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Platform Independent Specification of Engineering Model Transformations

Schlereth, Michael :
Platform Independent Specification of Engineering Model Transformations.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2014)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Platform Independent Specification of Engineering Model Transformations
Language: English
Abstract:

Production machine engineering involves multiple engineering disciplines defining together the configuration of each machine. Each of these disciplines provides an engineering model, which influences engineering models from other disciplines and is itself influenced by other engineering models. Therefore, building a valid configuration of a production machine requires the reconciliation of engineering models of all involved engineering disciplines. Up to now, execution of model reconciliations by model transformation systems was mainly considered for desktop model transformation environments. The analysis of engineering processes and customer applications of production machines revealed that the industrial application of model transformations requires the execution of the same model transformation specification on different execution environments depending on the initiator of the model reconciliation. An electrical engineer runs the model transformation on his desktop between locally installed engineering applications for small organizations or on his field programming device for commissioning scenarios. For complex systems and bigger organizations, model transformations are executed on an enterprise product lifecycle management (PLM) server. A machine operator triggers model transformations on the real-time system of an automation controller for on-site reconfigurable machines, e.g. by physically connecting a modular device to a production machine. To tackle this scenario, this thesis presents a new application of the model driven architecture (MDA), which transforms a platform independent model transformation specifications (PIM-MT) to platform specific model transformation specifications (PSM-MT) by higher order transformations (HOT). For industrial usage, both the platform independent transformation specification and the platform specific execution reuse proven existing technology which is tailored and extended where needed. This allows for the stepwise introduction of model transformation technology in existing engineering and technology environments based on a classification scheme which was developed as part of this thesis. For the PIM-MT specification, the strict handling of references between engineering model elements from current model transformation specifications, which does not fit well the requirements of engineering models with temporarily violate references within the engineering workflow, was replaced by a weaker reference handling based on domain specific reference designators. An existing model transformation specification, the ATL language, has been tailored for PIM-MT specifications. For the PSM-MT desktop execution, the ATL desktop model transformation engine was reused. XSL transformations were adapted for enterprise model transformations executed on PLM servers. A PSM-MT engine for real-time IEC 61131 programmable logic controllers was developed as part of this thesis. With the results of this thesis it is now possible to build a customized engineering environment as an extension of the existing infrastructure of a machine builder, which automates the configuration of production machines by using model transformations generated from a common platform independent specification on multiple execution platforms.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
An der Entwicklung von Produktionsmaschinen sind mehrere Entwicklungs-Fachrichtungen beteiligt, insbesondere Mechanikkonstruktion, Elektrokonstruktion und Automatisierungsentwicklung, die zusammen die Konfiguration einer Maschine erstellen. Jede dieser Fachrichtungen beschreibt die Maschinenkonfiguration mit Hilfe eines fachspezifischen Maschinenmodells, das einerseits die Inhalte anderer fachspezifischer Maschinenmodelle beeinflusst und andererseits selbst von den Inhalten anderer fachspezifischer Maschinenmodelle beeinflusst wird. Daher müssen bei der Entwicklung einer Produktionsmaschine die Maschinenmodelle aller beteiligten Fachrichtungen untereinander abgeglichen werden. Der Abgleich von Maschinenmodellen durch Modelltransformationssysteme wird bisher hauptsächlich auf Arbeitsplatzsystemen mit lokal installierten Modelltransformations-umgebungen durchgeführt. Die Analyse der Entwicklungsprozesse und Kundenanwendungen von Produktionsmaschinen zeigt aber, dass die industrielle Anwendung von Modelltransformation erfordert, dass die gleiche Modell-transformationsspezifikation je nach Initiator des Modellabgleichs auf verschiedenen Ausführungsumgebungen durchgeführt werden muss. In einer kleinen Firma oder bei einer Maschineninbetriebnahme führt ein Elektrokonstrukteur die Modelltransformation auf seinem Arbeitsplatzrechner oder Programmiergerät zwischen lokal installierten Entwicklungssystemen aus. Für komplexe Maschinen oder größere Entwicklungsorganisationen werden Modelltransformationen regelmäßig auf einem Enterprise Product Lifecycle Management (PLM) Server ausgeführt. Ein Maschinenbediener startet Modelltransformationen auf dem Echtzeit-System einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) für Maschinen, die Vor-Ort rekonfiguriert werden können, beispielsweise durch den physikalischen Anschluss eines neuen Maschinenmoduls an eine Produktionsmaschine. Um diese Aufgabenstellung zu bewältigen, präsentiert die vorliegende Arbeit eine neue Anwendung der Model-Driven-Architecture (MDA), bei der eine plattformunabhängige Modelltransformationsspezifikation (PIM-MT) in plattformspezifische Modell-transformationsspezifikationen (PSM-MT) mit Hilfe von Higher-Order-Transformations (HOT) transformiert wird. Um den industriellen Einsatz zu ermöglichen, wird sowohl für die plattformunabhängige Modelltransformationsspezifikation als auch für die plattformspezifische Modelltransformationsmaschinen auf erprobte existierende Technologien aufgebaut, die im Rahmen dieser Arbeit angepasst und erweitert wurden. Dadurch kann die Technologie von Modelltransformationen mit Hilfe eines Klassifikationsschemas, das im Rahmen der vorliegenden Arbeit erstellt wurde, schrittweise in vorhandene Entwicklungs- und Technologieumgebungen eingeführt werden. Für die plattformunabhängige Modelltransformationsspezifikation (PIM-MT) wurde die strenge Definition von Referenzen zwischen Elementen des Maschinenmodells, die schlecht zu den Anforderungen von Maschinenmodellen mit zeitweise ungültigen Referenzen während des Entwicklungsprozesses passt, durch eine lockerere Definition von Referenzen mit Hilfe von domänenspezifischen Kennzeichnungssystemen ersetzt. Eine existierende Sprache zur Spezifikation von Modelltransformationen, die ATL Modelltransformationssprache, wurde zur Nutzung als PIM-MT angepasst. Zur PSM-MT-Ausführung auf Arbeitsplatzrechnern wurde die ATL-Modelltransformations-maschine wiederverwendet. XSL-Transformationen wurden für serverbasierte Modelltransformationen auf PLM-Systemen angepasst. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde eine neue Modelltransformationsmaschine entwickelt, die auf echtzeitfähigen speicherprogrammierbaren Steuerungen, die dem IEC 61131-3 Standard entsprechen, ausführbar ist. Auf Basis der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ist es nun möglich eine kundenspezifisch angepasste Entwicklungsumgebung für Produktionsmaschinen zu erstellen, die die existierende Entwicklungsumgebung eines Maschinenbauers so erweitert, dass Produktionsmaschinen mit Hilfe von Modelltransformationen automatisiert auf verschiedenen Plattformen konfiguriert werden können. Die Spezifikation der plattformspezifischen Modelltransformationen wird dabei aus einer einmalig erstellten plattformunabhängigen Modelltransformationsspezifikation für alle Zielplattformen generiert. German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Computational Electromagnetics > Real-Time Systems
Date Deposited: 01 Jul 2014 12:02
Last Modified: 01 Jul 2014 12:02
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-40077
Referees: Schürr, Prof. Dr. Andy and Epple, Prof. Dr. Ulrich
Refereed: 13 June 2014
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/4007
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