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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

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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

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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

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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

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Folie 5 Examples of software controlled systems

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Folie 6 Software controlled systems are ubiqituous

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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

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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:

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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%

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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?

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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

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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

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Folie 14 European Control Conference 1999

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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

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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

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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

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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.

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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

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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)

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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

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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

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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