Liste der Projekte und Abschlussarbeits-Themen - Institut für ...

InstitutsprofilDas Institut wurde im Jahr 2003 neu gegründet.Wir befassen uns mit Avionik- und Fly-by-Wire-Systemen, aber auch mit technologischverwandten Systemen wie automotiven X-by-Wire-Systemen. Es handelt sichdurchweg um Echtzeitsysteme, die in der Regel eine Vielzahl von Systemfunktionen(Applikationen) umfassen, eine verteilte Struktur aufweisen und höchsten Anforderungenan Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz unterliegen.Kurz: Die Systeme sind komplex.Eine kontinuierliche Zunahme an Systemfunktionen sowie die Forderung nach steigender(Kosten-) Effizienz führt zwangsweise zu einem kontinuierlich steigendenGrad an Funktionsintegration. Um solche Systeme in Zukunft effizient realisieren zukönnen, entwickelt das ILS eine sogenannte Plattformtechnologie für Luftfahrtsysteme.Dies ist eine Kombination aus Hardware, Betriebssystem und Middleware, die sichflexibel für verschiedenste Anwendungsfälle anpassen lässt.Ein zweiter Forschungsschwerpunkt am ILS ist die Entwicklung einer weitgehendautonomen Flugsteuerung/Flugführung für Kleinflugzeuge. Ziel hierbei ist, Flugzeugeder Kategorie EASA CS-23 optional pilotiert oder ohne Pilot fliegen zu lassen. Auf dieserBasis entwickeln wir auch ein Easy-Handling-System, welches Personentransportunter Instrumentenflugbedingungen mit Kleinflugzeugen bis 5,7t MTOW weitgehendautomatisch erlaubt, sodass der mitfliegende Pilot im Vergleich zu heutigen Piloteneinen signifikant niedrigeren Ausbildungs- und Erfahrungsstandard aufweisen muss.Weiterhin werden bei uns Verfahren zur quantitativen Evaluierung (Sicherheit undKosten) von Avioniksystemen entwickelt, um auf dieser Basis einen teilautomatisiertenoder gar vollautomatischen Entwurf von Avioniksystemen durchzuführen.2

InstitutsprofilForschungsprojekte Viele unserer Forschungsprojekte führen wir in enger Kooperationmit Firmen der Luftfahrtindustrie (Airbus, Eurocopter, Liebherr Aerospace, DiehlAerospace etc.) durch. Eine ernstzunehmende Validierung der ILS-Ansätze ist in vielenFällen nur durch den Aufbau von Demonstratoren möglich. Solche Demonstratorenwerden vom ILS selbst oder zusammen mit Partnern aus Forschung und Luftfahrtindustrieaufgebaut. Dazu stehen uns mehrere eigene Testumgebungen zur flugmechanischenSimulation kompletter Flugzeuge einschließlich der Simulation von Aktuatorikund Sensorik zur Verfügung, sodass wir komplette redundante Systeme unterHardware-in-the-Loop-Bedingungen in Echtzeit testen können.Einige vom ILS entwickelte Systeme wurden/werden auch in Flugzeuge oder PKW/LKW eingebaut und im Flug bzw. auf Teststrecken erprobt. So wurden 2004 und 2007erstmals komplette X-by-Wire Systeme in LKW und PKW eingebaut und getestet. 2010wurde ein Fly-by-Wire System in ein Flugzeug S6 der Firma Stemme eingebaut undim Flug erprobt; in diesem Jahr gelang damit die erste satellitengestützte automatischeLandung (in Kooperation mit Stemme und der TU Berlin). Für Mai 2012 ist derBeginn der Flugerprobung eines unserer Fly-by-Wire-Systeme in einer Diamond DA-42 geplant (ein gemeinsames Forschungsvorhaben mit RDE, Diamond und anderen).Auch hier läuft bereits ein Folgeprojekt mit dem Ziel des autonomen Fluges inklusiveautomatischem Start und automatischer Landung (in Kooperation mit dem IFR derUni Stuttgart).Lehre Die Lehre konzentriert sich auf die Themen Grundlagen der Avionik, Grundlagenund Auslegung von Luftfahrtsystemen, Prozesse und Nachweisverfahren:• Bachelor of Sciences:Luftfahrtsysteme I – Grundlagen von Embedded-Systemen / AvioniktechnologieLuftfahrtsysteme II – Grundlagen fehlertoleranter Systeme• Master of Sciences:Systementwurf I – Auslegung fehlertoleranter Systeme• Spezialisierung E:Systementwurf II – Praktikum Auslegung fehlertoleranter SystemeSystementwurf III – Integrierte Modulare Avionik (Grundlagen und Praktikum)Flugregelungssysteme (Grundlagen und Praktikum)Entwicklungsprozess und Nachweisverfahren (Safety)Autoflight-System und Air Traffic Management (A320 Simulator)FlugmesstechnikAngewandte Luftfahrtsysteme I/II3

