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Lehrstuhl Software Engineering: Dependability
Prof. Dr.-Ing. Liggesmeyer

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Forschung

Forschungsschwerpunkt: Software Engineering für Cyber-Physische Systeme

Software wird heute bereits vielfach in Anwendungsbereichen genutzt, die hohe Anforderungen an bestimmte Qualitätseigenschaften der Software stellen. Software ist in vielen Fällen Bestandteil eines Systems. Oft sind Softwarelösungen verteilt aufgebaut. Darüber hinaus nimmt der Umfang von Softwareprodukten ständig zu. Moderne Entwicklungsmethoden - z.B. die Objektorientierung - ergänzen etablierte Methoden und verdrängen diese zum Teil.

Die an unserem Lehrstuhl durchgeführten Arbeiten zielen auf die Erforschung von Methoden zur qualitätsgerechten Entwicklung von Software für eingebettete Systeme. Die derzeitigen Schwerpunkte betreffen objektorientierte Methoden insbesondere in ihrer Anwendung auf sicherheitskritische, hochverfügbare und echtzeitfähige softwareintensive Systeme. Das ständige Umfangswachstum von Softwaresystemen und ihr verteilter Aufbau werden besonders beachtet. Zur Zeit finden Forschungsarbeiten zu objektorientierten Techniken, zu Aspekten verteilter Software und zum quantifizierten Nachweis von Softwareeigenschaften statt. Die Forschungsarbeiten werden zum Teil in direkter Zusammenarbeit mit der Industrie durchgeführt.

Aktuelle Projekte


Collaborative Embedded Systems (CrESt)

https://crest.in.tum.de/
Ansprechpartner: M.Sc. Nishanth Laxman

In der Entwicklung von eingebetteten und cyber-physischen Systemen zeichnet sich seit Jahren schon ein drastischer Wandel hin zu dynamisch gebildeten Verbünden kollaborierender Systeme („Systems of cyber-physical systems“) ab. Dynamische Systemverbünde sind das Rückgrat vieler technologiegetriebener Zukunftsvisionen, wie z.B. für den automatisierten Transport von Menschen und Gütern, Smart Cities, zukunftsweisende Medizintechnik, Intelligente Fabriken oder auch Assisted Living.

Das Zukunftsprojekt „Collaborative Embedded Systems“ (CrESt) hat zum Ziel, ein umfassendes Rahmenwerk für die Entwicklung kollaborierender eingebetteter Systeme zu schaffen, das die neuartigen Herausforderungen in der Entwicklung in dynamischen Systemverbünden auf Basis der SPES Entwicklungsmethodik adressiert und damit der deutschen Industrie einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil in diesen zukunftsträchtigen und bedeutenden Anwendungsfeldern verschafft.


Automotive, Railway and Avionics Multicore Systems II (ARAMIS II)

http://www.aramis2.org/
Ansprechpartner: M.Sc. Sebastian Müller

Sicherheitskritische Anwendungen in Automobilität, Luftfahrt und Industrie 4.0 bedürfen künftig deutlich steigender digitaler Rechenleistung. Diese lässt sich über Multicore-Technologien bereitstellen. Anhand von Demonstratoren zeigte das im März 2015 erfolgreich abgeschlossene Verbundprojekt ARAMiS, dass Mehrkernprozessoren sich grundsätzlich für sicherheitskritische Anwendungen eignen.

Daran anknüpfend hat sich ARAMiS II zum Ziel gesetzt, Entwicklungsprozesse, und Plattformen für den effizienten Einsatz industriell verfügbarer Multicore-Architekturen zu erforschen und zu optimieren. Das Konsortium von ARAMiS II startete am 1. Oktober 2016 mit den Arbeiten. Es besteht aus 33 Partnern und ist auf drei Jahre angelegt. Das Projektvolumen beträgt insgesamt mehr als 24 Millionen Euro. ARAMiS II wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit rund 15 Millionen Euro gefördert und vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordiniert.


Abgeschlossene Projekte


Embedded Multi-Core systems for Mixed Criticality applications in dynamic and changeable real-time environments (EMC²)

http://www.artemis-emc2.eu/
Ansprechpartner: M.Sc. Sebastian Müller

Eingebettete Systeme sind ein wichtiger Innovationstreiber, um mechatronische Produkte zu verbessern und mit sicheren, effizienten und neuen Funktionalitäten auszustatten. Sie unterstützen die heutige Informationsgesellschaft, indem sie Kommunikation zwischen Systemen ermöglichen. Eine große Herausforderung für die Industrie ergibt sich aus der Notwendigkeit, verschiedene Anwendungen mit unterschiedlichen Kritikalitätsstufen kosteneffizient auf einer Computing-Plattform in einem offenen Kontext zu integrieren und dabei den erforderlichen, teilweise sehr hohen Sicherheits- und Zuverlässigkeitsanforderungen zu genügen. EMC² findet Lösungen für adaptive, dynamische und offene Systeme und unterstützt die Handhabung von gemischt-kritischen Anwendungen unter Echtzeitbedingungen auf derselben Plattform unter Nutzung von verteilten multi-core Komponenten und Subsystemen. Durch den gesamten Lebenszyklus soll Skalierbarkeit mit einem Höchstmaß an Flexibilität durch umfassende Entwicklung und Verwaltung mittels integrierten Werkzeugketten gewährleistet werden. Das Ziel von EMC² ist es, Multi-core-Technologie in allen relevanten Domänen von eingebetteten Systemen zu etablieren.

