EMBRACE - Environment for model-based design and verification of CPS systems

July 1, 2020

EMBRACE - Environment for model-based design and verification of CPS systems


Overview

The concept of the "Internet of Things" (IoT) and cyber-physical systems (CPS) has led to some of the most grandiose IT projects of our time. The recognition of the potential of connecting individual systems into a communicating network changed our perception of system design fundamentally. From the energy sector through the automotive industries to the production infrastructure, we rely on highly safety-critical systems with vast complexity, typically designed and implemented by different stakeholders and specialists. There is barely any framework that supports the co-design of large-scale heterogeneous systems peculiar to CPS. Without a common language, subcontractors are not able to precisely define their assumptions, guarantees or requirements, which leads to failures and accidents at worst and over-specification and cost inefficiency at best. The EMBRACE project will tackle these challenges with novel and innovative approaches. With the cooperation of nearly 50 international corporations and research institutes, including BME and IncQuery Labs Ltd., the project aims to connect representatives of different disciplines and tool vendors to design a common requirement language and methodology for the co-design of large-scale cyber-physical systems. With the specification and standardization of the Common Requirements Modelling Language (CRML), as well as the integration of existing tools with and around the language, accompanied by methodologies guiding the design process, system designers and integrators will get a framework, an efficient tool to help the digital revolution overcome the challenges of ever rising complexity and unleash the potential of connecting systems for the society.

Innovations

The salient innovative features are:

1. A common modelling and simulation framework for multidisciplinary co-design;

2. Involving the end-customer and all other important stakeholders from the very early stages throughout the system engineering lifecycle;

3. With the ability to explore multiple design solutions;

4. And verify that the system logical and functional design is robust to real-life constraints and uncertainties that are specific to CPS and IoT.


Work packages, milestones

1. Tool chain architecture (which covers the full technological chain, 6th month)

2. First version of CRML specifications (9th month)

3. First version of the methodology (12th month)

4. First basic implementation of demonstrators (18th month)

5. Second version of CRML specifications and methodology. CRML standardization starts for most common requirement modelling language constructs (24th month)

6. Finalized implementation of demonstrators and final version of CRML specifications and methodology.


Partners

Belgium

Siemens Industry Software NV


France

Digital Product Simulation

Electricité De France


Germany

Bielefeld University of Applied Sciences


Hungary

Budapest University of Technology and Economics

IncQuery Labs Zrt.


Spain

Knowledge Centric Solutions


Sweden

AB SKF

Equa Simulation AB

Linköping University

Modelon AB

RISE - Research institute of Sweden SICS East

Saab AB

Siemens Industrial Turbomachinery AB

Swegon Group AB


Turkey

Beycelik Gestamp Otomotiv Sanayi A. S.

GTech

IND YAZILIM BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ SANAYİ VE TİCARET A.Ş.

LİN YAZILIM HİZMETLERİ VE DANIŞMANLIK TİCARET LİMİTED ŞİRKETİ


Contact

Inetrnational Project Coordinator

Lena Buffoni
Linköping University, Sweden
E-mail: lena.buffoni@liu.se


National Project Coordinator

Dr. Horváth Ákos
COO/CTO
IncQuery Labs
Hungary, Budapest, 1072 Budapest, Rákóczi út 36.

E-mail: embrace@incquerylabs.com


News

IQL
BME:


Funding organization

Project no. 2019-2.1.1-EUREKA-2019-00001 has been implemented with the support provided from the National Development and Innovation Fund of Hungary, financed under the funding scheme.

Beneficiaries: IncQuery Labs Zrt., Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem.

Amount of funding: 64 078 052 Ft (Intensity: 85,87 %).

Date of planned project ending: 31/12/2022


EMBRACE - Fejlesztési környezet kialakítása CPS rendszerek modellalapú tervezéséhez és ellenőrzéséhez


Áttekintés

A "dolgok internete" (IoT) és a kiber-fizikai rendszerek (CPS) koncepciójának megjelenése napjaink legnagyobb szabású informatikai projektjeihez vezettek. A felismerés, hogy az önálló rendszerek hálózatba kapcsolása mekkora potenciált hordoz magában, alapjaiban változtatta meg a rendszerek tervezéséről alkotott szemléletet. Az energiaszektortól kezdve a járműiparon át a termelő infrastruktúráig hatalmas komplexitású és biztonságkritikus rendszerekre támaszkodunk. Ezekre jellemző, hogy tervezésüket különböző szereplők végzik. A CPS rendszerek esetében alig létezik olyan keret, ami alkalmas lenne ekkora méretű heterogén rendszerek együttes tervezésére. Közös nyelv híján az alrendszerek szállítói nem tudják hatékonyan rögzíteni a feltételezéseiket,garanciáikat vagy követelményeiket, ami legrosszabb esetben hibákhoz és balesetekhez, de legjobb esetben is túlzott óvatossághoz és kevésbé hatékony megvalósításhoz vezet. Az EMBRACE projekt, amelyben az IncQuery Labs Zrt. és a BME alkotta magyar konzorcium is részt vesz, ezekre a kihívásokra keres újszerű, innovatív válaszokat. A projekt közel 50 nemzetközi vállalat, kutatóintézet részvételével és szakértelmét felhasználva azt tűzte ki célul, hogy a különböző szakterületek képviselői és a létező eszközök fejlesztői közösen dolgozzák ki a komplex rendszerek együttes tervezéséhez szükséges közös nyelvet. Ez a nyelv a Common Requirements Modelling Language (CRML) lesz, amelynek specifikálásával, szabványosításával, a létező szakterületspecifikus eszközök integrálásával és a tervezést segítő metodológiák kidolgozásával a rendszertervezők és -integrátorok egy hatékony eszközhöz juthatnak. Egy olyan eszközhöz, melynek segítségével a napjainkban is zajló digitális forradalom túlléphet a növekvő komplexitás jelentette akadályokon, és a rendszerek összekapcsolásában rejlő potenciál a társadalom számára is érezhető és kézzelfogható pozitív változásokat hozhat majd.

A projekt elsősorban négy, a komplex rendszerek kidolgozásának és működtetésének nehézségei által érintett iparágat jelöl ki fókuszpontként. Az energiaszektor átalakulása (megújulók, elektromos járművek) egyre többféle bizonytalanságot jelent, amihez nagyfokú digitalizáció is társul. A repülőgépipar fő kihívását a rendszerek komplexitása és biztonságkritikussága jelenti. A járműipar részéről a járművek összekapcsolása radikálisan új lehetőségeket kínál (pl. a fogyasztás és károsanyag kibocsátás csökkentésére), azonban ez is rendkívül komplex rendszerekhez vezet. Az Ipar 4.0 által bevezetett kiber-fizikai termelő rendszerek az inhomogén eszközök miatt szintén komoly tervezési és üzemeltetési nehézségeket hordoznak magukban. Mindezen problémákra a modellalapú tervezés, fejlesztés, ellenőrzés és üzemeltetés jelenthet megoldást.  

Innovációs területek

A projekt négy fő innovációt kíván megvalósítani:

1. Kidolgozásra kerül a Common Requirement Modelling Language (CRML), amely lehetővé teszi a különböző hátterű szakemberek hatékony kommunikációját, a feltételezések és kényszerek pontos, szakterület független megfogalmazását, a követelmények és garanciák pontos definícióját, tehát a probléma (és nem a megoldás) precíz, mindenki által érthető leírását. A fő cél a túlspecifikálás elkerülése, ami költségcsökkenéshez vezet.

2. A CRML-re építve elkészül egy részletes metodológia komplex kiber-fizikai rendszerek (CPS) és IoTrendszerek tervezésére az előzetes tanulmányoktól a működtetésig minden fázist lefedve. A cél az, hogy a kritikus döntéseket minél előbb és minél több információ birtokában meg lehessen hozni, csökkentve a módosítások költségét.

3. A nagyméretű és komplex rendszerek szimulációja új kihívások elé állítja az algoritmusokat, így azok továbbfejlesztése elkerülhetetlen a bevezetett módszertan támogatásához. A 3. innováció az együttes szimuláció támogatását és a szimulációs algoritmusok fejlesztését és párhuzamosítását célozza meg.

4. Szintén a szimuláció témakörében olyan szabvány-alapú megoldást keres a projekt, amellyel a szimulációs, ellenőrző és tesztelő megoldások integrálhatók a CPS és IoT tervező keretrendszerekbe, segítve a mérnökök munkáját a rendszertervek kiértékelésében. A cél a különböző módszerek kombinálhatóságának elősegítése.

Munkaszakaszok, mérföldkövek

1. Eszközlánc architektúrája (6. hónap)

2. A CRML első verziója (9. hónap)

3. A metodológia első verziója (12. hónap)

4. A demonstrátorok első, alapszintű implementációja (18. hónap)

5. A demonstrátorok fejlettebb implementációja és a CRML szabványosítási folyamatának megkezdése (24. hónap)

6. A demonstrátorok finomhangolt és véglegesített megvalósítása és a CRML specifikációjának, valamint a metodológiának végső változata.

Partnerek

Belgium

Siemens Industry Software NV


Franciaország

Digital Product Simulation

Electricité De France


Németország

Bielefeld University of Applied Sciences


Magyarország

Budapest University of Technology and Economics

IncQuery Labs Zrt.


Spanyolország

Knowledge Centric Solutions


Svédország

AB SKF

Equa Simulation AB

Linköping University

Modelon AB

RISE - Research institute of Sweden SICS East

Saab AB

Siemens Industrial Turbomachinery AB

Swegon Group AB


Törökország

Beycelik Gestamp Otomotiv Sanayi A. S.

GTech

IND YAZILIM BİLİŞİM TEKNOLOJİLERİ SANAYİ VE TİCARET A.Ş.

LİN YAZILIM HİZMETLERİ VE DANIŞMANLIK TİCARET LİMİTED ŞİRKETİ


Kapcsolat

Nemzetközi Projekt Koordinátor

Lena Buffoni
Linköping University, Sweden
E-mail: lena.buffoni@liu.se


Hazai Projekt Koordinátor

Dr. Horváth Ákos
COO/CTO
IncQuery Labs
Hungary, Budapest, 1072 Budapest, Rákóczi út 36.

E-mail: embrace@incquerylabs.com


Hírek

IQL:

User-friendly open environment for the co-design of CPS and IoT

IncQuery Labs at the first EMBrACE plenary meeting

BME:
Hír

http://www.vik.bme.hu/hir/2595-embrace-projekt-a-vik-mit-reszvetelevel


Sajtóközlemény

https://www.vik.bme.hu/document/3305


Twitter

https://twitter.com/ftsrg_bme/status


Támogató:

A “Fejlesztési környezet kialakítása CPS rendszerek modellalapú tervezéséhez és ellenőrzéséhez” című projekt (azonosító száma: 2019-2.1.1-EUREKA-2019-00001) a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alap támogatásával valósul meg.

Kedvezményezettek: IncQuery Labs Zrt., Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem.

A támogatás összege: 64 078 052 Ft (támogatás intenzitása: 85,87 %).

A projekt tervezett befejezési dátuma 2022. december 31.