Neue Software zur Verbesserung der Entscheidungssteuerung bei intelligenten Geräten
Von automatischen Fahrsystemen in Autos bis hin zu Energieverteilungssystemen sind Computer zu Beobachtungs- und Kontrollzwecken heutzutage in eine physikalische Umgebung eingebettet. Die Gestaltung dieser Systeme ist durch die Fortschritte im Verständnis des Zusammenspiels zwischen Berechnungs- und physischen Prozessen erheblich beflügelt worden. Bei der Implementierung dieser komplexen Systeme stehen die Industrien allerdings einer großen Herausforderung gegenüber; die cyberphysischen Systeme (Cyber-Physical Systems, CPSs) müssen ein angemessenes Verhalten zeigen. Die aktuellen Methoden bei der Modellentwicklung sind auf Verfahren im Bereich des modellgetriebenen Engineerings (Model-Driven Engineering, MDE) zentriert. Beim MDE handelt es sich um maschinenlesbare Spezifikationen, die folglich eine höhere Präzision und geringere Fehleranfälligkeit zeigen. CPS-Modelle werden zunächst einfach gestaltet und dann inkrementell erweitert, um cyberphysische Systeme aus der realen Welt besser widerzuspiegeln. Eine wichtige Herausforderung besteht darin, bei der Entwicklung der Modelle aktualisierte Korrektheitsbeweise einzuhalten. Vor diesem Hintergrund entwickelten die Forscher des EU-finanzierten Projekts SPHINX (A co-evolution framework for model refactoring and proof adaptation in cyber-physical systems) erfolgreich ein verifikationsgetriebenes Engineering (Verification-Driven Engineering, VDE)-Toolkit, welches das Modell-Refactoring und die Beweisanpassung unterstützt. Das neu entwickelte System mit der Bezeichnung SPHINX ist ein erweiterbares VDE-Toolkit, das Text- und Grafik-Modellierungseditoren zur Beschreibung der Struktur sowie der diskreten und kontinuierlichen Dynamik von cyberphysischen Systemen beinhaltet. Wissenschaftler führten in den modellgetriebenen Softwareentwicklungs-Kontext außerdem ein Modell-Refactoring ein. Proof-aware-Refaktorisierungsoperationen, über die Modelltransformationen durchgeführt werden, ermöglichten eine Verbesserung der Modellstruktur bei gleichzeitigem Erhalt der Qualitätseigenschaften. Über Refactoring-Operationen wies das Team Anweisungen neu zu, wurden Konditionale eingeführt, diskrete/kontinuierliche Verhalten hinzugefügt oder entfernt und Konditionale verstärkt. Es wurde ein Verfeinerungskonzept ausgearbeitet, um die Korrektheit der Refactoring-Operationen auf einem abstrakteren Level zu bestätigen. CPSs werden in den Sektoren für Kraftfahrzeuge, Luft- und Raumfahrt, Energie und medizinische Geräte immer beliebter und wichtiger. Es wird damit gerechnet, dass die Projektergebnisse die Sicherheit in Umgebungen mit verstärkt autonomen Systemen steigern werden. Die SPHINX-Erkenntnisse machten dennoch deutlich, dass für das Zusammenspiel von autonomen Systemen mit ihrer Umgebung und für das, was als sicheres und korrektes Verhalten erachtet wird, tiefgreifendere Erkenntnisse erforderlich sind. Die neu entwickelten Modell-Refactoring- und Beweisanpassungsverfahren können in Kombination mit Tutorials und Modelling-Fallstudien formale Verifizierungsverfahren in Sektoren besser unterstützen.
Schlüsselbegriffe
Software, Refactoring, cyber-physische Systeme, modellgetriebenes Engineering, SPHINX
