Themenliste - Institut für Luftfahrtsysteme

-Themenliste
für Studien- und Diplomarbeiten,
Bachelor- und Masterarbeiten,
Hilfswissenschaftliche Tätigkeiten (HiWi)
Institut für Luftfahrtsysteme
Prof. Dr.-Ing. Reinhard Reichel
Pfaffenwaldring 31
70569 Stuttgart
www.ils.uni-stuttgart.de
Februar 2014
Institutsprofil
Das Institut wurde im Jahr 2003 neu gegründet.
Wir befassen uns mit Avionik- und Fly-by-Wire-Systemen, aber auch mit technologisch verwandten Systemen wie automotiven X-by-Wire-Systemen. Es handelt sich
durchweg um Echtzeitsysteme, die in der Regel eine Vielzahl von Systemfunktionen
(Applikationen) umfassen, eine verteilte Struktur aufweisen und höchsten Anforderungen an 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 steigenden
Grad an Funktionsintegration. Um solche Systeme in Zukunft effizient realisieren zu
können, entwickelt das ILS eine sogenannte Plattformtechnologie für Luftfahrtsysteme. Dies ist eine Kombination aus Hardware, Betriebssystem und Middleware, die sich
flexibel für verschiedenste Anwendungsfälle anpassen lässt.
Ein zweiter Forschungsschwerpunkt am ILS ist die Entwicklung einer weitgehend
autonomen Flugsteuerung/Flugführung für Kleinflugzeuge. Ziel hierbei ist, Flugzeuge
der Kategorie EASA CS-23 optional pilotiert oder ohne Pilot fliegen zu lassen. Auf dieser Basis entwickeln wir auch ein Easy-Handling-System, welches Personentransport
unter Instrumentenflugbedingungen mit Kleinflugzeugen bis 5,7t MTOW weitgehend
automatisch erlaubt, sodass der mitfliegende Pilot im Vergleich zu heutigen Piloten
einen signifikant niedrigeren Ausbildungs- und Erfahrungsstandard aufweisen muss.
Weiterhin werden bei uns Verfahren zur quantitativen Evaluierung (Sicherheit und
Kosten) von Avioniksystemen entwickelt, um auf dieser Basis einen teilautomatisierten oder gar vollautomatischen Entwurf von Avioniksystemen durchzuführen.
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Institutsprofil
Forschungsprojekte Viele unserer Forschungsprojekte führen wir in enger Kooperation mit Firmen der Luftfahrtindustrie (Airbus, Eurocopter, Liebherr Aerospace, Diehl
Aerospace etc.) durch. Eine ernstzunehmende Validierung der ILS-Ansätze ist in vielen
Fällen nur durch den Aufbau von Demonstratoren möglich. Solche Demonstratoren
werden vom ILS selbst oder zusammen mit Partnern aus Forschung und Luftfahrtindustrie aufgebaut. Dazu stehen uns mehrere eigene Testumgebungen zur flugmechanischen Simulation kompletter Flugzeuge einschließlich der Simulation von Aktuatorik und Sensorik zur Verfügung, sodass wir komplette redundante Systeme unter
Hardware-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 2007
erstmals komplette X-by-Wire Systeme in LKW und PKW eingebaut und getestet. 2010
wurde ein Fly-by-Wire System in ein Flugzeug S6 der Firma Stemme eingebaut und
im Flug erprobt; in diesem Jahr gelang damit die erste satellitengestützte automatische Landung (in Kooperation mit Stemme und der TU Berlin). Für Mai 2012 ist der
Beginn der Flugerprobung eines unserer Fly-by-Wire-Systeme in einer Diamond DA42 geplant (ein gemeinsames Forschungsvorhaben mit RDE, Diamond und anderen).
Auch hier läuft bereits ein Folgeprojekt mit dem Ziel des autonomen Fluges inklusive
automatischem Start und automatischer Landung (in Kooperation mit dem IFR der
Uni Stuttgart).
Lehre Die Lehre konzentriert sich auf die Themen Grundlagen der Avionik, Grundlagen und Auslegung von Luftfahrtsystemen, Prozesse und Nachweisverfahren:
• Bachelor of Sciences:
Luftfahrtsysteme I – Grundlagen von Embedded-Systemen / Avioniktechnologie
Luftfahrtsysteme II – Grundlagen fehlertoleranter Systeme
• Master of Sciences:
Systementwurf I – Auslegung fehlertoleranter Systeme
• Spezialisierung E:
Systementwurf II – Praktikum Auslegung fehlertoleranter Systeme
Systementwurf III – Integrierte Modulare Avionik (Grundlagen und Praktikum)
Flugregelungssysteme (Grundlagen und Praktikum)
Entwicklungsprozess und Nachweisverfahren (Safety)
Autoflight-System und Air Traffic Management (A320 Simulator)
Flugmesstechnik
Angewandte Luftfahrtsysteme I/II
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Gestaltungsrichtlinien für Abschlussarbeiten
Diese Richtlinien gelten für die Anfertigung einer Studien-/Diplom-/Bachelor- oder
Masterarbeit am ILS. Bitte lesen Sie sich die entsprechenden Paragraphen der Prüfungsordnung genau durch und beachten Sie diese.
