Neues Simulationsverfahren findet Fehler in komplexen Systemen

Mit dem neuen Simulationsverfahren, das gemeinsam von der TU Kaiserslautern und dem Fraunhofer IESE entwickelt wurde, können Entwickler und Konstrukteure feststellen, in welcher Kombination Hard- und Softwarekomponenten fehlerfrei zusammenarbeiten. Darüber hinaus lässt sich die Reaktion von sicherheitskritischen Systemen beim Auftreten von Fehlern untersuchen. Ein Beispiel hierfür sind Automobile, die heute aus einer Vielzahl von verschiedenen Hardware- und Softwarekomponenten bestehen. So erkennen beispielsweise Sensoren an den Rädern, ob sie blockieren oder rutschen, und andere Sensoren überprüfen die Funktionsfähigkeit der Bremsen. In diesem Beispiel kommunizieren die eingesetzten Systeme gleichzeitig miteinander.

Da sich Softwaresysteme aus vielen verschiedenen Komponenten zusammensetzen, müssen Entwickler ihre Kompatibilität prüfen, bevor sie verwendet werden. „Dies wird mit neuer Hard- und Software jedoch immer komplexer. Es gibt unzählig viele Möglichkeiten, solche Systeme miteinander zu kombinieren. Dabei muss auch immer die Frage beantwortet werden, ob die Technik mit den gewünschten Anforderungen fehlerfrei läuft“, erklärt Matthias Jung, Doktorand am Lehrstuhl für Entwurf Mikroelektronischer Systeme von Professor Dr. Norbert Wehn an der Technischen Universität Kaiserslautern.

Simulationsplattform überprüft Kompatibilität von komplexen Systemen

Gemeinsam mit einem Team um Dr. Thomas Kuhn vom Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering entwickelten die Forscher in dem Kaiserslauterer Leistungszentrum „Simulations- und Software-basierte Innovation“ ein neues Verfahren, das auch auf der diesjährigen CeBIT in Hannover gezeigt wurde. „Mit unserer Simulationsplattform FERAL – Fast Evaluation on Requirements and Architectural Level – können wir schon während der Entwicklung überprüfen, ob die Hard- und Softwarekomponenten zusammen funktionieren werden“, erläutert Dr. Kuhn, der am Fraunhofer IESE die Abteilung „Embedded Software Engineering“ leitet.

„Wir können hiermit verschiedene Szenarien durchrechnen, sei es für bereits bestehende Systeme oder für neue Varianten. Außerdem können wir in unserer virtuellen Plattform zum Beispiel Software und Hardware testen, die es noch gar nicht gibt“, betont Dr. Kuhn. Mit dem neu entwickelten Verfahren können die Wissenschaftler auch mögliche Fehler aufspüren, die in der Technik eingebaut sind. „Das macht die Methode für die virtuelle Produktentwicklung interessant“, ergänzt Matthias Jung von der TU Kaiserslautern.

Die Simulationsplattform können mittelständische Unternehmen wie auch Konzerne als Dienstleistung nutzen. Unternehmen der Nutzfahrzeugindustrie und des Anlagenbau haben bereits mit dem Team um Dr. Kuhn und Jung kooperiert.  Die Technik eignet sich besonders zum Testen von eingebetteten Systemen. Diese Mikrocomputer, die mit ihrer technischen Umgebung kommunizieren, sind inzwischen in einer Vielzahl von Produkten integriert, beispielsweise in Autos, Flugzeugen, Industrierobotern, aber auch Smartphones, Herzschrittmachern oder Dialysegeräten. Außerdem können die Wissenschaftler mithilfe des Systems die Reaktion von sicherheitskritischen Systemen beim Auftreten von Fehlern untersuchen, wie sie in Flugzeugen oder auch industriellen Produktionsanlagen in der Industrie auftreten.

Das Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering IESE in Kaiserslautern gehört zu einem der führenden Forschungseinrichtungen im Bereich der Software- und Systementwicklungsmethoden. Die Produkte der Kooperationspartner werden wesentlich durch Software bestimmt, die Einsatzfelder reichen von Automobil- und Transportsystemen über Automatisierung und Anlagenbau, Energiemanagement, Informationssysteme und Gesundheitswesen bis hin zu Softwaresystemen für den öffentlichen Sektor. Der Vorteil der Lösungen liegt darin, dass sie flexibel skalierbar sind.

Autor: Stefan Girschner