Embedded Systems

Effizienzsteigerung durch modellbasierte Software-Entwicklung

12. Juli 2011, Hilton Munich City Hotel

Nachbericht

Innovationen durch Embedded Systems
Zusammenarbeit mit Tieto, Siemens und der TU München
Über 100 Experten beim diesjährigen BAIKEM-Netzwerktreffen

Über 90 Prozent aller Prozessoren arbeiten nicht in herkömmlichen Computern sondern bilden als Teil von Embedded Systems die intelligenten Schaltzentralen für technische Anwendungen. Mit ihrer Hardware und Software übernehmen sie komplexe Steuerungs- und Überwachungsfunktionen. Erst so können systemspezifische Eigenschaften und neuartige Funktionalitäten elektronischer Produkte realisiert werden - wie etwa in Fahrerassistenzsystemen, Maschinensteuerungen oder medizinischen Geräten.

Embedded Systems sind unverzichtbarer Bestandteil aller Industriezweige, in denen Deutschland weltweit eine führende Position einnimmt - etwa im Automobilbau, in der dezentralen medizinischen Betreuung, im Maschinen- und Anlagenbau sowie für Smart Grids in der Energieversorgung. Sie übernehmen auch bei der Bewältigung globaler Herausforderungen eine zentrale Rolle, beispielsweise bei der Mobilität, dem demographischen Wandel, dem Umweltschutz und der Energieeffizienz.

„Embedded Systems gewinnen weiter an Bedeutung für zukünftige Innovationen", so Prof. Dr. Josef Nassauer, Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH, Nürnberg, zusammenfassend in seiner thematischen Einführung zum Kooperationsforum „Embedded Systems". Das Kooperationsforum wurde am 12. Juli 2011 zum dritten Mal gemeinsam von der Bayern Innovativ GmbH und der Tieto Deutschland GmbH ausgerichtet, unterstützt durch BICCnet Bavarian Information and Communication Technology Cluster, dem E4Y Embedded for You e. V. und dem Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Infrastruktur, Verkehr und Technologie.

Mehr als 100 Experten kamen nach München, um praxisnahe Einblicke in aktuelle technologische Entwicklungen zu geben und Kooperationen für neue Produktentwicklungen anzustoßen. Einen Überblick über zukünftige Trends und Herausforderungen erhielten die Teilnehmer durch die beiden Keynotes von Prof. Manfred Broy, Leiter des Instituts für Informatik an der TU München und Klaus Beetz, Corporate Research & Development, Siemens AG, München. Beide sind Co-Autoren der „Nationalen Roadmap Embedded Systems" des ZVEI.

Die nachfolgenden Inhalte sind wie folgt gegliedert:

Konvergenz zum „Internet der Dinge" als bestimmender Trend

Wichtige Trends im Bereich Embedded Systems sind das Konvergieren bisher autarker Systeme zum „Internet der Dinge" bzw. zu offenen „Cyber-Physical Systems". Klaus Beetz, Corporate Research & Development, Siemens AG, München, erläuterte in seinem Übersichtsvortrag diese Trends anschaulich aus Sicht der Wirtschaft. Embedded Systems der Zukunft sind keine Einzelsysteme mehr, sondern grundsätzlich miteinander vernetzt. So werden in heutigen PKWs bereits Funktionalitäten von mehr als 70 Steuergeräten synchronisiert. In Zukunft werden „Cyber Physical Systems" eine Vielzahl an Embedded Systems z. B. mit den Kommunikationsmöglichkeiten globaler digitaler Netze verbinden. Im Bereich Automotive wird „Car-to-X Kommunikation" es erlauben, nahezu in Echtzeit auf Informationen anderer Verkehrsteilnehmer oder aus der Infrastruktur zu reagieren. In nahezu allen Branchen werden somit vielfältige Produktapplikationen mit hohem wirtschaftlichen Potential und starker Innovationskraft möglich.

Embedded Software mit Schlüsselrolle für Gewährleistung der Funktionalität

In vielen Anwendungen von Embedded Systems in Produkten sind Fehlerfreiheit, Ausfallsicherheit und oft auch Echtzeitanforderungen zu gewährleisten. Teilweise gilt es -insbesondere in Luft- und Raumfahrt - die zuverlässige Arbeitsweise auch unter extremen Umgebungsparametern (Temperatur, Vibration, ...) sicher zu stellen. Bei mobilen Endgeräten sind Ressourcen wie Gewicht, Bauraum und Leistungsaufnahme zunehmend scharfe Randbedingungen.

Der Entwicklung der Embedded Software kommt dabei eine Schlüsselrolle zu, um diese Eigenschaften in Produktapplikationen zu integrieren. Zentraler Aspekt ist dabei das Zusammenspiel mit elektronischen und mechanischen Systemen, mit anderen umgebenden IT-Systemen, und - z. B. bei Assistenzsystemen - mit der Schnittstelle zum Menschen.