Prüfungsordnung Einige wichtige Richtlinien der Prüfungsordnung sind:
• Die Vergabe einer Bachelor- bzw. Masterarbeit kann nur durch einen nach §8 der
jeweiligen Prüfungsordnung benannten Prüfer der Fakultät erfolgen. Dies gilt
selbstverständlich auch für externe Arbeiten. Außerdem ist bei externen Bachelorarbeiten, die im gleichen Unternehmen wie das Fachpraktikum durchgeführt
werden, darauf zu achten, dass sich beide Tätigkeiten sowohl inhaltlich wie auch
methodisch 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 Bachelorarbeit
und zirka 720 Arbeitsstunden für die Masterarbeit. Beide Arbeiten sind jeweils innerhalb einer Frist von 6 Monaten fertigzustellen und dem Betreuer in ihrer endgültigen Form vorzulegen (Unterbrechung wegen Prüfungen oder sonstigen
schwerwiegenden Gründen ist auf Antrag möglich). Denken Sie rechtzeitig an die
Erstellung der schriftlichen Ausführung Ihrer Arbeit, denn der Zeitaufwand beträgt
erfahrungsgemäß mindestens 3 bis 4 Wochen. Erstellen Sie zu Beginn der Arbeit
zusammen mit Ihrem Betreuer einen vorläufigen Zeitplan.
Geforderte Inhalte Eine 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 wenigen
Minuten einen Überblick über den Inhalt zu verschaffen. Wurde die Arbeit im nichtdeutsch- oder nicht-englischsprachigem Ausland durchgeführt, so kann die Kurzfassung zusätzlich in der entsprechenden Landessprache erstellt werden.
• Erklärung, dass die Arbeit selbständig verfasst wurde
• Danksagung [optional]
• Inhaltsverzeichnis
• Abbildungsverzeichnis [falls sinnvoll]
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Gestaltungsrichtlinien
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•
•
•
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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 diskutiert
bisherige Veröffentlichungen, die mit dem Thema in Beziehung stehen. Die Einleitung
soll eine Kapitelübersicht beinhalten. Hier soll in wenigen Sätzen (maximal 6 Sätze) pro
Kapitel ein Überblick über das im jeweiligen Kapitel abgehandelte Themengebiet gegeben werden.
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 Schlussfolgerungen
und Ausblicke enthält, die über das bisher Gesagte hinausgehen.
Literaturverzeichnis: Bücher, Zeitschriften, Normen, Internet-Links, …
Anhang [falls nötig]: Zusätzliches Bildmaterial, detaillierte Resultate, Diagramme, Tabellen, Programmlistung usw.
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 pt
Grundlinienabstand). Als Schriftart sollte eine serifenlose Schrift gewählt werden,
beispielsweise Myriad, Gill Sans, Arial, Calibri, Nimbus Sans oder Computer Modern
Sans; falls nötig, darf aber auch eine Serifenschrift wie beispielsweise Minion oder
Cambria verwendet werden.
• Literaturzitate sollten im Text durch eckige Klammern mit einer fortlaufenden
Nummer [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 an
Bildmaterial, zum Beispiel experimentelle Auswertungen, so können diese Bilder
auch im Anhang untergebracht werden. Alle Bilder sollten eine aussagefähige Bildunterschrift besitzen, und kapitelweise nummeriert werden, sprich die vierte Ab5
Gestaltungsrichtlinien
•
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•
•
•
bildung des dritten Kapitels ist „Abbildung 3.4“. Die Bilder müssen gut leserlich sein
(Beschriftung groß genug, Linien nicht zu dünn). Für Zeichnungen empfiehlt sich
sehr 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 Beispiel
wenn die Arbeit im Ausland angefertigt wurde.
Die Bindung soll mit einer transparenten Schutzfolie auf der Vorderseite und einem
weißen Karton auf der Rückseite erfolgen, als Leimbindung. Die Materialien werden vom ILS gestellt.
Ausfertigung Es sind 2 gebundene Exemplare abzugeben (einmal für die ILS-Bibliothek, einmal für den Betreuer). Die Dokumentation soll zusätzlich mit allen zugehörigen Daten (Messwerte, Tabellen, Simulationen, Vortrag, etc.) auf je eine CD-ROM
je Exemplar gebrannt werden. Dabei ist das Dokument sowohl im Originalformat als
auch im PDF-Format abzulegen. Im Stammverzeichnis der CD-ROM ist ein Textfile mit
dem Inhalt der CD-ROM zu erstellen. Die CD-ROM und deren Hülle sind zu beschriften
mit Name, Thema, Datum.
