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Design of Sustainable Solutions for Process Visualization in Industrial Automation with Model-Driven Software Development

Jörg Vogt Verlag,
Buch
49,00 € Lieferbar in 2-3 Tagen

Kurzbeschreibung

Unter Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) wird das Überwachen und Bedienen technischer Produktionsprozesse verstanden. Handelsübliche SCADA-Systeme erzeugen Lösungen auf Basis plattformspezifischer Terminologien. Daraus folgt eine enge Verzahnung funktionaler Inhalte mit Aspekten ihrer technischen Realisierung. Plattformen, auf denen SCADA-Lösungen genutzt werden, entstammen zunehmend dem Endverbrauchermarkt und unterliegen damit einer hohen Innovationsrate. Sich ändernde Plattformeigenschaften ziehen selbst bei gleichbleibenden funktionalen Inhalten eine Neuentwicklung dieser Lösungen nach sich. Die Einsatzzeit der SCADA-Lösungen ist somit verglichen mit der der industriellen Anlagen gering. Die modellgetriebene Software-Entwicklung bietet einen vielversprechenden Ansatz zur Erzeugung nachhaltiger SCADA-Lösungen, indem sie funktionale Inhalte von Aspekten ihrer technischen Realisierung auf Basis Domänenspezifischer Sprachen erlaubt.
Diese Arbeit schlägt zur Lösung der genannten Problemstellung die domänenspezifische Werkzeugkette Movisa vor. Zentraler Bestandteil ist eine domänenspezifische Modellierungssprache, die funktionale Inhalte von SCADA-Lösungen zu beschreiben vermag. Dazu stellt sie Sprachmittel für die Beschreibung der Benutzungsschnittstelle sowie der Prozessdaten und Kommunikationsbeziehungen zur Verfügung. Aufgrund der Vielfalt technischer Prozesse enthält sie außerdem eine Executable UML-Realisierung, um die damit verbundenen Anforderungen zu adressieren. Mittel der Modellverifikation und -integritätsprüfungen ermöglichen die Identifizierung von Fehlern bereits in frühen Entwurfsphasen und garantieren die Korrektheit der Modelle. Transformationsregeln enthalten die Aspekte der technischen Realisierung. Hinsichtlich einer automatischen Erzeugung der Laufzeitartefakte werden diese den Movisa-Modellen zugeführt. Weitere Transformationen verarbeiten Movisa-Modelle, um den Modellierer in seinen Aufgaben zu unterstützen und damit den Entwicklungsaufwand zu reduzieren. Die mit diesen Komponenten verbundene Komplexität bleibt dem Modellierer durch einen high-fidelity Arbeitsraum im vorgeschlagenen Werkzeug verborgen. Dies ermöglicht das Arbeiten mit einer Terminologie, die sich nah am Lösungsraum des jeweiligen Problems befindet. Über eine low-fidelity Schnittstelle erhalten Engineering-Werkzeuge Zugriff auf das Movisa-Modell.
Fallstudien aus verschiedenen Anwendungsfeldern der Domäne Produktionsautomatisierung belegen, dass die vorgeschlagene domänenspezifische Sprache imstande ist, SCADA-Lösungen zu beschreiben. Die Nachhaltigkeit dieser Lösungen ist unter anderem durch automatische Transformationen, durch Wiederverwendung der Modelle und Transformationen in späteren Projekten sowie durch die Pflege nur eines Werkzeugs sichergestellt. Als Quintessenz dieser Arbeit wird festgestellt, dass modellgetriebene Ansätze zur Softwareentwicklung zwar vor dem Hintergrund der Bereitstellung effizienter Werkzeuge herausfordernd sind. Doch zeigen sie sich vielversprechend für den Entwurf nachhaltiger Softwarelösungen.
Industrial facilities are supervised using dedicated Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) applications. These applications, however, suffer from being developed using platform specific terminologies which cause that their operative characteristics are strongly merged with aspects of the technical realization. Platforms executing these applications are characterized by short innovation cycles, thus, decreasing the lifetime of SCADA applications. Industrial facilities, however, are required to be in operation for decades which possibly requires repeated redevelopment of these applications even if the operative characteristics remain the same. Model driven techniques are promising design approaches to foster sustainability of SCADA applications: They separate operative characteristics from their technical realization using Domain Specific Languages.
This thesis proposes the domain specific modeling workbench Movisa. Its core consists of a domain specific modeling language enabling to capture operative characteristics of SCADA applications. For this purpose, it contains building blocks to create user interfaces, process data and communication relationships with automation specific data servers, and it allows to express custom functionality through an Executable UML realization. Language Constraints and model-integrity checks allow to identify errors in early design stages and ensure the correctness of models. Transformation rules capture aspects of the technical realization: They allow to process Movisa models either to modify these models or to automatically create runtime artifacts. In this context, different kinds of transformations are provided in order to support modelers in their assignments and, thus, to reduce the overall development effort. This complexity is encapsulated behind a high-fidelity modeling interface to be exploited by domain experts. It allows to solve problems with a common terminology that is very close to the respective solution space. Furthermore, engineering tools are able to populate Movisa models via the low-fidelity tool interface.
Case studies from different fields of the domain production automation prove the language to be able to describe SCADA applications, thus, meeting related requirements of industrial automation. Sustainability of these applications can be ensured, among others, through automatic transformations, by reusing models and transformations in future projects and through having only one tool to master. The quintessence of this thesis is that even though model driven approaches are challenging with respect to provide effective tool environments, they are very promising means for creating sustainable software designs.

Details
Schlagworte

Titel: Design of Sustainable Solutions for Process Visualization in Industrial Automation with Model-Driven Software Development
Autoren/Herausgeber: Stefan Hennig
Ausgabe: 1. Auflage

ISBN/EAN: 9783938860496

Seitenzahl: 298
Format: 21 x 14,8 cm
Produktform: Taschenbuch/Softcover
Gewicht: 298 g
Sprache: Englisch

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