Geprüfte Sicherheit für Industrie 4.0 durch effiziente Fehlereffektsimulation

Fertigungsanlagen der Zukunft, die sogenannten Cyber Physical Production Systems für Industrie 4.0, sind hochkomplexe, intelligente Systeme mit einer Vielzahl von Komponenten, die reibungslos ineinander greifen müssen. Noch komplexer ist die eingebettete Software, die diese Systeme steuert. Was passiert jedoch, wenn z. B. in einer Robotersteuerung einzelne Chips in den Steuergeräten ausfallen, wenn ein Motor aufgrund eines Lagerschadens überhitzt oder ein Sensor fehlerhafte Daten liefert? Lässt sich die Steuerungssoftware dieser Systeme so entwickeln und testen, dass bei Fehlern in einer oder mehreren Komponenten das gesamte System stets in einem sicheren Zustand verbleibt? Ist damit sichergestellt, dass Menschen im Umfeld nicht zu Schaden kommen und teure Bauteile wie z. B. Motoren oder Roboterarme nicht zerstört werden?

In einem Verbund von sieben Partnern entwickelt das Forschungsvorhaben EffektiV hierfür Methoden und Werkzeuge zur Fehlereffektsimulation, um in frühen Entwurfsphasen die Auswirkungen von Fehlern unter Verwendung virtueller Prototypen zu analysieren. Dadurch lässt sich die Steuerungssoftware gegenüber verschiedensten Fehlern durch umfangreiche Stresstests absichern. Damit wird sogar eine umfassende Betrachtung aller relevanten Fehlerszenarien frühzeitig möglich. Iterationen mit kostspieligen Nachbesserungen, eingeschränkte Funktionalität oder gar die Gefährdung des Produkterfolgs mit der einhergehenden Beeinträchtigung der Wettbewerbsfähigkeit können so vermieden werden.
Die zu entwickelnde Fehlereffektsimulation wird es erlauben, die Reaktion komplexer Systeme für die Fertigung der Zukunft genauso wie für Systeme der Automobil- und Sicherheitstechnik auch gegen solche Fehler abzusichern, die in den bisherigen Tests mit realen Hardware-Aufbauten kaum oder gar nicht durchgespielt werden können. Dadurch wird die Sicherheit der Systeme, trotz ihrer schnell wachsenden Komplexität, weiter erhöht. Zudem wird die effiziente Entwicklung sicherer, zuverlässiger und robuster Produkte z. B. gemäß der Normen IEC 61508 und ISO 26262 entscheidend unterstützt. EffektiV betrachtet dabei alle relevanten Komponenten entlang der Wertschöpfungskette. Damit können zukünftig frühzeitige und umfassende Aussagen über das Systemverhalten im Fehlerfall gemacht werden und bereits in die Produktentwicklung einfließen. EffektiV ermöglicht so eine Erhöhung der Innovationsgeschwindigkeit und damit einen zusätzlichen Wettbewerbsvorteil auf dem Gebiet sicherheitssensibler Systeme.

Das OFFIS agiert in EffektiV als Unterauftragnehmer zu Bosch beim objektorientierten Entwurf komplexer heterogener HW/SW-Systeme. Thematisiert werden die Abstraktion und Modellierung physikalischer Fehler. Hierbei wird das international anerkannte OFFIS Know-how aus diversen Forschungsprojekten und Industriekooperationen im Bereich der formalen Spezifikation und Verifikation sowie im Entwurf komplexer heterogener HW/SW-Systeme ein eingebracht und ausgebaut. Dabei stellt das Institut für Informatik OFFIS den Transfer von Wissen und Methoden in die Forschung und Lehre sicher.