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Cyber-Physical Systems Qualitativer Ansatz für mehr Sicherheit in modernen Systemen

| Redakteur: Johann Wiesböck

Um gestiegenen Anforderungen an Qualität und Sicherheit gerecht zu werden, hat der Forschungsbereich Cyber-Physical Systems (CPS) des DFKI im Projekt SPECifIC einen innovativen Entwurfsablauf entwickelt, um mögliche Fehler in Designs früh zu erkennen.

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Im Projekt SPECifIC sieht der Wissenschaftlichen Beirat des DFKI einen signifikanter Beitrag zum Fortschritt in der Systementwicklung. Auf der CeBIT wurde SPECifIC anhand eines Zugangskontrollsystems für einen Flughafen demonstriert
Im Projekt SPECifIC sieht der Wissenschaftlichen Beirat des DFKI einen signifikanter Beitrag zum Fortschritt in der Systementwicklung. Auf der CeBIT wurde SPECifIC anhand eines Zugangskontrollsystems für einen Flughafen demonstriert
(Bild: DFKI/Annemarie Hirth)

In den letzten Jahrzehnten wurden enorme Fortschritte in der Computertechnik erzielt. Ergebnis dieser Entwicklung sind höchst komplexe eingebettete und cyber-physische Systeme, die heute in Form von Mikrochips in nahezu allen Bereichen unseres täglichen Lebens zum Einsatz kommen – in Smartphones, Kaffeemaschinen und elektrischen Zahnbürsten genauso wie in sicherheitskritischen Anwendungen, etwa in Zügen, Flugzeugen oder medizinischen Implantaten.

Vor der Produkteinführung müssen diese Systeme in unzähligen Tests auf ihre Korrektheit überprüft werden, was aufgrund ihrer Komplexität inzwischen bis zu 40 Prozent der gesamten Entwicklungszeit ausmachen kann. Um bereits in der Entwurfsphase die korrekte Funktionalität der Systeme sicherstellen zu können, haben die Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) im Forschungsbereichs Cyber-Physical Systems unter Leitung von Prof. Dr. Rolf Drechsler im Projekt SPECifIC einen qualitätsgetriebenen und flexiblen Entwurfsablauf samt passender Werkzeugunterstützung entwickelt. Dieser ist insbesondere für die Chipindustrie von Interesse, da sich auf diese Weise Zeit und Kosten bei der Chipentwicklung sparen lassen.

SPECifIC-Entwurfsablauf setzt auf mehreren Ebenen an

Auf der ersten Entwurfsebene werden die Anforderungen an das System in natürlicher Sprache formuliert. So können alle Beteiligten – Entwickler, Projektleiter, Kunden etc. – zu einem gemeinsamen Verständnis des zu entwickelnden Produkts kommen. Zwischen den natürlichsprachlichen Anforderungen und deren Realisierung auf einem Chip oder in einem Programm klafft jedoch eine große Lücke in puncto Ausdrucksstärke und Genauigkeit. Dadurch besteht die Gefahr, dass die Implementation die gewünschten Anforderungen letztlich nicht erfüllt.

Die CPS-Wissenschaftler haben daher Verfahren entwickelt, um diesen fehlerträchtigen Schritt – von der Anforderungsformulierung bis hin zur Implementierung – in handhabbare Teilschritte aufzuteilen. Diese Verfahren basieren auf dem Konzept einer formalen Spezifikationsebene, welche durch die Einführung modellbasierter Anforderungsspezifikationen die jeweils nützlichen Eigenschaften der natürlichen Sprache und der Implementierung kombiniert.

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