Weiterhin muss am Ende der Arbeit ein Poster erstellt werden, das die Arbeit in
Bildern und Text zusammenfasst. Die Größe ist A3. Das ILS stellt eine Postervorlage
zur Verfügung.
Bewertung Auch bei externen Arbeiten entscheidet immer das ILS über die Note.
Der Student bekommt zu Beginn seiner Arbeit eine Kopie des Bewertungsschemas
ausgehändigt (erhältlich im ILS-Sekretariat).
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Die ILS-Themenliste
Um Ihnen einen Überblick über unsere Forschungstätigkeiten und Ihre Möglichkeiten
zur Mitwirkung zu geben, haben wir eine Liste der aktuellen Abschlussarbeits-Themen
zusammengestellt, jeweils zusammen mit einer Beschreibung des Projekts, für das die
Arbeit ausgeschrieben ist. Wenn Sie sich für ein bestimmtes Thema interessieren oder
Fragen 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 natürlich
auch ein guter Einstieg in unsere Spezialisierung „Flugführung und Systemtechnik!“
Ihre Möglichkeiten, eine Abschlussarbeit am ILS durchzuführen, sind nicht auf die
hier ausgeschriebene Themenliste begrenzt. Gerne können Sie uns bei Interresse an
einem bestimmten Projekt auch allgemein ansprechen und gemeinsam mit dem jeweiligen Projektansprechpartner ein individuelles Thema finden.
Für allgemeine und organisatorische Fragen:
Matthias Lehmann
Zimmer 2.223
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-62964
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Flexible Avionikplattform für Kleinflugzeuge
Das Institut für Luftfahrtsysteme entwickelte im Rahmen mehrerer Forschungsprojekte die Technologie der flexiblen Plattform zur weitgehend automatisierten Umsetzung von komplexen, hoch sicherheitskritischen Flugsteuerungssystemen (Fly-byWire-Systeme wie primary oder secondary flight control). Grundlage hierfür ist eine
generische Middleware als Kern des Plattformredundanzmanagements; diese Middleware kann mittels einer Tool-Suite für eine neue Anwendung (ein neues System)
automatisch spezialisiert werden. Im Rahmen des Verbundprojektes FlySmart soll die
Technologie der flexiblen Plattform weiterentwickelt und ein Flugsteuerungssystem
für ein hochgradig automatisiertes Flugzeug der Kategorie EASA CS-23 / Class II umgesetzt werden. Dabei soll die Technologie am Ende des Projektes einen Reifegrad
aufweisen, 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-WireSystem – auf Basis der Plattformtechnologie – ausgerüstet wurde und im Mai 2012
erfolgreich seinen Erstflug absolvierte. In FlySmart soll der Erprobungsträger um
Funktionen zum automatischen Abfliegen einer vollständigen Mission inklusive automatischem Start und Landung erweitert und intensiv im Flug erprobt werden.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Steffen Hesse
Simon Görke
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steffen.hesse@ils.uni-stuttgart.de
simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de
Flexible Avionikplattform für Kleinflugzeuge
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
ffErmittlung von ausfallbedingten (worst case) Transienten auf Flugzeug- und
System­ebene.
ffModellierung des Plattform-Managements auf Basis von XML. Daraus automatische Codegenerierung mit XSLT. Eventuell Integration in Eclipse.
Voraussetzungen:
XML, XSLT
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
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IMA Cabin
Integrierte modulare Avionik (IMA) beruht auf dem Ansatz, standardisierte Hard- und
Software-Komponenten im Flugzeug zu verwenden, die verschiedenste Aufgaben für
eine große Anzahl von Systemen übernehmen. IMA für Kabinenmanagementsysteme
ist 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-Plattform
adaptiert, und teilweise integriert und verifiziert, und
• ein Demonstrator für die Integration von Software verschiedener Sicherheitsklassen auf dieser Plattform aufgebaut wurde.
Auf dem Foto rechts ist
der Demonstrator zu
sehen, der auf einem
mobilen
Labortisch
integriert wurde. Vom
Bedienpanel für die
Flugbegleiter aus lässt
sich so zum Beispiel die
Kabinenbeleuchtung
steuern. Der CIDS Director läuft mit zwei MPC
8641 Dual Core Platinen.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Matthias Lehmann
Zimmer 2.223
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-62964
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
ffAufbau eines AFDX-Netzwerks für den Demonstrator.
Voraussetzungen:
AFDX, IMA
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Easy Handling System
Eine Vision des ILS ist es, einmotorige Flugzeuge als sicheres Individualverkehrsmittel
einer breiteren Nutzerschicht zugänglich zu machen. Selbst unter schwierigen Wetterbedingungen, bei Tag und bei Nacht, sollen Piloten mit niedrigem fliegerischem
Ausbildungsstand das Flugzeug umfassend und sicher nutzen können. Dies erfordert
eine völlig neue Rollenverteilung im Cockpit.
Will man Fliegen auch unter Instrumentenflugbedingungen für einen nur mäßig
trainierten Piloten einfach und sicher gestalten, muss man die Kompetenzen des heutigen Piloten weitestgehend auf ein Easy Handling System übertragen.
