Cyber-Physical Systems -- eine Herausforderung an die Automatisierungstechnik?
我们讨论了网络物理系统（CPS）的出现所带来的控制系统工程的挑战。在讨论了术语之后，一般的IT相关问题需要与计算机科学，特别是软件工程合作。然后，我们研究这些挑战，需要从控制系统工程的具体核心能力。我们勾勒解决方案的方法，为典型的问题，处理CPS的物理环境的变化。- Der Beitrag befastsich mit den methodischen Herausforderungen，die durch die Verbreitung der Cyber-Physical Systems（CPS）in der Automatisierungstechnik entstehen，and stellt Lösungsansätze vor.在对CPS客户进行一次处理之后，信息技术部门将采取行动，利用信息技术解决所有问题。Danach gehen auf die Herausforderungen ein，deren Behandlung spezifisch automatisierungstechnische Kernkompetenzen erfordern und skizzieren für eine beispieldente Problemstellung，den Umgang mit Änderungen in der physicalischen Umgebung，…
2014-09-01 cs.SE
Variability and Evolution in Systems of Systems
在这份立场文件（1）中，我们讨论了系统的系统的两个特定方面，即，变异和进化。(2)我们认为，从产品线工程和软件进化的概念是相关的系统工程系统。(3)相反，来自系统工程的概念可以在产品线工程和软件进化中有所帮助。因此，我们认为，学科之间的概念交流将是有益的。
2013-11-14 cs.SE
Boosting Extra-functional Code Reusability in Cyber-physical Production Systems: The Error Handling Case Study
信息物理生产系统（CPPS）是一种长寿命的机电一体化系统，包括机械，电气/电子和软件。在工业4.0的背景下，跨学科性质与挑战和趋势相结合，例如高度定制，小批量和演变，导致大量的可变性。掌握功能控制软件的可变性，例如，不同的控制变量的执行器类型，本身是一个挑战，在开发和重用CPPS软件。当考虑到额外的功能软件（如操作模式、诊断和错误处理）时，这项任务变得更加复杂。这些软件部分与功能软件具有高度的相互依赖性，通常涉及人机界面（HMI）以使操作员能够进行干预。本文阐述了在记录这些软件部件的依赖关系，包括他们的变异性，使用家庭模型的挑战。一个程序和一个面向对象的概念，实现错误处理，这代表了一个额外的功能任务，高度依赖于功能软件和HMI，提出。这两个概念的适用性，以增加软件的可重用性，因此，它的灵活性在工业4.0的背景下进行了讨论。他们的比较证实了IEC 61131-3的面向对象扩展的高潜力，成功地处理计划重用的额外功能CPPS软件。
2022-12-09 cs.SE
Reverse Engineering Variability in an Industrial Product Line: Observations and Lessons Learned
理想情况下，可变性模型是产品线特征及其约束的正确和完整的表示。再加上特性和代码之间的映射，这确保了只能配置和派生有效的产品。然而，在实践中，建模的约束可能既不完整也不正确，这会导致在配置和产品派生阶段的问题。本文提出了一种从实现中逆向工程可变性约束的方法，从而提高可变性模型的正确性和完整性。我们扩展了功能效果分析的概念，以提取可变性约束的代码工件的博世PS-EC大规模的产品线。我们提出了一个工业应用的方法，并讨论其所需的修改，以处理非布尔变量和异构工件类型。
2021-10-12 cs.SE
A Product Line Systems Engineering Process for Variability Identification and Reduction