Das Forschungsprojekt EMC² besteht aus 101 Partnern in Industrie und Forschung aus 16 europäischen Ländern. Das Projektvolumen beträgt 94 Millionen Euro.


Automotive, Railway and Avionics Multicore Systems (ARAMiS)

http://www.projekt-aramis.de/

Das Bundesforschungsministerium fördert im Rahmen des Forschungsprojekts "ARAMiS" die Entwicklung neuer Prozessorkonzepte zum Einsatz in zukünftigen Verkehrssystemen. Ziel ist die Verbesserung der Betriebssicherheit in Automobilen, Zügen und Flugzeugen. ARAMiS hat ein Gesamtvolumen von rund 40 Millionen Euro mit einer Laufzeit von drei Jahren. Im Rahmen des Forschungsprojekts sollen Konzepte entwickelt werden, wie leistungsfähige Computer-prozessoren mit mehreren Rechnerkernen im Verkehrswesen eingesetzt werden können, um durch neue Funktionen die Sicherheit, Effizienz und den Komfort zu erhöhen. Bisher werden in Flugzeugen oder Autos nur Einkern-Prozessoren verwendet, weil nur deren Funktionsweise mit der im Verkehrswesen notwendigen Sicherheit voraussagbar und damit nur diese zertifizierbar sind. Einkern-Prozessoren aber stoßen an ihre Leistungsgrenzen und verschwinden zunehmend vom Markt. Um leistungsfähige Mehrkernprozessoren zu entwickeln, arbeiten bei ARAMiS renommierte Forschungseinrichtungen und Hersteller aus dem Automobil-, Bahn- und Flugzeugbau, deren Zulieferer sowie Hard- und Softwarehersteller zusammen.

Das Forschungsprojekt ARAMiS wird je zur Hälfte vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und von der Industrie finanziert. Insgesamt sind 30 Unternehmen, Universitäten und Forschungseinrichtungen beteiligt.


Software Platform Embedded Systems 2020 XTCore (SPES XTCore)

http://spes2020.informatik.tu-muenchen.de/spes_xt-home.html
Ansprechpartner: Dr. Mario Trapp ( mario.trapp@iese.fraunhofer.de )

Mit dem Übergang von klassischen Eingebetteten Systemen hin zu Cyber-Physical Systems erhöht sich die Systemkomplexität und damit der Anspruch auf Systemqualität. Um hochqualitative Eingebettete Systeme effizient zu entwickeln entstehen in SPES_XTCore innovativen Methoden und Werkzeuge, die es der Industrie ermöglichen sollen, innovative Systeme zu entwickeln, deren Komplexität mit den bereits existierenden Ansätzen nicht beherrschbar wäre. Die Arbeiten in SPES_XTCore sind in sechs Engineering Challenges untergliedert, die von vier Querschnittsthemen abhängig sind.

Am Lehrstuhl "Software Engineering: Dependability" der Universität Kaiserslautern werden insbesondere die Themen Bewertung von Entwicklungsartefakten, inkrementelle Zertifizierung, modularer Sicherheitsnachweis, sowie die Modularisierung und anschließende Komposition heterogener Sicherheitsanalysetechniken in den Anwendungsdomänen Avionik und Automotiv bearbeitet.

SPES_XTCore ist eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungs- und Entwicklungsarbeit mit Beteiligung von 21 Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft aus ganz Deutschland wie z.B. Siemens, Daimler und EADS.


Virtuelle und Erweiterte Realität für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit von Eingebetteten Systemen (ViERforES) - Phase 2

http://vierfores.iese.fraunhofer.de/
01.01.2011 - 30.09.2013

Die Funktionalität neuer Produkte wird heute stärker als je zuvor durch einen zunehmenden Anteil von Software in Form von Eingebetteten Systemen geprägt. Im Zusammenwirken mit anderen funktionsbestimmenden Komponenten komplexer technischer Systeme erfordert dies neue Techologien zur Beherrschung von höchster Sicherheit und Zuverlässigkeit von Produktentwicklungen. Speziell in Bereichen rund um Automotiv und Medizintechnik ist es notwendig durch Erforschung neuer Qualitässicherungstechniken den zunehmenden Produktanforderungen zu entsprechen. Ziel von VIERforES ist es, durch Einsatz von Virtueller und Erweiterter Realität auch nicht physikalische Produkteigenschaften sichtbar zu machen und so adäquate Methoden und Werkzeuge für das Engineering zu entwickeln.

