Massenanpassung, kleine Losgrößen, hohe Variabilität der Produkttypen und ein sich während des Lebenszyklus einer industriellen Anlage änderndes Produktportfolio sind aktuelle Trends der Industrie. Durch eine zunehmende Entkopplung der Entwicklung von Software- und Hardwarekomponenten im industriellen Kontext, entstehen immer häufiger Kompatibilitätsprobleme innerhalb von industriellen Steuerungen. In dieser Arbeit wird mittels Literaturrecherche und angewandter Forschung ein Strategiekonzept zur Kompatibilitätsprüfung hergeleitet und diskutiert. Dieses vierphasige Konzept ermittelt Inkompatibilitäten zwischen Software- und Hardwarekomponenten im Umfeld von industriellen Steuerungen und ermöglicht Testingenieuren das frühzeitige Erkennen von Problemen. Durch eine automatische Durchführung der Kompatibilitätsprüfung auf einem externen Industrie PC kann die Kompatibilitätsprüfung sowohl beim Aufspielen neuer Software auf die industrielle Steuerung als auch beim Neustart der Steuerung ablaufen. Somit werden Änderungen an den Komponenten stetig erkannt und Inkompatibilitäten vermieden. Weiterhin kann durch die frühzeitige Erkennung sichergestellt werden, dass eine Anlage dauerhaft lauffähig bleibt. Anhand einer Diskussion werden Mittel festgestellt, um die Robustheit und Anwendbarkeit des vorgestellten Konzeptes zusätzlich zu festigen.:1 Motivation 1
1.1 Aufgabenanalyse 3
1.1.1 Forschungsfragen und Teilaufgaben 3
1.1.2 Aufgabenkomplexe 4
1.1.3 Eingrenzung der Aufgabenstellung 5
1.1.4 Ziel der Arbeit 6
1.1.5 Festsetzung von Formulierungen 6
2 Einführung und Stand der Technik 7
2.1 VIBN von industriellen Anlagen 7
2.1.1 Teststrategien aus der VIBN 9
2.1.1.1 Model-in-the-Loop 9
2.1.1.2 Software-in-the-Loop 9
2.1.1.3 Hardware-in-the-Loop 10
2.1.1.4 Konklusion und Forschungsbestrebungen 11
2.2 CS in industriellen Anlagen 12
2.2.1 Sicherheitsziel 13
2.2.2 Teststrategien aus der CS 13
2.2.2.1 Signaturbasierte Erkennung 14
2.2.2.2 Anomaliebasierte Erkennung 14
2.2.2.3 Konklusion und Forschungsbestrebungen 16
2.3 Interoperabilität als Kompatibilitätsmaß 16
2.4 Testautomatisierung und Test Case Generierung 17
2.5 Allgemeine Softwareteststrategien 17
2.5.1 Modellbasiertes Testen 17
2.5.2 Funktionale Tests 18
2.6 Allgemeine Hardware Teststrategien 19
2.6.1 Modellbasiertes Testen 19
2.6.2 Manuelles Testen 19
2.7 Interoperabilität in industriellen Anlagen 20
2.7.1 Definitionen der Interoperabilität 20
2.7.2 Herausforderungen der Interoperabilität 22
2.7.3 Implementierung von Interoperabilität 22
2.7.3.1 Syntaktische Interoperabilität 23
2.7.3.2 Semantische Interoperabilität 23
2.7.4 Vertikale Integration 24
2.7.5 Horizontale Integration 25
3 Anforderungsanalyse 27
3.1 Adaption von Strategien der VIBN und CS 27
3.2 Anforderungen 28
3.2.1 Anforderungen an die Kompatibilitätsprüfung 28
3.2.2 Anforderungen an die Hardwarekomponenten 29
3.2.3 Anforderungen an die Softwarekomponenten 29
4 Konzept 30
4.1 Komponenten des Teststrategiekonzeptes 30
4.1.1 SPS Selbsttest 32
4.1.2 Export & Import des Soll-Zustandes 32
4.1.3 Ermittlung des Ist-Zustandes 35
4.1.4 Vergleich des Soll- & Ist-Zustandes 35
4.2 Fehlerdetektionstabellen 36
4.3 Reaktionen auf Inkompatibilitäten 38
5 Evaluation 39
5.1 Methodik und Evaluationskriterien 39
5.2 Anwendungsbeispiel 39
5.3 Referenzsystem für Evaluation 41
5.4 Durchführung Evaluation 41
5.5 Erfüllung der Anforderungen an die Kompatibilitätsprüfung 46
6 Diskussion 48
6.1 Beantwortung der Forschungsfragen 48
6.2 Diskussion zur Forschungsmethodik 48
6.3 Bewertung des Konzeptes 49
7 Zusammenfassung und Ausblick 50
7.1 Zusammenfassung 50
7.2 Ausblick und weitere Forschungsarbeit 51
Literaturverzeichnis 52 / Mass customization, small batch sizes, high variability of product types and a changing product portfolio during the life cycle of an industrial plant are current trends in the industry. Due to an increasing decoupling of the development of software and hardware components in an industrial context, compatibility problems within industrial control systems arise more and more frequently. In this thesis, a strategy concept for compatibility testing is derived and discussed by means of literature review and applied research.
