INTO-CPS: An well-founded integrated tool chain for - PowerPoint PPT Presentation

INTO-­‑CPS: ¡An ¡well-­‑founded ¡integrated ¡tool ¡chain ¡ for ¡comprehensive ¡Model-­‑Based ¡Design ¡of ¡ ¡ Cyber-­‑Physical ¡Systems ¡ ¡ Professor ¡ Peter ¡Gorm ¡Larsen ¡ Department ¡of ¡Engineering, ¡Aarhus ¡University ¡ Head ¡of ¡SoJware ¡Engineering ¡ www.into-­‑cps.au.dk ¡

Who ¡am ¡I? ¡ § Professor ¡Peter ¡Gorm ¡Larsen ; ¡MSc, ¡PhD ¡ § 25+ ¡years ¡of ¡professional ¡experience ¡ • ½ ¡year ¡with ¡Technical ¡University ¡of ¡Denmark ¡ • 13 ¡years ¡with ¡IFAD ¡ • 3,5 ¡years ¡with ¡SystemaVc ¡ • 10 ¡years ¡with ¡IHA/Aarhus ¡University ¡ § Reviewer ¡for ¡EU ¡on ¡Research ¡projects ¡and ¡applicaVons ¡ § Consultant ¡for ¡most ¡large ¡defence ¡contractors ¡on ¡large ¡complex ¡ projects ¡(e.g. ¡Joint ¡Strike ¡Fighter) ¡ ¡ § Mostly ¡proud ¡of ¡the ¡firmware ¡of ¡a ¡NFC ¡chip ¡in ¡250+ ¡million ¡phones ¡ § RelaVons ¡to ¡industry ¡and ¡academia ¡all ¡over ¡the ¡world ¡ § Has ¡wri_en ¡books ¡and ¡100+ ¡arVcles ¡(in ¡parVcular ¡about ¡VDM) ¡ § See ¡h_p://pure.au.dk/portal/da/pgl@eng.au.dk ¡for ¡details ¡

Short ¡video ¡overview ¡of ¡my ¡own ¡research ¡

Outline ¡ Background ¡ INTO-­‑CPS ¡ project ¡ • Embedded ¡ Systems ¡ • Cyber ¡Physical ¡ • Co-­‑Modelling, ¡ Systems ¡(CPSs) ¡ Co-­‑SimulaVon ¡ • System ¡Vision ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 4 ¡

Embedded ¡Systems ¡ • InteracVng ¡compuVng, ¡ • CollaboraVve ¡development ¡ physical, ¡human ¡elements ¡ • Diverse ¡disciplines ¡cultures, ¡ abstracVons, ¡formalisms ¡ • Increasingly ¡complex ¡logic ¡(e.g. ¡ • Typically ¡tackled ¡separately ¡ moding) ¡~80% ¡of ¡control ¡ • Need ¡for ¡ design ¡space ¡ soJware ¡ explora;on ¡ • Error ¡detecVon ¡and ¡recovery ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 5 ¡

Model-­‑driven ¡Design ¡ • Modern ¡systems ¡are ¡complex ¡ • To ¡cope ¡with ¡this, ¡we ¡can ¡build ¡models ¡beforehand ¡ – To ¡perform ¡analysis ¡(e.g. ¡staVc ¡analysis, ¡proof, ¡model ¡ checking, ¡ simula;on ) ¡ – Clarify ¡our ¡assumpVons ¡ – Evaluate ¡potenVal ¡designs ¡ – Avoid ¡expensive ¡prototypes ¡ • Different ¡modelling ¡paradigms ¡for ¡different ¡aspects ¡ ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 6 ¡

Modelling ¡of ¡SoJware ¡and ¡Physics ¡ • Typically ¡ discrete-­‑event ¡ • Typically ¡ con;nuous-­‑;me ¡ (DE), ¡ e.g. ¡VDM-­‑RT ¡based ¡on ¡ (CT), ¡ e.g. ¡differenVal ¡ discrete ¡mathemaVcs ¡ equaVons ¡ • In ¡simulaVon, ¡only ¡the ¡ • In ¡simulaVon, ¡the ¡state ¡ points ¡in ¡Vme ¡at ¡which ¡the ¡ changes ¡conVnuously ¡ state ¡changes ¡are ¡ through ¡Vme ¡ represented ¡ • AbstracVons ¡for ¡disciplines, ¡ ¡ • Good ¡abstracVons ¡for ¡ – e.g. ¡mechanical, ¡electrical, ¡ soJware, ¡ ¡ hydraulic ¡ – e.g. ¡data ¡types, ¡object-­‑ • Poor ¡soJware ¡modelling ¡ orientaVon, ¡threading ¡ support ¡ ¡ • Less ¡suited ¡for ¡physical ¡ – only ¡basic ¡programming ¡support; ¡ system ¡modelling ¡ no ¡funcVons ¡or ¡objects ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 7 ¡

Background: ¡Co-­‑modelling ¡ ¡ ¡ ¡ ¡ Mind ¡the ¡Gap! ¡ ¡ SoJware: ¡ ¡ Physics: ¡ ¡ • Discrete ¡ • ConVnuous ¡ • Complex ¡logic ¡ • Numerical ¡ ¡ Co-­‑model ¡ DE ¡ CT ¡ DE ¡ CT ¡ Model ¡ Model ¡ Model ¡ Model ¡ Co-­‑model ¡Interface ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 8 ¡

Background: ¡Co-­‑simulaVon ¡ Con;nuous-­‑ Discrete-­‑Event ¡ Co-­‑Simula;on ¡ Time ¡ Simulator ¡ Engine ¡ Solver ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 9 ¡

Co-­‑simulaVon ¡and ¡real ¡world ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 10 ¡

Reference ¡Books ¡ Baseline ¡Discrete ¡Event ¡ Baseline ¡ConVnuous ¡Time ¡ Co-­‑Modelling ¡ Modelling ¡ Modelling ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 11 ¡

INTO-­‑CPS: ¡A ¡new ¡8 ¡M€ ¡H2020 ¡ Project ¡ www.into-­‑cps.org ¡ 12 ¡

Cyber-­‑Physical ¡Systems ¡ • We ¡have ¡looked ¡at ¡individual ¡ embedded ¡systems ¡ Control ¡ Physics ¡ • CPSs ¡are ¡networked ¡groupings ¡of ¡ digital ¡devices ¡ • … ¡which ¡may ¡require ¡more ¡elaborate ¡ co-­‑models! ¡ ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 13 ¡

Cyber-­‑Physical ¡Systems ¡ Control ¡ Physics ¡ Control ¡ Physics ¡ Physics ¡ Control ¡ Physics ¡ Control ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 14 ¡

INTO-­‑CPS ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 15 ¡

INTO ¡CPS ¡ObjecVves ¡ 1. Build ¡an ¡open, ¡well-­‑founded ¡tool ¡chain ¡for ¡ mulVdisciplinary ¡model-­‑based ¡design ¡of ¡CPS ¡that ¡ covers ¡the ¡full ¡development ¡life ¡cycle ¡of ¡CPS ¡ 2. Provide ¡a ¡sound ¡semanVc ¡basis ¡for ¡the ¡tool ¡chain ¡ 3. Provide ¡pracVcal ¡methods ¡in ¡the ¡form ¡of ¡guidelines ¡ and ¡pa_erns ¡that ¡support ¡the ¡tool ¡chain ¡ 4. Demonstrate ¡in ¡an ¡industrial ¡senng ¡the ¡effecVveness ¡ of ¡the ¡methods ¡and ¡tools ¡in ¡a ¡variety ¡of ¡applicaVon ¡ domains. ¡ 5. Form ¡an ¡INTO-­‑CPS ¡AssociaVon ¡to ¡ensure ¡that ¡project ¡ results ¡extend ¡beyond ¡the ¡life ¡of ¡the ¡project ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 16 ¡

