Evolutionäres Domain-Engineering zur Entwicklung von Automatisierungssystemen

Abstract

Die Mehrfach­verwendung von Software gewinnt in der Prozess­auto­matisierung zunehmend an Bedeutung. Besonders kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) sehen die Mehrfach­verwendung als Möglichkeit, dem wachsenden Zeit- und Kostendruck zu begegnen. Der Mangel an existierender mehrfach verwendbarer Software, die sich für den Einsatz in Prozess­auto­matisierungs­systemen eignet, zwingt die Unternehmen dazu, solche Software selbst zu entwickeln. Die heute verfügbaren Domain-Engineering-Methoden zur Unterstützung der Entwicklung von Software für die Mehrfach­verwendung sind für allgemeine Softwaresysteme ausgelegt und für den Einsatz in Groß­unternehmen optimiert. Kleine und mittelständische Unternehmen, die Auto­matisierungs­systeme erstellen, benötigen Domain-Engineering-Methoden, die auf ihre finanziellen und personellen Möglichkeiten angepasst sind und die spezifischen Merkmale von Auto­matisierungs­systemen berücksichtigen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur iterativen Entwicklung mehrfach verwendbarer Software­komponenten und einer domänen­spezifischen Softwarearchitektur für Auto­matisierungs­systeme vorgestellt, das auf dem Evolutionsprinzip basiert. Das Konzept erlaubt die zeitliche Verteilung des Entwicklungsaufwandes durch das iterative Vorgehen. In den einzelnen Iterations­schritten werden Software­komponenten separat entwickelt. Dazu unterstützt das Konzept die frühe Zerlegung der Domäne in Sub-Domänen, aus denen die Software­komponenten entstehen, sowie die Integration der Software­komponenten zu einer domänen­spezifischen Software­architektur. Die Entwicklung erfolgt nach dem Vorbild von Domain-Engineering-Methoden. Bei der Entwicklung von Auto­matisierungs­systemen sind insbesondere die Vorgänge im zu auto­matisierenden technischen Prozess sowie die Einrichtungen, die zur Auto­matisierung notwendig sind, zu berücksichtigen. Um die relevanten Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Auto­matisierungs­systemen beim Domain-Engineering berücksichtigen zu können, wird ein Fragenkatalog eingesetzt. Er unterstützt bei der Analyse der Auto­matisierungs­aufgaben und der zur Auto­matisierung eingesetzten Einrichtungen. Das Konzept wird in einer Methodik umgesetzt, welche die Anwender mit definierten Aktivitäten und Produkten bei der evolutionären Entwicklung mehrfach verwendbarer Software unterstützt. Die Methodik führt zu einer zeitlichen Verteilung des Entwicklungs­aufwandes sowie zu einer frühen Nutzung von Teilergebnissen. Damit erfüllt sie die Grund­voraus­setzung für den Einsatz in KMU. Insbesondere bei der Analyse werden Automatisierungsaufgaben und Einrichtungen zur Automatisierung berücksichtigt. Dadurch wird die Berücksichtigung der für Auto­matisierungs­systeme relevanten Informationen bei der Entwicklung der mehrfach verwendbaren Software unterstützt.

Software reuse in modern industrial automation systems is gaining in importance. Small and medium-sized companies (SMC) in particular, see reuse as a possibility to lower costs and shorten time-to-market. The market lacks existing reusable software which is applicable for industrial automation systems. Therefore, companies are forced to develop reusable software on their own. The currently available Domain Engineering Methods to support the development of software for reuse are tailored for general software systems and optimized for the usage in large companies. SMCs developing software for industrial automation systems will need Domain Engineering Methods that fit their financial and personnel requirements and consider the specific features of industrial automation systems. In this thesis a concept for the iterative development of software components and a domain-specific software architecture will be introduced. It is based on the principle of evolution. The concept enables the temporal distribution of the development via iterative development. Within the single steps of iteration the software components will be developed separately. Therefore, the concept supports the early decomposition of the domain into sub-domains, from which software components will result. Further, the integration of these software components to a domain-specific software architecture is supported. The concept for the development of software components is modeled on domain engineering methods that consider common and variable features of legacy software. Software for industrial automation systems is mainly influenced by automation tasks and facilities necessary for automation. This leads to special properties, such as real-time constraints and access on computer hardware and peripheral hardware. To include the relevant commonalities and variabilites of software for industrial automation these special properties need to be considered during domain engineering. Therefore, domain engineering is extended by a catalogue of questions which support the analysis of the automation task and the facilities used for automation. The concept is used in a methodology that supports the customer with defined activities and products during the evolutionary development of reusable software. The conceived methodology leads to a temporal distribution of the development effort and to an early usage of partial results. Therefore, the basic pre-condition for the usage of the methodology for SMC is fulfilled. In addition, the methodology considers automation tasks and facilities used for automation especially during analysis. This enables the consideration of information which is relevant for software for industrial automation during the development of reusable software for industrial automation.