An architecture for model behavior generation for multiple simulators

Durch die steigende Produktvielfalt nimmt die Komplexität bei der Entwicklung technischer Systeme zunehmend zu. Demgemäß ist das Management von Systemvarianten ein zentraler Aspekt bei der Untersuchung vielgestaltiger Systeme mit Methoden der Modellbildung und Simulation (M&S). Sind die zu untersuchenden Systeme modular-hierarchisch aufgebaut, ist das System Entity Structure (SES) / Model Base (MB)-Framework ein adäquater und etablierter Ansatz zum Variantenmagement in der M&S. Dieser Ansatz basiert auf einer strikten Trennung von Systemvarianten oder Systemstrukturen einerseits und wiederverwendbaren und parametrierbaren Basiskomponenten andererseits. Verschiedene Systemstrukturen, Systemvarianten sowie unterschiedliche Systemparametrierungen werden als Systemkonfigurationen bezeichnet. Während die Systemkonfigurationen in einer SES dargestellt werden, werden Basiskomponenten von Modellen in einer MB organisiert. Die SES ist eine spezielle Baumstruktur und die Basiskomponenten repräsentieren dynamische Systeme mit definierten Ein- und Ausgangsschnittstellen. Der allgemeine SES/MB-Ansatz beschreibt die SES als eine Ontologie zur domänenübergreifenden und simulatorunabhängigen Spezifikation von Systemkonfigurationen. Der domänenübergreifende Charakter der SES wird durch eine Vielzahl praktischer Anwendungen bestätigt. Bisherige softwaretechnische Umsetzungen des SES/MB-Frameworks zeigen, dass die Organisation der MB dahingehend immer simulatorspezifisch erfolgt. Weiterhin weisen Implementationen des SES/MB-Frameworks auch bei der SES Simulatorabhängigkeiten auf, nämlich beim Referenzieren und Parametrieren von Basiskomponenten der MB. Diese Beschränkungen sind nicht von Belang, wenn nur eine spezifische M&S Umgebung zum Einsatz kommt. Diese Arbeit zielt darauf ab, diese Beschränkung zu überwinden und eine von einer M&S-Umgebung unabhängige Modellgenerierung zu unterstützen. Komplexe und vielgestaltige Systeme, wie zum Beispiel Cyber-Physical Systems (CPS), bestehen aus Komponenten verschiedener technischer Domänen. Komponenten werden mit unterschiedlichen und oft domänenspezifischen M&S Umgebungen modelliert und simuliert. Zur Generierung eines Gesamtsystemmodells müssen in der MB Komponenten für verschiedene M&S Umgebungen organisiert werden. Weiterhin muss auch die Spezifikation von Systemkonfigurationen in der SES echt simulatorunabhängig sein. Zur simulatorübergreifenden M&S mit dem SES/MB-Framework werden in der Arbeit verschiedene Methoden entwickelt. Zur simulatorunabhängigen Organisation einer MB werden zwei Ansätze vorgestellt. Ein Ansatz propagiert die Erweiterung der MB um eine spezielle Softwarekomponente, während der zweite Ansatz auf das Functional Mock-up Interface (FMI) aufbaut. FMI ist ein Schnittstellenstandard für Modelle und ist im Ingenieursbereich stark verbreitet. Weiterhin werden Konzepte zur Simulatorunabhängigkeit der Spezifikation einer SES und zur automatisierten Auswahl von Konfigurationsvarianten auf Basis der SES entwickelt. Alle Ansätze werden in eine erweiterte SES/MB-basierte Softwarearchitektur eingebettet. Diese unterstützt eine Automation von Simulationsstudien beginnend bei der Auswahl von Systemkonfigurationen bis zur Generierung und Ausführung von Simulationsmodellen unter Nutzung verschiedener M&S Umgebungen. Zur Evaluierung der entwickelten Methoden erfolgten umfangreiche softwaretechnische Umsetzungen, die konzeptionell aufgezeigt werden. Weiterhin wird die Anwendung aller Konzepte anhand von Use-Cases aus verschiedenen Domänen gezeigt und evaluiert. Die Use-Cases unterstreichen die system- und domänenübergreifende Funktionalität der entwickelten Methoden. Insgesamt wird mit der Arbeit ein Beitrag zum simulatorunabhängigen Variantenmanagement und zur Automation von Simulationsstudien von Modellen modular-hierarchischer und vielgestaltiger Systeme geleistet.