CPS ¡co-­‑modelling ¡ requirements ¡ architecture ¡models ¡ automated ¡co-­‑model ¡analysis ¡ design ¡space ¡explora*on ¡ analysis ¡plug-­‑ins ¡ stub ¡model ¡ ¡ models ¡of ¡cyber ¡elements ¡ models ¡of ¡physical ¡elements ¡ genera*on ¡ co-­‑model ¡ shared ¡compuVng ¡ co-­‑simula*on ¡(MiL) ¡ environment ¡ model ¡ shared ¡network ¡ SiL ¡ HiL ¡ test ¡automa*on ¡ model ¡checking ¡ code ¡genera*on ¡ realisa*on ¡ real ¡code ¡ real ¡plant ¡ laboratory ¡tes*ng ¡ ¡Andrey.Sadovykh@soTeam.fr ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 17 ¡

Combining ¡Baseline ¡Tools ¡ Modelio ¡ RT ¡Tester ¡ INTO-­‑CPS ¡ CoSimulaVon ¡ FMI ¡ OpenModelica ¡ .fmu ¡ 20sim ¡ VDM ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 18 ¡

ConvenVonal ¡ Inter-­‑crop ¡ crop ¡ cleaned ¡soil ¡ Agriculture ¡ Railways ¡ Automo-ve ¡ Building ¡ ¡ Automa-on ¡ pgl@eng.au.dk ¡ 19 ¡

Industrial ¡Follower ¡Group ¡ AGCO, ¡Denmark ¡ Grundfos, ¡Denmark ¡ • • Alcatel-­‑Lucent, ¡Ireland ¡ GN ¡Resound, ¡Denmark ¡ • • Almende, ¡Netherlands ¡ HMF, ¡Denmark ¡ • • Altran, ¡UK ¡ Huisman ¡Equipment, ¡Netherlands ¡ • • Bachmann ¡electronic, ¡Netherlands ¡ Irmato ¡Industrial ¡SoluVons, ¡Netherlands ¡ • • Bakker ¡Sliedrecht ¡Electro ¡Industrie, ¡Netherlands ¡ Jaguar ¡Land ¡Rover, ¡UK ¡ • • Bombardier, ¡Germany ¡ ¡ MAN ¡Diesel ¡& ¡Turbo, ¡Denmark ¡ • • Carrier, ¡France ¡ Mfatech ¡Limited, ¡UK ¡ • • CeTIM, ¡Netherlands ¡ NaVonal ¡InsVtute ¡of ¡InformaVcs, ¡Japan ¡ • • Chemring ¡TS, ¡UK ¡ ONERA, ¡France ¡ • • Conpleks ¡InnovaVon, ¡Denmark ¡ ¡ Polar ¡Electro, ¡Switzerland ¡ • • Danish ¡AviaVon ¡Systems ¡ApS, ¡Denmark ¡ Rockwell-­‑Collins, ¡France ¡ • • DEME ¡Group, ¡Netherlands ¡ Rolls-­‑Royce, ¡UK ¡ • • Denso ¡CorporaVon, ¡Japan ¡ Seluxit, ¡Denmark ¡ • • Dredging ¡InternaVonal, ¡Belgium ¡ Siemens, ¡Sweden ¡ • • DSTL, ¡UK ¡ Terma, ¡Denmark: ¡ • • ESA, ¡European ¡Space ¡Agency, ¡Netherlands ¡ Thales, ¡France ¡ • • EDF, ¡France ¡ TTTech ¡Computertechnik, ¡Austria ¡ • • Farmertronics ¡BV, ¡Netherlands ¡ UTC ¡Aerospace ¡Systems, ¡UK ¡ • • Goodrich, ¡UK ¡ West ¡ConsulVng, ¡Netherlands ¡ • • pgl@eng.au.dk ¡ 20 ¡

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