Development of hierarchical testing workflows to support virtual verification of technical systems

Zhang, Yizhe; Schelenz, Ralf; Jacobs, Georg

doi:42393

Development of hierarchical testing workflows to support virtual verification of technical systems = Entwicklung von hierarchischen Test-Workflows zur Unterstützung der virtuellen Verifizierung technischer Systeme

Zhang, Yizhe^RWTH*

2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Yizhe Zhang

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Jacobs, Georg (Thesis advisor)^RWTH* ; Schelenz, Ralf (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-07-12

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-07259
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/962225/files/962225.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung (411710)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die zunehmende Komplexität technischer Systeme erfordert leistungsfähigere Systementwicklungsansätze, um Kostendruck und Time-to-Market standzuhalten oder weiter zu reduzieren. Modellbasiertes Systems Engineering (MBSE) ist ein vielversprechender Ansatz für die Effizienzsteigerung von Systementwicklungsprozessen. MBSE baut auf virtuellen Systemmodellen als zentrale Entwicklungsartefakte. Die Modellierungsmethoden verwenden formale Systemmodelle zur Beschreibung von Systemanforderungen, -funktionen sowie -lösungen und verknüpfen die Input-/Output Daten des Systems miteinander. Systemmodelle können grundsätzlich dazu genutzt werden, schon in frühen Phasen durch Integration von Domänensimulationsmodellen das physikalische Systemverhalten zu testen. Der virtuelle Verifizierungsprozess führt sequentiell Aktivitäten durch, um Designentscheidungen vor Prototypen zu unterstützen. Es mangelt jedoch Methoden zum Aufbau von strukturierten, wiederverwendbaren und effiziente Workflows und diese Workflows in Systemmodelle zu integrieren, um den virtuellen Verifizierungsprozess zu unterstützen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung von, über Hierarchieebenen des Systems hinweg, ausführbaren virtuellen Test-Workflows, die es erlauben, modellierte Lösungsarchitekturen auf spezifische Anforderungen zu testen und dabei die Datenkonsistenz zwischen den hierarchischen Ebenen des Systems zu gewährleisten. Die Workflows enthalten Aktivitäten als Module, die Simulationsmodelle innerhalb der einzelnen Domänen automatisiert ausführen. Test-Workflows werden entsprechend den verschiedenen Testszenarien in Bezug auf Systemumfänge, Modellzwecke und Modellgenauigkeiten durchgeführt. Die entwickelte Methode zur Gestaltung von Workflows wird an einem Fallbeispiel, dem Systementwicklungsprozess für eine Windenergieanlage (WEA), erprobt. Die Modularität und die Effizienzsteigerung des Prozessdesigns werden anhand des Fallbeispiels diskutiert und Verallgemeinerungen abgeleitet

The increasing complexity of technical systems requires more powerful system development approaches to withstand or further reduce cost pressure and time-to-market. Model-Based Systems Engineering (MBSE) is a promising approach for increasing the efficiency of system development processes. MBSE relies on virtual system models as central development artifacts. The modeling methods use formal system models to describe system requirements, functions, as well as solutions, and link the input/output data of the system with each other. System models can generally be used to test physical system behavior at early stages by integrating domain simulation models. The virtual verification process sequentially performs activities to support design decisions before prototypes. However, there is a lack of methods for building structured, reusable, and efficient workflows and integrating these workflows into system models to support the virtual verification process. The goal of this work is the development of executable virtual test workflows across hierarchy levels of the system, allowing for the testing of modeled solution architectures based on specific requirements while ensuring data consistency between the hierarchical levels of the system. The workflows contain activities as modules that automatically execute simulation models within the individual domains. Test workflows are carried out according to various test scenarios concerning system scopes, model purposes, and model fidelities. The developed method for designing workflows is tested using a case study, the system development process for wind turbine (WT) systems. The modularity and efficiency improvement of the process design are discussed using the case study, and generalizations are derived.

OpenAccess:
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