Problemstellung und Ziele

Modulare Maschinenkonzepte nach dem Baukastenprinzip ermöglichen es, durch die Konfigurierung einer relativ kleinen Anzahl standardisierter und aufeinander abgestimmter Baugruppen und Komponenten rasch und wirtschaftlich individuelle Kundenanforderungen zu erfüllen. Rechnerunterstützte Werkzeuge, die den Entwickler bei der Erstellung der Steuerungssoftware für solche Baukastensysteme insbesondere im Hinblick auf Variantenbildung und -pflege effizient unterstützen, fehlen jedoch bislang.
Häufig praktizierte Vorgehensweise zur Software-Wiederverwendung ist daher die Übernahme eines kompletten Vorgängerprojekts und die Anpassung an die neue Problemstellung. Kritisch bei dieser Vorgehensweise ist, daß häufig aufgrund mangelnder Kenntnis von Implementierungsdetails lediglich neue Funktionalitäten ergänzt werden. Das Löschen nicht mehr benötigter Funktionalitäten unterbleibt aus Furcht, Fehler im scheinbar funktionierenden System hervorzurufen. In der Folge wird die Software immer schwerer verständlich und Änderungen führen zu unkontrollierbaren Auswirkungen im Betrieb der Maschine oder Anlage.
Der Softwaretest erfolgt in vielen Fällen außerhalb des Entwicklungsbereichs bei der Inbetriebnahme der Gesamtmaschine vor Ort. Veränderungen während des Tests lassen sich oft nicht mehr genau einer Standardversion bzw. Variante zuordnen und daher rückführen. Durch Kopieren wiederverwendete Softwareteile sind oftmals schwer identifizierbar.
Ein weiteres Problemfeld stellt die unzureichende Durchgängigkeit derzeit eingesetzter Beschreibungs-methoden und Werkzeuge dar:

Strukturierungsprinzipien von Baukastensystemen werden oftmals nicht abteilungsübergreifend eingehalten, so daß Softwarebausteine nicht kongruent zu den vom Vertrieb und der mechanischen Konstruktion projektierten, realen Baugruppen eingesetzt werden können.
Es fehlt ein durchgängiger, rechnergestützter Informationsfluß, so daß Informationen redundant erfaßt werden und eine entwicklungsbegleitende Dokumentation von Maschinenfunktion und Software nur bedingt möglich ist.
Das Programmierkonzept der IEC 61131-3 und darauf basierende Programmierwerkzeuge unterstützt zwar die Wiederverwendung von Funktionsbausteinen (FB), bietet jedoch aufgrund fehlender Softwareentwurfsmethodik keine Unterstützung für die Wiederverwendung von Softwarearchitekturen.

Ziel

Ziel von MoWiMa ist es daher, Voraussetzungen für die bessere und effizientere Wiederverwendbarkeit von Software für die Realisierung maschinennaher Steuerungsfunktionen im Maschinen- und Anlagenbau zu schaffen. Es sollen Entwicklungskosten und -zeiten gesenkt sowie Softwarequalität und Flexibilität gesteigert werden. Zu diesem Zweck soll im Rahmen des Projekts ein geeignetes, rechnergestützes Werkzeug (CASE (Computer Aided Software Enginering) - Tool) prototypisch realisiert und den Maschinenherstellern zum industriellen Piloteinsatz zur Verfügung gestellt werden.
Wichtig hierbei ist, die Softwareeerstellung als integralen Bestandteil des gesamten Engineering-Prozesses zu betrachten und hierfür ein geeignetes Informationsmodell sowie Methoden und Werkzeuge für ein effizientes Informationsmanagement zu schaffen. Komponenten des Informationsmodells sollen “mechatronische Objekte” sein (z.B. Gegenspindel einer Drehmaschine, denen sowohl bauliche (Mechanik, Gerätetechnik) und funktionale Eigenschaften (z.B. Referenzpunktfahrt), Dokumente unterschiedlicher Medien (z.B. auch Hypertextdokumente oder Videos) sowie Steuerungshard- und softwarebausteine zugeordnet werden können. Für eine effiziente Wiederverwendung sollen sie in einer Baukastenbibliothek definiert und bei der Maschinenkonfigurierung (Auftragsbearbeitung) beliebig instanziiert werden können. Gepaart mit diesem Informationsmodell sollen systematische und innovative Methoden erarbeitet werden für (Bild):

auftragsneutrales, komponentenorientiertes Engineering durch die interdisziplinäre Modularisierung und Modellierung sowie auftragsneutrale Maschinentypbeschreibung in Form von Baukastensystemen,
auftragsspezifisches, komponentenorientiertes Engineering durch die baukastenunterstützte Bildung konkreter Maschinenkonfigurationen und hieraus die Konfigurierung der Steuerungssoftware. Die Konfigurierung von Steuerungshardware, elektronischer Dokumentation sowie weiteren Informationssystemen, wie z.B. für Diagnose- und Service, sollten ebenfalls, wenngleich nicht schwerpunktmäßig, Beachtung finden.

Für die effiziente Erstellung der Steuerungssoftware sollen, aufbauend auf dem Informationsmodell, geeignete, auf die Bedürfnisse im Maschinen- und Anlagenbau angepaßte, objektorientierte Methoden erarbeitet werden.

Lösungsansatz

Der Lösungsansatz von MoWiMa basiert hier auf der Nutzung und Konkretisierung universeller Modellierungsansätze aus der objektorientierten Softwaretechnik (Unified Modeling Language, Frameworks, Klassenhierarchie mit Vererbung), woraus eine problemorientierte und für die Werkzeugunterstützung zugeschnittene Modellierungsmethode erarbeitet wurde (Bild 3). Des weiteren wurden die bereits in der Steuerungsprogrammerstellung bekannten Ansätze der hierarchischen Gliederung von Maschinen und Anlagen in Funktionsobjekte (Funktionsgruppen und -einheiten) und deren Modellierung mit Zustandsgraphen sowie der Programmierung nach IEC 61131-3 genutzt. Diese Ansätze wurden speziell auf die Problemstellungen der Konstruktion und Steuerungstechnik für Baukastensysteme erweitert.

Abschlußbericht

Abschlußpräsentation des BMBF-Verbundprojekts MoWiMa:
30. April 1998, VDMA Frankfurt/Main (PDF, 1513 KB)

Projektpartner

Maschinenhersteller

Software-Häuser

Infoteam Software GmbH Bubenreuth und
Industrielle Steuerungstechnik GmbH (ISG) Stuttgart.

Komplettiert wird der Verbund durch die

Forschungs- und Ingenieurgesellschaft für Steuerungstechnik GmbH (FISW) Stuttgart