Informatik – eine „Hidden Technology“?

Präsentation zum Thema: "Informatik – eine „Hidden Technology“?"—  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 Zur Person 1990 Diplom Elektrotechnik, Universität Karlsruhe. Vertiefung Regelungs- und Steuerungstechnik 1995 Promotion, 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 2003 Habilitation in Automatisierungstechnik und Sicherheitstechnik Seit 11/2003 Lehrstuhl Informatik 11, RWTH Aachen

3 Zur Person 1990 Diplom Elektrotechnik, Universität Karlsruhe. Vertiefung Regelungs- und Steuerungstechnik 1995 Promotion, 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 2003 Habilitation in Automatisierungstechnik und Sicherheitstechnik Seit 11/2003 Lehrstuhl Informatik 11, RWTH Aachen

4 Software controlled systems
SW controlled system User Environment, People Control system, embedded system, etc. Software 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.

5 Examples of software controlled systems

6 Software controlled systems are ubiqituous

7 Two different main application areas
SW controlled system User Environment, People Control system, embedded system, etc. Software 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

8 Eingebettete Systeme: Marktsituation
Marktanteil bei Prozessoren (Statistik 2000): 98% aller Prozessoren für eingebettete Systeme, 2% für Desktop, Laptop, Server etc. (von > 8·109 Einheiten) Marktentwicklung am Beispiel Automobilindustrie:

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10 Some figures From 1998 to 2001: Prognosis ADAC/Mercer for 2013:
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 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 „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 Weltsicht der Regelungstechnik
Störungen Objekt, für das Anforderungen formuliert werden gegeben Regler Strecke Soll Ist zu entwerfen Realisierungstechnologie für Regler: bis ~1900: mechanisch bis ~1960: pneumatisch/hydraulisch bis ~1990: elektrisch/elektronisch (nur Hardware) seit ~1980: Digitalrechner

14 European Control Conference 1999

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 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 Rollenverteilung in der Praxis
Regelungstechniker, Ingenieure Anforderungs- analyse Abnahmetest Architektur- entwurf Integrationstest Modul-/ Algorithmen- entwurf Informatiker, Software-Ingenieure Modultest „Toss over the wall“ Implemen- tierung Slide: Koopman, CMU

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

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 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 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 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