DE102021207139A1 - Computer-implemented method for simulating a technical system - Google Patents

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Abstract

Vorgestellt wird ein computerimplementiertes Verfahren zur Simulation eines technischen Systems. Dabei wird ein erstes Simulationsmodell zu einer ersten Variante eines Teils des technischen Systems in ein erstes Metamodell umgewandelt. Ein zweites Simulationsmodell zu einer zweiten Variante des Teils des technischen Systems wird in ein zweites Metamodell umgewandelt. Eine Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells wird ermittelt. Abhängig von der ermittelten Ähnlichkeit wird festgestellt, ob bei einer erfolgten Validierung des ersten Simulationsmodells eine Validierung des zweiten Simulationsmodells erfolgen soll. Bei einer Feststellung, dass das zweite Simulationsmodell validiert werden soll, erfolgt eine Validierung des zweitens Simulationsmodells. Das technische System wird abhängig vom zweiten Simulationsmodell simuliert.A computer-implemented method for simulating a technical system is presented. A first simulation model for a first variant of a part of the technical system is converted into a first meta model. A second simulation model for a second variant of the part of the technical system is converted into a second meta model. A similarity of the first meta model and the second meta model is determined. Depending on the ascertained similarity, it is determined whether the second simulation model should be validated when the first simulation model has been validated. If it is determined that the second simulation model is to be validated, the second simulation model is validated. The technical system is simulated depending on the second simulation model.

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Simulation eines technischen Systems, ein hierzu eingerichtetes Computerprogramm sowie eine Testumgebung.The invention relates to a computer-implemented method for simulating a technical system, a computer program set up for this purpose, and a test environment.

Stand der TechnikState of the art

Aus der EP 2 469 416 A1 ist ein Verfahren zur Prüfung der AUTOSAR-Softwarekomponente bekannt. Darin wird der Einsatz von Simulink-Modellen beschrieben, um zu testende Komponenten zu verifizieren.From the EP 2 469 416 A1 a method for testing the AUTOSAR software component is known. It describes the use of Simulink models to verify components under test.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorgestellt wird ein computerimplementiertes Verfahren zur Simulation eines technischen Systems. Dabei kann es sich beim technischen System um eine Software, eine Hardware, insbesondere bestehend aus Baugruppen mehrerer Komponenten, oder ein System mit Software- und Hardwarekomponenten handeln. Das technische System kann insbesondere Teil eines automatisierten Fahrzeugs oder eines Roboters sein, beispielsweise eine Sensor-, Rechen- oder Steuervorrichtung.A computer-implemented method for simulating a technical system is presented. The technical system can be software, hardware, in particular consisting of assemblies of several components, or a system with software and hardware components. The technical system can in particular be part of an automated vehicle or a robot, for example a sensor, computing or control device.

Ein erstes Simulationsmodell zu einer ersten Variante eines Teils des technischen Systems wird nun in ein erstes Metamodell umgewandelt, ein zweites Simulationsmodell zu einer zweiten Variante des Teils des technischen Systems in ein zweites Metamodell umgewandelt. Das erste Metamodell und das zweite Metamodell können insbesondere jeweils als ein Graphenmodell, insbesondere als ein Constraint Graph, ausgestaltet sein.A first simulation model for a first variant of a part of the technical system is now converted into a first meta model, and a second simulation model for a second variant of the part of the technical system is converted into a second meta model. The first meta-model and the second meta-model can in particular each be designed as a graph model, in particular as a constraint graph.

Eine Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells wird ermittelt. Vorzugsweise wird zur Ermittlung der Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells ein Clusterverfahren eingesetzt. Die ermittelte Ähnlichkeit kann insbesondere auch ein Maß für eine Validierungsähnlichkeit umfassen.A similarity of the first meta model and the second meta model is determined. A cluster method is preferably used to determine the similarity of the first meta model and the second meta model. The determined similarity can in particular also include a measure of a validation similarity.

Abhängig von der ermittelten Ähnlichkeit wird festgestellt, ob bei einer erfolgten Validierung des ersten Simulationsmodells eine Validierung des zweiten Simulationsmodells erfolgen soll. Die Feststellung, dass das zweite Simulationsmodell validiert werden soll, wird insbesondere getroffen, wenn die Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet.Depending on the ascertained similarity, it is determined whether the second simulation model should be validated when the first simulation model has been validated. The determination that the second simulation model should be validated is made in particular when the similarity of the first meta-model and the second meta-model falls below a predetermined threshold.

