Anpassung und praxisnahe Evaluation gebrauchstauglicher Notationen zur modularen, objektorientierten Programmierung von Steuerungstechnik im Maschinen- und Anlagenbau

Der Maschinen- und Anlagenbau stellt mit seinen meist hochspezialisierten Produkten und rund 250 Milliarden Euro Umsatz im Jahr 2012 einen wichtigen Wirtschaftsfaktor in Deutschland dar. Die hergestellten Maschinen- und Anlagen sind hinsichtlich Mechanik und Elektrik oft bereits gut strukturiert undmodular aufgebaut, um dem Kunden ein möglichst auf ihn zugeschnittenes Endprodukt erstellen zu können. Im Bereich der Steuerungssoftware lässt sich die angesprochene Modularität mit den aktuellen Programmiersprachen der Norm IEC 61131-3 nur sehr schwer umsetzen. Implementierungen der Norm versuchen diese Herausforderung z. B. durch Integration von objektorientierten Hochsprachen zu begegnen. Weitere vielversprechende Ansätze bedienen sich der geplanten objektorientierten Erweiterung der IEC 61131-3. Diese führen die klassischen, prozeduralen Programmierweisen weiter und integrieren modelbasierte Notationen der Informatik, wie z. B. die Unified Modeling Language (UML). Im Anwenderfeld des Maschinen- und Anlagenbaus konnten diese Ansätze bisher, aufgrund des vom Anwender geforderten Informatikwissens und des damit verbundenen hohen Abstraktionsniveaus, nicht überzeugen. Ziel dieser Arbeit ist es, bestehende Notationen zur objektorientierten Programmierung auf Basis der anstehenden objektorientierten IEC 61131-3 Normerweiterung zu adaptieren und zu einer gebrauchstauglichen Notationssammlung zur Programmierung von Steuerungstechnik im Maschinenund Anlagenbau weiterzuentwickeln. Die Umsetzung der Entwicklung wurde durch ein Vorgehensmodell unterstützt, das über mehrere und das Konzept stufenweise verbesserte. Begonnen wurde mit mehreren Voruntersuchungen, deren Ergebnisse zur Entwicklung des ersten Notationsentwurfs führten. Eine Evaluation dieses Konzepts, wurde anschließend über eine Versuchsreihe im Forschungsumfeld durchgeführt. Der auf Basis dieser Ergebnisse entwickelte zweite Konzeptentwurf führte über eine Versuchsreihe im industriellen Umfeld zu den endgültigen Notationen. Über ein sehr umfangreiches Laborexperiment mit über 2250 Personenstunden Untersuchungszeit wurde das fertige Notationskonzept mit Probanden aus dem zukünftigen Anwendungsfeld abgesichert. Das dafür entwickelte und umgesetzte Konzept zur empirischen Untersuchung von Notationen im technischen Umfeld erreichte durch das hohe Niveau an Standardisierung eine deutliche Aussagekraft. Im Gesamten betrachtet konnten aufgrund der Versuchsergebnisse sowohl das Konzept der Notationen als auch das speziell entwickelte Evaluationskonzept als geeignet eingestuft werden.