System-Engineering für Realzeitsysteme

Bei der Entwicklung komplexer Automatisierungssysteme sind immer umfangreichere Aufgaben von einer steigenden Anzahl miteinander kommunizierender Rechner zu lösen. Dazu bedarf es der Verwendung einer adäquaten Entwicklungsumgebung. Dieses Buch beschreibt die Ergebnisse des Verbundprojekts PROSYT, in dem unter Beteiligung von 18 Partnern aus Industrie und Wissenschaft eine Systementwicklungsumgebung zur Realisierung verteilbarer Realzeitsysteme entstand. Verschiedene (Software-)Werkzeuge unterschiedlicher Hersteller wurden syntaktisch und semantisch in Werkzeuglinien integriert, um den gesamten Systemlebenszyklus vom Requirement-Engineering bis zur Wartung mit einem integrierten System abzudecken. Das Entwicklungssystem PROSYT besteht aus einem offenen Rahmensystem, in das die Werkzeuge horizontal und vertikal integriert wurden. Das Rahmensystem enthält ein Dialogsystem (PRODIA), ein Nonstandard Datenbanksystem (PRODAT) und eine wissensbasierte Recherchenkomponente (Projekt-Advisor). Drei integrierte Werkzeuglinien (SARS-IGS-VICO-PEARL, EPOS-PRODOS-CAT-PRISE/PDAS und PASQUALE-PRODOS), die den gesamten Systemzyklus abdecken, zeigen die Nützlichkeit und Angemessenheit der Konzepte der Basissysteme sowie die Realisierbarkeit der Integration mit vertretbarem Aufwand von Werkzeugen unterschiedlicher Firmen. Das Buch wendet sich an Anwender von Softwarewerkzeugen, Entwickler von integrierten Werkzeugsystemen und von Rahmensystemen und potentielle Anwender wissensbasierter Methoden bei der Projektabwicklung.

1. Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung von Produktion und Betrieb rechnergestützter Systeme.- 2. Das Verbundprojekt PROSYT.- 3. Systemengineering für Realzeltsysteme: Lösungsansatz und Lüsungssbuktur.- 3.1 Objektmodell für ein Datenhaltungssystem.- 3.2 Das Datenhaltungssystem PRODAT.- 3.3 Zur Definition der Dialogschnittstelle PRODIA.- 3.4 Die Werkzeuglinien.- 3.5 Schlußbetrachtung.- 4. Rahmensystem.- 4.1 PRODAT.- 4.1.1 Das PRODAT-Datenmodell.- 4.1.1.1 Einfache Objekte.- 4.1.1.2 Strukturierte Objekte.- 4.1.1.3 Vollständigkeit und Freigabe.- 4.1.1.4 Konfigurationen.- 4.1.1.5 Versionen.- 4.1.1.6 Benutzerrelationen.- 4.1.1.7 Schlüssel.- 4.1.2 Archivierung.- 4.1.2.1 Organisation des Archivs.- 4.1.2.2 Archivierungs-Einheiten.- 4.1.2.3 Zugriff auf das Archiv.- 4.1.3 Transaktionsverwaltung.- 4.1.4 Interaktive Bedienungsschnittstellen.- 4.1.4.1 PQL ― PRODAT-Query-Language.- 4.1.4.2 POE ― PRODAT-Objekteditor.- 4.1.5 Verfügbarkeit.- 4.2 Das PROSYT-Dialogsystem PRODIA.- 4.2.1 Einleitung.- 4.2.2 Windowing und Ausgabe.- 4.2.3 Graphische Eingabe ― das Event-Konzept.- 4.2.4 Dialog mit Masken und Menüs.- 4.2.5 Die PRODIA-Implementierung.- 4.2.6 Die PRODIA-Prozeßstruktur.- 4.2.7 Die PRODIA-Testumgebung.- 4.2.8 PRODIA-Module.- 4.2.8.1 Übersicht.- 4.2.8.2 Das Frame-Modul.- 4.2.8.3 Das Window-Modul.- 4.2.8.4 Das Event-Modul.- 4.2.8.5 Das Graphik-Frame-Modul.- 4.2.8.6 Das Text-Frame-Modul.- 4.2.9 Dialog.- 4.2.9.1 Allgemeines.- 4.2.9.2 Masken und Menüs, MM-Elemente.- 4.2.9.3 Der Dialogablauf.- Elementaktivierung, MM-Schema 61; Meta-Dialog 65.- 4.2.9.4 Die PROSYT-Dialogbeschreibungssprache PDL.- 4.2.9.5 Kausale Dialog-Struktur: Die Auswahl-Algebra.- 4.3 Projekt-Advisor.- 4.3.1 Rechnerunterstützte Projektdurchführung.- 4.3.2 Projektbezogene Rechnerunterstützung am Beispiel der Entwicklungsumgebung EPOS.- 4.3.3 Projektbezogene Beratung durch wissensbasierte Werkzeuge.- 4.3.4 Projektübergreifende Rechnerunterstützung durch Wiederverwendung.- 4.3.5 Aufbau des Projekt-Advisors.- 4.3.6 Die Wissensrepräsentationssprache PATHOS.- 4.3.7 Die Suchbeschreibungssprache PROSA.- 4.4 Ablaufsysteme / Zielsysteme.- 5. Werkzeuge.- 5.1 Werkzeuglinie SARS-IGS-VICO-PEARL.- 5.1.1 SARS, ein Werkzeug zur Anforderungsspezifikation.- 5.1.1.1 Das Modell von SARS.- 5.1.1.2 Spezifikationssprache LARS.- 5.1.1.3 Werkzeuge von SARS.- 5.1.1.4 SARTRE: Anschluß an Folgewerkzeuge.- 5.1.2 IGS, ein interaktives, graphisches Werkzeugsystem zur Modellierung und Bewertung technischer Systeme.- 5.1.2.1 Die Entwurfsphilosophie.- 5.1.2.2 Der graphische Entwurf mit IGS.- 5.1.2.3 Integrierte IGS-Werkzeuge.- DISKOS, ein Simulator für kontinuierliche Systeme 108; DISMOS, ein Simulator für diskrete, modulare Systeme 109; VATSY, ein Programm zur Verfügbarkeitsanalyse technischer Systeme 113.- 5.1.3 VICO zur Entwicklung und Verwaltung komplexer Programmsysteme.- 5.1.3.1 Aufgabenstellung.- 5.1.3.2 Lösungsansatz.- 5.1.3.3 Systemstruktur.- 5.1.3.4 Typisierung.- 5.1.3.5 Schnittstellenkontrolle.- 5.1.3.6 Versions- und Konfigurationskontrolle.- 5.1.3.7 Kommandos.- 5.1.3.8 Verfügbarkeit.- 5.1.4 PEARL-Umsetzer für SARS-Anforderungsspezifikationen.- 5.1.4.1 Die Transformation.- Guard 128; Interfaces 129.- 5.1.4.3 Netze.- 5.1.5 Integration innerhalb der Werkzeuglinie SARS-IGS-VICO-PEARL und Integration in das Rahmensystem.- 5.1.5.1 SARS-IGS(DISMOS)-Verbund.- 5.1.5.2 SARS-VICO-PEARL-Verbund.- 5.1.5.3 Rahmenintegration.- SARS-IGS-Entwurfsdatenbank 141; Die SARS-Datenhaltung 142; Die VICO-Datenbank 143; Werkzeugsynchronisation und Konsistenzsicherung 145.- 5.1.5.4 Demonstrationsbeispiel “Automatisierung der Lackierhalle einer Automobilfabrik”.- 5.2 Werkzeuglinie EPOS-PRODOS-CAT-PR ISE/ PDAS.- 5.2.1 EPOS.- 5.2.1.1 Zugrundeliegende Eigenschaften von EPOS.- 5.5.1.2 Der Spezifikationstransformator.- Übersicht 167; Requirement- und Lexikonspezifikation in EPOS-R, Informationsobjekte in EPOS-R 168; Systemspezifikation in EPOS-S 169; Projektspezifikationssprache EPOS-P 171.- 5.2.1.3 Der Programmtransformator für PRODOS.