Feature-based formalisms provide an elegant way to specify families of systems that share a base functionality and differ in certain features. They can also facilitate an all-in-one analysis, where all systems of the family are analyzed at once on a single family model instead of one-by-one. This paper presents the basic concepts of the tool ProFeat, which provides a guarded-command language for modeling families of probabilistic systems and an automatic translation of family models to the input language of the probabilistic model checker PRISM. This translational approach enables a family-based quantitative analysis with PRISM. Besides modeling families of systems that differ in system parameters such as the number of identical processes or channel sizes, ProFeat also provides special support for the modeling and analysis of (probabilistic) product lines with dynamic feature switches, multi-features and feature attributes. By means of several case studies we show how ProFeat eases family-based modeling and compare the one-by-one and all-in-one analysis approach.

The concept of features provides an elegant way to specify families of systems. Given a base system, features encapsulate additional functionalities that can be activated or deactivated to enhance or restrict the base system’s behaviors. Features can also facilitate the analysis of families of systems by exploiting commonalities of the family members and performing an all-in-one analysis, where all systems of the family are analyzed at once on a single family model instead of one-by-one. Most prominent, the concept of features has been successfully applied to describe and analyze (software) product lines. We present the tool ProFeat that supports the feature-oriented engineering process for stochastic systems by probabilistic model checking. To describe families of stochastic systems, ProFeat extends models for the prominent probabilistic model checker Prism by feature-oriented concepts, including support for probabilistic product lines with dynamic feature switches, multi-features and feature attributes. ProFeat provides a compact symbolic representation of the analysis results for each family member obtained by Prism to support, e.g., model repair or refinement during feature-oriented development. By means of several case studies we show how ProFeat eases family-based quantitative analysis and compare one-by-one and all-in-one analysis approaches.

Zweck - In dieser Bachelorarbeit werden die öffentlich nicht zugänglichen Technologieparameter von Passagierflugzeugen näherungsweise bestimmt. Das sind maximaler Auftriebsbeiwert bei Start und Landung, maximale Gleitzahl und spezifischer Kraftstoffverbrauch im Reiseflug. Folgende Flugzeuge werden paarweise untersucht und verglichen: A340-300 und IL-96-300, Boeing 727-200 Advanced und TU-154M, Fokker 100 und MD-82, A319-100 und An-72. --- Methodik - Die Berechnung erfolgt mit dem Excel-basierten Werkzeug "Passenger Jet Reverse Engineering" (PJRE). Grundlage der Berechnung ist die aus dem Flugzeugentwurf bekannte Dimensionierung mit dem Entwurfsdiagramm. Für die ausgewählten Passagierflugzeuge werden die erforderlichen Eingangsparameter recherchiert. Die zunächst unbekannten Technologieparameter werden dann mit PRJE sowohl ermittelt als auch verifiziert. --- Ergebnisse - Die Ergebnisse aus dem Reverse Engineering stimmen recht gut überein mit den Werten aus der Verifikation. Lediglich die Werte der maximalen Gleitzahl im Reiseflug sind berechnet aus der Verifikation oft deutlich höher als berechnet aus dem Reverse Engineering. Der spezifische Kraftstoffverbrauch im Reiseflug hat sich über die Jahrzehnte der Flugzeugentwicklung stark verringert. --- Bedeutung für die Praxis - Durch die Konkurrenzsituation der Flugzeughersteller können viele Flugzeugparameter nicht öffentlich zur Verfügung gestellt werden. Die Anwendung von PJRE zeigt, wie diese Parameter trotzdem näherungsweise ermittelt werden können. --- Soziale Bedeutung - Eine detaillierte Diskussion über Flugkosten, Ticketpreise und die Umweltverträglichkeit des Flugverkehrs setzt detaillierte Kenntnisse über die Flugzeuge voraus. Durch ein Reverse Engineering können Verbraucher diese Diskussion mit der Industrie auf Augenhöhe führen. --- Originalität / Wert - Nach der Entwicklung von PJRE wird die Methode hier zum ersten Mal angewandt.

During the design and verification of the Hyperstone S5 flash memory controller, we developed a highly effective way to use the SystemVerilog direct programming interface (DPI) to integrate an instruction set simulator (ISS) and a software debugger in logic simulation. The processor simulation was performed by the ISS, while all other hardware components were simulated in the logic simulator. The ISS integration allowed us to filter many of the bus accesses out of the logic simulation, accelerating runtime drastically. The software debugger integration freed both hardware and software engineers to work in their chosen development environments. Other benefits of this approach include testing and integrating code earlier in the design cycle and more easily reproducing, in simulation, problems found in FPGA prototypes.

Getriebeheulphänomenen wird in der industriellen Praxis zum Teil noch immer ausschließlich mit Hilfe einer optimierten Verzahnungsauslegung zur Minimierung des Drehfehlers begegnet. Bei auffälligen Resonanzerscheinungen werden zudem Strukturoptimierungen am Getriebegehäuse und den Karosserieanbindungspunkten des Antriebsstrangs vorgenommen, ohne auf die internen Systemkomponenten verstärkt einzugehen. Zudem kann bisher die verlässliche Erkenntnis, dass zur Einhaltung akustischer Grenzwerte die Konstruktion nochmals überarbeitet werden muss, erst spät im Entwicklungsprozess während der akustischen Versuchsdurchführung an Prüfständen oder im Fahrzeug getroffen werden. Durch sogenannte Sekundärmaßnahmen, die typischerweise nicht unmittelbar das Anregungsverhalten oder die Dynamik des Antriebsstrangs, sondern den karosserieseitigen Transferpfad betreffen, kann eine Reduktion des Schalldruckpegels im Fahrzeuginnenraum in gewissen Grenzen erzielt werden. Dies ist zumeist weder aus ingenieurstechnischer Sicht noch aus Sicht steigender Entwicklungskosten als optimal zu bezeichnen. Basierend auf einem detaillierten Abgleich zwischen Experiment und Simulation, angefangen auf Einzelteilebene über die Baugruppenebene bis hin zur Methodenentwicklung der Validierung von nichtrotierenden Gesamtsystemen mittels künstlicher Anregung, werden in dieser Arbeit möglichst akkurate Simulationsergebnisse angestrebt, um die Auswirkung von akustischen Optimierungen innerhalb der Simulationsumgebung realitätsnah vorherzusagen. Schließlich wird ein Prozess vorgeschlagen, der eine getriebeinterne Transferpfadanalyse zur Identifikation sensitiver Körperschallpfade vorstellt. Mit dieser Methode wird aufgezeigt, dass es möglich ist, akustische Schwachstellen auf der Antriebsstrangseite vorherzusagen. Dabei kann zum einen akustisches Optimierungspotenzial des Welle-Lager-Systems abgeleitet werden, zum anderen werden auch die aktuellen Möglichkeiten und Grenzen der Verfahren beleuchtet.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Getriebeakustik – Einflussgrößen und Begrifflichkeiten 2.1.1 Verzahnungsanregung von unter Last stehenden Zahnrädern 2.1.2 Verzahnungsinduzierte Körper- und Luftschallweiterleitung in Fahrzeugen 2.1.3 Maßnahmen zur Reduktion von Körperschallpfaden 2.2 Strukturdynamische Analysemethoden in der Getriebeakustik 2.2.1 Numerische Modalanalyse 2.2.2 Experimentelle Modalanalyse und Betriebsschwingformanalyse 2.2.3 Unkonventionelle Methoden zur Erregung von Bauteilstrukturen 2.2.4 Computerunterstützte Modellanpassung 2.2.5 Transferpfadanalyse 2.3 Getriebesimulation 2.3.1 Getriebetypische Kontaktmodellierung 2.3.2 Finite-Element-Modellierung und Reduktionsverfahren 2.4 Fazit 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 4 Methoden zur Analyse von Getriebekomponenten 4.1 Verzahnungsanalyse 4.2 Strukturdynamische Untersuchungen an Einzelteilen 4.3 Strukturdynamische Untersuchungen an Baugruppen 4.4 Verhalten von Wälzlagern 4.5 Fazit 5 Methode zur Gesamtsystemvalidierung 5.1 Modellierung des Getriebesystems mit Prüfstandsanbindung 5.2 Getriebeinterne Anregung mittels Zahnaktor 5.2.1 Voruntersuchungen 5.2.2 Implementierung einer torsionalen Anregung in Frontgetrieben 5.2.3 Simulative und experimentelle Untersuchungen 5.3 Fazit 6 Getriebeinterne Transferpfadanalyse 6.1 Identifikation sensibler Körperschalltransferpfade 6.2 Optimierungsansätze 6.3 Fazit 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Literaturverzeichnis / Gear whine phenomena are typically mitigated by optimising gear design to minimise Transmission Error. Additionally, structural optimisations on the gearbox housing and on the gearbox-to-chassis mounts may be conducted most likely without a detailed consideration of internal components‘ dynamics. Moreover, it is not unusual that in the final stages of drivetrain developments when the gearbox is tested on test benches or in vehicles NVH targets are not met. The countermeasures applied often do not alter the source of excitation nor the dynamics of the drivetrain at this stage, but the vehicle transfer paths through the chassis. Thus, sound power level reduction may be exclusively limited to vehicle transfer path improvements. In most cases this is not regarded as an optimal solution neither from an engineering perspective nor from the commercial point of view due to increased development costs. Based on detailed correlation activities where simulation has been run against measurement the work strives to achieve accurate gearbox NVH predictions to forecast more realistically the effect of design optimisations. The correlation approach starts on single component level moving on to sub-assembly level and finally up to the development of a method which is able to artificially excite the entire but non-rotating drivetrain. After various successful correlation studies, a process has been elaborated which proposes a gearbox internal transfer path analysis to identify potentially critical structure-borne noise paths. The method illustrates the capability of successfully predicting weak spots at the active side of a drivetrain early in the development process. Additional room for improvement can be derived when implementing this method by considering the rotating components of a drivetrain such as gear blanks, shafts and bearings.:Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen 1 Einleitung 2 Stand der Technik 2.1 Getriebeakustik – Einflussgrößen und Begrifflichkeiten 2.1.1 Verzahnungsanregung von unter Last stehenden Zahnrädern 2.1.2 Verzahnungsinduzierte Körper- und Luftschallweiterleitung in Fahrzeugen 2.1.3 Maßnahmen zur Reduktion von Körperschallpfaden 2.2 Strukturdynamische Analysemethoden in der Getriebeakustik 2.2.1 Numerische Modalanalyse 2.2.2 Experimentelle Modalanalyse und Betriebsschwingformanalyse 2.2.3 Unkonventionelle Methoden zur Erregung von Bauteilstrukturen 2.2.4 Computerunterstützte Modellanpassung 2.2.5 Transferpfadanalyse 2.3 Getriebesimulation 2.3.1 Getriebetypische Kontaktmodellierung 2.3.2 Finite-Element-Modellierung und Reduktionsverfahren 2.4 Fazit 3 Zielsetzung und Vorgehensweise 4 Methoden zur Analyse von Getriebekomponenten 4.1 Verzahnungsanalyse 4.2 Strukturdynamische Untersuchungen an Einzelteilen 4.3 Strukturdynamische Untersuchungen an Baugruppen 4.4 Verhalten von Wälzlagern 4.5 Fazit 5 Methode zur Gesamtsystemvalidierung 5.1 Modellierung des Getriebesystems mit Prüfstandsanbindung 5.2 Getriebeinterne Anregung mittels Zahnaktor 5.2.1 Voruntersuchungen 5.2.2 Implementierung einer torsionalen Anregung in Frontgetrieben 5.2.3 Simulative und experimentelle Untersuchungen 5.3 Fazit 6 Getriebeinterne Transferpfadanalyse 6.1 Identifikation sensibler Körperschalltransferpfade 6.2 Optimierungsansätze 6.3 Fazit 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Literaturverzeichnis

