Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS
Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS

Absicherung autonomer, mobiler Robotersysteme

Software ist heutzutage ein zentraler Baustein vieler Produkte und damit ein wichtiger Faktor für den Markterfolg. Die Nutzer und Nutzerinnen eines Produkts erwarten, dass die Software stets fehlerfrei funktioniert und unterschiedliche Funktionen anbietet – auch im B2B-Segment.

Das bedeutet für die Produktentwicklung, dass die verbauten Softwarekomponenten kontinuierlich optimierbar und einfach aktualisierbar sein müssen. Daher erfolgt die moderne Software-Entwicklung meist nach dem DevOps-Ansatz, welcher es erlaubt, solche wiederkehrenden Updates effizient umzusetzen.

DevOps im Praxistest auf realen Robotersystemen

DevOps-Prinzipien haben das Software Engineering revolutioniert: Sie sorgen für robustere Systeme, schnellere Veröffentlichungszyklen und eine höhere Effizienz. Bei hochkomplexen Systemen wie Robotern oder eingebetteten Systemen, wie sie in der Industrie häufig zum Einsatz kommen, erschweren jedoch drei zentrale Faktoren die Softwareentwicklung nach DevOps:

  1. Kombination aus Hard- und Software (z.B. Kombination von Künstlicher Intelligenz, Sensoren und Aktoren)
  2. Unsicherheiten aufgrund der Einsatzumgebung (bspw. Interaktion mit Menschen)
  3. Verteilte Infrastruktur (z.B. Kombination aus Cloud- und lokalen Diensten)

Daher forschten das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS und die Magazino GmbH im Verbundprojekt »RoboDevOps – Kontinuierliche Entwicklung und Absicherung von autonomen, mobilen Robotersystemen« an neuen DevOps-Konzepten und evaluierten diese anhand konkreter Szenarien. Gefördert wurde das Projekt vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie.

Während andere Arbeiten im DevOps-Bereich sowie existierende Technologien anderer Projekte sich auf das Erstellen und Testen reiner Softwarepakete beschränken, stand im gemeinsamen Projekt die integrierte Hard- und Software in den Fokus, um adaptierbare Roboter in die tatsächliche Anwendung zu bringen.

Das Projekt konzentrierte sich daher auf die nachfolgenden Schwerpunkte:

  1. Verkürzung der Durchlaufzeit durch eine automatisierte Testauswahl und automatisierte Testverfahren
  2. Erhöhung der Testqualität durch die systematische Auswahl von Testszenarien, das Testen nicht-deterministischer Robotersysteme sowie die Entwicklung von Methoden und Metriken zur Bewertung der Verhaltensqualität
  3. Mehr Kontrolle, welche Software auf welchen Robotern installiert wird, anhand von Methoden zum kontrollierten Feature Roll-out und Release Management
  4. Laufzeitüberwachung und Analyse der Roboter im Feld, für Qualitätsmessungen und Erkenntnisse für nachfolgende Update-Zyklen

Know-how-Aufbau für die Industrie

Deutschland verfügt bereits über eine starke Robotik-Industrie, die sowohl etablierte Unternehmen in den Bereichen Industrierobotik und mobile Robotik als auch diverse Startups und Ausgründungen aus Universitäten und Forschungszentren umfasst. All diese Unternehmen stehen vor der Herausforderung, die gewünschte Flexibilität bei der Programmierung von Robotern bei gleichzeitig hoher Qualität zu erreichen. Daher profitiert der Standort als Ganzes von den Ergebnissen, die im Rahmen des Verbundprojekts »RoboDevOps – Kontinuierliche Entwicklung und Absicherung von autonomen, mobilen Robotersystemen« erarbeitet wurden.

Darüber hinaus ist auch für produzierende Unternehmen ein erheblicher Mehrwert entstanden: Viele dieser Unternehmen setzen bei intralogistischen Prozessen wie dem innerbetrieblichen Transport von Boxen oder Paletten zunehmend auf sogenannte Automated Guided Vehicles (AGVs). Einige dieser Unternehmen – insbesondere aus dem Bereich der Automobilindustrie und ihrer Zulieferer – bauen eigene Kompetenzen für die Entwicklung dieser autonomen Transportfahrzeuge auf. Somit profitieren auch diese traditionell starken Unternehmen sowohl von robusteren und ausgereifteren mobilen Robotersystemen als auch von verbesserten Software-Engineering-Produkten für die eigene Entwicklung von Robotersystemen.

DevOps für cyber-physische Systeme

Im Rahmen des Projekts, das im Oktober 2020 gestartet ist und bis September 2022 lief, haben das Fraunhofer IKS und die Magazino GmbH ein Whitepaper zu den Herausforderungen und Potenzialen von DevOps für die Entwicklung cyber-physischer Systeme herausgebracht. Darin beantworten die Forscherinnen und Forscher unter anderem, wie sich DevOps von der traditionellen Softwareentwicklung unterscheidet und wie DevOps-Prozesse mit Hinblick auf die Herausforderungen umgesetzt werden können.

Wenn Sie in Ihrem Unternehmen bereits selbst Erfahrungen mit DevOps gemacht haben oder an dem Thema interessiert sind, freuen wir uns, wenn Sie mit uns Kontakt aufnehmen.

Auch bei Fragen zum Projekt, seinen Forschungsfragen und -zielen können Sie sich gerne an die nebenstehenden Ansprechpartner wenden.

Das Projekt wurde durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert.