SOMC: Dienstorientierte modellbasierte Regelung – Dynamische Software für dynamische Systeme

• Antragsteller: Dr.-Ing. Bassam Alrifaee; Dr.-Ing. Lorenz Dörschel
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 468483200

Dieses Projekt verfolgt den Ansatz, dienstorientierte Softwarearchitekturen, die eine hohe inhärente Flexibilität besitzen, dazu zu nutzen, die Anpassungsfähigkeit und Wartbarkeit von modellbasierten Regelungen zu erhöhen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die wissenschaftliche Untersuchung, konzeptionelle Entwicklung, Implementierung und experimentelle Validierung einer auf diesem Ansatz basierenden dienstorientierten modellbasierten Regelung.In Zeiten steigender Vernetzung und Digitalisierung bestehen Herausforderungen der Regelungs- und Automatisierungstechnik darin, (i) Anpassungen der Regelungen sowohl nachträglich als auch zur Laufzeit zu ermöglichen, (ii) dabei eine flexible Systemintegration zu ermöglichen und (iii) die immer komplexer werdende Regelungssysteme wartbar zu halten. Diese Herausforderungen können mit den bisher eingesetzten Softwarearchitekturen nur schwer gelöst werden, wo klassischerweise die Regelungssoftware ohne Middleware entlang der Wirkrichtungen im Wirkungsplan entworfen wird und die einzelnen Funktionen separaten Steuergeräten zugeordnet werden. Durch diese feste Struktur im Informationsaustausch der einzelnen Komponenten des Regelkreises bedingen Änderungen einzelner Funktionen oftmals auch Modifikationen anderer Komponenten. Anpassungen des Regelkreises, welche eine andere Informationsflussrichtung implizieren würden, sind kaum möglich.Zur Auflösung dieses Problemkomplexes wird in diesem Vorhaben der neuartige Ansatz vorgeschlagen, die Elemente des Regelkreises als Dienste einer dienstorientierten Softwarearchitektur aufzufassen. Der Informationsfluss des Softwaresystems entspricht dann nicht mehr der Ursache-Wirkungs-Richtung des physikalischen Systems. Erhoffte Vorteile sind, dass die flexible Verschaltung der Dienste (Orchestrierung) eine Anpassung der Regelungen zur Laufzeit ermöglicht und gleichzeitig durch die klar definierten Schnittstellen der Dienste zueinander die Wartbarkeit erhöht werden kann. Notwendige Schritte hin zu einem dienstorientierten Regelkreis, die im Arbeitsprogramm gegangen werden, sind die systematische Formulierung der Elemente des Regelkreises als Dienste, die Entwicklung einer Orchestrierung der Dienste und die Bewertung der hierdurch entstehenden dynamischen Effekte. Da Dienste einer dienstorientierten Softwarearchitektur mit Anforderungen und Garantien arbeiten, werden dabei modellbasierte Verfahren untersucht, um Querverbindungen zwischen regelungstechnischen Garantien und Dienst-Garantien nutzen zu können, wobei auf die Verzahnung der Dienst-Garantien mit dem zum Reglerentwurf verwendeten Modell besonders geachtet wird.Die Validierung der in diesem Projekt entwickelten Verfahren erfolgt an zwei Prüfständen, mit welchen die in heutigen Automatisierungssystemen auftretenden Phänomene unterschiedlicher Steuergeräte und verteilter Funktionalität realitätsnah abgebildet und die Leistungsfähigkeit des neuen Konzeptes gegenüber klassischen Ansätzen kritisch evaluiert werden sollen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen