ARKOSE - Automatisierung der Architekturoptimierung von komplexen Systemen

Internationaler Wettbewerb und der damit verbundene Innovationsdruck erfordert die Entwicklung immer komplexerer Produkte und Prozesse mit zunehmendem Grad an Vernetzung und Digitalisierung. Im Entwicklungsprozess dieser Systeme werden textbasierte Spezifikationen erstellt und weitergegeben. Unterauftragnehmer treffen Entwurfsentscheidungen, ohne deren Einfluss auf das Gesamtsystem oder andere Teilsysteme bestimmen zu können. Da keine ausführbare Spezifikation zurVerfügung steht, kann das Verhalten des resultierenden Gesamtsystems zu diesem Zeitpunkt weder analysiert noch optimiert werden. Mängel in der Spezifikation von Anforderungen gelten als häufigste Ursache (50%) für Verzögerungen und Budgetüberschreitungen. Durch die Nutzung modellbasierter Entwicklungsmethoden und der frühen Validierung durch ausführbare Spezifikationen wird dieses Problem gelöst. Mit dem Multi-Domain Simulationswerkzeug MLDesigner müssen dazu häufig sehr aufwändige Experimente mit mehreren Modellen/Simulationen manuell gesteuert, durchgeführt und ausgewertet werden.

Im Forschungsvorhaben sollen eine Technologien entwickelt werden, die eine Validierung und vor allem die Optimierung komplexer Systeme und Prozesse wesentlich erleichtert und beschleunigt. Zusammenhänge und Abfolgen der Einzelschritte von Experimenten und Optimierungsverfahren werden dabei selbst in einem Modell abgebildet und anschließend automatisiert ausgeführt. Eine Entwicklungsumgebung wird es ermöglichen, unabhängige Simulationen in einem Steuerflussdiagramm darzustellen und mit entsprechenden Verfahren automatisiert zu optimieren. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts integrieren Simulationswerkzeuge wie MLDesigner und TimeNET. Das Forschungsprojekt hat die Ziele erreicht, wenn integrierte Modelle bestehend aus Simulation-Set Komponenten (ausführbar mit MLDesigner und/oder TimeNet) sowie existierenden Simulationskomponenten von MLDesigner erstellt und gemeinsam ausgeführt werden können. Mit der Umsetzung der wissenschaftlichen Ziele wird ein Alleinstellungsmerkmal und damit ein Wettbewerbsvorteil des beantragenden KMUs realisiert.

Projektlaufzeit: Oktober 2014 - März 2017
Projektförderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung
Verbundpartner: Mission Level Design GmbH

KASI - Energieeffiziente Kabinensysteme und Interior

TP 1: CoNteSsa

Zukünftige Luftverkehrssysteme werden zahlreiche zusätzliche Komfort- und Überwachungsfunktionen haben, um gesteigerte Anforderungen an Sicherheit und Passagierfreundlichkeit zu bedienen. Im Verbundprojekt wird insbesondere für die Kabine ein funkbasiertes Netzwerk entwickelt, mit dem sich kostengünstig und unter Einsparung des Gewichts von Kabeln die dafür nötige Vernetzung realisieren lässt. Die Entwicklung eines innovativen Konzepts für die komplexe Kommunikations-Infrastruktur kann nur dann schnell und risikoarm durchgeführt werden, wenn schon in der Entwicklungsphase anhand eines Simulationsmodells die späteren Netzwerkarchitekturen bewertet wurden.

Im hier beantragten Teilprojekt wird ein innovatives domänenspezifisches Softwarewerkzeug entwickelt, mit dem Entwurfsmodelle von Cabin Wireless Sensor Networks untersucht und validiert werden können. Damit wird bereits im Entwurf der Nachweis von Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Komforteigenschaften möglich, und die Anpassung von Systemkonfigurationen an Kundenwünsche wird beschleunigt.

