Table Of ContentISW Forschung und Praxis
Berichte aus dem Institut fOr Steuerungstechnik
der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen
der Universitat Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. G. Pritschow
Band 117
Springer
Berlin
Heidelberg
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London
Mailand
Paris
Santa Clara
Singapur
Tokio
Dirk Strassacker
Testumgebung
fur die Implementierung
und Inbetriebnahme
eines adaptierbaren
Leitsteuerungssystems
, Springer
094
ISBN 978-3-540-63161-3 ISBN 978-3-642-51507-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-51507-1
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© Springer-Verlag Berlin, Heidelberg· 1997
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Testumgebung fUr die Implementierung und Inbetriebnahme
eines adaptierbaren Leitsteuerungssystems
Von der Fakultat fUr Konstruktions-und Fertigungstechnik
der Universitat Stuttgart
zur Erlangung der Wtirde eines
Doktors der Ingenieurwissenschaften (Dr. -Ing.)
genehmigte Abhandlung
von
DipI.-Ing. Dirk Strassacker
geboren in Goppingen
Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. A. Storr
Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.h.c. H.-I. Bullinger
Tag der Einreichung: 19. Juni 1996
Tag der mtindlichen Prtifung: 15. Januar 1997
1997
Geleitwort des Herausgebers
In der Reihe "ISW Forschung und Praxis" wird fortlaufend tiber Forschungsergebnisse
des Instituts ftir Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrich
tungen der Universitlit Stuttgart (ISW) berichtet, das sich in vieWiltiger Form mit der
Weiterentwicklung des Systems Werkzeugmaschine und anderer Fertigungseinrich
tungen sowie der Produktionstechnik beschliftigt. Die Arbeiten dieses Instituts konzen
trieren sich im besonderen auf die Bereiche Numerische Steuerungstechnik, Planungs
und Leitsysteme, Softwaretechnik, Maschinen- und Industrierobotertechnik sowie MeB-,
Regel- und Antriebssysteme, also auf die aktuellsten Bereiche der Fertigungstechnik.
Dabei stehen Grundlagenforschung und anwenderorientierte Entwicklung in einem steti
gen Austausch, wodurch ein stlindiger Technologietransfer zur Praxis sichergestellt wird.
Die Buchreihe erscheint in zwangloser Folge und sttitzt sich auf Berichte tiber ab
geschlossene Forschungsarbeiten und Dissertationen. Sie soIl dem Ingenieur bei der
Weiterbildung dienen und ihm Hilfestellungen zur LOsung spezifischer Probleme geben.
Ftir den Studierenden bietet sie eine Moglichkeit zur Wissensvertiefung. Sie bleibt damit
unter erweitertem Namen und neuer Herausgeberschaft unverlindert in der bewlihrten
Konzeption, die ihr der Grunder des ISW, der leider allzu fruh verstorbene Prof. Dr.-Ing.
G. Stute, im Jahre 1972 gegeben hat.
Der Test und die Inbetriebnahme eines Leitsteuerungssystems flir die flexibel auto
matisierte Produktion stehen im Mittelpunkt des vorliegenden Bandes. Es wird eine
LOsung daflir aufgezeigt, wie Leitsteuerungssoftware mit Hilfe der Simulation ohne die
zu steuemden Maschinen und Anlagen getestet werden kann, urn Inbetriebnahrnezeiten
an der realen Anlage zu reduzieren.
Der Herausgeber dankt der Druckerei flir die drucktechnische Betreuung und dem Sprin
ger-Verlag flir Aufnahme der Reihe in sein Lieferprogramm.
G. Pritschow
Vorwort
Die im vorliegenden Band dargestellten Forschungsergebnisse entstanden in wesent
lichen Teilen wahrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut fUr
Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen der Universitat
Stuttgart.
Herrn Prof. Dr.-Ing. Alfred Storr danke ich fUr die Ubernahme des Hauptberichtes und
fUr seine konsequenten, stets auf strukturelle Klarheit bedachten Korrekturen. Bei Herrn
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. Hans-Jorg Bullinger bedanke ich mich fUr die
Ubernahme des Mitberichtes und fUr einige unkonventionelle PrUfungsfragen.
Mein Dank gilt auch meinen ehemaligen Institutskollegen. Vor allen anderen mOchte ich
Herrn Dipl.-Ing. Thomas Jost nennen, der auch nach meinem Ausscheiden aus dem
Institut die Realisierungsarbeiten mitbetreute und deshalb wesentlich dazu beitrug, daB
ich die Arbeit erfolgreich abschlieBen konnte. Herrn Dipl.-Ing. Martin Schluck danke ich
fUr einige sehr fruchtbare Diskussionen innerhalb wie auBerhalb des Instituts und fUr
seine Bereitschaft, die Testumgebung als Pilotanwender einzusetzen. Herrn Dipl.-Ing.
Manfred Gartner verdanke ich tiefe Einblicke in osterreichische Kommunikationstheorie
und -praxis und die Herren Dres.-Ing. Gerhard Heger und Klaus Brantner haben die
Gelegenheit, meine Arbeit in frUhen Stadien zu lesen und hilfreich zu kommentieren,
geduldig ertragen.
Die Arbeit ware graue Theorie geblieben ohne die simulative FernunterstUtzung aus
Dortmund und Magdeburg von Herrn Dipl.-Inform. Michael RUger. Ais geistiger Vater
der Simulationsentwicklungsumgebung CREATE! hatte er mit bewundernswerter
Geduld immer ein offenes Ohr fUr die ganz speziellen Anforderungen einer
Testumgebung und fUr manch eine "unhandled exception".
