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
Inhalt
- 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