Sub Auspiciis Promotionen an der TU Wien

Die wesentliche Motivation für Dr.-Ing. Christoph Sünders Arbeit „Evaluation of Downtimeless System Evolution in Automation and Control Systems“ ist dadurch begründet, dass die Zukunft der produzierenden Industrie in Europa wesentlich davon abhängt, wie schnell sich Betriebe an geänderte Marktanforderungen anpassen können. Diese müssen ihre Anlagen über deren ganzen Lebenszyklus an neue Produkte oder Produktvarianten anpassen. Da Änderungen aber durch den hohen Druck des freien Wettbewerbs zu keinem Stillstand der Anlage führen dürfen, muss das gesamte System kontinuierlich während des Betriebs adaptiert werden. Eine der Schlüsseltechnologien dazu sind 100% rekonfigurierbare, adaptive Produktionssysteme, die unter anderem die Fähigkeit besitzen, Fertigungsstrukturen und Anlagentopologien sehr schnell anpassen zu können und laufend im Hinblick auf einen ressourcenschonenden Betrieb zu optimieren. Diesen ständigen Änderungsprozess des Automatisierungssystems bezeichnet Sünder in seiner Arbeit als unterbrechungsfreie Systemevolution.

Neuer Engineering-Zyklus

Aktuelle Automatisierungssysteme bieten zwar großteils die Möglichkeit, Umschaltungen der Steuerungslogik während des Betriebs durchzuführen, dabei werden aber Störungen in das System eingebracht, die z.B. zu verminderter Produktqualität oder auch Beschädigung der Anlage führen können. Um dies zu verhindern, muss der Anwender in der Lage sein, die Evolution des Automatisierungssystems explizit auf die jeweilige Situation abzustimmen.
Die Dissertation führt einen neuen Engineering-Zyklus (gemeinschaftlich im Forschungsprojekt εCEDAC definiert, siehe www.ecedac.org) für die Evolution von Automatisierungssystemen ein. Dieser erlaubt dem Anwender, die Art und Weise der Durchführung einer Evolution frei zu modellieren. Dazu werden die vorhandenen Normen der Automatisierungstechnik genutzt und um die Möglichkeit zur dynamischen Rekonfiguration – damit ist die grundsätzliche Fähigkeit zur Änderung im Betrieb gemeint – erweitert. Durch die Ausführung dieses sogenannten Evolutionssteuerungsprogramms kann die aktuelle Automatisierungsanwendung (und unter Mitwirkung des Anwenders auch die dazugehörige Hardware) während des Betriebs verändert werden.
Als Basis dafür ist eine Laufzeitumgebung notwendig, die die genannten Fähigkeiten zur Änderung eines laufenden Programms mit der Abarbeitung unter Echtzeitbedingungen verbindet. Diese Basis wurde in der Dissertation von Dr. Alois Zoitl gelegt, und ist seit 2008 auch im Rahmen des Open Source Projekts 4DIAC (www.fordiac.org) frei verfügbar.

Evolutionssteuerungs-Programm

Die wichtigste Fragestellung in diesem Zusammenhang ist die Korrektheit des Evolutionssteuerungsprogramms. Ein neuer Zustand der Automatisierungsanwendung kann mit herkömmlichen Mitteln auf Richtigkeit geprüft werden, aber für die Übergangsphase während der Änderung des Systems im laufenden Betrieb gibt es derzeit noch keine adäquate Überprüfungsmethode. Deshalb legt die Arbeit von Christoph Sünder ihren Schwerpunkt auf die Evaluierung von unterbrechungsfreien Systemevolutionen von Automatisierungssystemen.
In dem neuartigen Ansatz wird die Engineeringmethode mit den Eigenschaften für eine fehlerfreie Evolution in Zusammenhang gebracht und daraus die notwendigen Maßnahmen zur Evaluierung abgeleitet. Als wesentliches Grundkonzept wird der aktuelle, umfassend dargestellte Systemzustand hervorgehoben. Diese Größe ändert sich entsprechend während der Systemevolution und ist die Grundlage für den gesamten Evaluierungsprozess. Auf Basis dieser Systembeschreibung werden zwei Arten von Überprüfungen durchgeführt: regelbasierte Berechnungen und Verifikation durch Model Checking. Beiden Fällen liegen die umfassenden Informationen aus dem aktuellen Systemzustand zugrunde. Dadurch kann die Veränderung des Automatisierungssystems vollständig überprüft und somit erst die neue Methodik der unterbrechungsfreien Systemevolution in der Praxis angewendet werden. Denn nur wenn man sich sicher sein kann, dass eine Systemevolution keine Störungen (die bis zum Stillstand gehen können) in die Anlage einbringt, ist es möglich, die Produktionssysteme rasch an die Marktanforderungen anzupassen.
Die Dissertation von Christoph Sünder ist frei über die Universitätsbibliothek der TU Wien erhältlich: www.ub.tuwien.ac.at

Kontaktadresse des Instituts für Automatisierungs- und Regelungstechnik (ACIN):
Dr. Alois Zoitl (Leiter der Arbeitsgruppe ACON-Agile Control)
Gußhausstraße 27-29/376
1040 Wien
www.acin.tuwien.ac.at