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Informatik – eine Hidden Technology? Stefan Kowalewski Lehrstuhl Informatik 11 Software für eingebettete Systeme RWTH Aachen

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Präsentation zum Thema: "Informatik – eine Hidden Technology? Stefan Kowalewski Lehrstuhl Informatik 11 Software für eingebettete Systeme RWTH Aachen"—  Präsentation transkript:

1 Informatik – eine Hidden Technology? Stefan Kowalewski Lehrstuhl Informatik 11 Software für eingebettete Systeme RWTH Aachen Dagstuhl, Perspektiv-Workshop 22. November 2006

2 Folie 2 Zur Person 1990Diplom Elektrotechnik, Universität Karlsruhe. Vertiefung Regelungs- und Steuerungstechnik 1995Promotion, Steuerungstechnik Fachbereich Chemietechnik, Universität Dortmund Thema: Formale Verifikation von Steuerungssoftware Oberingenieur, Chemietechnik, Dortmund Fachreferent 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

3 Folie 3 Zur Person 1990Diplom Elektrotechnik, Universität Karlsruhe. Vertiefung Regelungs- und Steuerungstechnik 1995Promotion, Steuerungstechnik Fachbereich Chemietechnik, Universität Dortmund Thema: Formale Verifikation von Steuerungssoftware Oberingenieur, Chemietechnik, Dortmund Fachreferent 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

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

5 Folie 5 Examples of software controlled systems

6 Folie 6 Software controlled systems are ubiqituous

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

8 Folie 8 Eingebettete Systeme: Marktsituation Marktanteil bei Prozessoren (Statistik 2000): 98% aller Prozessoren für eingebettete Systeme, 2% für Desktop, Laptop, Server etc. (von > 8·10 9 Einheiten) Marktentwicklung am Beispiel Automobilindustrie:

9 Folie 9

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%

11 Folie 11 Erfolge Deutsche Automobilindustrie ist anerkannter Innovationstreiber wegen Technologievorsprung im Bereich eingebetteter Systeme Marktführerschaft deutscher Industrie beruht zu großen Teilen auf erfolgreicher Beherrschung eingebetteter Systeme: –Automatisierungstechnik –Produktionstechnik –Verfahrenstechnik –Werkzeugmaschinenbau –…–… Verbindet die Öffentlichkeit die Informatik mit diesen Erfolgen? Welchen Beitrag hat die Informatik dazu geleistet?

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 …

13 Folie 13 Weltsicht der Regelungstechnik Realisierungstechnologie für Regler: –bis ~1900: mechanisch –bis ~1960: pneumatisch/hydraulisch –bis ~1990: elektrisch/elektronisch (nur Hardware) –seit ~1980: Digitalrechner ReglerStrecke SollIst zu entwerfen gegeben Objekt, für das Anforderungen formuliert werden Störungen

14 Folie 14 European Control Conference 1999

15 Folie 15 Verhältnis Regelungstechnik – Informatik (1) Academia: Informatik: –Interesse an Anwendungen –Anerkennung der Herausforderungen –Teilweise wenig Verständnis für Randbedingungen Regelungstechnik: –Interesse an Beschreibungsmitteln und Methoden –Wenig Interesse an zugrunde liegenden Konzepten/Theorie

16 Folie 16 Verhältnis Regelungstechnik – Informatik (2) Praxis: Regelungstechnik: –Teilweise völlige Ignoranz (z.B. SPS-Sprachen) –Ruf nach Unterstützung wegen Problemdruck (z.B. Automobilelektronik) –Vereinfachte Sicht: Informatik = Implementierung Informatik: –Historisch begründete Außenseiterstellung –Vereinfachte Sicht: Anwendung vorhandener Informatik-Methoden löst alle Probleme

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

18 Folie 18 Gegenseitiges Rollenverständnis Regelungstechnik: –Systemstruktur (trivial) und Algorithmen (schwierig) folgen aus regelungstechnischer Aufgabenstellung Aufgabe der Regelungstechniker –Zuständigkeit der Informatik: Implementierung damit: Qualität 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.

19 Folie 19 Beispiel 1: Schnittstelle Theorie – Praxis (I) Was kommt von unserer Forschung in der Praxis an? Bsp.: IEC – Internationaler Standard für Funktionale Sicherheit von elektrischen, elektronischen und programmierbaren elektronischen Systemen

20 Folie 20 Beispiel 2: Schnittstelle Theorie – Praxis (II) AUTOSAR (Automotive Open Systems Architecture) Industrie verzichtet weitgehend auf Unterstützung aus dem akademischen Bereich. © AUTOSAR consortium

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 regelmäßige Tagungen und Sessions = Neuerfindung von Ergebnissen aus der Spieltheorie der 60er Jahre (Büchi/Landweber)

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 heißt das modell-prädiktive Regelung Seit über 10 Jahren Stand der Technik bei geeigneten Regelungen in Raffinerien und Chemieanlagen

23 Folie 23 Beispiel 5: Statements von diesem Workshop Vorgehen in der Informatik unterscheidet sich von Ingenieurwesen durch generische Methodik, keine Einzellösungen Verifikation Modellbildung und Abstraktion Experimente in der Forschung Theorie linearer Systeme Steuerbarkeit/Regelbarkeit Stabilitätsanalyse Standard in der Regelungstechnik

24 Folie 24 Fazit? (Was hat das mit Quo Vadis, Informatik? zu tun?) Informatik sollte sich auf Beiträge konzentrieren, die nur sie kompetent leisten kann: Beherrschung von durch Software hervorgerufener Komplexität –Entwicklungsprozesse –Nicht-funktionale Anforderungen –Programmsynthese –Verifikation diskreter Systeme


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