Das Teilprojekt beschäftigt sich mit dem modellbasierten Systementwurf mit deren Hilfe die Auswirkungen von Designparametern bzw. einzelner Entwurfsentscheidungen in Teilsystemen auf das Gesamtsystem Luftfahrzeug oder -flotte vorherzusagen. Hier ist ein signifikanter Innovationsschub im Luftfahrzeugbau in den kommenden Jahren zu erwarten. Darüber hinaus sind Modelle als Anforderungs- und Schnittstellenspezifikation sowie als Grundlage für die Integration von Teilsystemen geeignet. 

Die Ergebnisse werden einen wichtigen Beitrag zur Gesamtsystemfähigkeit liefern, da nur so das Verständnis der Wechselwirkungen von Teilsystemen und eine Beherrschung des Gesamtsystems Luftfahrzeug auf technischer und betriebswirtschaftlicher Ebene möglich ist.

Ziel dieses Projektes ist die Weiterentwicklung und umfassende Validierung aller Komponenten einer simulationsbasierten Applikation zur Konfiguration von Wireless Cabin Networks. Sie ermöglichen gesicherte Aussagen über die Erreichbarkeit der Quality-of-Service Anforderungen (QoS) im Vorfeld der Entwicklung und bei Anpassungen der Systemkonfiguration an Kundenwünsche. Ein Hardware-Demonstrator soll die Validierung unterstützen.

Zusammen mit den Projektpartnern wird eine Tool-Chain aufgebaut, welche die automatische Übernahme von bestehenden System- und Simulations-Parametern ermöglicht. Auf Grundlage eines Frameworks wird eine simulationsbasierte Applikation erstellt. Sie soll Komponenten zum komfortablen Import von Parametern, zur benutzerfreundliche Einstellung und Aufbereitung der Netzwerkkonfiguration, zur modellbasierten Steuerung von Simulationsexperimen­ten, zur Analyse von Ergebnissen und zum standardisierten Ergebnisreport beinhalten. Metaanalysen der Leistungsparameter des Systems ermöglichen die Optimierung der Parameter des Netzwerkes.

Projektlaufzeit: Januar 2014 - Dezember 2016
Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi),
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Verbundpartner: Airbus Deutschland GmbH,
Funkwerk Avionics GmbH,
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR),
Diehl Aerospace GmbH,
Diehl Aircabin GmbH,
Hutchinson Aerospace GmbH,
Laser Zentrum Hannover e.V.,
IMST GmbH,
Fraunhofer Gesellschaft zur Förderung der Angewandten Forschung e.V. für ihr Fraunhofer-Institut für Chemische Technologien, ICT,
TriaGnoSys GmbH

MDEAS - Modellbasierte Entwicklung energieeffizienter Automatisierungssysteme

Komplexe technische Prozesse und Automatisierungssysteme, die diese Prozesse kontrollieren, spielen eine immer wichtigere Rolle. Selbst komplexe Systeme lassen sich heutzutage mit den zur Verfügung stehenden Steuerrechnern effizient betreiben. Grundlage dafür sind Methoden zum Entwurf derartiger Systeme, die bereits vor der Realisierung einer Steuerung ihre Arbeitsweise anhand eines Modells überprüfen können. Dabei steht bisher im klassischen Entwurfsprozess zunächst die korrekte Umsetzung der gewünschten Funktionen im Vordergrund.

Bei eingebetteten Systemen, mit denen Automatisierungssysteme gesteuert bzw. realisiert werden, sind darüber hinaus Eigenschaften wie Rechtzeitigkeit und Zuverlässigkeit entscheidend. Eine weitere sogenannte nichtfunktionale Eigenschaft, die in der aktuellen Diskussion um ressourcenschonendes Wirtschaften an Bedeutung gewinnt, ist die Energieeffizienz dieser Systeme. Während in der Industrie bereits einzelne Bausteine wie z.B. Mikrocontroller mit geringem Energieverbrauch entwickelt werden, ist für ein als Ganzes energieeffizientes Automatisierungssystem auch das Zusammenspiel mit dem gesteuerten System zu betrachten. Es fehlen derzeit ganzheitliche Modellierungs- und Bewertungsverfahren, mit denen bereits in frühen Entwurfsphasen der Energieverbrauch betrachtet und in die Bewertung eines Systementwurfs einbezogen werden kann. Dabei ist sowohl der elektronische / elektrische Systemaufbau als auch die Computerhardware und die darauf ablaufenden Algorithmen zu betrachten.