Gestaltungsrichtlinien für AbschlussarbeitenDiese Richtlinien gelten für die Anfertigung einer Studien-/Diplom-/Bachelor- oderMasterarbeit am ILS. Bitte lesen Sie sich die entsprechenden Paragraphen der Prüfungsordnunggenau durch und beachten Sie diese.PrüfungsordnungEinige wichtige Richtlinien der Prüfungsordnung sind:• Die Vergabe einer Bachelor- bzw. Masterarbeit kann nur durch einen nach §8 derjeweiligen Prüfungsordnung benannten Prüfer der Fakultät erfolgen. Dies giltselbstverständlich auch für externe Arbeiten. Außerdem ist bei externen Bachelorarbeiten,die im gleichen Unternehmen wie das Fachpraktikum durchgeführtwerden, darauf zu achten, dass sich beide Tätigkeiten sowohl inhaltlich wie auchmethodisch deutlich voneinander unterscheiden.• Achten Sie auf eventuell vorher zu erbringende Prüfungsleistungen.• Die Arbeit ist unmittelbar nach Ausgabe des Themas beim Prüfungsamt als Bachelor-bzw. Masterarbeit fristgerecht anzumelden.• Der Bearbeitungsumfang beträgt zirka 360 Arbeitsstunden für die Bachelorarbeitund zirka 720 Arbeitsstunden für die Masterarbeit. Beide Arbeiten sind jeweils innerhalbeiner Frist von 6 Monaten fertigzustellen und dem Betreuer in ihrer endgültigenForm vorzulegen (Unterbrechung wegen Prüfungen oder sonstigenschwerwiegenden Gründen ist auf Antrag möglich). Denken Sie rechtzeitig an dieErstellung der schriftlichen Ausführung Ihrer Arbeit, denn der Zeitaufwand beträgterfahrungsgemäß mindestens 3 bis 4 Wochen. Erstellen Sie zu Beginn der Arbeitzusammen mit Ihrem Betreuer einen vorläufigen Zeitplan.Geforderte InhalteEine Abschlussarbeit soll die folgenden Elemente enthalten:• Deckblatt mit Titel [wird vom ILS erstellt]• Offizielle Aufgabenstellung [muss vor Beginn vom ILS genehmigt worden sein]• Kurzzusammenfassung der Arbeit, zirka eine halbe Seite in deutsch und englisch:Sie soll eine Zusammenfassung der ganzen Arbeit sein (also nicht nur der Aufgabenstellung),um dem interessierten Leser die Möglichkeit zu geben, sich in wenigenMinuten einen Überblick über den Inhalt zu verschaffen. Wurde die Arbeit im nichtdeutsch-oder nicht-englischsprachigem Ausland durchgeführt, so kann die Kurzfassungzusätzlich in der entsprechenden Landessprache erstellt werden.• Erklärung, dass die Arbeit selbständig verfasst wurde• Danksagung [optional]• Inhaltsverzeichnis• Abbildungsverzeichnis [falls sinnvoll]4

Gestaltungsrichtlinien• Tabellenverzeichnis [falls sinnvoll]• Bezeichnungen und Symbole [optional]• Erklärung von Abkürzungen und verwendeten Fachbegriffen [falls nötig]• Einleitung zur Arbeit von zirka 2 Seiten:Die Einleitung liefert den Hintergrund und die Motivation für das Thema. Sie diskutiertbisherige Veröffentlichungen, die mit dem Thema in Beziehung stehen. Die Einleitungsoll eine Kapitelübersicht beinhalten. Hier soll in wenigen Sätzen (maximal 6 Sätze) proKapitel ein Überblick über das im jeweiligen Kapitel abgehandelte Themengebiet gegebenwerden.• Haupttext der Arbeit, gegliedert in Kapitel:Zu Beginn eines jeden Kapitels soll eine kurze Zusammenfassung (einige wenige Sätze)des jeweiligen Kapitels stehen, um dem interessierten Leser die Möglichkeit zu geben,sich in wenigen Minuten einen Überblick über den Inhalt des Kapitels zu verschaffen.• Zusammenfassung und Ausblick:Eine Zusammenfassung am Schluss ist nur dann sinnvoll, wenn sie Schlussfolgerungenund Ausblicke enthält, die über das bisher Gesagte hinausgehen.• Literaturverzeichnis:Bücher, Zeitschriften, Normen, Internet-Links, …• Anhang [falls nötig]:Zusätzliches Bildmaterial, detaillierte Resultate, Diagramme, Tabellen, Programmlistungusw.Formatierung Um zu einer Vereinheitlichung des Aussehens der Arbeiten beizutragen,sollen folgende Formatierungshinweise beachtet werden:• Die Schriftgröße soll 11 pt betragen, bei normalem Zeilenabstand (bis etwa 15 ptGrundlinienabstand). Als Schriftart sollte eine serifenlose Schrift gewählt werden,beispielsweise Myriad, Gill Sans, Arial, Calibri, Nimbus Sans oder Computer ModernSans; falls nötig, darf aber auch eine Serifenschrift wie beispielsweise Minion oderCambria verwendet werden.• Literaturzitate sollten im Text durch eckige Klammern mit einer fortlaufendenNummer [3] gekennzeichnet werden. Im Literaturverzeichnis müssen dann Autoren,Titel, Erscheinungsjahr, Verlag und Erscheinungsort exakt angegeben werden,siehe http://de.wikipedia.org/wiki/Literaturhinweis• Abbildungen sind möglichst in den Text einzubinden. Gibt es größere Mengen anBildmaterial, zum Beispiel experimentelle Auswertungen, so können diese Bilderauch im Anhang untergebracht werden. Alle Bilder sollten eine aussagefähige Bildunterschriftbesitzen, und kapitelweise nummeriert werden, sprich die vierte Ab-5