This 4-phased strategy concept identifies incompatibilities between software and hardware components in the industrial control environment and enables test engineers to detect problems at an early stage. By automating the compatibility test on an external I-PC, the test can be run both when new software is installed on the industrial controller and when the controller is restarted. Thus, changes to the components are constantly detected and incompatibilities are avoided. Furthermore, early incompatibility detection can
ensure that a system remains permanently operational. Based on a discussion, additionally strategies are identified to consolidate the robustness and applicability of the presented concept.:1 Motivation 1
1.1 Aufgabenanalyse 3
1.1.1 Forschungsfragen und Teilaufgaben 3
1.1.2 Aufgabenkomplexe 4
1.1.3 Eingrenzung der Aufgabenstellung 5
1.1.4 Ziel der Arbeit 6
1.1.5 Festsetzung von Formulierungen 6
2 Einführung und Stand der Technik 7
2.1 VIBN von industriellen Anlagen 7
2.1.1 Teststrategien aus der VIBN 9
2.1.1.1 Model-in-the-Loop 9
2.1.1.2 Software-in-the-Loop 9
2.1.1.3 Hardware-in-the-Loop 10
2.1.1.4 Konklusion und Forschungsbestrebungen 11
2.2 CS in industriellen Anlagen 12
2.2.1 Sicherheitsziel 13
2.2.2 Teststrategien aus der CS 13
2.2.2.1 Signaturbasierte Erkennung 14
2.2.2.2 Anomaliebasierte Erkennung 14
2.2.2.3 Konklusion und Forschungsbestrebungen 16
2.3 Interoperabilität als Kompatibilitätsmaß 16
2.4 Testautomatisierung und Test Case Generierung 17
2.5 Allgemeine Softwareteststrategien 17
2.5.1 Modellbasiertes Testen 17
2.5.2 Funktionale Tests 18
2.6 Allgemeine Hardware Teststrategien 19
2.6.1 Modellbasiertes Testen 19
2.6.2 Manuelles Testen 19
2.7 Interoperabilität in industriellen Anlagen 20
2.7.1 Definitionen der Interoperabilität 20
2.7.2 Herausforderungen der Interoperabilität 22
2.7.3 Implementierung von Interoperabilität 22
2.7.3.1 Syntaktische Interoperabilität 23
2.7.3.2 Semantische Interoperabilität 23
2.7.4 Vertikale Integration 24
2.7.5 Horizontale Integration 25
3 Anforderungsanalyse 27
3.1 Adaption von Strategien der VIBN und CS 27
3.2 Anforderungen 28
3.2.1 Anforderungen an die Kompatibilitätsprüfung 28
3.2.2 Anforderungen an die Hardwarekomponenten 29
3.2.3 Anforderungen an die Softwarekomponenten 29
4 Konzept 30
4.1 Komponenten des Teststrategiekonzeptes 30
4.1.1 SPS Selbsttest 32
4.1.2 Export & Import des Soll-Zustandes 32
4.1.3 Ermittlung des Ist-Zustandes 35
4.1.4 Vergleich des Soll- & Ist-Zustandes 35
4.2 Fehlerdetektionstabellen 36
4.3 Reaktionen auf Inkompatibilitäten 38
5 Evaluation 39
5.1 Methodik und Evaluationskriterien 39
5.2 Anwendungsbeispiel 39
5.3 Referenzsystem für Evaluation 41
5.4 Durchführung Evaluation 41
5.5 Erfüllung der Anforderungen an die Kompatibilitätsprüfung 46
6 Diskussion 48
6.1 Beantwortung der Forschungsfragen 48
6.2 Diskussion zur Forschungsmethodik 48
6.3 Bewertung des Konzeptes 49
7 Zusammenfassung und Ausblick 50
7.1 Zusammenfassung 50
7.2 Ausblick und weitere Forschungsarbeit 51
Literaturverzeichnis 52
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:87358 |
| Date | 10 October 2023 |
| Creators | Rothhaupt, Marcus |
| Contributors | Vogt, Lucas, Klose, Anselm, Urbas, Leon, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:StudyThesis, info:eu-repo/semantics/StudyThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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