Fehlertolerierende Rechensysteme / Fault-tolerant Computing Systems: Automatisierungssysteme, Methoden, Anwendungen / Automation Systems, Methods, Applications 4. Internationale GI/ITG/GMA-Fachtagung 4th International GI/ITG/GMA Conference Baden-Baden, 20

399 Pages·1989·11.54 MB·German

by  Rolf Isermann (auth.)

Informatik-Fachberichte 214
Herausgeber: W. Brauer
im Auftrag der Gesellschaft fOr Informatik (GI)
W. Gorke H. Sorensen (Hrsg.)
Fehlertolerierende
Rechensysteme/
Fault-tolerant
Computing Systems
Automatisierungssysteme, Methoden, Anwendungenl
Automation Systems, Methods, Applications
4. Internationale GI/ITG/GMA-Fachtagung
4th International GI/ITG/GMA Conference
Baden-Baden, 20.-22. September 1989, Proceedings
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo Hong Kong
Herausgeber
Winfried GOrke
Institut fOr Rechnerentwurf und Fehlertoleranz
Fakultat fOr Informatik, Universitat Karlsruhe
Postfach 6980, 0-7500 Karlsruhe 1
Holger SOrensen
Th. Goldschmidt AG
ZBITI Elektro- und ProzeBleittechnik
GoldschmidtstraBe 100,0-4300 Essen 1
CR Subject Classification (1987): A.O, B.1.3, B.2.3, B.3.4, B.4.5, B.6.2,
C.4, 0.2.5, J.2
ISBN -13:978-3-540-51565-4 e-ISBN -13 :978-3-642-75002-1
001: 10.1007/978-3-642-75002-1
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1989
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Vorwort I Preface
The International Conference on Fault-Tolerant Computing Systems was held for the first time in 1982 in
Munich, followed by the conferences in Bonn in 1984 and Bremerhaven in 1987. The positive resonance of
the former conferences among experts induced the German technical interest group on fault-tolerant
computing to invite the 4th conference to Baden-Baden in September 1989, and to put a thematic emphasis
on automation systems.
The rapid change in technology as well as the expanding application areas of computing systems have
formed the basis for a multitude of computer architectures and system components. In addition to new fields
of application which have been created, the integration of common data processing into automation and
communication systems has become both possible and necessary. Parallel to technological development,
new strategies for a variety of applications have been proposed. To give an example, CIM (Computer
Integrated Manufacturing) has become a focal point for a strategy which tries to connect data processing in
all fields of a manufacturing company in order to reduce costs and production time and to increase
productivity, quality, and flexibility. Safety, availability and reliability are requirements of increasing
importance, which, in most cases, can only be achieved by the use of fault-tolerant computing and
automation systems. Not only are non-interrupt functions required, but also data integrity, and the
consistency and validity of data must be preserved.
The purpose of the conference is to give a survey of the current state of research, development and
applications. The following sessions representing a wide range of topics have been organised for the
conference, in addition to invited presentations:
-Safety aspects
-fault-tolerant hardware
-applications
-design of fault-tolerant computing systems
-fault diagnosis in distributed systems
-transaction processing
-reliability evaluation
-communication systems
-fault injection
-fault detection
-signature analysis
-test generation
VI
In four selected papers, well-known experts present their views on research results on their chosen subjects
and developments to be expected during the forthcoming years. 27 regular papers have been selected for
presentation out of some 50 submitted. The decision for acceptance was based on a careful evaluation
procedure by the members of the program committee.
In accordance with the supporting societies of the technical interest group, the "Gesellschaft fiir MeB-und
Automatisierungstechnik (GMA) im VDJNDE" was in charge of organizing the conference. We would like
to thank the authors, who, with their excellent papers, contribute to the high level content of the conference,
and, of course, those authors, whose draft papers could not be included in the conference program due to
the general restrictions for setting up a program, mainly limitations of time available. In line with the
preceding conferences, this one also avoids parallel sessions so that every participant has the chance to
listen to any contribution.
Finally all sponsors, members of the program committee, and organisers should be mentioned, who spent a
lot of their time preparing this conference. With respect to the publication of the conference proceedings also
the cooperation of Springer-Verlag is gratefully acknowledged.
June 1989 W. Gorke H. Sorensen
Karlsruhe Essen
Programmausschu8 / Program Committee
F. Belli (Bremerhaven)
M. Dal em (Frankfurt)
E. Dilger (Stuttgart)
K. Echtle (Karlsruhe)
B. Eggers (Berlin)
W. Gorke (Karlsruhe) (Chairman)
K.E. GroBpietsch (St.Augustin)
R. KrOger (St.Augustin)
E. Maehle (Erlangen)
E. Nett (St.Augustin)
H. Pfleiderer (MUnchen)
E. Schmitter (Munchen)
W. SchneeweiB (Hagen)
E. Schneider (Karlsruhe)
H. Sorensen (Essen) (Vice-Chairman)
H.-J. Stubler (Dortmund)
U. Voges (Karlsruhe)
N. Wittenzellner (Essen)
H. Kopetz (A)
L. Simoncini (1)
P. Thevenod (F)
Organisation
H. Wiefels (Dusseldorf), VDI/VDE-Gesellschaft fUr MeB-u. Automatisierungstechnik (GMA)
Inhaltsverzeichnis / Table of Contents
ErOffnungssitzung / Opening Session
Eingeladener Beitrag / Invited Paper Sitzungsleiter / Chairperson: W. Gorke
R. Isermann (Univ. Darmstadt):
Hohere Zuverlassigkeit durch modellgestiitzte Fehlerdiagnose am Beispiel von Werkzeugmaschinen ....... 1
Sicherheitsaspekte / Safety Aspects Sitzungsleiter / Chairperson: U. Voges
R. Faller (TUV-Bayern. Mfinchen), H. Schutz (Siemens. Erlangen):
Baumusterpriifung und Struktur einer sicherheitsgerichteten speicherprogrammierbaren Steuerung ........ 15
H.-J. Kartenberg (Westf!iIische Berggewerkschaftskasse. Bochum):
Eigensichere und hochverfugbare MeBdatenverarbeitung in Industrieanlagen .................................. 29
U. K. Krogmann (Bodenseewerk Gerlitetechnik. Uberlingen):
Failure Detection, Isolation and Dynamic Reconfiguration of Spatio-Temporal,
Skew Redundant Aircraft Motion Sensing Systems ................................................................4 2
Eingeladener Beitrag / Invited Paper Sitzungsleiter / Chairperson: E. Maehle
B. W. Johnson (Univ. Virginia, Charlottesville):
Design and Analysis of Fault-Tolerant Systems for Industrial Applications .................................... 57
Fehlertolerante Hardware / Fault-Tolerant Hardware
M. Wesseling, U. Ramacher (Siemens. Mfinchen), K. Goser (Univ. Dortmund):
Evaluation and Comparison of Selected WSI Reconfiguration Architectures
in Tenus of Yield and Yield per Area ................................................................................7 4
M. A. Bonuccelli (Univ. Pisa), L. Simoncini (Univ. Reggio Calabria):
A Fault-Tolerant Distributed Control VLSI Permutation Network ............................................... 85
Anwendungen / Applications Sitzungsleiter / Chairperson: E. Schmitter
W. Heft (Hartmann & Braun. Frankfurt):
Quantitative Bewertung der Fehlertoleranz am Beispiel eines verteilten ProzeB-Leitsystems ............... 100
G. Raichle (Siemens. Mfinchen):
Das digitale Vermittlungssystem EWSD - ein Beispiel fUr ein fehlertolerantes Realzeitsystem ............. 112
C. Constantinescu (Polytechn. lost. Bukarest). C. Sandovici (Res. lost. f. Compo Techn. and
Informatics. Bukarest):
Microcomputer-Based, Gracefully Degrading Industrial Controller ........................................... 124
x
Eingeladener Beitrag / Invited Paper Sitzungsleiter / Chairperson: B. Eggers
J. P. J. Kelly (Univ. California, Santa Barbara):
Current Experiences with Fault Tolerant Software Design:
Dependability Through Diverse Formal Specifications? ......................................................... 134
Entwurf fehlertoleranter Rechensysteme I Design of Fault-Tolerant Computing Systems
C. Morin (IRISA, Rennes):
A Fault-Tolerant Implementation of CSP Input-Output Commands ............................................ ISO
A. Clematis (Istit. per la Matern. Appl. del CNR, Genova), V. Gianuzzi (Univ. Genova):
A Conversation Structure for Remote Procedure Call Oriented Languages ................................... 163
Fehlerdiagnose in verteilten Systemen I Sitzungsleiter / Chairperson: K. Echtle
Fault Diagnosis in Distributed Systems
F. Saglietti (Ges. fUr Reaktorsicherheit, Garching):
The Impact of Voter Granularity in Fault-Tolerant Software on System Reliability and Availability. ...... 174
M. Dal Cin (Univ. Frankfurt):
On Distributed System-Level Self-Diagnosis ..................................................................... 186
A. K. Somani, M. Bagha (Univ. Washington, Seattle):
Meshkin: A Fault Tolerant Computer Architecture with Distributed Fault Detection
and Reconfiguration .................................................................................................. 197
Transaktionssysteme / Transaction Processing Sitzungsleiter / Chairperson: E. Nett
R. Schumann, M. Mock (GMD, St. Augustin):
Efficient Commit!A bort Procedures in the RelaX Distributed Transaction Layer .... " .... " ................. 209
V. Bohn, Th. Wagner (Univ. Kaiserslautern):
Transaktionsketten - Konzept und Implementierung ............................................................. 221
W. Graetsch, T. Brand (Nixdorf, Paderborn):
UNIX Fehlertoleranz mit dem Queue and Count Verfahren ..................................................... 233
Zuverlassigkeitsbewertung / Sitzungsleiter / Chairperson: M. Dal Cin
Reliability Evaluation
W. Schneeweiss (Fernuniv. Hagen):
Approximate Dependability Analysis of a Duplex-Bus Based Diagnostic LAN .............................. 244
H. Kantz, M. Mulazzani (Techn. Univ. Wien):
PMS-Models in SHARPE .......................................................................................... 256
XI
Eingeladener Beitrag / Invited Paper Sitzungsleiter / Chairperson: W. Sehneeweij3
K. H. Kim (Univ. California, Irvine):
Approaches for System-Level Fault Tolerance in Distributed Real-Time Computer Systems. .............. 268
Kommunikationssysteme I Communication Systems
K. Eehtle, A. Niedermaier (Univ. Karlsruhe):
Eine senderanonyme fehlertolerante Kommunikationss.truktur ................................................. 283
Fehlerinjektion / Fault Injection Sitzungsleiter I Chairperson: F. Belli
1. Karlsson, U. Gunnef/o, J. Torin (Univ. Gl>teborg):
The Effects of Heavy-Ion Induced Single Event Upsets in the MC6809E Microprocessor ................. 296
A. Damm (Techn. Univ. Wien):
Self-Checking Coverage of Components of a Distributed Real-Time System ................................ 308
Fehlererkennung / Fault Detection Sitzungsleiter I Chairperson: H. Sorensen
U. Glaser, U. Steinhausen (GMD, St. Augustin):
Fehlererkennung und Fehlertoleranz beim assoziativen RAM(ARAM)-Speicher. ............................ 320
U. Glasser (Univ. Gesamthochschule Paderborn):
Ein regelbasiertes System zur Testbarkeitsanalyse hierarchisch aufgebauter Schaltungsentwiirfe .......... 334
Signaturanalyse / Signature Analysis Sitzungsleiter / Chairperson: K. E. Gro,Ppietseh
J. Sosnowski (lnst. of Computer Science, Warschau):
Concurrent Error Detection Using Signature Monitors .......................................................... 343
A. Hlawiezka (Techn. Univ. Gliwice):
Signature Analysis Testing with Bottom-Top Exclusive Or Type MISR ...................................... 356
Testerzeugung I Test Generation Sitzungsleiter / Chairperson: E. Dilger
D. Badura (Univ. of Silesia, Sosnowiec):
Efficiency of Self-Test Path as a Test Pattern Generator and Test Response Compactor .................... 368
Y. Chen (Univ. Chongqing):
Mehrfach-Literalfehler in logischen Schaltungen ................................................................. 379
Autorenverzeichnis I List of Authors ............................................................................... 390
HOHERE ZUVERLASSIGKEIT DURCH MODELLGESTOTZTE FEHLERDIAGNOSE
AM BEISPIEL VON WERKZEUGMASCHINEN
Rolf Isermann
Institut fur Regelungstechnik
Technische Hochschule Darmstadt, Schlo~graben 1
Kurzfassunq
Zur fruhzeitigen Erkennung von Fehlern kann man durch Messung weniger
Signale und Ausnutzung ihrer kausalen Verknupfungen durch Identifika
tions- und Parameterschatzmethoden interne Proze~koeffizienten ermit
teln. Anderungen dieser Koeffizienten sind Symptome fur ein On-line
Expertensystem zur Fehlerdiagnose. Am Beispiel von Werkzeugmaschinen
wird das prinzipielle Vorgehen gezeigt.
Abstract
The early detection of process faults can be performed by measurement
of s9me few signals and by using the causal relationships through
identification and parameter estimation methods. Internal process
coefficients are estimated and used as symptoms in an on-line expert
system for fault diagnosis. The model based approach is shown for the
example of machine tools.
1. Einfuhrunq
Eine Voraussetzung zur weiteren Automatisierung ist eine verbesserte
Oberwachung der technischen Prozesse. Hierbei sind sich anbahnende
Fehler so fruh wie moglich zu erkennen, damit noch genugend Zeit fur
Ma~nahmen bleibt, um Ausfalle zu verhindern. Die bisher eingesetzte
Grenzwertuberwachung einiger wichtiger me~barer Signale reicht hierzu
nicht aus. Deshalb kann man versuchen, fiber mathematische Modelle des
dynamischen Verhaltens und einige wenige, leicht me~bare Signale das
"innere" Proze~verhalten besser zu erfassen. Hierzu sind insbesondere
Parameterschatzmethoden geeignet, die physikalische Parameter der Pro
zesse wie widerstande, Kapazitaten, Induktivitaten, Reibungskoeffi
zienten, Federkonstanten, Warmeubergangszahlen, usw. ermitteln. Diese
physikalischen Parameter bilden dann eine analytische Wissensbasis fur
den Proze~. Ihre Anderungen sind Symptome. Heuristisches wissen in
Form von Proze~geschichte, Fehlerbaume und Fehlerstatistiken kann dann