• Autonome Routenermittlung:
vor Flugantritt unter Berücksichtigung aller Rahmenbedingungen
• Autonome Routenanpassung während des Flugs:
bei Abweichen vom ursprünglichen Flugplan
bei Schlechtwetter oder gesperrten Lufträumen
• Automatische Flugführung:
Abfliegen der autonom ermittelten Route
einfache intuitive Flugregelgesetze im manuellen Manöverflug
Kurs-, Höhe-, und Geschwindigkeitshaltung im manuellen Flug
• Flugbereichsüberwachung und Schutzfunktion:
bezüglich Geographie und Lufträumen
bezüglich aerodynamischer Grenzen und Flugleistungen
• System-Management:
Automatische Systemtests vor Flugantritt
Automatische Konfiguration von NAV/COM
Management von Geräten, Treibstoffsystem, Motor/Propeller
System-Monitoring, Schutz vor Überschreitung von Grenzwerten
• Einbindung in zukünftiges Air Traffic Management System:
Datenaustausch mit Kontrollstellen und anderen Verkehrsteilnehmern
Empfang (und Ausführung) von Freigaben und Anweisungen
Der Pilot gibt nur noch Rahmenvorgaben, das Easy Handling System führt das Flugzeug unter Berücksichtigung dieser autonom und optimal. Der Pilot hat weiterhin die
Möglichkeit, das Flugzeug manuell zu steuern, allerdings nur innerhalb des zulässigen Rahmens, überwacht durch Easy Handling.
Cockpit-Simulation Das ILS verfügt über einen Cockpit-Simulator, der auf der linken Seite das A320 Autoflight System simuliert und in der Lehre genutzt wird. Auf
der rechten Seite soll das EHS-Konzept in einer Simulation demonstriert und evaluiert
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Easy Handling System
werden. Hierfür wird ein flugmechanisches Modell benötigt, um das Verhalten des
Systems im Simulator zu erproben.
Forschungsflugzeug Das ILS verfügt des Weiteren über ein Kleinflugzeug vom Typ
DA40-V1. Mit Hilfe einer Messplattform mit der Luft- und Inertialdaten gemessen werden können, sollen die flugmechanischen Parameter (Derivativa) identifiziert werden,
um das flugmechanische Modell für den Cockpitsimulator erstellen zu können. Langfristig soll das Flugzeug mit einer Avionik-Plattform zu einem Demonstrator für Easy
Handling ausgebaut werden.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Arne Altmann
Zimmer 2.224
arne.altmann@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-67093
Abschlussarbeiten
ffIm Rahmen der Thematik Easy Handling ergeben sich immer wieder interessante
Möglichkeiten für Abschlussarbeiten. Schwerpunkte sind dabei einerseits Konzepte und Mechanismen für eine autonom/automatische Flugführung (z.B. Implementation eines Pfadplanungsalgorithmus und aeronautischen Datenbank, Regelung),
andererseits die Erstellung von Simulationen und der Ausbau des Institutsflugzeugs zu einem EHS-Demonstrator. Bei Interesse einfach anfragen!
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Flexible Rechnerplattform für Fahrzeugelektronik
Von Adaptive Cruise Control zur Smartphone-Anbindung: In heutigen Autos steckt
immer mehr Elek­tronik. Die Komplexität der über die Jahre gewach­senen Archi­tektur
aus Steuer­geräten, Kommuni­kations­systemen und Software wird immer weniger
über­schaubar und so zur Innovations­bremse.
Das Projekt RACE entwickelt eine zentralisierte Elektronik-Architektur: Neue Infotainment- und darüber hinaus Fahr- und Assistenzfunktionen sollen unabhängig von
Hardware nicht mehr in Form von Steuergeräten, sondern nur noch als Software im
Fahrzeug installiert werden. Dazu soll die Standardisierung der Elektronik-Architektur
vorangetrieben und ein Paradigmenwechsel eingeleitet werden. Statt der heute eingesetzten Vielzahl von Steuergeräten sollen Funktionen auf wenigen zentralen Rechnern verteilt werden. Zukünftig werden die Sensoren und Aktoren im Fahrzeug über
ein Bussystem an die datenverarbeitenden Systeme angeschlossen werden. Bereits
eingeführte und neue Fahrassistenz- und Sicherheits-Funktionen, aber auch Motorund Energiemanagement-Funktionen lassen sich somit einfacher und letztlich kostengünstiger realisieren. Oberste Priorität haben dabei die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems, damit insbesondere die sicherheitskritischen Funktionen unter
allen Umständen garantiert werden.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Matthias Lehmann
Zimmer 2.223
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-62964
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
ffFür rekonfigurierbare Systeme ist die Authentifikation von Software-/HardwareEinheiten ein wichtiges Thema. Hierfür würden sich Zertifikate nach dem Standard
X.509 anbieten. In dieser Arbeit soll der Standard auf seine Anwendbarkeit hin untersucht werden.
