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A. Fend:
"Monitoring Mobile Cyber-Physical Systems using Model-Driven Engineering";
Supervisor: D. Bork; Information Systems Engineering, 2022; final examination: 2022-01-11.

Whether in factories, autonomous vehicles or smart buildings, cyber-physical systems (CPS) are finding increasing use in society. Since CPS, unlike traditional software systems, have a direct influence on their physical environment, monitoring the execution is an essential part of such systems. Just like the actual system, the monitoring application must be designed, developed, and tested. Mobile CPSs, in contrast to stationary CPSs, bring the additional requirement that instances can dynamically join, leave, or fail during execution time. This dynamic behavior must also be considered in the monitoring application. In this thesis a pipeline is presented for the model-driven development of CPS systems with mobile components including a cockpit application for monitoring and interacting with suchasystem. The pipeline starts with the formulation of the system and the CPSs it contains at an abstract level by the system architect using a modeling language designed for the system architect´s needs. In a next step, this model is transformed to SysML 2 to get further extended and specified by system engineers on a more technical level. In the last step of the pipeline the SysML 2 model is used to generate code for the CPS devices, a system-wide digital twin and the cockpit application mentioned above. This cockpit enables the operator to configure and apply the monitoring as well as the interaction with the system during runtime.

Egal ob in Fabriken, bei autonomen Fahrzeugen oder in Smart Buildings, Cyber-Physical Systems (CPS) finden immer mehr Einsatz in der Gesellschaft. Da CPS im Gegensatz zu gewöhnlichen Softwaresystemen einen direkten Einfluss auf deren physische Umwelt haben, ist die Überwachung der korrekten Ausführung ein wesentlicher Bestandteil solcher Systeme. Genauso wie das eigentliche System, muss auch die Monitoringanwendung designed, entwickelt und getestet werden. Mobile CPS bringen im Gegensatz zu stationär installierten CPS die zusätzliche Anforderung, dass Instanzen dynamisch während der Ausführungszeit dazu kommen als auch weg bzw. ausfallen können. Dieses dynamische Verhalten muss sich ebenfalls in der Monitoringanwendung wieder finden. In dieser Thesis wird eine Pipeline für die model-getriebene Entwicklung von CPS Systemen mit mobilen Komponenten inklusive einer Cockpit Applikation für das Monitoring und die Interaktion mit dem System vorgestellt. Als Einstiegspunkt dient eine einfache Modellierungssprache in einer textuellen Syntax, welche es Systemarchitekten ermöglicht, das System, die CPS Komponenten, deren grober Aufbau, als auch deren Aktionen und Sensoren zu modellieren. Mit Hilfe einer Transformation wird dieses Model in einem nächsten Schritt in ein SysML 2 Modell transformiert, welches dann in weiterer Folge von Systementwicklern erweitert und genauer spezifiziert wird. Im letzten Schritt der Pipeline wird aus diesem SysML 2 Modell Code für das System generiert. Dabei wird Code für die einzelnen CPS Geräte, Code für einen systemweiten Digital Twin als auch Code für das oben erwähnte Cockpit erzeugt. Dieses Cockpit soll dem Operator ermöglichen, das Monitoring als auch die Interaktion mit dem System sowohl zur Laufzeit zu konfigurieren als auch anzuwenden.

http://dx.doi.org/10.34726/hss.2021.88541