Bisher wurde Embedded Software oft textbasiert für eine Anwendung und eine Hardware programmiert, was bei Zunahme der Funktionalitäten zu sehr komplexen, unüberschaubaren Programmen führt. Allein in einem Auto sind heute bis zu 100 Millionen Programmierzeilen für die Steuergeräte nötig.

Modellbasierter Softwareentwicklung gehört die Zukunft

Mit der Zunahme des Programmierumfanges setzt nun der Trend klar auf modellbasierte Systeme mit graphischen Editoren und automatischer Codegenerierung. Mit diesem Ansatz wird eine bessere Modularisierung erreicht und es reduzieren sich Umfang und Komplexität der Software. Gleichzeitig führt die Wiederverwendung von Modulen zu einer Kosten- und Zeitreduktion bei der Software-Entwicklung. Zudem können durch die Modellierung Fehler schon vor der Implementierung in die Hardware erkannt werden, wodurch die Qualität von Embedded Systems in den jeweiligen Anwendungen steigt. Prof. Dr. Manfred Broy erläuterte all diese Vorteile detailliert mit Beispielen aus dem Bereich Automotive und aktuellen Forschungsarbeiten.

Mit einer praktischen Demonstration des graphischen Editors ROOM zeigten Thomas Jung, Senior Software Architect der Tieto Deutschland GmbH, und Thomas Schütz, Geschäftsführer der Protos GmbH, anschaulich die Vorteile einer derartigen modellbasieren Programmierung.

Für das methodische Vorgehen bei der Software-Modellierung werden kontinuierlich neue innovative Werkzeuge, Tools und Verfahren entwickelt. Die von Robert Schachner, Geschäftsführer der RST Automation GmbH in Ottobrunn, vorgestellte Middleware GAMMA erlaubt es, Software-Applikationen unabhängig von Hardware und Betriebssystem zu entwickeln. Das bringt Vorteile, z. B. im Maschinenbau, wenn während des relativ langen Anlagenbetriebes Hardware auf Grund von Defekten ersetzt werden muss, die aber in der bisherigen Version nicht mehr verfügbar ist oder wenn für Produktweiterentwicklungen neue Hardware eingesetzt werden soll. Somit muss dann nur die Middleware und nicht die gesamte Software ersetzt bzw. neu programmiert werden.

Anhand einer konkreten Modellierung mit der Unified Modeling Language UML zeigte Andreas Foltinek, Leitung Vertrieb und Produktstrategie bei der IMACS GmbH, Kornwestheim, exemplarisch die Einfachheit der graphischen Modellierungssprache für die Spezifikation, Konstruktion und Dokumentation von Teilen von Softwaresystemen. UML zählt heute bereits zu den dominierenden, weil effektivsten, Sprachen für diese Art der Modellierung - von der modellbasierten Analyse über das Design und der Implementierung bis hin zur automatischen Code-Generierung.

Michael Deubzer, Mitgründer und Leiter der Forschung und Entwicklung von Timing Architects in Regensburg, einem Spin-Off des Laboratory for Safe and Secure Systems (LaS³) der Hochschule Regensburg, stellte ein neuartiges intelligentes Simulations-Tool vor, mit dem die Echtzeiteigenschaften eingebetteter Multicore Systeme untersucht und optimiert werden können. Entwicklungskosten und Entwicklungsdauer für Embedded Software lassen sich so signifikant reduzieren. Da sich ferner auch die Hardware-Ressourcen deutlich effizienter nutzen lassen, sinken die Stückkosten. Mit dieser Geschäftsidee zählten Timing Architects zu den Gewinnern im Business-Plan-Wettbewerb für Nordbayern 2011.

Embedded Systems ist ein Paradebeispiel für die Funktionsweise der Netzwerkarbeit - auch meist im Verborgenen. Hier sei ein typisches Beispiel erwähnt: Der Kongress „Smart Grids und Elektromobilität" im März 2011 im SiemensForum in München hat bei den Beteiligten das Interesse geweckt, die Zusammenarbeit mit Bayern Innovativ im Bereich Embedded Systems auszubauen. So konnte Klaus Beetz für dieses Netzwerktreffen gewonnen werden und Prof. Broy über die Cluster-Arbeit. Gemeinsam wird die Idee verfolgt, die Automobilindustrie über den Cluster Automotive als Vorreiter für modellbasierte Softwareentwicklung zu erschließen.

Angesichs der Dynamik in der Entwicklung von Embedded Systems ist das BAIKEM-Netzwerktreffen 2012 zusammen mit Tieto Deutschland bereits fest terminiert.

Ansprechpartner:
- Jürgen Frickinger
- Dr. Rupert Tkotz