In der Geschäftsprozessmodellierung haben sich semiformale, grafische Darstellungen etabliert. Die Bezeichnung der Elemente in diesen Modellen ist dabei an betriebswirtschaftliche Fachtermini angelehnt und erfolgt mit Hilfe der natürlichen Sprache, die jedoch Interpretationsspielräume mit sich bringt. Die Semantik der einzelnen Modellelemente ist somit für Menschen und Maschinen nicht eindeutig interpretierbar. In der vorliegenden Dissertation erfolgt daher die Konzeption und Realisierung einer semantischen Prozessmodellierung, die die Verknüpfung der semiformalen Prozessmodellierung mit formalen Begriffssystemen (Ontologien) gestaltet und werkzeugtechnisch unterstützt. Durch diese Verknüpfung wird die Semantik der einzelnen Modellelemente um eine eindeutige und maschinell verarbeitbare Semantik erweitert. Hierdurch können die mit formalen Ontologien möglichen Schlussfolgerungen angewendet werden, um etwa bei der Suche in Modellbeständen oder der Korrektheitsprüfung genauere oder vollständigere Ergebnisse zu erhalten. Im Ergebnis werden somit die im Bereich der Informatik und Künstlichen Intelligenz etablierten Ansätze der Wissensrepräsentation, insbesondere der Beschreibungslogik, in die fachlichen Prozessmodellierung eingebettet. Die Erprobung des Konzepts erfolgt über eine prototypische Implementierung, die einerseits die technische Umsetzbarkeit zeigt, andererseits auch für ein Laborexperiment zur Evaluation genutzt wurde.