Bei einer Feststellung, dass das zweite Simulationsmodell validiert werden soll, erfolgt eine Validierung des zweitens Simulationsmodells. Das technische System wird abhängig vom zweiten Simulationsmodell simuliert. In der Simulation des technischen Systems mittels des zweiten Simulationsmodells werden insbesondere Sicherheitsanforderungen an das technische System überprüft.If it is determined that the second simulation model is to be validated, the second simulation model is validated. The technical system is simulated depending on the second simulation model. In the simulation of the technical system using the second simulation model, in particular security requirements for the technical system are checked.

Die Verfahren können vorzugsweise von einem Computerprogramm ausgeführt werden. Dieses Computerprogramm kann von einem Rechner in einer Testumgebung ausgeführt werden.The methods can preferably be executed by a computer program. This computer program can be executed by a computer in a test environment.

Die beschriebenen Verfahren haben den Vorteil, eine Validierung auf Basis objektiver Maßzahlen unterstützen zu können. Sie ermöglichen, Entscheidungen zur Durchführung von Validierungen objektiviert, beschleunigt und besser begründet treffen zu können.The methods described have the advantage of being able to support validation based on objective metrics. They enable decisions to be made on the implementation of validations in an objectified, accelerated and better justified manner.

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. 1 zeigt dabei schematisch eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Simulation eines technischen Systems.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the attached drawing. 1 shows schematically an exemplary embodiment of a method for simulating a technical system.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

Um ein Produkt freizugeben, muss dessen Sicherheit überprüft und validiert werden. Dazu können statt oder neben Tests am tatsächlichen Produkt auch Simulationsmodelle eingesetzt werden, welche das Produkt beschreiben bzw. repräsentieren. Soll die Freigabe eines Produkts zumindest teilweise auf Basis eines Simulationsmodells erfolgen, muss dieses Simulationsmodell validiert werden. Z.B. muss ermittelt werden, ob bzw. in welchen Grenzen das Simulationsmodell das Produkt ausreichend gut beschreibt.In order to release a product, its safety must be checked and validated. For this purpose, instead of or in addition to tests on the actual product, simulation models can also be used, which describe or represent the product. If a product is to be released at least partially on the basis of a simulation model, this simulation model must be validated. For example, it must be determined whether and within what limits the simulation model describes the product sufficiently well.

Soll als ein Produkt ein System bestehend aus verschiedenen Systemteilen freigeben und hierzu modelliert werden, werden für die Modellierung oft mehrere Simulationsmodelle eingesetzt. Die einzelnen Systemteile können jeweils einzeln validiert werden.If a system consisting of different system parts is to be released as a product and modeled for this purpose, several simulation models are often used for the modeling. The individual system parts can each be validated individually.

Besteht das System beispielsweise aus mehreren Baugruppen mit jeweils mehreren Komponenten, kann zunächst jede Komponente validiert werden (über Simulationsmodelle der einzelnen Komponenten), dann können die darüber liegenden Baugruppen validiert werden (über Simulationsmodelle aus Teilmodellen) usw., bis man auf dem Systemlevel angekommen ist. Beispielsweise werden in einem solchen Fall die Komponenten nur einmal validiert und in einer Bibliothek verwaltet. Baugruppen, die sich neu aus Komponenten zusammensetzen, werden neu validiert. Eine Modifikation der Komponenten einer Baugruppe erfordert also eine neue Validierung der Baugruppe.For example, if the system consists of several assemblies, each with several components, each component can be validated first (via simulation models of the individual components), then the assemblies above it can be validated (via simulation models from sub-models) and so on, until one arrives at the system level . In such a case, for example, the components are only validated once and managed in a library. Assemblies that are newly composed of components are revalidated. A modification of the components of an assembly therefore requires a new validation of the assembly.