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
ffUntersuchung spezieller Aspekte des Ethernet-Busses für sicherheitskritische Anwendungen.
Nützliche Vorkenntnisse:
Ethernet, IMA-Vorlesung
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
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Redundant operating system
Applikationen
Für die Plattform-Projekte am Institut für
Redundanzmanagement
simplex/redundant
Luftfahrtsysteme wurde ein eigenes EchtSubset ARINC 653
Special API
zeitbetriebssystem entwickelt, das ROS. Es
unterstützt Partitioning von Prozessor und
FehlerOSDatenbank
Speicher, health monitoring, stellt ein Subset Management
Partition
Management
der ARINC 653 API zur Verfügung, und kann
Job
Synchro
SPY
bei Bedarf das Redundanzmanagement
Scheduler
low-level
komplett selbst erledigen, um die ApplikaGenerische Treiberschnittstelle
tion von dieser Komplexität zu entledigen.
ROS 653
Es enthält Synchronisierungsmechanismen
Firmware
(HAL)
Treiberschicht
für Duplex-, Triplex- und Quadruplex-Architekturen.
Das ROS wurde bereits auf diverse Plattformen adaptiert, wie PPC 509, PPC 750FX, PPC 5554 und PPC 5567. Es existieren
Hardware-Treiber für AFDX, Fast Ethernet, FlexRay, CAN, Arinc429 und viele weitere
Schnittstellen.
Es existiert ein Simulator, der unter Windows XP, Unix, Linux und SUN OS läuft, und
die zügige Entwicklung und Prototyping von ROS-Applikationen ermöglicht.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Matthias Lehmann
Zimmer 2.223
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-62964
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
ffAbleiten von Testfällen aus Design-Anforderungen in UML: Es sollen für die Zertifizierung des ROS automatisiert aus UML-Activity-Diagrammen Testfälle – das heißt
Testskripte in Python – generiert werden.
Nützliche Vorkenntnisse:
Python, IMA-Vorlesung
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Adaptive Plattform für Kabinensysteme
Unter Kabinensystemen werden alle Elektroniksysteme zusammengefasst, die gemeinsam die Funktionalität der Passagierkabine umsetzen. Alle passagier-, crew-/
cockpit- und wartungs­spezifischen Funktionen sowie die Schnittstelle zu Versorgungs­
systemen bilden je einen Teilbereich des Kabinen­systems.
Der kurze Lebenszyklus und die hohe Variabilität der Kabine stellen besondere
Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Kabinen­systeme dar. Um Anforderungen verschiedener Flug­gesellschaften gerecht zu werden, kann das Kabinensystem
bis hin zu einzigartigen Kabinen­layouts variiert werden. Diese Flexibilität erfordert
aktuell sehr viel Konfigurations­arbeit, sowohl bei der ersten Ausrüstung, als auch bei
Umrüstungen im Laufe des Lebenszyklus.
Der Ansatz des ILS verfolgt das Ziel, den umfangreichen Konfigurationsaufwand mit
einer adaptiven, service­orientierten Software­architektur auf ein absolutes Minimum
zu reduzieren. Die adaptiven Eigenschaften sollen dem System die autonome Organisation und die automatische Reaktion auf Systemänderungen ermöglichen.
Im Rahmen dieses Projektes soll ein erster Demonstrator entwickelt werden, welcher die generelle Funktions­weise illustrieren und den Ansatz der adaptiven Software­
architektur evaluieren soll.
Industriepartner ist die Diehl Aerospace GmbH. Das Projekt wird im Rahmen des Luftfahrtforschungsprojekts LuFo IV (gefördert durch BMWi) durchgeführt.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Mohammad Reza Ahmadi reza.ahmadi@ils.uni-stuttgart.de
Zimmer 2.230
 0711 685-62771
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Adaptive Plattform für Kabinensysteme
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
Bereich Demonstratoren: Eine flexible SW-Architektur ist die Voraussetzung für die
Adaptivität des Gesamtsystems. Zwei ausgewählte Konzepte zur SW-Architekturentwicklung wurden aufgegriffen und in jeweils einem SW-Demonstrator umgesetzt. Zur
realistischen Evaluierung sollen die SW-Demonstratoren um weitere repräsentative
Kabinenfunktionen erweitert werden. Im Rahmen einer Abschlussarbeit würden Sie
sich mit dem Aufbau der Softwarearchitektur und der Funktionalität aktueller Flugzeugkabinensysteme auseinandersetzen, den Demonstrator um die neue Systemfunktion erweitern und schließlich die Arbeit dokumentieren und präsentieren.
Mögliche Themen
ffEntwicklung eines Audioübertragungs-Systems
(Cabin Intercommunication System)
ffEntwicklung eines Videoübertragungs-Systems
(Minimal Inflight Entertainment System)
ffEntwicklung eines sicherheitskritischen Systems (Smoke Detection System)
Bereich Adaptive Middleware: Mechanismen für die automatische Adaption von
Managementfunktionen sind die Voraussetzung zur Gewährleistung der Adaptivität.