- 5.2.2 Das Programmier- und Dokumentationssystem PRODOS.- 5.2.2.1 Aufgabenstellung.- 5.2.2.2 Beschreibung des Werkzeugs PRODOS.- Konfiguration von Steuerungssystemen 175; Überblick über das Konfigurationssystem 176; Beschreibung der Prozeßsignaltypen 178; Beschreibung der Prozeßsignalkarten 178; Beschreibung der Automatisierungseinheiten bzw. -gerate 179; Aufbau, Konsistenz und Pflege des Datenbestandes für eine Automatisierungsfamilie 180; Der Algorithmus für die Konfiguration eines Systems 181; Implementierung mittels einer PROLOG-Erweiterung 181; Das PRODOS-Programmiersystem 182; Struktur 182; Die Steuerungssprache S 184; Das PRODOS-Laufzeitsystem 185; Die Steuerungssprache S* 188; Graphische Editoren 190; Die Werkzeugintegration zwischen EPOS und PRODOS 192; Spezielle Hinweise zur Spezifikation in EPOS-S für einen S*-Übergang 194; Die PRODOS-Systemumgebung 195; Der Werkzeugverwalter 195; Der Symboleditor 200; Die Graphikschnittstelle 201.- 5.2.3 CAT― Computer Aided Design for Technical Systems.- 5.2.3.1 Einführung.- Entwickungsgeschichte 202; Aufgaben des Werkzeugs CAT in PROSYT 203.- 5.2.3.2 Präsentation des Werkzeugs CAT.- Einsatzprofil des Werkzeugs CAT 204; Definition der Zielgruppe(n) 204; Unterstützungsart 205; CAT-Leistungsmerkmale 207; Struktur des Werkzeugs CAT 208; Gesamtsystem 208; Teilsysteme 208; Schnittstellen 209; CAT-Datenhaltung 211.- 5.2.3.3 Einbindung von CAT in die PROSYT-Umgebung.- CAT-EPOS 213; CAT-PRODAT 215.- 5.2.3.4 Erfahrungen mit CAT im “inhouse-Einsatz”.- 5.2.3.5 Ausblick.- 5.2.4 PRISE/PDAS.- 5.2.4.1 Strukturierte Projektierung.- 5.2.4.2 Ablauforganisation von Projekten.- 5.2.4.3 Nutzung von Rahmenfunktionen.- 5.2.4.4 PRISE/PDAS im Werkzeugverbund.- Toollandschaft für Anlagenengineering bei ABB 223; Einordnung innerhalb der EPOS-Linie 227; Erstellung von EPOS-Spezifikationen 228; Schnittstellenbeschreibung EPOS-PRISE/PDAS 229.- 5.2.4.5 PRISE/PDAS-Erweiterung im PROSYT-Rahmen.- Grundkonzeption der Rezeptursteuerung 231; Rezepturverwaltung 233; Übersicht 233; Rezepturbearbeitung 234, Erstellen eines Rezeptkopfs 235; Reihenfolge der Teilanlagen festlegen 236; Teilrezept bearbeiten 236; Teilanlagendefinition 242; Grundoperationsdefinition 242; Grundoperationen mit Prozeßschnittstelle 243; Grundoperationen ohne Prozeßschnittstelle 243; Rezepturbedienung und -beobachtung 243; Grundoperationen 243; Teilanlagen 244.- 5.3 Die Werkzeuglinie PASQUALE und PRODOS.- 5.3.1 PASQUALE.- 5.3.1.1 Das PASQUALE-Produktmodell.- 5.3.1.2 Sprachbeschreibung.- Konstanten, Typen, Variable und Ausdrücke 251; Anweisungen 252; Unterprogramme 253; Hauptprogramme 254; Module 254; Prozesse 255; Systeme 257.- 5.3.1.3 Werkzeuge.- Das PASQUALE-Werkzeug 258; SIMPAR 260; Überblick über das Simulationsprogramm 261; Generierung von Modula-Programmen aus PASQUALE-Beschreibungen 262; PARPROC 263.