Dazu kann Expertenwissen benutzt werden, um einzuschätzen ob eine Modifikation die Eigenschaften der Baugruppe signifikant ändert, und man somit neu validieren muss, oder ob die Änderung klein ist und man nicht neu validieren muss. Bei einer Baugruppe kann ein Experte optisch, z.B. in einer Modellumgebung, den letzten Stand der Baugruppe mit dem neuen Stand vergleichen und die Signifikanz der Änderung interpretieren.For this, expert knowledge can be used to assess whether a modification significantly changes the properties of the assembly and thus needs to be re-validated, or whether the change is small and does not need to be re-validated. In the case of an assembly, an expert can visually compare the last status of the assembly with the new status, for example in a model environment, and interpret the significance of the change.

Im Verlauf einer modellunterstützten Produktentwicklung könnten beispielsweise die folgenden Schritte für eine bestimmte Baugruppe durchlaufen werden:

  • - Komponenten werden validiert.
  • - Erste Version der Baugruppe wird validiert.
  • - Zweite Version der Baugruppe muss nicht erneut validiert werden, da nach Expertenmeinung nur eine kleine Änderung erfolgt ist.
  • - Dritte Version der Baugruppe muss wegen signifikanter Änderung neu validiert werden.
For example, in the course of a model-supported product development, the following steps could be run through for a specific assembly:
  • - Components are validated.
  • - First version of assembly is validated.
  • - Second version of the assembly does not need to be validated again, as only a small change has been made according to expert opinion.
  • - Third version of assembly needs to be re-validated due to significant change.

Allerdings beurteilen Experten subjektiv, zudem kann die notwendige Expertise knapp sein oder die entsprechenden Experten können je nach Geschwindigkeit der nötigen Änderungen zeitlich nicht ausreichend schnell verfügbar sein. Weiterhin kann es schwierig und aufwendig sein, Expertenwissen über Abteilungen und Betriebsbereiche zu teilen und somit eine gemeinsame Wissensbasis zu erzeugen.However, experts judge subjectively, and the necessary expertise may be scarce or, depending on the speed of the necessary changes, the corresponding experts may not be available quickly enough. Furthermore, it can be difficult and expensive to share expert knowledge across departments and operational areas and thus create a common knowledge base.

Es werden daher Verfahren vorgestellt, welches eine Validierung auf Basis objektiver Maßzahlen unterstützen kann. Das Verfahren ermöglicht zudem den Aufbau einer Wissensdatenbank, mit deren Hilfe Entscheidungen objektiviert, beschleunigt oder besser begründet werden können.Therefore, methods are presented that can support a validation based on objective metrics. The procedure also enables the creation of a knowledge database, with the help of which decisions can be objectified, accelerated or better justified.

Die vorgestellten Verfahren benutzen dabei vorzugsweise Metamodelle, insbesondere Graphenmodelle wie Constraint Graphs, um eine Modellstruktur zu untersuchender Modelle zu beschreiben und um eine Vergleichbarkeit von Modellen bzw. von deren Validierungen zu ermöglichen. Mit einer solchen Vergleichbarkeit kann dann ermittelt werden, ob die Validierung eines Modells auf ein anderes, insbesondere abgewandeltes Modell übertragen werden kann.The methods presented here preferably use meta-models, in particular graph models such as constraint graphs, in order to describe a model structure of models to be examined and to enable models and their validations to be compared. With such comparability, it can then be determined whether the validation of a model can be transferred to another, in particular modified, model.

1 zeigt schematisch eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Simulation eines technischen Systems. 1 shows schematically an exemplary embodiment of a method for simulating a technical system.

In Schritt 101 wird ein erstes Simulationsmodell erfasst, welches einer ersten Variante eines Teils eines technischen Systems entspricht. Dabei wird in diesem Beispiel ebenfalls eine Validierung des ersten Simulationsmodells miterfasst. In einem 102 wird ein zweites Simulationsmodell erfasst, welches einer zweiten Variante des Teils des technischen Systems entspricht.In step 101, a first simulation model is recorded, which corresponds to a first variant of a part of a technical system. In this example, a validation of the first simulation model is also recorded. In a 102, a second simulation model is recorded, which corresponds to a second variant of the part of the technical system.