Gestaltungsrichtlinienbildung des dritten Kapitels ist „Abbildung 3.4“. Die Bilder müssen gut leserlich sein(Beschriftung groß genug, Linien nicht zu dünn). Für Zeichnungen empfiehlt sichsehr die Verwendung eines Vektorformats (EPS, AI, Visio) statt JPEG.• Die Arbeit ist zweiseitig zu drucken (wie ein Buch).• Die Fußzeile sollte außen (ungerade Seite rechts unten, gerade Seite links unten)die Seitenzahl enthalten.• Neue Kapitel beginnen jeweils auf der rechten Seite.• Außer auf Deutsch kann die Arbeit auch auf Englisch verfasst werden, zum Beispielwenn die Arbeit im Ausland angefertigt wurde.• Die Bindung soll mit einer transparenten Schutzfolie auf der Vorderseite und einemweißen Karton auf der Rückseite erfolgen, als Leimbindung. Die Materialien werdenvom ILS gestellt.Ausfertigung Es sind 2 gebundene Exemplare abzugeben (einmal für die ILS-Bibliothek,einmal für den Betreuer). Die Dokumentation soll zusätzlich mit allen zugehörigenDaten (Messwerte, Tabellen, Simulationen, Vortrag, etc.) auf je eine CD-ROMje Exemplar gebrannt werden. Dabei ist das Dokument sowohl im Originalformat alsauch im PDF-Format abzulegen. Im Stammverzeichnis der CD-ROM ist ein Textfile mitdem Inhalt der CD-ROM zu erstellen. Die CD-ROM und deren Hülle sind zu beschriftenmit Name, Thema, Datum.Weiterhin muss am Ende der Arbeit ein Poster erstellt werden, das die Arbeit inBildern und Text zusammenfasst. Die Größe ist A3. Das ILS stellt eine Postervorlagezur Verfügung.Bewertung Auch bei externen Arbeiten entscheidet immer das ILS über die Note.Der Student bekommt zu Beginn seiner Arbeit eine Kopie des Bewertungsschemasausgehändigt (erhältlich im ILS-Sekretariat).6

Die ILS-ThemenlisteUm Ihnen einen Überblick über unsere Forschungstätigkeiten und Ihre Möglichkeitenzur Mitwirkung zu geben, haben wir eine Liste der aktuellen Abschlussarbeits-Themenzusammengestellt, jeweils zusammen mit einer Beschreibung des Projekts, für das dieArbeit ausgeschrieben ist. Wenn Sie sich für ein bestimmtes Thema interessieren oderFragen dazu haben, wenden Sie sich am besten direkt an den jeweiligen Betreuer.Wenn nicht anders angegeben, können alle Themen als Studien-, Diplom- bzw. Bachelor-oder Masterarbeit durchgeführt werden. Gerade eine Bachelorarbeit ist natürlichauch ein guter Einstieg in unsere Spezialisierung „Flugführung und Systemtechnik!“Ihre Möglichkeiten, eine Abschlussarbeit am ILS durchzuführen, sind nicht auf diehier ausgeschriebene Themenliste begrenzt. Gerne können Sie uns bei Interresse aneinem bestimmten Projekt auch allgemein ansprechen und gemeinsam mit dem jeweiligenProjektansprechpartner ein individuelles Thema finden.Für allgemeine und organisatorische Fragen:Matthias Lehmann matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.223 0711 685-629647

Flexible Avionikplattform für KleinflugzeugeDas Institut für Luftfahrtsysteme entwickelte im Rahmen mehrerer Forschungsprojektedie Technologie der flexiblen Plattform zur weitgehend automatisierten Umsetzungvon komplexen, hoch sicherheitskritischen Flugsteuerungssystemen (Fly-by-Wire-Systeme wie primary oder secondary flight control). Grundlage hierfür ist einegenerische Middleware als Kern des Plattformredundanzmanagements; diese Middlewarekann mittels einer Tool-Suite für eine neue Anwendung (ein neues System)automatisch spezialisiert werden. Im Rahmen des Verbundprojektes FlySmart soll dieTechnologie der flexiblen Plattform weiterentwickelt und ein Flugsteuerungssystemfür ein hochgradig automatisiertes Flugzeug der Kategorie EASA CS-23 / Class II umgesetztwerden. Dabei soll die Technologie am Ende des Projektes einen Reifegradaufweisen, der eine anschließende Produktentwicklung für optional pilotierte Arbeitsflugzeuge(EASA CS-23 / Class I–III) ermöglicht.Grundlage des Projektes FlySmart bildet der Erprobungsträger Diamond DA-42,welcher im Rahmen des EU-Projektes SAFAR mit einem vollautoritären Fly-by-Wire-System – auf Basis der Plattformtechnologie – ausgerüstet wurde und im Mai 2012erfolgreich seinen Erstflug absolvierte. In FlySmart soll der Erprobungsträger umFunktionen zum automatischen Abfliegen einer vollständigen Mission inklusive automatischemStart und Landung erweitert und intensiv im Flug erprobt werden.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Steffen Hesse steffen.hesse@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.228 0711 685-67006Simon Görke simon.goerke@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.228 0711 685-647158