软件产品线工程在过去的二十年里引起了人们的关注，因为它有希望通过重用需求和组件来降低成本和缩短上市时间。在实践中，在大型公司中开发系统级产品线并不是一件容易的事情，因为可能涉及数千种变体和多个学科。在领域工程中手工重用遗留系统模型来构建可重用的系统库和变体配置以获得目标产品是不可行的。为了应对这一挑战，提出了一个产品线系统工程过程。具体而言，该过程扩展了系统正交可变性模型的研究，以支持具有正式定义的分层可变性建模;利用系统工程概念和遗留系统模型来构建可变性模型的层次结构，并识别变量之间的基本关系;最后，分析所识别的关系，以减少变化点的数量。该过程，这是自动化的计算算法，证明了通过一个说明性的例子广义罗尔斯-罗伊斯飞机发动机控制系统。为了评估该过程在减少变异点方面的有效性，进一步将其应用于不同复杂程度的不同工程领域的案例研究。根据系统模型的可用性，在案例研究中，变异点的数量减少了14%至40%。
2018-06-12 cs.SE
Requirements Model for Cyber-Physical System
由于信息物理系统的复杂性和需求的复杂性，信息物理系统的开发是一个巨大的挑战。特别是在需求工程中，存在着大量的冗余需求和冲突需求。消除冲突的需求和合并冗余/共同的需求导致一个具有挑战性的任务，在CPS的需求工程过程中的启发阶段。通过适当的过程收集和优化需求可以减少开发时间和成本，因为每个功能需求都在整个开发过程的第一阶段（需求获取阶段）得到了细化和优化。现有的研究集中在已经收集的需求。然而，没有一个研究工作的需求是如何收集和细化。本文提出了一个CPS需求模型，为CPS的自主开发提供了一个需求收集、提炼和聚类的方向。本文还展示了一个案例研究所提出的模型应用到交通系统。
2017-05-08 cs.SE
Modeling Variability in Template-based Code Generators for Product Line Engineering
从抽象模型生成软件是模型驱动工程的主要活动。可适应和可扩展的代码生成器对于满足不断变化的技术和用户需求非常重要。然而，它们不太成熟，因为可变性通常被设计为单片系统的配置选项。因此，代码生成通常与一组固定的功能相关联，在不同的上下文中几乎不能重用，并且没有配置变体的方法。在本文中，我们提出了一种开发基于模板的代码生成器产品线的方法。这种方法应用了面向特性编程的概念，使可变性变得明确和可管理。此外，它依赖于代码生成器模板中的显式可变区域（VR）、VR的细化以及模板和细化到可重用层中的聚合。混凝土产品是通过选择一个或多个层来定义的。如有必要，会自动选择因VR细化而需要的其他层。
2016-06-09 cs.SE
Reverse Engineering Code Dependencies: Converting Integer-Based Variability to Propositional Logic
存在许多用于软件产品线的基于SAT的分析概念和工具，其从产品线的源代码资产中提取命题逻辑中的代码依赖性。在这些提取的条件下，SAT求解器用于推理变异性。然而，在实践中，许多软件产品线使用基于整数的可变性。可变性变量保存整数值，条件中使用整数运算符。大多数现有的分析工具不能处理这种可变性;他们期望纯布尔条件。本文介绍了一种将基于整数的可变性条件转换为命题逻辑的方法。在基于整数的产品线上运行这种方法作为准备，允许现有的基于SAT的分析在没有任何修改的情况下工作。我们的方法构建的纯布尔公式作为基于整数的条件的替代，在可满足性方面大多等同于原始条件。我们的方法是由一个真实的工业案例研究的背景下，这样的准备是必要的，以分析的变异性的动机和实施。我们的贡献是一种方法来转换的条件，使用整数变量，到命题公式，使SAT求解器的结果容易使用。它在受限变量（即允许值范围很小的变量）上工作得很好;不受限制的整数变量处理得不太精确，但仍然保留有用的可变性信息。
2021-10-12 cs.SE
Establishing Role-based Access Control in Viewpoint-oriented Variability Management
多年来，过程角色被用于构建单个系统开发中的复杂工程过程。通常，每个角色都有特定的职责，特定的信息需求源自这些职责。在可变性软件工程中，特定于角色的信息需求影响可变性信息。为了控制对可变性信息的访问，我们建议使用显式访问控制模型的概念。我们集成了访问控制模型和可变性建模语言的概念层面上。此外，我们扩展的变异性建模语言正式定义的操作。基于此扩展，我们提出了一个访问控制模型和可变性建模语言的形式化集成。我们的解决方案允许显式定义访问控制的可变性信息的正式基础上。
2017-03-08 cs.SE
LLM-Driven CI-CD Workflow Intelligence for Cyber Systems Engineering
Independent Researcher（独立研究者）