In diesem Projekt sollen klassische Modellierungsmethoden für diskrete Automatisierungssysteme so weiter entwickelt werden, dass der Energieverbrauch neben anderen Leistungsparametern modelliert, bewertet und verringert werden kann. Ziel ist es, den Energieverbrauch als zunehmend wichtiges Entscheidungskriterium in den Entwurfsprozess mit der Suche nach guten Architektur- und Design‐Alternativen einzubeziehen, um Automatisierungssysteme möglichst ressourcenschonend einzusetzen.

Projektlaufzeit: September 2009 - Februar 2015
Projektförderung: Deutscher Akademischer Austausch Dienst (1. Phase),
Thüringer Landesgraduiertenförderung (2. Phase)

MELINA - Modellbasierter Entwurf von Lichtwellenleiter-Netzwerken für Avionikanwendungen

Ziel der Arbeiten ist die modellbasierte Systementwicklung von sicherheitskritischen Kommunikationsnetzwerken für Avionik-Anwendungen. Modellbasierter Systementwurf sowie die Systementwicklung und Erarbeitung von Designkonzepten haben in der Vergangenheit stark an Bedeutung gewonnen, und sind für komplexe Systeme wie im Flugzeugbau unabdingbar.

Das Pilotprojekt zielt auf die Neuentwicklung der Netzwerkinfrastruktur von zukünftigen Flugzeugen ab, die beispielsweise mit Lichtwellenleitern (LWL) große Vorteile verspricht. Die Kommunikationssysteme an Bord nehmen heute bereits einen großen Anteil der Kosten und des Gewichts ein. Für die nächste Generation von Luftfahrzeugen wollen Flugzeughersteller die Kommunikationsstruktur zukunftsweisend verändern und durch optische Technologien Gewicht, Verbrauch und Kosten signi kant reduzieren. Die hohe Bandbreite erlaubt es außerdem, mehrere Verbindungen über dieselben LWL zu realisieren. Diese völlige Umstellung ist mit hohen Risiken verbunden, da vor dem Bau bereits in der Entwurfsphase die geplanten Lösungen überprüft werden müssen. Hierzu gehören insbesondere die Topologie und örtliche Verlegung der Glasfaserkabel innerhalb des Flugzeuges und der Kabine, die Entwicklung und
Analyse von Fehlermodellen, sowie Emissionsverringerung und ökonomische Aspekte.

Projektlaufzeit: August 2013 - März 2014
Projektförderung: Interne Exzellenzförderung der TU Ilmenau

DAPHNE - Developing Aircraft PHotonic NEtworks

Im Rahmen des DAPHNE Projektes werden optische Netzwerke und Komponenten für den Bereich der Luftfahrt erforscht und entwickelt. Das Ziel ist es, optische Technologien zur Nachrichtenübertragung in der Luftfahrt zu nutzen und technische Lücken/Defizite zu bestimmen, welche bei optischen Netzwerken und ihrer Implementierung in der Flugzeugindustrie auftreten. Das Projekt verbindet somit eine den Bereich der Avionik und Flugzeughersteller mit dem Know-how aus der Photonik-Branche, sowie akademischen/wissenschaftlichen Netzwerkspezialisten.

