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Forschung

Foschungsschwerpunkte

Leitmotiv der Forschungsarbeiten: Komplexität, Qualität und Variabilität moderner Software-Systeme kontrollieren und beherrschen und das Verhalten von Software zu jedem Zeitpunkt nachvollziehbar und erklärbar machen.

Aufbauend auf diesem Leitmotiv werden die Forschungsschwerpunkte am Lehrstuhl für modellbasierte Entwicklung nachfolgend skizziert.

Continuous-Integration Engineering.

Der massiv dynamisierte Lebenszyklus moderner Software-Systeme lässt sich heute kaum noch in die zwei kanonischen Phasen Entwicklung (Development) und Betrieb (Operation) des klassischen Software-Engineering unterteilen.

Die immer schnellere Abfolge neuer Software-Versionen, sowohl getrieben durch immer neue Features als auch durch nachgereichte Bugfixes, führen zu einer immer engeren Verzahnung, Überlappung und Iteration der beiden Phasen.

In der Folge greifen beide Phasen zunehmend ineinander über und führen so zu gezwungenermaßen immer agileren und sich stetig beschleunigenden Development/Operations-Zyklen (DevOps).

Daraus ergeben sich völlig neuartige Synergie-Effekte für das zukünftige Software-Engineering:

  • Das Deplyoment neuer Software-Releases erfolgt immer öfter on-line im laufenden Betrieb.
  • Nahezu beliebige Informationen über die Nutzung und mögliche Mängel des Systems, die im laufenden Betrieb durch Monitoring-Komponenten gewonnen werden, können zur Planung und Entwicklung neuer Releases herangezogen werden.
  • Techniken und Tools zur systematischen Qualitätssicherung und hierbei insbesondere zum automatisierten Software-Test, werden integraler Bestandteil und natürlicher Begleiter in sämtlichen Lebensphasen der Software.

Forschungsschwerpunkt: Methoden und Werkzeuge zur ganzheitlichen Unterstützung der kontinuierlichen Entwicklung, Integration, Wartung, Evolution und Qualitätssicherung komplexer, intelligenter, und sicherheitskritischer Software-Systeme.

Cyber-Physical Systems Engineering.

Eingebettete Software-Systeme sind heutzutage Kernstück und Innovationstreiber in nahezu allen technischen Anwendungsdomänen, wie zum Beispiel:

  • Transport- und Automobil-Bereich,
  • Automatisierungstechnik (Industrie 4.0),
  • Medizintechnik,
  • Mobile Kommunikationsnetzwerke,
  • usw.

Wir nennen diese nächste Generation eingebetteter Software-Systeme „Cyber-Physical Software-Systems“, die sich durch drei wesentliche Eigenschaften  (drei „C“s)  auszeichnen:

  • Computation: Cyber-Physical Software-Systems führen komplexe und zunehmend datenintensive Berechnungen aus.
  • Control: Cyber-Physical Software-Systems übernehmen vermehrt auch klassische Regelungs- und Steuerungsaufgaben in physikalischen Umgebungen durch die Verarbeitung kontinuierlicher Daten- und Signalströme.
  • Communication: Cyber-Physical Software-Systems sind integraler Bestandteil eines verteilten oder häufig sogar mobilen Kommunikationssystems.

Forschungsschwerpunkt: Methoden und Werkzeuge zur modellbasierten Verhaltensspezifikation und -Analyse von Cyber-Physical Software-Systems. Dazu zählen neben klassischen Prozess- und Automatenmodellen (Computation) erweiterte Ansätze zur hybriden Verhaltensmodellierung (Control) sowie Konzepte aus der Concurrency Theory (Communication).

Configurable Software-Systems Engineering.

Moderne Software-Systeme zeichnen sich durch ein stetig wachsendes Maß an Variabilität auf. Dazu zählen neben der massiven Konfigurierbarkeit vor der Inbetriebnahme auch die Fähigkeit zur (Selbst-) Adaption zur Laufzeit in Kombination mit Lernverfahren für dynamisches Umgebungsverhalten.

Auch die oben erwähnte Tendenz zu kontinuierlichen Software-Evolutionen über die gesamte Lebenszeit des Systems als Reaktion auf (teils unvorhersehbare) Anforderungsänderungen kann als eine weitere Achse der Variabilität angesehen werden.

Forschungsschwerpunkt: Methoden und Werkzeuge zur systematischen Entwicklung und Analyse variantenreicher Software-Systeme. Die Techniken basieren auf Ansätzen aus dem Bereich Software-Product-Line Engineering und erweitern diese Ansätze um Konzepte zum Umgang mit Variabilität über die Zeit bis hin zu Laufzeit-Adaptionen.

Mission-Critical Software-Systems Engineering.

Software-Systeme sind heute längst integraler Bestandteil sozio-technischer Systeme in nahezu allen Sicherheits- und Missions-kritischen Anwendungsdomänen und weisen dementsprechend besonders hohe Güteanforderungen hinsichtlich nichtfunktionaler Eigenschaften auf.

In diesen Bereich ist es entscheidend, das Verhalten der Software zu jedem Zeitpunkt kontrollierbar, nachvollziehbar und erklärbar zu halten, was insbesondere im Kontext des zunehmenden Einsatzes von Komponenten aus den Bereichen maschinellen Lernens und künstlicher Intelligenz eine besondere Herausforderung darstellt.

Forschungsschwerpunkte: Methoden und Werkzeuge zur effizienten and nachvollziehbaren Absicherung komplexer Software-Systeme durch umfassende Automatisierung von Softwaretest-Prozessen.

In dem Spannungsfeld, das sich aus der Kombination der Dimensionen Continuous Integration, Cyber-Physical-Systems Engineering, Software-Variabilität und Qualitäts- und Sicherheitskritikalität ergibt, entstehen völlig neue Herausforderungen für existierende sowie zukünftige Konzepte, Methoden und Werkzeuge im Software-Engineering.

Begleitend dazu wird der kontinuierliche Transfer der Forschungsergebnisse in die Praxis angestrebt, sowohl in Form von prototypischen Werkzeugen, als auch durch Fallstudien und Demonstratoren in interdisziplinärer Zusammenarbeit mit Kooperations- und Industriepartnern.

Aktualisiert um 14:36 am 26. März 2020 von g044465