- 5.3.1.4 Testmethoden und Testhilfsmittel.- Testaktivitâten 264; Testverfahren 265, Eine “optimale” Teststrategie 266; Anforderungen an ein Testsystem 267; Konzept eines Testsystems 268; Prototyp 269.- 5.3.2 Integration.- 5.3.2.1 Datenhaltung und Benutzeroberfläche.- 5.3.2.2 PASQUALE-PRODOS.- 6. Anwendungsspezifische Beispiele für den Projekt-Advlsor.- 6.1 Anwendungsspezifische Beispiele auf dem Gebiet der Prozeßleitsysteme.- 6.1.1 Einführung.- 6.1.2 Wissensbasierte Behandlung von Prozeßleitsystemen.- 6.1.2.1 Berücksichtigung des Anwendungsgebiets.- 6.1.2.2 Berücksichtigung von Prozeß und Anlage.- 6.1.2.3 Berücksichtigung der Aufgabenstellungen.- 6.1.2.4 Berücksichtigung von Anforderungen.- 6.1.3 Suche und Wiederverwendung früherer Regelalgorithmen.- 6.1.3.1 Verarbeitung der Wurzeln einer Regelstrecke.- 6.1.3.2 Ermittlung eines Regelalgorithmus für eine vorgegebene Regelstrecke.- 6.1.3.3 Prüfung der Ähnlichkeit von Regelalgorithmen.- 6.1.3.4 Anpassung der Parameter des Regelalgorithmus.- 6.1.4 Zusammenfassung.- 6.2 Optimierung von Kraftfahrzeugmikrocomputersteuerungen,.- 6.2.1 Zielsetzung.- 6.2.2 Anwendungsgebiet: Kfz-Mikrocomputersteuerungen.- 6.2.2.1 Aufgabe und Ablauf der Applikation.- 6.2.2.2 Randbedingungen für die Pilotanwendung.- 6.2.3 Werkzeuge zur wissensbasierten Programmierung.- 6.2.3.1 Spezielle Anforderungen für die Wissensdarstellung.- 6.2.3.2 Hilfsmittel zur Analyse von Wissensbasen.- 6.2.3.3 Die Problematik der Systemintegration.- Systemtechnische Randbedingungen 301; Sinnvolle Aufgabenverteilung 302.- 6.2.3.4 Erkenntnisse aus der Implementierung der PC-Shell.- 6.2.3.5 Abschließende Bewertung von PATHOS.- 6.2.4 Pilotanwendung.- 6.2.4.1 Meilensteine in der Entwicklung des Beratungssystems.- 6.2.4.2 Ausgewählte Probleme der Wissensdarstellung.- Vorzüge von “Tiefenwissen” 307; Präzisierung der Einstellempfehlungen 308; Verwendung von Wissen aus vergangenen Einstellschritten 309.- 6.2.4.3 Vorgehensweise beim Wissenserwerb.- 6.2.5 Zusammenfassung.- 6.3 Aufwandschätzung von Software-Projekten mit Hilfe des Projekt-Advisors.- 6.3.1 Einleitung.- 6.3.2 Anwendungsgebiet.- 6.3.3 Projekt-Advisor.- 6.3.4 Konzept.- 6.3.5 Ergebnisse.- 6.3.6 Erfahrungen und Ausblick.- 6.4 Rechnerunterstützte Angebotserstellung ― Pilotanwendungen des Projekt-Advisors.- 6.4.1 Einleitung.- 6.4.2 Das Angebotsinformationssystem.- 6.4.3 Ein Expertensystem zur Risikoanalyse.- 6.4.4 Das Textkonfigurationssystem.- 6.4.5 Zusammenfassung und abschließende Bewertung.- 6.5 Wissensbasierte Unterstützung für die Planung und Entwickung von Einsatzleitsystemen, ein gangbarer Weg?.- 6.5.1 Problemdarstellung.- 6.5.2 Problemanalyse und Darstellung der Defizite.- 6.5.3 Zielvorstellungen zur Entwicklung eines Projekt-Advisors.- 6.5.4 Neue Technologien zur Lösung der Probleme.