Projektlaufzeit: September 2009 - Dezember 2012
Projektförderung: European Commission’s Seventh Framework Programme
Projektpartner: DTU (Dänemark),
AVoptics, BAE Systems, Googh & Housego Group, Augusta Westland (UK),
D-Lightsys, Draka (Frankreich),
gmv, INESC Porto (Portugal),
Selex Galileo (Italien),
SQS (Tschechien),
Vivid Components, EADS, Airbus, TU Ilmenau (Deutschland)

WSN - Wireless Sensor Networks

Im Rahmen dises Projektes sollen Wireless Sensor Netzwerke modelliert, simuliert und optimiert werden, um die Fähigkeiten dieser Technologie im Bereich der Luftfahrt  zu erforschen. Mittels verscheidener Leistungsparameter soll eine Bewertung des Systems in unterschiedlichen Szenarien bewertet werden. 

Projektlaufzeit: November 2010 - Agust 2012
Projektförderung: Industrieprojekt

@MOST-G SO4A - Dienstorientierte Systemarchitekturen für den Flottenbetrieb

Aufgrund einer sich verändernden Marktsituation stellt der Betrieb einer modernen Flugzeugflotte hohe Anforderungen, nicht nur an das Flugzeug selbst, sondern ebenso an die für den Betrieb nötige Infrastruktur. Ein Flottenbetrieb ist dabei umso effizienter, je kürzer ein Flugzeug am Boden steht und je länger es in der Luft unterwegs ist. Kann der Aufwand für die Wartung und Instandhaltung verringert, bzw. dieser Vorgang effizienter durchgeführt werden, so steigert dies die Wirtschaftlichkeit des Betriebes erheblich.

Gegenstand des Vorhabens ist es, für den Bereich Wartung und Instandhaltung neue Lösungen zu entwickeln, um bisher nicht nutzbares Potential zur Steigerung der Effizienz zu aktivieren. Um dieses Ziel zu erreichen, ist es erforderlich, den genannten Bereich als System aufzufassen und für dieses System eine an den Erfordernissen der Effizienz ausgerichtete Architektur zu entwerfen. Das etablierte Prinzip einer dienstorientierten Architektur soll dabei zur Anwendung kommen, denn dies ermöglicht ein hohes Maß an Flexibilität. So können neue Dienste integriert und durch die Kombination vorhandener Dienste neue Funktionen realisiert werden.

Ausgehend von der heutigen Architektur in Form eines validierten Architekturmodells wird der Entwurf einer optimierten dienstorientierten Systemarchitektur mit entsprechend definierten Diensten, bzw. Dienstkombinationen durchgeführt. Einzelne Dienste können sowohl an Bord des Flugzeuges, als auch am Boden lokalisiert sein. Der Entwurf umfasst auch eine entsprechende Infrastruktur mit allgemeinen Basisdiensten, ein einheitliches Dienstverzeichnis, sowie die Definition von Verfügbarkeit und Sicherheit.

Aufgrund der stetig zunehmenden Komplexität ist es heute nicht mehr möglich, den Systementwurf allein durch einen funktionalen Aufbruch des Systems und dem anschließenden Detailentwurf von einzelnen Systemkomponenten durchzuführen, da Kopplungseffekte nicht betrachtet werden können. Daher werden Modelle erstellt, die mit Hilfe eines Simulators ausführbar gemacht werden. Bereits im Verlauf des Systementwurfes können so Kopplungseffekte und verschiedene Architekturvarianten untersucht werden.

Projektlaufzeit: Januar 2009 - Juni 2012
Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi),
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Verbundpartner: Airbus Deutschland GmbH,
CeBeNetwork GmbH Engineering & IT,
EADS Innovation Works,
TriaGnoSys GmbH,
T-Systems Enterprise Service GmbH

SINTEG - Simplifizierte INTEGration

Vereinfachte Integration der Kabine: Werkzeuge, Fertigungs- und Installationsverfahren

Das Verbundvorhaben SINTEG bildet den technologisch-wissenschaftlichen Rahmen für ausgewählte strategische Forschungsthemen, mit denen auf zukünftige Herausforderungen im Bereich Kabine reagiert werden soll. Diese bestehen vor allem in einer sehr großen Variantenvielfalt und vielfältigen Anpassungsmöglichkeiten an Kundenwünsche. Um diese Nachfrage in Zukunft besser / schneller bedienen zu können, sollen neue Werkzeuge, Fertigungs- sowie Installationsverfahren entwickelt werden. Dabei steht die Optimierung bereits verfügbarer Einzeltechnologien und Fertigungsverfahren im größeren Systemkontext im Vordergrund.

