include faster than real-time
simulations that race ahead of the system being controlled to
predict its near-term performance under a range of possible inputs
In der Regelungstechnik heit das modell-prdiktive Regelung Seit ber
10 Jahren Stand der Technik bei geeigneten Regelungen in
Raffinerien und Chemieanlagen
- Folie 23
- Folie 23 Beispiel 5: Statements von diesem Workshop Vorgehen in
der Informatik unterscheidet sich von Ingenieurwesen durch
generische Methodik, keine Einzellsungen Verifikation Modellbildung
und Abstraktion Experimente in der Forschung Theorie linearer
Systeme Steuerbarkeit/Regelbarkeit Stabilittsanalyse Standard in
der Regelungstechnik
- Folie 24
- Folie 24 Fazit? (Was hat das mit Quo Vadis, Informatik? zu
tun?) Informatik sollte sich auf Beitrge konzentrieren, die nur sie
kompetent leisten kann: Beherrschung von durch Software
hervorgerufener Komplexitt Entwicklungsprozesse Nicht-funktionale
Anforderungen Programmsynthese Verifikation diskreter Systeme