Flexible Avionikplattform für KleinflugzeugeAbschlussarbeitenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten: Definition der Flugenveloppe der DA-42 für den vollautomatisch gesteuerten Flugund Ableiten der erforderlichen Dynamik im Sensorsignal-, Plattform- und Aktuatorbereich. Erstellen von flight cards (Definition von Flugmanövern, Flugstimulationen inklusiveFehlerstimulationen) für reale und simulierte Testflüge zur Validierung des Flyby-Wire-Systems. Entwicklung und Umsetzung von Plattformmanagement-Mechanismen, beispielsweisedie Umsetzung eines Sensorredundanzmanagements zum Betrieb redundanterLaserhöhenmesser bzw. eines Aktuatorredundanzmanagements zum Betriebder Bremsen.Nützliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C, Vorlesung AFBW Ermittlung und Implementierung der Voting/Monitoring-Parameter (Limits, confirms)anhand von Flugversuchsdaten. Ermittlung von ausfallbedingten (worst case) Transienten auf Flugzeug- undSystem ebene. Optimierung des data transport delays innerhalb der Plattform, zum Beispiel durchOptimierung der Jobtabellen und der Konfiguration des FlexRay-Netzwerks. Entwurf, Implementierung und Validierung von Sensor- und Aktuatormodellen zurErweiterung des bestehenden Closed-Loop- / Hardware-in-the-Loop-Testrigs.Nützliche Vorkenntnisse: Matlab/Simulink Modellierung des Plattform-Managements auf Basis von XML. Daraus automatischeCodegenerierung mit XSLT. Eventuell Integration in Eclipse.Voraussetzungen:XML, XSLTAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de9

IMA CabinIntegrierte modulare Avionik (IMA) beruht auf dem Ansatz, standardisierte Hard- undSoftware-Komponenten im Flugzeug zu verwenden, die verschiedenste Aufgaben füreine große Anzahl von Systemen übernehmen. IMA für Kabinenmanagementsystemeist ein Forschungsprojekt, in dem:• eine IMA-Plattform definiert und entwickelt,• ein IMA-basiertes und multi-core-fähiges Betriebssystem auf diese integriert,• die vorhandenen Kabinenmanagement-Software (CIDS) auf diese IMA-Plattformadaptiert, und teilweise integriert und verifiziert, und• ein Demonstrator für die Integration von Software verschiedener Sicherheitsklassenauf dieser Plattform aufgebaut wurde.Auf dem Foto rechts istder Demonstrator zusehen, der auf einemmobilen Labortischintegriert wurde. VomBedienpanel für dieFlugbegleiter aus lässtsich so zum Beispiel dieKabinenbeleuchtungsteuern. Der CIDS Directorläuft mit zwei MPC8641 Dual Core Platinen.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Matthias Lehmann matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.223 0711 685-62964AbschlussarbeitenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten: Aufbau eines AFDX-Netzwerks für den Demonstrator.Voraussetzungen:AFDX, IMA10

Easy Handling SystemEine Vision des ILS ist es, einmotorige Flugzeuge als sicheres Individualverkehrsmitteleiner breiteren Nutzerschicht zugänglich zu machen. Selbst unter schwierigen Wetterbedingungen,bei Tag und bei Nacht, sollen Piloten mit niedrigem fliegerischemAusbildungsstand das Flugzeug umfassend und sicher nutzen können. Dies erforderteine völlig neue Rollenverteilung im Cockpit.Will man Fliegen auch unter Instrumentenflugbedingungen für einen nur mäßigtrainierten Piloten einfach und sicher gestalten, muss man die Kompetenzen des heutigenPiloten weitestgehend auf ein Easy Handling System übertragen.• Autonome Routenermittlung:vor Flugantritt unter Berücksichtigung aller Rahmenbedingungen• Autonome Routenanpassung während des Flugs:bei Abweichen vom ursprünglichen Flugplanbei Schlechtwetter oder gesperrten Lufträumen• Automatische Flugführung:Abfliegen der autonom ermittelten Routeeinfache intuitive Flugregelgesetze im manuellen ManöverflugKurs-, Höhe-, und Geschwindigkeitshaltung im manuellen Flug• Flugbereichsüberwachung und Schutzfunktion:bezüglich Geographie und Lufträumenbezüglich aerodynamischer Grenzen und Flugleistungen• System-Management:Automatische Systemtests vor FlugantrittAutomatische Konfiguration von NAV/COMManagement von Geräten, Treibstoffsystem, Motor/PropellerSystem-Monitoring, Schutz vor Überschreitung von Grenzwerten• Einbindung in zukünftiges Air Traffic Management System:Datenaustausch mit Kontrollstellen und anderen VerkehrsteilnehmernEmpfang (und Ausführung) von Freigaben und AnweisungenDer Pilot gibt nur noch Rahmenvorgaben, das Easy Handling System führt das Flugzeugunter Berücksichtigung dieser autonom und optimal. Der Pilot hat weiterhin dieMöglichkeit, das Flugzeug manuell zu steuern, allerdings nur innerhalb des zulässigenRahmens, überwacht durch Easy Handling.Cockpit-Simulation Das ILS verfügt über einen Cockpit-Simulator, der auf der linkenSeite das A320 Autoflight System simuliert und in der Lehre genutzt wird. Aufder rechten Seite soll das EHS-Konzept in einer Simulation demonstriert und evaluiert11