In the recent trends, automated systems are increasingly seen to be embedded in human life with the increase of human dependence on software to perform safetycritical tasks like airbag deployment in automobiles to real-time mission planning in UAVs (Unmanned Aircraft Vehicles). The safety-critical nature of the aerospace domain demands for a software without any errors to perform these tasks. Therefore the field of computer science needs to address these challenges by providing necessary formalisms, techniques, and tools that will ensure the correctness of systems despite their complexity. DO-178C/EC-12C is a standard that governs the certification of software for airborne systems in commercial aircraft. The additional supplement DO- 333 enables us to use the formal methods in our technique of verifying the autonomous behaviour of UAV’s. The Mission Manager system is primarily responsible for the execution of behaviour sequence in online and offline mission planning of UAV. This work presents the process of software verification by making use of formal modelling using model checking of the Mission Manager component of ARTIS (Autonomous Rotorcraft Testbed for Intelligent Systems) UAV by gaining advantages from a generic modelling approach. The main idea is to make use of the designed generic models into specific cases like ARTIS in our case. The generic models are designed using the ALFU(R)S (Autonomy Levels For Unmanned Rotorcraft System) framework that delineates the commonalities of several UAVs considered around the world which also includes the ARTIS UAV. Furthermore this work walks through every process involved in model checking like requirements extraction and documentation using a template based method, requirements specification using the temporal logics like LTL and CTL, developing a formal model using NuSMV as a model checking tool to analyze the requirements against the model for the Mission Manager component of MiPlEx (Mission Planning and Execution). Additionally as a validation approach, test sequences are generated by using trap properties or negation properties. This aids for a test generation approach by harnessing counterexample generating capabilities of the NuSMV Model Checker.

Model Driven Development is used to improve software quality and efficiency by automatically transforming abstract and formal models into software implementations. This is particularly sensible if the model’s integrity can be proven formally and is preserved during the model’s transformation. A standard to specify software model integrity is the Object Constraint Language (OCL). Another topic of research is the dynamic development of software components, enabling software system composition at component run-time. As a consequence, the system’s verification must be realized during system run-time (and not during transformation or compile time). Many established verification techniques cannot be used for run-time verification. A method to enable model-based run-time verification will be developed during this work. How OCL constraints can be transformed into executable software artifacts and how they can be used in the component-based system Treaty will be the major task of this diploma thesis. / Modellgetriebene Entwicklung dient der Verbesserung von Qualität und Effizienz in der Software-Entwicklung durch Automatisierung der notwendigen Transformationen von abstrakten bzw. formalen Modellen bis zur Implementierung. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Integrität der ursprünglichen Modelle formal bewiesen werden kann und durch die Transformation gewährleistet wird. Ein Standard zur Spezifikation der Integrität von Softwaremodellen ist die Object Constraint Language (OCL). Eine weitere Forschungsrichtung im Software-Engineering ist die Entwicklung von dynamischen Komponenten-Modellen, die die Komposition von Softwaresystemen im laufenden Betrieb ermöglichen. Dies bedeutet, dass die Systemverifikation im laufenden Betrieb realisiert werden muss. Die meisten der etablierten Verifikationstechniken sind dazu nicht geeignet. In der Diplomarbeit soll ausgehend von diesem Stand der Technik eine Methode zur modellbasierten Verifikation zur Laufzeit entwickelt werden. Insbesondere soll untersucht werden, wie OCL-Constraints zur Laufzeit in ausführbare Software-Artefakte übersetzt und in dem komponentenbasierten System Treaty verwendet werden können.