Hierbei würden Sie sich in das Konzept der ILS-Middleware und in unterschiedliche
Entwicklungsparadigmen wie SOA und OOP einarbeiten, einen Demonstrator zur
Evaluierung der Ansätze aufbauen und schließlich die Arbeit dokumentieren und
präsentieren.
Mögliche Themen
ffServiceorientierte Ansätze sollen zur Realisierung der Fehlermanagementschicht
in adaptiver Middleware genutzt und mit einem Demonstrator evaluiert werden
ffServiceorientierte und objektorientierte Ansätze sollen zur Realisierung einer adaptiven, plattformübergreifenden Managementschicht genutzt und mit einem Demonstrator evaluiert werden
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Fortschrittliche Taumelscheibenkonzepte
Die Ansteuerung der Hauptrotorblätter eines Hubschraubers geschieht in der Regel
über eine Taumelscheibe, welche die Steuersignale des Piloten vom festen ins drehende System überträgt. Mit der kollektiven Verstellung der Taumelscheibe und damit der Hauptrotorblätter wird die Höhe beeinflusst, während eine zyklische Verstellung eine Bewegung des Hubschraubers in Längs- und Querrichtung ermöglicht.
Als Teil der Primärsteuerung eines Hubschraubers ist die Funktionsfähigkeit der Taumelscheibe sicherheitskritisch. In Zusammenarbeit mit Eurocopter Deutschland entwickelt das ILS Architekturen für eine sichere und zuverlässige Ansteuerung einzelner
Freiheitsgrade mittels elektromechanischer Aktuatoren.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Tim Belschner
Zimmer 2.226
tim.belschner@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-63638
Industriepartner
Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit Eurocopter Deutschland durchgeführt.
Abschlussarbeiten ffIm Laufe dieses Projektes ergeben sich mehrere Möglichkeiten für eine Abschlussarbeit. Bei Interesse einfach direkt bei Herrn Belschner anfragen!
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High Lift System basierend auf IMA
Das High-Lift-System ist für die Steuerung der Vorflügel und Landeklappen (Slats und
Flaps) eines Flugzeugs zuständig.
In diesem Projekt werden verschiedene verteilte, auf integrierter modularer Avionik
basierende Konzepte für die Steuerung und Überwachung des High-Lift-Systems eines Transportflugzeugs entwickelt und untersucht, und zwar hinsichtlich:
•
•
•
•
Systemverfügbarkeit und -integrität
Fehlertoleranz
Gewicht und Integration
Kosten
I/F
I/F
I/F
I/F
A
B
C
D
ES
ES
ES
ES
Switch Switch
C
P
M
C
P
M
Das Konzept, welches die Anforderungen
am besten erfüllt, soll mithilfe eines
„Hardware-in-the-loop“-Tests in einem
Demonstrator verifiziert werden.
W
T
B
Switch Switch
P
C
U
P
C
U
W
T
B
W
T
B
Gear
Box
LH WTB
rd
tboa
LH ou lap
F
LH inboard flap
W
T
B
RH WTB
RH outboard flap
RH ou
tboa
Flap rd
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Mohamed Elmahdi
Zimmer 2.239
mohamed.elmahdi@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-67052
Industriepartner sind Airbus Operations in Bremen und Diehl Avionics in Überlingen
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
ffKonfiguration und Aufbau eines Kommunikationsnetzwerkes inklusive Verifikation
des zeitlichen Verhaltens und Visualisierung
ffErweiterung der Testumgebung: Visualisierung des mechanischen Flap-Systems
sowie der Piloteneingabeeinheit (Flaps Lever); Stimulation und Generierung von
Testvektoren; Verifikation
18
SysTAvio
In der kommerziellen Luftfahrt hält der Trend zu immer weiter verteilten Flugsteuerungs- und Avioniksystemarchitekturen an. Beispielsweise könnten zukünftig die
Computer für die primäre Flugsteuerung oder das Hochauftriebssystem möglicherweise auch Funktionen übernehmen, die typischerweise bisher anderen Systemen
zugeordnet sind. Durch diesen weiteren Schritt zu stärker verteilten Systemen ergeben sich an vielen Stellen und für viele Systemfunktionen neue Schnittstellen und
zum Teil auch ganz neue Möglichkeiten. Gleichzeitig werden Flugsteuerungssystemarchitekturen durch Veränderungen der Flugzeugkonfiguration beeinflusst. Zum Beispiel verwendet der Airbus A350 das Hochauftriebssystem während des Reisefluges
für variable Wölbungsanpassungen. Es ist absehbar, dass in der Zukunft, solche neuartigen Flugsteuerungs-konfigurationen entstehen könnten. Dies hätte dramatische
Auswirkungen auf Kinematik, Sicherheit, Gewicht und Komplexität der resultierenden Betätigungen und Avionikarchitekturen.