Easy Handling Systemwerden. Hierfür wird ein flugmechanisches Modell benötigt, um das Verhalten desSystems im Simulator zu erproben.Forschungsflugzeug Das ILS verfügt des Weiteren über ein Kleinflugzeug vom TypDA40-V1. Mit Hilfe einer Messplattform mit der Luft- und Inertialdaten gemessen werdenkönnen, sollen die flugmechanischen Parameter (Derivativa) identifiziert werden,um das flugmechanische Modell für den Cockpitsimulator erstellen zu können. Langfristigsoll das Flugzeug mit einer Avionik-Plattform zu einem Demonstrator für EasyHandling ausgebaut werden.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Arne Altmann arne.altmann@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.224 0711 685-67093Abschlussarbeiten Im Rahmen der Thematik Easy Handling ergeben sich immer wieder interessanteMöglichkeiten für Abschlussarbeiten. Schwerpunkte sind dabei einerseits Konzepteund Mechanismen für eine autonom/automatische Flugführung (z.B. Implementationeines Pfadplanungsalgorithmus und aeronautischen Datenbank, Regelung),andererseits die Erstellung von Simulationen und der Ausbau des Institutsflugzeugszu einem EHS-Demonstrator. Bei Interesse einfach anfragen!12

Flexible Rechnerplattform für FahrzeugelektronikVon Adaptive Cruise Control zur Smartphone-Anbindung: In heutigen Autos stecktimmer mehr Elek tronik. Die Komplexität der über die Jahre gewach senen Archi tekturaus Steuer geräten, Kommuni kations systemen und Software wird immer wenigerüber schaubar und so zur Innovations bremse.Das Projekt RACE entwickelt eine zentralisierte Elektronik-Architektur: Neue Infotainment-und darüber hinaus Fahr- und Assistenzfunktionen sollen unabhängig vonHardware nicht mehr in Form von Steuergeräten, sondern nur noch als Software imFahrzeug installiert werden. Dazu soll die Standardisierung der Elektronik-Architekturvorangetrieben und ein Paradigmenwechsel eingeleitet werden. Statt der heute eingesetztenVielzahl von Steuergeräten sollen Funktionen auf wenigen zentralen Rechnernverteilt werden. Zukünftig werden die Sensoren und Aktoren im Fahrzeug überein Bussystem an die datenverarbeitenden Systeme angeschlossen werden. Bereitseingeführte und neue Fahrassistenz- und Sicherheits-Funktionen, aber auch MotorundEnergiemanagement-Funktionen lassen sich somit einfacher und letztlich kostengünstigerrealisieren. Oberste Priorität haben dabei die Sicherheit und Zuverlässigkeitdes Systems, damit insbesondere die sicherheitskritischen Funktionen unterallen Umständen garantiert werden.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Matthias Lehmann matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.223 0711 685-62964AbschlussarbeitenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten: Für rekonfigurierbare Systeme ist die Authentifikation von Software-/Hardware-Einheiten ein wichtiges Thema. Hierfür würden sich Zertifikate nach dem StandardX.509 anbieten. In dieser Arbeit soll der Standard auf seine Anwendbarkeit hin untersuchtwerden.Ansprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de Untersuchung spezieller Aspekte des Ethernet-Busses für sicherheitskritische Anwendungen.Nützliche Vorkenntnisse: Ethernet, IMA-VorlesungAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de13

Redundant operating systemFehler-ManagementJobSchedulerROS 653Firmware(HAL)Applikationensimplex/redundantSubset ARINC 653PartitionManagementRedundanzmanagementTreiberschichtSynchrolow-levelSpecial APIOS-DatenbankGenerische TreiberschnittstelleFür die Plattform-Projekte am Institut fürLuftfahrtsysteme wurde ein eigenes Echtzeitbetriebssystementwickelt, das ROS. Esunterstützt Partitioning von Prozessor undSpeicher, health monitoring, stellt ein Subsetder ARINC 653 API zur Verfügung, und kannbei Bedarf das Redundanzmanagementkomplett selbst erledigen, um die Applikationvon dieser Komplexität zu entledigen.Es enthält Synchronisierungsmechanismenfür Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Architekturen.Das ROS wurde bereits auf diverse Plattformenadaptiert, wie PPC 509, PPC 750FX, PPC 5554 und PPC 5567. Es existierenHardware-Treiber für AFDX, Fast Ethernet, FlexRay, CAN, Arinc429 und viele weitereSchnittstellen.Es existiert ein Simulator, der unter Windows XP, Unix, Linux und SUN OS läuft, unddie zügige Entwicklung und Prototyping von ROS-Applikationen ermöglicht.SPYAnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Matthias Lehmann matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.223 0711 685-62964AbschlussarbeitenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten: Ableiten von Testfällen aus Design-Anforderungen in UML: Es sollen für die Zertifizierungdes ROS automatisiert aus UML-Activity-Diagrammen Testfälle – das heißtTestskripte in Python – generiert werden.Nützliche Vorkenntnisse: Python, IMA-Vorlesung14

Adaptive Plattform für KabinensystemeUnter Kabinensystemen werden alle Elektroniksysteme zusammengefasst, die gemeinsamdie Funktionalität der Passagierkabine umsetzen. Alle passagier-, crew-/cockpit- und wartungs spezifischen Funktionen sowie die Schnittstelle zu Versorgungssystemenbilden je einen Teilbereich des Kabinen systems.Der kurze Lebenszyklus und die hohe Variabilität der Kabine stellen besondereHerausforderungen bei der Entwicklung neuer Kabinen systeme dar. Um Anforderungenverschiedener Flug gesellschaften gerecht zu werden, kann das Kabinensystembis hin zu einzigartigen Kabinen layouts variiert werden. Diese Flexibilität erfordertaktuell sehr viel Konfigurations arbeit, sowohl bei der ersten Ausrüstung, als auch beiUmrüstungen im Laufe des Lebenszyklus.Der Ansatz des ILS verfolgt das Ziel, den umfangreichen Konfigurationsaufwand miteiner adaptiven, service orientierten Software architektur auf ein absolutes Minimumzu reduzieren. Die adaptiven Eigenschaften sollen dem System die autonome Organisationund die automatische Reaktion auf Systemänderungen ermöglichen.Im Rahmen dieses Projektes soll ein erster Demonstrator entwickelt werden, welcherdie generelle Funktions weise illustrieren und den Ansatz der adaptiven Softwarearchitekturevaluieren soll.Industriepartner ist die Diehl Aerospace GmbH. Das Projekt wird im Rahmen des LuftfahrtforschungsprojektsLuFo IV (gefördert durch BMWi) durchgeführt.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Mohammad Reza Ahmadi reza.ahmadi@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.230 0711 685-6277115

Adaptive Plattform für KabinensystemeAbschlussarbeitenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:Bereich Demonstratoren: Eine flexible SW-Architektur ist die Voraussetzung für dieAdaptivität des Gesamtsystems. Zwei ausgewählte Konzepte zur SW-Architekturentwicklungwurden aufgegriffen und in jeweils einem SW-Demonstrator umgesetzt. Zurrealistischen Evaluierung sollen die SW-Demonstratoren um weitere repräsentativeKabinenfunktionen erweitert werden. Im Rahmen einer Abschlussarbeit würden Siesich mit dem Aufbau der Softwarearchitektur und der Funktionalität aktueller Flugzeugkabinensystemeauseinandersetzen, den Demonstrator um die neue Systemfunktionerweitern und schließlich die Arbeit dokumentieren und präsentieren.Mögliche Themen Entwicklung eines Audioübertragungs-Systems(Cabin Intercommunication System) Entwicklung eines Videoübertragungs-Systems(Minimal Inflight Entertainment System) Entwicklung eines sicherheitskritischen Systems (Smoke Detection System)Bereich Adaptive Middleware: Mechanismen für die automatische Adaption vonManagementfunktionen sind die Voraussetzung zur Gewährleistung der Adaptivität.Hierbei würden Sie sich in das Konzept der ILS-Middleware und in unterschiedlicheEntwicklungsparadigmen wie SOA und OOP einarbeiten, einen Demonstrator zurEvaluierung der Ansätze aufbauen und schließlich die Arbeit dokumentieren undpräsentieren.Mögliche Themen Serviceorientierte Ansätze sollen zur Realisierung der Fehlermanagementschichtin adaptiver Middleware genutzt und mit einem Demonstrator evaluiert werden Serviceorientierte und objektorientierte Ansätze sollen zur Realisierung einer adaptiven,plattformübergreifenden Managementschicht genutzt und mit einem Demonstratorevaluiert werden16

Fortschrittliche TaumelscheibenkonzepteDie Ansteuerung der Hauptrotorblätter eines Hubschraubers geschieht in der Regelüber eine Taumelscheibe, welche die Steuersignale des Piloten vom festen ins drehendeSystem überträgt. Mit der kollektiven Verstellung der Taumelscheibe und damitder Hauptrotorblätter wird die Höhe beeinflusst, während eine zyklische Verstellungeine Bewegung des Hubschraubers in Längs- und Querrichtung ermöglicht.Als Teil der Primärsteuerung eines Hubschraubers ist die Funktionsfähigkeit der Taumelscheibesicherheitskritisch. In Zusammenarbeit mit Eurocopter Deutschland entwickeltdas ILS Architekturen für eine sichere und zuverlässige Ansteuerung einzelnerFreiheitsgrade mittels elektromechanischer Aktuatoren.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Tim Belschner tim.belschner@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.226 0711 685-63638IndustriepartnerDas Projekt wird in Zusammenarbeit mit Eurocopter Deutschland durchgeführt.Abschlussarbeiten Im Laufe dieses Projektes ergeben sich mehrere Möglichkeiten für eine Abschlussarbeit.Bei Interesse einfach direkt bei Herrn Belschner anfragen!17

High Lift System basierend auf IMADas High-Lift-System ist für die Steuerung der Vorflügel und Landeklappen (Slats undFlaps) eines Flugzeugs zuständig.In diesem Projekt werden verschiedene verteilte, auf integrierter modularer Avionikbasierende Konzepte für die Steuerung und Überwachung des High-Lift-Systems einesTransportflugzeugs entwickelt und untersucht, und zwar hinsichtlich:• Systemverfügbarkeit und -integrität• Fehlertoleranz• Gewicht und Integration• KostenDas Konzept, welches die Anforderungenam besten erfüllt, soll mithilfe eines„Hardware-in-the-loop“-Tests in einemDemonstrator verifiziert werden.WTBWTBLH WTBI/FI/FI/FI/FA B C DES ES ES ESCPMSwitch SwitchSwitch SwitchPCUGearBoxPCUCPMWTBWTBRH WTBLH outboardFlapLH inboard flapRH outboard flapRH outboardFlapAnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Mohamed Elmahdi mohamed.elmahdi@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.239 0711 685-67052IndustriepartnerAbschlussarbeitensind Airbus Operations in Bremen und Diehl Avionics in ÜberlingenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten: Konfiguration und Aufbau eines Kommunikationsnetzwerkes inklusive Verifikationdes zeitlichen Verhaltens und Visualisierung Erweiterung der Testumgebung: Visualisierung des mechanischen Flap-Systemssowie der Piloteneingabeeinheit (Flaps Lever); Stimulation und Generierung vonTestvektoren; Verifikation18