研究面向网络系统工程的CI/CD工作流智能，通过基于大语言模型的分析管道，结合多种方法处理大量GitHub库数据，发现问题并得出结果，强调CI/CD可观测性应结合诊断、上下文和人工审查。
2026-07-07 cs.AI cs.SE
Cyber-Physical Microservices: An IoT-based Framework for Manufacturing Systems
信息和通信技术的最新进展使制造业的发展能够满足社会的新要求。网络物理系统、物联网（IoT）和云计算在被称为工业4.0的第四次工业革命中发挥着关键作用。微服务架构已经发展成为SOA的替代方案，并有望解决软件开发中的许多挑战。在本文中，我们采用了微服务的概念，并描述了一个框架，制造系统的网络物理微服务的关键构造。制造工厂流程被定义为采用编排或编排模式的原始网络物理微服务的组合。物联网技术用于系统集成，模型驱动工程用于为不熟悉微服务和物联网的工业工程师半自动化开发过程。两个案例研究证明了所提出的方法的可行性。
2018-04-01 cs.SE
A Roadmap for Simulation-Based Testing of Autonomous Cyber-Physical Systems: Challenges and Future Direction
本文提出面向自主信息物理系统基于仿真的测试路线图，分析测试自动化与质量保证挑战，倡导构建新基准资产和专用自动化工具，为未来研究提供方向。
2024-05-02 cs.SE
Software Engineering for Collective Cyber-Physical Ecosystems
Università di Bologna（博洛尼亚大学）；Università di Torino（托里尼大学）
针对大规模信息物理生态系统，本文提出将其视为统一协作自组织实体群体的“集体计算范式”，探讨该范式在软件工程中的动机、现状与挑战，并围绕宏编程等多方面概述未来研究路径。
2024-06-07 cs.AI cs.DC cs.MA
Towards a Unifying Reference Model for Digital Twins of Cyber-Physical Systems
本文通过分析现有数字孪生参考模型，提出一个细化的统一参考模型，以弥合抽象概念与工业实现之间的差距，从而指导数字孪生的有效工程化实现。
2025-07-07 cs.SE
Industrial Survey on Robustness Testing In Cyber Physical Systems
CETIC Research Centre（CETIC研究中心）
本文通过工业调查评估了蜂窝物理系统鲁棒性测试的现状，探讨了其在需求工程、系统设计和测试执行中的应用及存在的挑战。
2026-03-04 cs.SE
Integrating the Common Variability Language with Multilanguage Annotations for Web Engineering
Web应用程序开发涉及管理以不同语言实现的高度多样性的文件和资源，如代码，页面或样式表。为了处理Web应用程序定制配置的自动生成，工业界通常采用基于注释的方法，尽管大多数研究鼓励使用基于组合的方法来实现软件产品线。最近的工作试图将这两种方法结合起来，以获得互补的好处。然而，技术公司不愿意采用新的开发范式，如面向功能的编程或面向方面的编程。此外，将这些编程模型应用于Web应用程序是极其困难的，甚至是不可能的，主要是因为它们的多语言特性，因为它们的开发涉及多种类型的源代码（Java，Groovy，JavaScript），模板（HTML，Markdown，XML），样式表文件（CSS及其变体，如SCSS）和其他文件（JSON，YML，shell脚本）。我们建议使用通用可变性语言作为一种基于组合的方法，并集成注释来管理Web应用程序的软件产品线的细粒度可变性。在本文中，我们（一）表明，现有的组合和基于注释的方法，包括一些著名的组合，是不适合建模和实现的Web应用程序的可变性;（二）提出了一种组合的方法，有效地集成到一个基于组合的方法为Web应用程序的注释。我们实现我们的方法，并显示其适用性与工业现实世界的系统。
2020-01-15 cs.SE
Dynamic Risk Management in Cyber Physical Systems
本文针对协作式自动化信息物理系统在安全保障方面的工程挑战，提出动态风险管理愿景，并梳理现有构建模块，以突破传统方法对封闭简单系统的局限。
2024-05-06 cs.SE
Requirements-Aided Automatic Test Case Generation for Industrial Cyber-physical Systems
工业网络物理系统需要复杂的分布式软件来协调许多异构的机电组件并控制多个物理过程。工业自动化软件通常以模型驱动的方式开发，其中称为工厂模型的物理过程的抽象与控制代码一起共同开发和迭代细化。测试这样的多维系统是非常困难的，因为通常模型可能不准确，与后续的改进不准确对应，并且软件最终必须在真实工厂上进行测试，特别是在核电站等安全关键系统中。本文提出了一个框架，其中高层次的功能需求被用来自动生成测试用例的模型驱动的工程过程中的所有抽象层次的设计。需求最初以自然语言指定，然后使用形式化本体进行分析和指定。然后，在设计和开发阶段，需求本体连同控制器和工厂模型一起被细化，使得测试用例可以在任何阶段自动生成。一个有代表性的工业水处理系统的案例研究说明了所提出的形式主义的优势。CESAR欧洲项目提出的需求元模型用于需求工程，而IEC 61131-3和模型驱动的概念用于设计和开发阶段。从所提出的框架称为REBATE（基于需求的自动测试引擎）的工具是用来生成和执行越来越具体的控制器和工厂模型的测试用例。
2021-08-17 cs.SE
Towards a Value-Complemented Framework for Enabling Human Monitoring in Cyber-Physical Systems
本文提出一个基于价值分类法和价值策略的概念框架，将CPS运行时监控需求与人类价值关联并建立可追溯性，以解决人机协作中的隐私与安全等问题。
2025-05-03 cs.SE
Applying AOSE Concepts to Model Crosscutting Variability in Variant-Rich Processes
软件过程模型需要是丰富的变体，在这个意义上，它们应该是系统地可定制的特定项目目标和项目环境。由于现代过程建模语言中缺少可变性机制，因此目前对富可变过程（VRP）进行建模非常困难。来自其他领域的可变性机制，如程序设计语言，可能适合于可变性的表示，并可以适应于软件过程的建模。软件产品线工程（SPLE）的机制和面向方面的软件工程（AOSE）的概念在建模可变性时显示出特别的前景。本文提出了一种方法，集成可变性的概念，从SPLE和AOSE在设计的VRP方法的系统支持裁剪软件过程。这种方法也已经在SPEM中实现，从而产生了vSPEM符号。它已被用于一个试点应用程序，这表明我们的方法的基础上AOSE可以使过程剪裁更容易和更有成效。
2013-12-02 cs.SE
Dronology: An Incubator for Cyber-Physical System Research
网络物理系统（CPS）领域的研究因缺乏可用的项目环境来探索开放挑战并提出和严格评估解决方案而受到阻碍。在这篇“新思想和新成果”论文中，我们介绍了CPS研究孵化器-基于一个系统，及其相关的项目环境，用于管理和协调小型无人机系统（sUAS）的飞行。研究孵化器提供了一种新的社区资源，使安全关键CPS的多个版本中产生的多样化，高质量的项目工件可用。它使研究人员能够在完全可执行的运行时环境中试验他们自己的新颖解决方案，该环境支持高保真sUAS模拟以及物理sUAS。来自软件工程社区的早期合作者对该项目及其作为研究孵化器的作用表现出了广泛而热情的支持，并表示他们打算利用该环境来解决他们自己的目标建模，运行时适应，安全保证和软件进化等研究领域。
2018-04-06 cs.SE
Tiny Machine-Learning Operations within Cyber-Physical Systems: a Field Study
Eindhoven University of Technology（埃因霍温理工大学）；Tilburg University（蒂尔堡大学）；University of Sannio（桑尼奥大学）；JADS/NXP Semiconductors（JADS/NXP半导体）
针对CPS中资源受限微控制器的TinyMLOps，提出融合领域物理、专家推测和传感器流的知识中心流水线，在ARM Cortex-M4上实现32kB内存、0.84 AUC的负载预测，减少11%非生产时间。
2026-10-27 cs.SE
Towards Reference Architectures for Trustworthy Collaborative Cyber-Physical Systems: Reference Architectures as Boundary Objects
