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Entwicklungssystematik zur Integration von Eigenschaften der Selbstheilung in Intelligente Technische Systeme : = Design framework for the integration of self-healing properties into intelligent technical systems
ger: Intelligente Technische Systeme kombinieren Sensorik, Aktorik und die Selbstregulationzu intelligenten Regelkreisen. Diese Systeme lösen selbstständig komplexe Aufgaben in ihrer Anwendungsdomäne. Dabei agieren sie situativ und zielführend. Derartige Systeme eröffnen neue Möglichkeiten in der Produktion oder in der Mobilität. Mit diesen Nutzenpotenzialen geht die Zunahme der Komplexität einher. Sie stellen neue Anforderungen an die Verlässlichkeit. Ein Lösungsansatz bietet die Integration von Selbstheilungseigenschaften. Selbstheilende Systeme überwachen ihren Gesundheitszustand, detektieren selbstständig Beeinträchtigungen und können ihre intendierte Funktion aufrechterhalten oder wiederherstellen. Diese Systeme sind wandlungsfähig, robust, lernfähig, redundant und verteilt. Übergeordnetes Ziel ist die Steigerung der Resilienz und Autonomie. Eine durchgehende Systematik zur Entwicklung dieser selbstheilenden Systeme existiert bisher nicht. Diese Systematik ist Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Ihr Einsatz ist für ein interdisziplinäres Entwicklungsteam konzipiert. Die Systematik führt die Bereiche Selbstheilung, Data-Driven Systems Engineering und Virtuelle Testbeds zusammen. Das Ergebnis ist ein Selbstheilungskonzept, eine Entwurfstechnik, sowie eine Werkzeugumgebung zum Szenario-basierten Trainieren und Testen. Ein Vorgehensmodell führt diese Bestandteile zu einer Systematik zusammen und macht sie für Dritte anwendbar. Die Anwendung der Systematik ist anhand eines autonomen Fahrzeugs gezeigt.
eng: Intelligent Technical Systems combine sensors, actuators, and self-regulation to intelligent control loops. These systems solve complex tasks in their operational domain. They act situational and goal-oriented. Intelligent Technical Systems open up fascinating opportunities in multiple domains such as industrial production or mobility. These benefits come with an increase in system complexity and new requirements on dependability and resilience. One solution is the integration of self-healing properties. Self-healing systems are able to monitor their health state and recover from malfunction. These systems are versatile, robust, redundant, distributed and they can learn from experience. The overall goal is to increase systems resilience and autonomy. A design framework for self-healing systems does not yet exist. This framework is main contribution of the present work. The framework is designed for an interdisciplinary development team. It brings together the areas of self-healing concepts, data-driven systems engineering and virtual testbeds. The result is an architectural blueprint for self-healing systems, a design technique, and a tool environment for scenario-based training and testing using advanced monkey testing techniques. A process model brings these parts together and makes them applicable. Several demonstrators show the application of the design framework.