SysTAvioIn der kommerziellen Luftfahrt hält der Trend zu immer weiter verteilten Flugsteuerungs-und Avioniksystemarchitekturen an. Beispielsweise könnten zukünftig dieComputer für die primäre Flugsteuerung oder das Hochauftriebssystem möglicherweiseauch Funktionen übernehmen, die typischerweise bisher anderen Systemenzugeordnet sind. Durch diesen weiteren Schritt zu stärker verteilten Systemen ergebensich an vielen Stellen und für viele Systemfunktionen neue Schnittstellen undzum Teil auch ganz neue Möglichkeiten. Gleichzeitig werden Flugsteuerungssystemarchitekturendurch Veränderungen der Flugzeugkonfiguration beeinflusst. Zum Beispielverwendet der Airbus A350 das Hochauftriebssystem während des Reiseflugesfür variable Wölbungsanpassungen. Es ist absehbar, dass in der Zukunft, solche neuartigenFlugsteuerungs-konfigurationen entstehen könnten. Dies hätte dramatischeAuswirkungen auf Kinematik, Sicherheit, Gewicht und Komplexität der resultierendenBetätigungen und Avionikarchitekturen.Für eine optimierte Funktions- und Redundanzverteilung sind neue Tools und Technologiengefordert. Hier sind neue Konzepte zu entwerfen oder bestehende Methodenzu automatisieren und anzupassen.AnsprechpartnerBei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:Teddy Trachsler teddy.trachsler@ils.uni-stuttgart.deZimmer 2.238 0711 685-63656Industriepartner sind Liebherr-Aerospace in Lindenberg, Diehl Aerospace in Überlingen,Airburs Operations in Bremen sowie Liebherr Elektronik in Lindau19

SysTAvioAbschlussarbeitenEs werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten: Das Testsystem am ILS wird für unterschiedliche Zwecke benutzt: Von einem reinenonline Multiprozessor ‚Debugger‘ (Spy) bis hin zu einer Closed Loop Simulation. Fürdie verschiedenen Ausbaustufen werden unterschiedliche Input/Output-Karten(Analog, Diskret, Arinc 429, FlexRay...) benötigt. Ziel der Arbeit ist die Einbindungvon neuen Interfaces in dieses Testsystem.Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Linux Das Testsystem verfügt über eine Middleware, welche Simulationen in Echtzeit ermöglicht.Eine Testumgebung ist notwendig, um die Funktionalität dieser Softwarezu überprüfen. Ziel der Arbeit ist der Entwurf und die Entwicklung einer solchenTestumgebung.Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C, Python Die Middleware auf dem Testsystem ist stark datenorientiert und begrenzt sich bisherauf einen Single Rechner. Ziel der Arbeit ist es, ein Konzept zur Verteilung derMiddleware auf mehrere Rechner auszuarbeiten und dadurch verteilte Simulationenzu ermöglichen.Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Python Die Middleware auf dem Testsystem setzt ein Linux Betriebssystem voraus. Ziel derArbeit ist die Portierung von dieser Software auf Microsoft Windows um den Einsatzvon der Software zu erweitern (z.B. Simulation auf dem PC laufen zu lassen).Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Posix, Linux Simulationen auf dem Testsystem werden oft in Form von Matlab Simulink Modellenentwickelt. Ziel der Arbeit ist es, ein Konzept zur automatischen Integrationdieser Modelle auf das Testsystem auszuarbeiten, um so den Integrationsaufwandgering zu halten.Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Matlab Real-TimeWorkshop20

SysTAvio Zur Verifikation von eigens entwickelten Systemen wurde am ILS eine Testumgebungerzeugt, die es ermöglicht, Testfälle verteilt auszuführen. Der Prototyp hierzuwurde in Python geschrieben. Ziel der Arbeit ist die Portierung dieser Testumgebungin C++.Erwünschte Vorkenntnisse: Programmiersprache Python, C++ Für das Testsystem kann unterschiedliche Hardware zum Einsatz kommen. Dadurchwerden die verschiedene Ausbaustufen, von einem Logger im Flugzeug (mini PC)bis hin zu einer Closed Loop Simulation (großer Multikern-Rechner) realisiert. Zielder Arbeit ist es, die Echtzeitfähigkeit eines „Echtzeit-Linux“-Betriebssystems auf einemDual Xeon Prozessor unter Beweis zu stellen.Erforderliche Vorkenntnisse: Linux; erwünscht: Echtzeit Betriebsystem Die Simulationen auf dem Testsystem erfordern die Steuerung (lokal oder remote)einzelner Komponenten (starten, status, stoppen). Es soll ein Konzept untersuchtwerden, um generische Kommandos zu definieren und auszuführen.Erwünschte Vorkenntnisse: Python, XML Für das Projekt Systavio soll eine Closed-Loop-Simulation für ein High-Lift Systemaufgebaut werden. Ziel der Arbeit ist die Umsetzung dieser Testrig auf dem ILS-Testsystem.Erwünschte Vorkenntnisse: Programmiersprache C Der Feldbus TTP soll im Projekt Systavio zum Einsatz kommen. Ziel der Arbeit istder Aufbau eines exemplarischen TTP Clusters und im zweiten Schritt die Untersuchungeiner weitgehend automatischen Konfiguration des TTP Controllers.Erwünschte Vorkenntnisse: Feldbus21