本文介绍了我们的工作正在进行的研究参考架构作为边界对象，实现值得信赖的协作网络物理系统（CPS）。此外，还讨论了与来自工业界和学术界的系统工程专家访谈的初步结果。访谈结果揭示了在系统开发过程中使用参考体系结构的挑战。此外，确切地说，哪些可信度属性（安全性、可用性、可靠性等）应该解决的问题，以实现值得信赖的合作CPS被确定为一个开放的问题，我们将在我们未来的工作中解决。
2021-08-29 cs.DC cs.SE
Run, Forest, Run? On Randomization and Reproducibility in Predictive Software Engineering
机器学习（ML）已在文献中广泛用于自动化软件工程任务。然而，ML结果可能对数据采样机制和学习过程中的随机化敏感。为了了解SE的研究人员是否以及如何解决这些威胁，我们调查了最近45篇与三个预测任务相关的论文：缺陷预测（DP），预测突变测试（PMT）和代码气味检测（CSD）。我们发现，不到50%的调查论文解决了与随机数据采样（通过多次重复）相关的威胁;只有8%的论文解决了ML的随机性;参数值很少报告（只有18%的论文）。为了评估这些威胁的严重性，我们使用26个现实世界的数据集进行了一项实证研究，这些数据集通常被认为是三个感兴趣的预测任务，考虑了八个常见的监督ML分类器。我们发现，不同的数据重采样10倍交叉验证导致极端的变化，在观察到的性能结果。此外，随机化ML方法还显示出对于随机种子的不同选择的不可忽略的可变性。更令人担忧的是，对于不同库中概念上相同的ML方法的不同实现，性能和可变性是不一致的，这也可以通过多数据集成对比较来证明。为了应对这些关键威胁，我们提供了关于如何验证，评估和报告预测方法结果的实用指南。
2020-12-15 cs.SE
From Software Architecture Structure and Behavior Modeling to Implementations of Cyber-Physical Systems
信息物理系统（CPS）的软件开发是一项复杂的活动，因为这些系统本身就很复杂。CPS的工程化需要多种分布式软件模块的组合和交互。描述这两个，一个系统的架构和行为的综合模型，产生了许多优点，以应付这种复杂性：模型是平台独立的，可以分解为独立开发的专家各自领域，是高度可重用的，并可能受到正式的分析。在本文中，我们介绍了一个代码生成框架的MontiArcAutomaton建模语言。CPS被建模为具有嵌入式I/O的组件和连接器架构！自动机在开发过程中，这些模型可以使用形式化方法进行分析，以图形方式进行编辑，并部署到各种平台。为此，我们提出了四个基于MontiCore代码生成框架的代码生成器，它们实现了从MontiArcAutomaton模型到Mona（形式分析）、EMF Ecore（图形编辑）以及Java和Python（部署）的转换。基于这些原型，我们讨论了它们的共性和差异，以及语言和应用程序的具体挑战，侧重于代码生成器的发展。
2014-08-25 cs.SE
Workflow Automation for Cyber Physical System Development Processes
Vanderbilt University（范德堡大学）
网络物理系统（CPS）的开发需要在许多领域具有专业知识的开发人员之间进行密切的互动，以实现对提高性能，降低成本和更多系统自主性的不断增长的需求。每个工程学科通常依赖于特定领域的建模语言，并且这些模型的分析和执行通常通过适当的工具自动化。然而，这些异构的模型和工具之间的集成往往缺乏，这些工具的互操作的大部分负担是放在系统开发人员。为了解决这个问题，我们引入了一个工作流建模语言，复杂的CPS开发过程的自动化，并实现了一个平台，这些模型的执行基于保证的学习启用CPS（ALC）工具链。提供了几个说明性的例子，显示这些工作流模型是如何能够自动化许多耗时的集成任务，以前手动执行的系统开发人员。
2020-04-12 cs.AI cs.SE
Autonomous Driving - 5 Years after the Urban Challenge: The Anticipatory Vehicle as a Cyber-Physical System
Chalmers | University of Gothenburg（查尔姆斯理工大学 | 哥德堡大学）；RWTH Aachen University（亚琛工业大学）