Für eine optimierte Funktions- und Redundanzverteilung sind neue Tools und Technologien gefordert. Hier sind neue Konzepte zu entwerfen oder bestehende Methoden zu automatisieren und anzupassen.
Ansprechpartner Bei Interesse oder Fragen wenden Sie sich bitte an:
Teddy Trachsler
Zimmer 2.238
teddy.trachsler@ils.uni-stuttgart.de
 0711 685-63656
Industriepartner sind Liebherr-Aerospace in Lindenberg, Diehl Aerospace in Überlingen, Airburs Operations in Bremen sowie Liebherr Elektronik in Lindau
19
SysTAvio
Abschlussarbeiten Es werden folgende Arbeiten für das Projekt angeboten:
ffDas Testsystem am ILS wird für unterschiedliche Zwecke benutzt: Von einem reinen
online Multiprozessor ‚Debugger‘ (Spy) bis hin zu einer Closed Loop Simulation. Für
die verschiedenen Ausbaustufen werden unterschiedliche Input/Output-Karten
(Analog, Diskret, Arinc 429, FlexRay...) benötigt. Ziel der Arbeit ist die Einbindung
von neuen Interfaces in dieses Testsystem.
Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Linux
ffDas Testsystem verfügt über eine Middleware, welche Simulationen in Echtzeit ermöglicht. Eine Testumgebung ist notwendig, um die Funktionalität dieser Software
zu überprüfen. Ziel der Arbeit ist der Entwurf und die Entwicklung einer solchen
Testumgebung.
Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C, Python
ffDie Middleware auf dem Testsystem ist stark datenorientiert und begrenzt sich bisher auf einen Single Rechner. Ziel der Arbeit ist es, ein Konzept zur Verteilung der
Middleware auf mehrere Rechner auszuarbeiten und dadurch verteilte Simulationen zu ermöglichen.
Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Python
ffDie Middleware auf dem Testsystem setzt ein Linux Betriebssystem voraus. Ziel der
Arbeit ist die Portierung von dieser Software auf Microsoft Windows um den Einsatz von der Software zu erweitern (z.B. Simulation auf dem PC laufen zu lassen).
Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Posix, Linux
ffSimulationen auf dem Testsystem werden oft in Form von Matlab Simulink Modellen entwickelt. Ziel der Arbeit ist es, ein Konzept zur automatischen Integration
dieser Modelle auf das Testsystem auszuarbeiten, um so den Integrationsaufwand
gering zu halten.
Erforderliche Vorkenntnisse: Programmiersprache C; erwünscht: Matlab Real-Time
Workshop
20
SysTAvio
ffZur Verifikation von eigens entwickelten Systemen wurde am ILS eine Testumgebung erzeugt, die es ermöglicht, Testfälle verteilt auszuführen. Der Prototyp hierzu
wurde in Python geschrieben. Ziel der Arbeit ist die Portierung dieser Testumgebung in C++.
Erwünschte Vorkenntnisse: Programmiersprache Python, C++
ffFür das Testsystem kann unterschiedliche Hardware zum Einsatz kommen. Dadurch
werden die verschiedene Ausbaustufen, von einem Logger im Flugzeug (mini PC)
bis hin zu einer Closed Loop Simulation (großer Multikern-Rechner) realisiert. Ziel
der Arbeit ist es, die Echtzeitfähigkeit eines „Echtzeit-Linux“-Betriebssystems auf einem Dual Xeon Prozessor unter Beweis zu stellen.
Erforderliche Vorkenntnisse: Linux; erwünscht: Echtzeit Betriebsystem
ffDie Simulationen auf dem Testsystem erfordern die Steuerung (lokal oder remote)
einzelner Komponenten (starten, status, stoppen). Es soll ein Konzept untersucht
werden, um generische Kommandos zu definieren und auszuführen.
Erwünschte Vorkenntnisse: Python, XML
ffFür das Projekt Systavio soll eine Closed-Loop-Simulation für ein High-Lift System
aufgebaut werden. Ziel der Arbeit ist die Umsetzung dieser Testrig auf dem ILSTestsystem.
Erwünschte Vorkenntnisse: Programmiersprache C
ffDer Feldbus TTP soll im Projekt Systavio zum Einsatz kommen. Ziel der Arbeit ist
der Aufbau eines exemplarischen TTP Clusters und im zweiten Schritt die Untersuchung einer weitgehend automatischen Konfiguration des TTP Controllers.
Erwünschte Vorkenntnisse: Feldbus
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Allgemeine Abschlussarbeiten
Abschlussarbeiten Folgende Arbeiten werden allgemein, das heißt projektübergreifend, angeboten:
ffUnser 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-Vorlesung
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
ffAm ILS ist seit einigen Jahren SCADE im Einsatz, und wurde sehr stark auf unsere
Bedürfnisse reduziert und erweitert. SCADE besitzt einen einfachen zertifizierten
Codegenerator, ist allerdings in der Anschaffung sehr kostspielig. Ziel der Arbeit ist
es, die einfachen Konzepte von SCADE auf Eclipse zu übertragen.