In Schritt 103 werden die Simulationsmodelle in ein Metamodell umgewandelt. Beispielsweise kann eine Umwandlung in einen Constraint Graph erfolgen, z.B. mit einem entsprechenden Softwaretool wie ETAS Scode Congra. Da es sehr viele Simulationstools mit unterschiedlichen Repräsentationen gibt, ermöglicht eine solche Umwandlung eine Vergleichbarkeit. Die Simulationsmodelle werden somit vorzugsweise einheitlich als Graphen von Gleichungen dargestellt.In step 103 the simulation models are converted into a meta model. For example, it can be converted into a constraint graph, e.g. with a corresponding software tool such as ETAS Scode Congra. Since there are many simulation tools with different representations, such a conversion enables comparability. The simulation models are thus preferably presented uniformly as graphs of equations.

In Schritt 104 werden die den Simulationsmodellen entsprechenden Constraint Graphs in einer Datenbank abgelegt. Zu jedem Constraint Graph können Informationen über durchgeführte Validierungen ebenfalls in der Datenbank abgelegt werden.In step 104, the constraint graphs corresponding to the simulation models are stored in a database. For each constraint graph, information about validations that have been carried out can also be stored in the database.

In Schritt 105 werden Constraint Graphs der Datenbank mit einem geeigneten Clusterverfahren (Englisch: cluster analysis bzw. clustering) aus dem Bereich des Maschinellen Lernens gruppiert. Das ermöglicht eine systematische Ordnung und erhöhte Auffindbarkeit ähnlicher Simulationsmodelle. Wie die Simulationsmodelle können auch Validierungen der Simulationsmodelle, über welche ausreichend Informationen in der Datenbank vorliegen, entsprechend geclustert bzw. angeordnet werden.In step 105, constraint graphs of the database are grouped using a suitable cluster method (cluster analysis or clustering) from the field of machine learning. This enables a systematic order and increased findability of similar simulation models. Like the simulation models, validations of the simulation models, about which sufficient information is available in the database, can be clustered or arranged accordingly.

In Schritt 106 wird nun anhand der entsprechenden Constraint Graphs eine geeignete Maßzahl ermittelt, welche eine Ähnlichkeit des ersten und des zweiten Simulationsmodells beschreibt. Zum Beispiel kann in Verbindung mit einem in Schritt 105 verwendeten Clusterverfahren wie „Nächster Nachbar“ eine Euklidische Distanz als Maß verwendet werden. Die Maßzahl kann dabei eine Ähnlichkeit der entsprechenden Constraint Graphen repräsentieren. Sie kann auch abhängig von einer Ähnlichkeit der entsprechenden Constraint Graphen und abhängig von einem Maß für eine Ähnlichkeit von Validierungen ermittelt werden.In step 106, a suitable measure is determined based on the corresponding constraint graph, which describes a similarity between the first and the second simulation model. For example, in conjunction with a clustering method such as nearest neighbor used in step 105, a Euclidean distance may be used as a measure. The measure can represent a similarity of the corresponding constraint graphs. It can also be determined depending on a similarity of the corresponding constraint graphs and depending on a measure for a similarity of validations.

Falls die ermittelte Ähnlichkeit bzw. die entsprechende Maßzahl kleiner als ein vordefinierter Grenzwert ist, muss für eine neue Variante eines Simulationsmodells entsprechend einem Teil eines technischen Systems keine neue Validierung durchgeführt werden (Schritt 107). Vielmehr stützt sich die Bewertung auf in der Datenbank vorhandene Erkenntnisse.If the determined similarity or the corresponding measure is smaller than a predefined limit value, no new validation has to be carried out for a new variant of a simulation model corresponding to a part of a technical system (step 107). Rather, the assessment is based on findings available in the database.

Falls die ermittelte Ähnlichkeit bzw. die entsprechende Maßzahl den Grenzwert übersteigt, muss neu validiert werden (Schritt 108).If the determined similarity or the corresponding measure exceeds the limit value, it must be validated again (step 108).