ViERforES wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.


Scalable Visual Analytics: Interactive Visual Analysis Systems of Complex Information Spaces (DFG-SPP)

http://visualanalytics.de
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Liggesmeyer

In Forschung und Entwicklung wie auch in zahlreichen Anwendungsgebieten entstehen immer größere Datensätze mit wachsender Komplexität und Dynamik. Eine zentrale Herausforderung ist dabei das Herausfiltern der wesentlichen Informationen und die Kommunikation dieser zum Menschen. Zusätzlich zu automatischen Analysetechniken erweitern interaktive, visuelle Techniken zur Datenanalyse die wahrnehmenden und kognitiven Fähigkeiten des Menschen. Nur durch eine Kombination aus Datenanalyse (Data Mining) und Visualisierungstechniken ist ein effektiver Zugriff auf andernfalls unüberschaubar komplexe Datensätze möglich.

DFG-SPP wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziert.


Virtuelle und Erweiterte Realität für höchste Sicherheit und Zuverlässigkeit von Eingebetteten Systemen (ViERforES)

http://vierfores.iese.fraunhofer.de
01.07.2008 bis 31.12.2010

Der größte Anteil der weltweit hergestellten Mikroprozessoren wird in eingebetteten Systemen - vom Haushaltsgerät bis zum Verkehrsflugzeug - verbaut. Viele Geräte, die wir täglich ganz selbstverständlich nutzen, gehören dieser Kategorie an. Eingebettete Systeme besitzen eine enorme technische und wirtschaftliche Bedeutung und sind niemals sogenannte "Stand-alone"-Systeme, sondern auf verschiedenen Ebenen vielfältig in Kommunikationsbeziehungen zu anderen Systemen, wie z. B. mechanischen, hydraulischen, pneumatischen, elektronischen oder der Informationstechnik eingebunden. Diese Systeme bestimmen in hohem Maße die Eigenschaften der Sicherheit, Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit und sind wettbewerbsbestimmend für die Branchen Fahrzeug-, Medizin-, Energie-, Produktions- und Materialflusstechnik, die im Vorhaben als Anwendungsbereiche dienen. Ziel des Projektes ist die Erhöhung der Sicherheit und Zuverlässigkeit komplexer technischer Systeme durch Vernetzung von Methoden und Technologien mit diesen Anwendungsbereichen. Die zu entwickelnden Methoden und Technologien werden sowohl anwendungsspezifisch als auch anwendungsübergreifend auf diese Anwendungen zugeschnitten und evaluiert. Mit dieser Vernetzung wird das Ziel verfolgt, methodisches Wissen in die Anwendungsbereiche zu transferieren und auch auf andere Anwendung zu übertragen sowie Methoden zu verallgemeinern um damit ein Virtual Engineering und Software Engineering zu ermöglichen, welches den Anforderungen der Zukunft gerecht wird.

ViERforES wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.


Innovation alliance for Embedded Systems, Software Plattform Embedded Systems 2020 (SPES2020)

http://spes2020.informatik.tu-muenchen.de/
Ansprechpartner: Dr. Mario Trapp ( mario.trapp@iese.fraunhofer.de )
01.07.2008 - 31.12.2010

Eingebettete Systeme („Embedded Systems“) besitzen als Mikrocontroller eine erhebliche Bedeutung in vielen High-Tech-Branchen. Speziell in Deutschland sind an Embedded Systems die gleichen hohen Produktivitäts- und Qualitätsansprüche zu stellen wie an sonstige technische Systeme mit dem Gütesiegel „Made in Germany“. Deutschland ist gerade in den Bereichen in denen eingebettete Systeme entwickelt werden, wie Automobilbau, Avionik, Produktions- und Automatisierungstechnik und Medizintechnik für die Qualität seiner Produkte bekannt. Embedded Systems zielgerichtet in hoher Qualität entwickeln zu können, bildet hierbei eine Schlüsselkompetenz. Die Beherrschung zunehmend leistungsstärkerer, umfassender vernetzter und damit auch komplexer eingebetteter Systeme ist eine wissenschaftliche und technische Herausforderung.

Am Lehrstuhl "Software Engineering: Dependability" der Universität Kaiserslautern wird dabei die Fragestellung bearbeitet, wie Software Engineering und Safety Engineering (Safety im Sinne von "Ausfallsicherheit") enger miteinander verzahnt werden können, z.B. durch die automatische Herleitung von Safety-Modellen aus dem Software-Entwurf und umgekehrt die Integration von Maßnahmen zur Safety-Erhöhung in den Software-Entwurf.

SPES2020 („Softwareplattform Embedded Systems 2020“) ist eine nationale Innovationsallianz mit dem Ziel der Professionalisierung des domänenübergreifenden Produktionsprozesses. SPES2020 vereint 8 Forschungspartner sowie 15 Industriepartner (z.B. Siemens und EADS).