When developing products for space, including nanosatellites, the verification and validation process is a mandatory part of any project conducted within the European space industry. Within such a process, testing is a method for verification and validation. In this degree project, the appropriate tests for verification and validation of a nanosatellite were investigated. The project was conducted at the Royal Institute of Technology and the Polytechnic of Milan, as part of a larger research project under the name HERMES-SP. The research project was, at the time at which the degree project was taking place, in its first phase of the verification process. Therefore, tests for verification and validation of the Orbit Determination System (ODS) had not yet been defined. HERMES-SP is developing a nanosatellite platform with a very precise and reliable ODS, combining both Inertial Navigation System (INS) and Global Navigation Satellite System (GNSS). This degree project was thus conducted with HERMES-SP as an applicative case to investigate tests for a ’nanosatellites onboard ODS focusing on the GNSS. The ODS developed for the nanosatellite platform was studied, along with the underlying theory for ODS and GNSS. The plan for verification defined within HERMES-SP was also examined, and the presented methodology for test development was followed. To fully answer the project’s research question, the appropriate tests had to be identified and defined. This was done by first determining the requirements related to the ODS, and then identifying the tests that were needed to verify the requirements. Lastly, the tests were defined in test specifications and procedures. It was found that the relevant tests in the verification process were a handful of tests on the Equipment Test (ET), Software Test (SWT), and Subsystem Integration Test (SSIT) test levels. The tests were needed for verification of individual components in the system, as well as integrated components and their interfaces. The defined tests were considered appropriate for verification and validation for the first phase of the verification process. The project contributed to the identification and definition of tests for a restricted part of the verification process, related to the specified system of the HERMES-SP nanosatellite. The findings could be used in other nanosatellite projects with similar ODS by following the process and the methodology for test development documented in this report. / Vid utvecklandet av produkter ämnade för rymden, såsom satelliter, är processen för verifiering och validering en obligatorisk del av projekt utförda inom den Europeiska rymdindustrin. Under en sådan process är testning en metod för verfiering och validering. I detta examensarbete undersöktes de lämpliga testerna för verifiering och validering av en nanosatellit. Arbetet utfördes på Kungliga Tekniska Högskolan (KTH) och Politecnico di Milano, som en del av ett större foskningsprojekt under namnet HERMES-SP. När detta examensarbete tog plats var forskningsprojektet i sin första verifieringsfas. Därför hade inte tester för verifiering och validering av systemet för ombord banbestämning ännu definerats. Inom HERMES-SP utvecklas en platform för nanosatelliter med ett precist och tillförlitligt banbestämmnings system. Systemet kombinerar därför både tröghetsnavigeringssystem och satellitnavigering (GNSS). Systemet för ombord banbestäming utvecklat för nanosatelliten studerades, tillsammans med underliggande teori för banbestäming och GNSS. HERMES-SPs plan för verifiering och validering studerades, och den presenterade metodiken för testning adapterades. För att besvara arbetets forskningsfråga behövdes de lämpliga testerna identifieras och sedan defineras. Detta gjorder genom att först bestämma krav på systemet för banbestämning, och därefter identifiera de tester som behövdes för att verifiera kraven. Sist definerades testen i form av test specifikationer och test procedurer. Arbetet resulterade i att en handfull at tester relevanta för verifieringsprocessen identifierades. Dessa tester tillhörde olika nivåer av testing, nämligen testning av komponenter, mjukvara, och integrering av delsystem. Dessa tester var nödvändiga för att utvärdera individuella komponenter i systemet, samt integrerade komponenter och deras gränssnitt. De tester som definerades i arbetet ansågs nödvändiga för verifiering och validering under den första fasen av processen för verifiering. Examensarbetet bidrog till identifiering och definering av tester tillhörande en begränsad fas av verifieringsprocessen, relaterade till det specifiecerade systemet av HERMES-SPs nanosatellit. Upptäckterna skulle kunna användas i andra projekt för nanosatelliter med liknande system för banbestämning, genom att följa metodiken för utveckling av tester dokumenterade i denna rapport.

Mit der Einführung des europäischen Zugsicherungssystems ETCS sind durch die umfassenden Telegrammdaten, die zwischen Zug und Strecke ausgetauscht werden, neue Herausforderungen bei der Planung, Projektierung, aber auch Prüfung und Validierung verbunden. Im Rahmen der Dissertation wird ein neuartiges Verfahren zur Validierung sicherheitskritischer Anteile von ETCS-Nachrichten entwickelt. Der Ansatz beruht auf der topologischen Aufbereitung der Nachrichteninhalte in einem vierstufigen Prozess. Das Ergebnis der Aufbereitung erlaubt sowohl den automatisierten Abgleich gegen Referenzdaten als auch eine visuelle Prüfung gegen Topologiepläne. Das Optimierungspotential des Ansatzes bei der Validierung wird im Rahmen einer Erprobung anhand realer Projektdaten bestätigt. Mit der topologischen Aufbereitung werden die komplexen Nachrichteninhalte in eine für den Prüfer erfassbare und zu den Referenzdaten vergleichbare Form überführt. Redundante Nachrichteninhalte werden im Zuge der Aufbereitung erkannt und zusammengefasst, was gleichermaßen zur Minimierung des Prüfaufwands sowie zur Erhöhung des Abdeckungsgrades beiträgt.