Das Ergebnis der Bewertung in Schritt 106 ist somit eine abhängig von den Einträgen der Datenbank automatisiert und objektiv getroffene Aussage, ob neu validiert werden muss oder ob ein bereits erfolgte Validierungen aufgrund der Ähnlichkeiten der betrachteten Simulationsmodelle ausreichend ist. Nach der gegebenenfalls neu durchgeführten Validierung kann das zweite Simulationsmodell für eine Simulation des technischen Systems oder eines Teils des technischen Systems eingesetzt werden. Dabei können insbesondere Sicherheitsanforderungen an das technische System simulativ überprüft werden. Abhängig von dieser Überprüfung kann ein technisches System beispielsweise eine Produktfreigabe erhalten.The result of the evaluation in step 106 is therefore a statement made automatically and objectively, depending on the entries in the database, as to whether a new validation is required or whether a validation that has already taken place is sufficient due to the similarities of the simulation models considered. After the validation, which may have been carried out again, the second simulation model can be used for a simulation of the technical system or a part of the technical system. In particular, safety requirements for the technical system can be checked in a simulative manner. Depending on this review, a technical system can, for example, receive a product release.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2469416 A1 [0002]EP 2469416 A1 [0002]

Claims (11)

Computerimplementiertes Verfahren zur Simulation eines technischen Systems, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: ein erstes Simulationsmodell zu einer ersten Variante eines Teils des technischen Systems wird in ein erstes Metamodell umgewandelt, ein zweites Simulationsmodell zu einer zweiten Variante des Teils des technischen Systems wird in ein zweites Metamodell umgewandelt, eine Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells wird ermittelt, abhängig von der ermittelten Ähnlichkeit wird festgestellt, ob bei einer erfolgten Validierung des ersten Simulationsmodells eine Validierung des zweiten Simulationsmodells erfolgen soll, bei einer Feststellung, dass das zweite Simulationsmodell validiert werden soll, erfolgt eine Validierung des zweitens Simulationsmodells, das technische System wird abhängig vom zweiten Simulationsmodell simuliert.Computer-implemented method for simulating a technical system, characterized by the following steps: a first simulation model for a first variant of a part of the technical system is converted into a first meta model, a second simulation model for a second variant of the part of the technical system is converted into a second meta model converted, a similarity of the first metamodel and the second metamodel is determined, depending on the determined similarity, it is determined whether the second simulation model should be validated if the first simulation model has been validated, if it is determined that the second simulation model should be validated, the second simulation model is validated, the technical system is simulated depending on the second simulation model. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells ein Clusterverfahren eingesetzt wird.procedure after claim 1 , characterized in that a cluster method is used to determine the similarity of the first meta model and the second meta model. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststellung, dass das zweite Simulationsmodell validiert werden soll, getroffen wird, wenn die Ähnlichkeit des ersten Metamodells und des zweiten Metamodells eine vorbestimmte Schwelle unterschreitet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination that the second simulation model should be validated is made when the similarity of the first meta-model and the second meta-model falls below a predetermined threshold. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Ähnlichkeit ein Maß für eine Validierungsähnlichkeit umfasst.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined similarity includes a measure of a validation similarity. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Metamodell und das zweite Metamodell jeweils als ein Graphenmodell, insbesondere als ein Constraint Graph, ausgestaltet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the first meta-model and the second meta-model are each designed as a graph model, in particular as a constraint graph. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das technische System eine Software, eine Hardware, insbesondere bestehend aus Baugruppen mehrerer Komponenten, oder ein System mit Software- und Hardwarekomponenten ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the technical system is software, hardware, in particular consisting of assemblies of several components, or a system with software and hardware components. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das technische System Teil eines automatisierten Fahrzeugs oder eines Roboters ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the technical system is part of an automated vehicle or a robot. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Simulation des technischen Systems mittels des zweiten Simulationsmodells Sicherheitsanforderungen an das technische System überprüft werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the simulation of the technical system, safety requirements for the technical system are checked using the second simulation model. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche durchzuführen.Computer program which is set up to carry out a method according to one of the preceding claims. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem Computerprogramm nach Anspruch 9.Machine-readable storage medium with a computer program claim 9 . Testumgebung mit einer Recheneinheit, welche auf ein maschinenlesbares Speichermedium nach Anspruch 10 zugreift, ein Computerprogramm nach Anspruch 9 ausführt und mit dem Computerprogramm ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 durchführt.Test environment with a computing unit, which is based on a machine-readable storage medium claim 10 accesses, according to a computer program claim 9 executes and with the computer program a method according to one of Claims 1 until 8th performs.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2469416A1 (en) 2010-12-21 2012-06-27 Robert Bosch GmbH Test bed for an AUTOSAR software component and method for checking an AUTOSAR software component

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