Entwicklungssystematik zur Integration von Eigenschaften der Selbstheilung in Intelligente Technische Systeme / Michael Hillebrand ; [Referent: Prof. Dr.-Ing. Roman Dumitrescu, 1. Korreferent: Prof. Dr. rer. nat. Otthein Herzog, 2. Korreferent: Prof. Dr.-Ing. habil. Walter Sextro]. Paderborn, 2021
Content
1 Einleitung
2 Problemanalyse
2.1 Begriffsbestimmungen
2.2 Von der Mechatronik zu Autonomen Systemen
2.3 Verlässlichkeit
2.3.1 Begriffe der Verlässlichkeit
2.3.2 Beeinträchtigungen
2.3.3 Strategien zur Steigerung der Verlässlichkeit
2.3.4 Selbstheilung
2.3.5 Anomalie Detektion
2.4 Datengetriebener Systementwurf
2.4.1 Systems Engineering
2.4.2 Data-Driven Systems Engineering
2.4.3 Absicherung komplexer technischer Systeme
2.4.4 Virtuelle Testbeds
2.5 Problemabgrenzung
2.6 Anforderungen an die Systematik
3 Stand der Technik
3.1 Überblick zum Stand der Technik
3.2 Ansätze zur Strukturierung der Selbstheilung
3.2.1 Strukturkonzepte autonomer Systeme
3.2.1.1 Steuerungsarchitekturen
3.2.1.2 Neurorobotik Architektur
3.2.1.3 Operator-Controller-Modul
3.2.1.4 Referenzarchitektur Autonomer Systeme
3.2.1.5 Organic Design Pattern
3.2.1.6 AUTOSAR Adaptive Plattform
3.2.2 Ansätze zur Selbstheilung
3.3 Hilfsmittel zur Integration von Selbstheilung
3.3.1 Sprachen zur Spezifikation komplexer Systeme
3.3.2 Ausgewählte Ansätze zur frühzeitigen Analyse
3.3.2.1 Zuverlässigkeitsanalysen
3.3.2.2 Sicherheitsanalyse
3.3.2.3 Sneak-Analyse
3.3.2.4 System-Theoretic Process Analysis
3.3.3 Vorgehen zur Steigerung der Verlässlichkeit
3.3.3.1 ISO/PAS 21448: SOTIF
3.3.3.2 Zustandsüberwachung für S.O.-Systeme
3.3.3.3 Integriertes FDIR Design nach Bittner et al.
3.3.3.4 Integration kognitiver Funktionen nach Dumitrescu
3.3.3.5 Potenzialanalyse zur Steigerung der Intelligenz in mechatronischen Systemen
3.3.3.6 Entwurf von Organic Computing Systemen
3.4 Analysetechniken
3.4.1 Verfahren zur Fehlerinjektion
3.4.2 Simian Army Testing
3.4.3 Evolutionärer Funktionstest
3.4.4 Analyse von Operationen der Selbstheilung
3.5 Handlungsbedarf
4 Entwicklungssystematik zur Integration von Eigenschaften der Selbstheilung
4.1 Bestandteile der Entwicklungssystematik
4.2 Selbstheilende Systeme
4.2.1 Selbstheilungsprozess
4.2.2 Framework
4.2.2.1 Architekturkonzept
4.2.2.2 Modulares Framework
4.2.2.3 Modul: Observer
4.2.2.4 Modul: Controller
4.2.3 Ausgewählte Konstruktionsprinzipien
4.3 Entwurfstechnik für selbstheilende Systeme
4.4 Potenzialanalyse
4.5 Werkzeugkonzept
4.5.1 Scenario-in-the-Loop-Testing
4.5.2 Anforderungen an das virtuelle Testbed
4.5.3 Framework des Virtuellen Testbeds
4.5.4 Qualitätsbewertung der Selbstheilung
4.6 Analysetechnik zur virtuellen Absicherung
4.6.1 Suchfeldanalyse
4.6.2 Fortgeschrittenes Monkey Testing
4.6.3 Formale Beschreibung
4.6.4 Realisierung
4.7 Vorgehensmodell
5 Anwendung der Entwicklungssystematik
5.1 Anwendungsbeispiel: Mobiler Roboter
5.1.1 Anforderungsphase
5.1.2 Konzeptphase
5.1.2.1 Modellbasierter Systementwurf
5.1.2.2 Potenzialanalyse zur Selbstheilung
5.1.2.3 Systemische Risikoanalyse
5.1.2.4 Konzipierung des selbstheilenden Systems
5.1.3 Entwurfsphase
5.1.4 Integrationsphase
5.1.5 Unterstützende Aktivitäten
5.1.5.1 Definition der Absicherungsstrategie
5.1.5.2 Entwicklung der Simulationsverfahren
5.1.5.3 Entwicklung des Virtuelles Testbeds
5.1.6 Erkenntnisse der Anwendung
5.2 Bewertung der Arbeit an den Anforderungen
6 Zusammenfassung und Ausblick
Abkürzungsverzeichnis
Literaturverzeichnis
A1 Ergänzungen zum Stand der Technik
A2 Vertiefende Informationen zu der Systematik
A2.1 Konstruktionsprinzipien
A2.1.1 Konstruktionsprinzipien: Anomalie Detektion
A2.1.2 Konstruktionsprinzipien: Gesundheitsmonitor
A2.1.3 Konstruktionsprinzipien: Selbstdiagnostik
A2.1.4 Konstruktionsprinzipien: Selbstheilungsaktionen
A2.2 Vertiefende Funktionen der Selbstheilung
A2.3 Hilfsmittel der Potenzialanalyse
A2.4 Sprachprofil der SysML/UML
A2.5 Prozessbausteine