Nützliche Vorkenntnisse:
Java, Eclipse, Vorlesung AFBW
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
ffStatistische Prozesskontrolle ist in der Produktion schon länger üblich, bei Luftfahrt-Systemsoftware aber meist erst im Nachhinein möglich. Ziel der Arbeit ist es,
quantitative Qualitätsmetriken für die Systemsoftware schon während der Erstellung zu erzeugen.
Nützliche Vorkenntnisse:
Java
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
ffAm ILS wird ein ARINC 615A Dataloader verwendet. In einer früheren Studienarbeit
wurde der Dataloader erstellt, wobei auch grafische Tools für die Erzeugung ladbarer Einheiten programmiert wurden. In dieser Arbeit sollen die grafischen Teile in
das ILS-Toolset integriert werden, und zwar in Form von Eclipse-Plugins.
Nützliche Vorkenntnisse:
Java, Eclipse
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
ffDOORS ist ein in der Luftfahrt gängiges Verwaltungswerkzeug für Systemanforderungen. Über die Jahre wurde DOORS weiterentwickelt, und um offene Schnittstellen zu anderen Werkzeugen ergänzt. Ziel der Arbeit ist es, DOORS und weitere
Werkzeuge auf ihre Durchgängigkeit hin zu untersuchen, und gegebenenfalls den
ILS-Entwicklungsprozess auf die neuen Möglichkeiten von DOORS anzupassen.
Nützliche Vorkenntnisse:
DOORS, Seminar „Requirements Engineering“
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
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Allgemeine Abschlussarbeiten
ffAm ILS wird für die Lehre ein Luftfahrtsystem-Simulator entwickelt, der im 4. Semester im Rahmen der Vorlesung „Luftfahrtsysteme I“ eingesetzt wird. Im Rahmen
dieser (aufteilbaren) Arbeit soll der Simulator verbessert werden, wobei der Student sich um die Weiterentwicklung des grafischen Teils oder des Flight Managements kümmern kann.
Nützliche Vorkenntnisse:
Programmiersprache C, Programmierung allgemein
Ansprechpartner:
matthias.lehmann@ils.uni-stuttgart.de
ffDas „Zusammenstellen“ (Konfiguration) der ILS-Plattform erfolgt modellbasiert in
einer graphischen Oberfläche. Ziel dieser Arbeit ist die Definition von Regeln, welche die Gültigkeit einer durch einen Systemingenieur zusammengestellten Plattformkonfiguration überprüfen und sicherstellen sollen. Bestandteil der Arbeit ist
auch die tool-basierte Umsetzung der Regeln.
Nützliche Vorkenntnisse:
UML, Programmier-Grundkenntnisse
Ansprechpartner:
simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de
ffDie Konfiguration der ILS-Plattform erfolgt weitgehend automatisch und toolbasiert; Grundlage dafür ist ein Modell auf Systemebene, aus welchem automatisch
Quellkode für das Rechnersystem erzeugt wird. Ziel dieser Arbeit ist es, die Anwendbarkeit des in diesem Modell hinterlegten Wissens für einen luftfahrtkonformen Verifkationsprozess zu untersuchen. Grundlage hierfür sind die Vorgaben der
Norm RTCA DO-178C. Zielsetzung ist eine prototypische Werkzeugumsetzung, die
auf Basis des Modells für den Entwicklungsprozess geeignete Artefakte (Dokumente) generiert.
Nützliche Vorkenntnisse:
UML, Programmier-Grundkenntnisse
Ansprechpartner:
simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de
ffDie Konfiguration der ILS-Plattform erfolgt weitgehend automatisch und toolbasiert; Grundlage dafür ist ein Modell auf Systemebene, aus welchem automatisch
Quellkode für das Rechnersystem erzeugt wird. Ziel der Arbeit ist es, für die durch
das Tool erzeugten Konfigurationsdaten die Traceability zum zugehörigen Systemmodell zu gewährleisten. Dies soll wiederum automatisch, das heißt in Form eines
Software-Tools, erfolgen.
Nützliche Vorkenntnisse:
UML
Ansprechpartner:
simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de
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Allgemeine Abschlussarbeiten
ffDas Sensorredundanzmanagement (SRM) der ILS-Plattform realisiert die fehlertolerante Verwaltung für verschiedenste Sensortypen und -replikation. Zur Anpassung an den jeweiligen Einsatzweck ist es umfassend konfigurierbar. Ziel dieser
Arbeit ist die Erstellung eines Konzepts für das automatisierte Abtesten der SRMUsagedomain, also aller für dieses Softwaremodul zulässigen Konfigurationen.
Nützliche Vorkenntnisse:
Programmier-Grundkenntnisse (optimal: C, Python)
Ansprechpartner:
simon.goerke@ils.uni-stuttgart.de
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