Allgemeine AbschlussarbeitenAbschlussarbeiten Folgende Arbeiten werden allgemein, das heißt projektübergreifend,angeboten: Unser Testkonzept, bestehend aus einem Testskript-Interpreter und einem Berichtgenerator,haben wir schon in mehreren Projekten eingesetzt. Dabei hat sich gezeigt,dass manche Inhalte des Berichts anders besser dargestellt werden könnten.In dieser Arbeit sollen diese Alternativen untersucht und implementiert werden.Nützliche Vorkenntnisse: Python, Programmiersprache C, IMA-VorlesungAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de Am ILS ist seit einigen Jahren SCADE im Einsatz, und wurde sehr stark auf unsereBedürfnisse reduziert und erweitert. SCADE besitzt einen einfachen zertifiziertenCodegenerator, ist allerdings in der Anschaffung sehr kostspielig. Ziel der Arbeit istes, die einfachen Konzepte von SCADE auf Eclipse zu übertragen.Nützliche Vorkenntnisse: Java, Eclipse, Vorlesung AFBWAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de Statistische Prozesskontrolle ist in der Produktion schon länger üblich, bei Luftfahrt-Systemsoftwareaber meist erst im Nachhinein möglich. Ziel der Arbeit ist es,quantitative Qualitätsmetriken für die Systemsoftware schon während der Erstellungzu erzeugen.Nützliche Vorkenntnisse: JavaAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de Am ILS wird ein ARINC 615A Dataloader verwendet. In einer früheren Studienarbeitwurde der Dataloader erstellt, wobei auch grafische Tools für die Erzeugung ladbarerEinheiten programmiert wurden. In dieser Arbeit sollen die grafischen Teile indas ILS-Toolset integriert werden, und zwar in Form von Eclipse-Plugins.Nützliche Vorkenntnisse: Java, EclipseAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de DOORS ist ein in der Luftfahrt gängiges Verwaltungswerkzeug für Systemanforderungen.Über die Jahre wurde DOORS weiterentwickelt, und um offene Schnittstellenzu anderen Werkzeugen ergänzt. Ziel der Arbeit ist es, DOORS und weitereWerkzeuge auf ihre Durchgängigkeit hin zu untersuchen, und gegebenenfalls denILS-Entwicklungsprozess auf die neuen Möglichkeiten von DOORS anzupassen.Nützliche Vorkenntnisse: DOORS, Seminar „Requirements Engineering“Ansprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de22

Allgemeine Abschlussarbeiten Am ILS wird für die Lehre ein Luftfahrtsystem-Simulator entwickelt, der im 4. Semesterim Rahmen der Vorlesung „Luftfahrtsysteme I“ eingesetzt wird. Im Rahmendieser (aufteilbaren) Arbeit soll der Simulator verbessert werden, wobei der Studentsich um die Weiterentwicklung des grafischen Teils oder des Flight Managementskümmern kann.Nützliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C, Programmierung allgemeinAnsprechpartner: matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de Das „Zusammenstellen“ (Konfiguration) der ILS-Plattform erfolgt modellbasiert ineiner graphischen Oberfläche. Ziel dieser Arbeit ist die Definition von Regeln, welchedie Gültigkeit einer durch einen Systemingenieur zusammengestellten Plattformkonfigurationüberprüfen und sicherstellen sollen. Bestandteil der Arbeit istauch die tool-basierte Umsetzung der Regeln.Nützliche Vorkenntnisse: UML, Programmier-GrundkenntnisseAnsprechpartner: simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de Die Konfiguration der ILS-Plattform erfolgt weitgehend automatisch und toolbasiert;Grundlage dafür ist ein Modell auf Systemebene, aus welchem automatischQuellkode für das Rechnersystem erzeugt wird. Ziel dieser Arbeit ist es, die Anwendbarkeitdes in diesem Modell hinterlegten Wissens für einen luftfahrtkonformenVerifkationsprozess zu untersuchen. Grundlage hierfür sind die Vorgaben derNorm RTCA DO-178C. Zielsetzung ist eine prototypische Werkzeugumsetzung, dieauf Basis des Modells für den Entwicklungsprozess geeignete Artefakte (Dokumente)generiert.Nützliche Vorkenntnisse: UML, Programmier-GrundkenntnisseAnsprechpartner: simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de Die Konfiguration der ILS-Plattform erfolgt weitgehend automatisch und toolbasiert;Grundlage dafür ist ein Modell auf Systemebene, aus welchem automatischQuellkode für das Rechnersystem erzeugt wird. Ziel der Arbeit ist es, für die durchdas Tool erzeugten Konfigurationsdaten die Traceability zum zugehörigen Systemmodellzu gewährleisten. Dies soll wiederum automatisch, das heißt in Form einesSoftware-Tools, erfolgen.Nützliche Vorkenntnisse: UMLAnsprechpartner: simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de23

Allgemeine Abschlussarbeiten Das Sensorredundanzmanagement (SRM) der ILS-Plattform realisiert die fehlertoleranteVerwaltung für verschiedenste Sensortypen und -replikation. Zur Anpassungan den jeweiligen Einsatzweck ist es umfassend konfigurierbar. Ziel dieserArbeit ist die Erstellung eines Konzepts für das automatisierte Abtesten der SRM-Usagedomain, also aller für dieses Softwaremodul zulässigen Konfigurationen.Nützliche Vorkenntnisse: Programmier-Grundkenntnisse (optimal: C, Python)Ansprechpartner: simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de24