Meinen Eltern und meinen Freunden danke ich fUr die moralische UnterstUtzung und fUr
die Starkung meiner Ausdauer, ohne die diese Arbeit nicht zustande gekommen ware.
Stuttgart, im April 1997 Dirk Strassacker
7
Inhaltsverzeichnis
Abkiirzungen und Formelzeichen 10
Einleitung und Problemstellung 13
2 Begriffe 15
2.1 Begriffe aus dem Gebiet der Leittechnik 15
2.2 Begriffe aus dem Gebiet der Software-Entwicklung 16
2.3 Begriffe aus dem Gebiet der Simulation 20
3 Zielsetzung und Anforderungsanalyse 22
3.1 Zielsetzung 22
3.2 Entwicklungsphasenspezifische Anforderungen an eine Testumgebung
fiir Leitsysteme 23
3.2.1 Anforderungen an eine Modultestumgebung in der Codierungsphase 23
3.2.2 Anforderungen an eine Modultestumgebung in der Modultestphase 24
3.2.3 Anforderungen an Modul- und Systemtestumgebung in der SW
Integrationsphase 28
3.2.4 Anforderungen an eine Systemtestumgebung in der Inbetrieb
nahmephase 29
3.3 Anforderungen an ein Simulationswerkzeug als Hilfsmittel fiir den
Leitsystemtest 30
3.3.1 Zu beriicksichtigende Ereignisse 30
3.3.2 Zeitliche Koordinierung zwischen zeitdiskreter Simulation des
Anlagenverhaltens und zeitkontinuierlich ablaufendem Leitsystem 31
3.3.3 Weitere Anforderungen 34
3.4 Anforderungen an das Testverfahren bei Modul-und Systemtest 36
3.5 Zusammenfassung der Anforderungen an Modul- und Systemtest
umgebung sowie an das Testverfahren 37
4 Stand der Technik und Aufgabenstellung 38
4.1 Stand der Technik bei den Testverfahren von allgemeinen Software
Systemen 38
4.2 Stand der Technik beim Funktionstest von Leitsystemen 41
8
4.3 Stand der Technik in der Kommunikation zwischen Leitsystem und
realer Anlage 44
4.4 Stand der Technik in der Simulation 45
4.5 Zusammenfassung der erkannten Defizite und daraus resultierende
Aufgabenstellung 50
5 Konfigurierbare Testumgebung zur Nachbildung des ElA-Verhaltens
von Leitsystem-Modulen (Modultestumgebung) 52
5.1 Voraussetzungen fi.ir eine systematische Behandlung der Struktur und
der Inhalte von Nachrichten in der Intermodulkommunikation 52
5.2 Konfigurierbare Nachrichtstrukturinformation fUr die Modultest
umgebung 54
5.3 Dynamische Verwaltung der Konfigurationsdaten in der Modultest-
umgebung 57
5.4 Steuerung der Erzeugung und der Interpretation von Nachrichten
inhalten 58
5.4.1 Konfiguration der Modultestumgebung 59
5.4.2 AbHiufe beim Erzeugen und Verschicken einer Nachricht 61
5.4.3 Ablaufe beim Eintreffen einer Nachricht 63
5.5 Zeitliche Koordination zwischen Benutzeraktionen und eintreffenden
Nachrichten 63
5.6 Einsatz der Modultestumgebung 65
6 Kopplung zwischen Leitsystem und Systemtestumgebung 67
6.1 Schnittstellen eines adaptierbaren Leitsystems 67
6.2 Bewertung der Kopplungsmoglichkeiten 71
6.3 Konsequenzen fi.ir die Struktur der Systemtestumgebung 73
7 Testumgebung zur Nachbildung des Anlagenverhaltens (Systemtest-
umgebung) 74
7.1 Ermittlung eines geeigneten Simulationswerkzeuges 74
7.2 Ermittlung der erforderlichen Veranderungen in CREATE! 78
7.2.1 Grundsatzliche Anderungsmoglichkeiten in CREATE! 78
7.2.2 Anderungsmoglichkeiten an den Standardbausteinen von CREATE! 79
7.2.3 Erforderliche Veranderungen im Zeitverhalten des Simulationsablaufes 84
7.3 Durchftihrung der Modifikationen in CREATE! 90
9
7.3.1 Schnittstellenbaustein SEABOLK 90
7.3.2 Neue physische Bausteine 94
7.3.3 Synchronisierung der internen und externen Ereignisse 100
8 Realisierung und Einsatzerfahrungen 103
8.1 Realisierung der Modultestumgebung 104
8.2 Einsatzerfahrungen mit der Modu1testumgebung 107
8.3 Realisierung der Systemtestumgebung 111
8.4 Einsatzerfahrungen mit der Systemtestumgebung 115
9 Zusammenfassung und Ausblick 119
Literaturverzeichnis 121
Anhang 1: Veroffentlichungen zum Software-Test 141
Anhang 2: Modellierung einer Montagezelle mittels Zustandsgraphen 141
Anhang 3: MMS-konforme Nachrichtensequenz 143
Anhang 4: Grunde1emente der Simulationsentwicklungsumgebung CREATE! 144
Anhang 5: Nachrichtenverkehr des Leitsystemmoduls FHDI 153
Anhang 6: MaterialfluBbezogener Nachrichtenverkehr zwischen Leitsystem,
Testumgebung und Simulator 155