- 6.5.4.1 Lösungskonzept.- 6.5.4.2 Recherchen nach Dokumenten mit herkömmlichen Verfahren.- 6.5.4.3 Recherchen nach Dokumenten mit wissensbasierten Verfahren.- 6.5.4.4 Beratung für Projektdurchführung.- 6.5.5 Zusammenfassung / Ausblick.- 6.6 Wissensbasierte Anwendungsunsterstützung für die Softwareproduktionsumgebung EPOS.- 6.6.1 Einleitung.- 6.6.2 Wissensbasierte Konfigurierung und Anwendung einer CASE-Umgebung.- 6.6.3 Wissensbasierter Methodenberater.- 7. Portierungen / Verwertungen.- 7.1 Portierung von PRODAT auf VAX/VMS.- 7.2 Portierung des Projekt-Advisors auf CADMUS.- 7.3 Portierung auf Rechner von KAE.- 7.3.1 Zusammenfassung.- 7.3.2 Zielsetzung.- 7.3.3 UNIX/MOS-Betriebssystemübergang.- 7.3.3.1 Ziel.- 7.3.3.2 Konzept.- Ausgangspunkt 364; Prototyping/Analyse 365; Definition 367.- 7.3.3.3 Realisierung.- Booting 368; Hardware-Bootstrap 368; Autoload 369; Start Up 370; Systemübergang 371; Transportsystem 371; Speicherkopplung 371; Buffered Pipe Protocol 372; Realisierung 373; Character-Treiber 373; Streams 374; Queues 375; Kommunikationsaufbau 377; Anwendungen 378; Tools 378; Transparentes Terminal 379; FileTransport-Service 380; Resource-Sharing 380; Disk-Server für MOS 381; File-System-Switch 381; Programm-Kommunikation 382.- 7.3.3.4 Weiterentwicklungen.- 7.3.4 Dialogschnittstelle PRODIA.- 7.3.4.1 Ziel.- 7.3.4.2 Randbedingungen.- 7.3.4.3 Realisierung.- Tandberg Terminal TDV2400 384; KAE-Graphik 384; Aufbau der Graphik-Schnittstelle 385; Terminalemulation 386; Menus 386; GKS 386; Frames 386; GKS-Treiber 387; Window-Manager 387; Structure-Manager 388; Input-Handler 388; Output-Handler 388; KAE-Graphik mit X-Window und GKS 388; PRODIA 389.- 7.3.5 Datenhalteschnittstelle PRODAT.- 7.3.5.1 Zielsetzung.- 7.3.5.2 Entwurfskriterien.- 7.3.5.3 PRODAT-Benutzer.- 7.3.5.4 Verteilte PRODAT-Architektur.- 7.3.5.5 PRODAT-Systemarchitektur.- PRODAT-Storage-Subsystem 392; Transaction-Management 392; Authorization-Control 392; PRODAT-Basic-Layer 392; PRODAT-Upper-Layer 393; PRODAT 393.- 7.3.5.6 PRODAT-Spezifikation.- 7.3.5.7 Multi-Storage-File-System.- 7.3.5.8 Abfragesprache.- 7.3.5.9 Implementierung.- C-ISAM 395; PRODAT-Directories 395; Datenschutz 395; Diagnostic Log 395; Access-Mode 395; Wartestrategie 396; Semaphore 396; Objektbezogener Zugriffsschutz 396.- 7.3.5.10 Testhilfen.- 7.3.5.11 Abweichungen.- 7.3.5.12 Beschränkungen.- 7.3.5.13 Nicht (vollständig) realisiert.- 7.5.3.14 Referenzen.- 7.3.6 Verteilte Systeme (LAN).- 7.3.6.1 Ziel.- 7.3.6.2 Randbedingungen.- 7.3.6.3 Realisierung.- HDLC und Queuing-System 400; PROSYT-Netzwerk-Koppelmodul (PRONET) 401; PROSYT-Queuing-System 402; Ethernet und TCP/IP 402.- 7.3.7 Prototyperprobung und Einsatz.- 7.3.7.1 Ziel.- 7.3.7.2 Validierung Rahmensystem.- 7.3.7.3 EPOS.- 7.3.7.4 Softwareproduktion mit PROSYT.- 8. Literaturverzeichnis.