2007年11月，DARPA城市挑战赛在加利福尼亚州维克多维尔的前乔治空军基地举行，以促进城市环境中自动驾驶车辆的研究和开发。在最后一场比赛中，最初的89名参赛者中只有11人参加，卡内基梅隆大学的“老板”成功了。本文总结了所有决赛选手在过去五年内开展的研究结果，并提供了一个展望，特别是软件工程的进一步调查，现在是必要的，以实现安全可靠地驾驶通过城市环境与大众市场的预期车辆的目标。
2014-09-01 cs.RO cs.SE
Towards Comprehensive Legislative Requirements for Cyber Physical Systems Testing in the European Union
本文分析欧盟CPS合规测试面临的法律、需求与软件工程挑战，探讨自动化合规响应的难点，并为更有效的决策提供整体概览。
2024-12-05 cs.CY cs.SE cs.SY
Beyond Accuracy: LLM Variability in Evidence Screening for Software Engineering SLRs
AIBL CESAR School（AIBL CESAR学校）；CMCC UFABC
研究评估了LLM在证据筛选中的性能和变异性，分析了输入元数据对性能的影响，并比较了LLM与传统分类器的实证效果。
2026-04-29 cs.AI cs.SE
An Empirical Exploration of ChatGPT's Ability to Support Problem Formulation Tasks for Mission Engineering and a Documentation of its Performance Variability
University of Southern California（南加州大学）；Stevens Institute of Technology（史蒂文斯理工学院）；Virginia Tech（弗吉尼亚理工大学）
本文通过 NASA 太空任务设计挑战实证评估 ChatGPT-3.5 在任务工程问题表述中识别利益相关者的能力，发现其对人本利益相关者识别较好但对环境因素识别差、抽象层次保持不足且并行输出变异性大，表明其可靠性有限。
2025-02-05 cs.AI cs.CL cs.SE
Where Did the Variability Go? From Vibe Coding to Product Lines by Regeneration
LTCI, Télécom Paris, Institut Polytechnique de Paris, Palaiseau, France（LTCI，巴黎电信学院，巴黎理工学院，Palaiseau，法国）
研究AI驱动编程（氛围编码）中可变性缺失问题，提出通过再生实现可变性（VbR）方法，让LLM作为推导引擎生成无死代码的变体二进制。
2026-07-09 cs.AI cs.SE
Soft Computing Techniques for Dependable Cyber-Physical Systems
信息物理系统（CPS）通过在计算和驱动元件之间提供通信桥梁，允许我们操纵物理世界中的对象。在当前的事物方案中，这种受欢迎的控制受到底层通信网络固有的限制以及物理世界中发现的不确定性的影响。这些限制妨碍了对可能被大尺度距离分开的元素的细粒度控制。在这方面，软计算是一个新兴的范例，可以帮助克服的脆弱性，和不可靠的CPS通过使用技术，包括模糊系统，神经网络，演化计算，概率推理和粗糙集。在本文中，我们提出了一个全面的当代审查的软计算技术CPS的可靠性建模，分析和改进。本文概述了CPS应用，探讨了可靠性工程的基础，并通过各种案例研究强调了软计算技术在CPS可靠性方面的潜在作用，同时确定了常见陷阱和未来方向。此外，本文提供了一个全面的调查使用各种软计算技术，使CPS可靠。
2020-07-28 cs.NE cs.SE
Model-Based Engineering of CPPS Functions and Code Generation for Skills
今天的生产系统是复杂的网络物理系统网络，它将机械和电子部件与软件和网络功能相结合。除了这些系统固有的复杂性之外，这些系统运行的环境也产生了额外的复杂性。制造企业需要能够根据不断变化的客户需求以及不断减少的批量来调整生产。这些系统需要在不断变化的条件下组合和重新配置到不同的网络中，工程设计需要工程方法来仔细设计它们以备将来使用。这种工程方法需要在运行时保持功能的灵活性，以便尽可能少地重新配置机器。在本文中，我们提出了一种基于模型的方法，专注于机器功能，并允许有条不紊地开发系统功能，以改变系统网络。这些功能是使用自动代码生成作为所谓的技能来实现的。
2022-07-24 cs.SE cs.SY eess.SY