Bei der Integration und Fertigung von Flugzeugkabinen müssen neue Ansätze entwickelt werden, um eine vereinfachte Integration einer flexiblen Standardkabine mit geringem Anpassungsaufwand an Kundenwünsche zu erzielen. Im Verbundvorhaben werden Themen aus den Bereichen automatisierte Fertigung, endlinienoptimierte Montage und Integration, Kabinenarchitektur, Klima- und Versorgungssysteme sowie Kabinenmanagementsysteme erarbeitet. Zur Unterstützung einer simplifizierten Kabinenintegration werden vereinfachte Ausstattungselemente und Kabinensystemarchitekturen entwickelt und auf einen einfachen und effektiven Integrationsprozess hin optimiert.

Projektlaufzeit: Januar 2009 - Juli 2011
Projektförderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi),
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)
Verbundpartner: Airbus Deutschland GmbH,
Diehl Aircabin GmbH,
DLR - Institut für Aerodynamik & Strömungstechnik,
EADS Innovation Works,
Fraunhofer PYCO,
Funkwerk Avionics GmbH,
Jakobs Universität Bremen,
Kaefer Aerospace GmbH,
Monogram Systems GmbH,
TU Dresden - Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Multimodale Benutzerinteraktion für virtuelle Umgebungen mit einem großen Arbeitsraum auf Basis eines Exoskelettes

Im Forschungsvorhaben wird ein System für virtuelle Realität mit haptischer Rückkopplung für einen großen Arbeitsraum entwickelt. Dazu wird ein leichtes mobiles Exoskelett für zwei Arme realisiert, mit dem virtuelle Objekte in dem künstlichen Arbeitsraum manipuliert und durch Vermittlung von Kräften wahrgenommen werden können.

Da es aufgrund der mechanischen Eigenschaften eines mobilen und leichten Exoskelettes nicht möglich sein wird, sehr kräftige haptische Sinneseindrücke zu vermitteln, werden mehrere Modalitäten der menschlichen Wahrnehmung miteinander kombiniert. Dadurch soll eine subjektiv realistischere Wiedergabe von Effekten für den Benutzer in der virtuellen Umgebung erreicht werden. Insbesondere soll untersucht werden, wie die Kombination von Audiowiedergabe mit visuellen und haptischen Sinneseindrücken zu einer verbesserten Vermittlung der haptischen Reize beitragen kann.

Projektlaufzeit: Juli 2008 - Juni 2011
Projektförderung: DFG-Einzelprojekt
Projektpartner: TU Berlin

Modellbasierter Entwurf Eingebetteter Avionik-Systeme

Projektlaufzeit: Juni 2009 - Februar 2010
Projektförderung: Interne Exzellenzförderung der TU Ilmenau

Engineering Process

Der Forschungsgegenstand ist der modellbasierte Entwurf, sowie die Beschreibung komplexer Systeme auf hohem Abstraktionsniveau.

Projektlaufzeit: November 2008 - März 2009
Projektförderung: Industrieprojekt
Projektpartner: MLD GmbH

Fiber Optical Virtual Network Design

Der Forschungsgegenstand ist der modellbasierte Entwurf Lichtleitfaser basierter optischer Netzwerke. Auf der Grundlage ausführbarer Spezifikationen können bestehende Systeme analysiert und neue Systemarchitketuren entwickelt werden. MLDesigner implementiert die Methoden. Entwickelt werden standardisierte Bibliotheken.

Projektlaufzeit: März 2008 - September 2008
Projektförderung: Industrieprojekt
Projektpartner: MLD GmbH