Systemorientierung in der modellbasierten modularen E/E-Architekturentwicklung

In modernen Kraftfahrzeugen wird heute für fast jede neue Funktionalität verteilte Software eingesetzt. Sie kommt auf E/E-Komponenten zur Ausführung und ist damit Teil von verteilten Elektrik/Elektronik (E/E)-Systemen, die eine Kunden- oder eine technische Funktionalität erbringen. Durch die Zunahme der verteilten Software-basierten Fahrzeugfunktionen ist heute die Kontrolle der Komplexität im Fahrzeug eine Kernherausforderung [54, 126]. Gleichzeitig müssen Fahrzeughersteller mit immer schnelleren Innovationszyklen umgehen [24, 54]. Es werden Plattform- und Modulstrategie-Ansätze mit dem Ziel eingesetzt, möglichst gemeinsame Komponenten über viele Fahrzeuge hinweg zu verwenden [168], der Komplexität zu begegnen und Entwicklungs-Zeit und -Kosten zu reduzieren [46]. In diesem Spannungsfeld ist insbesondere die E/E-Architektur des Fahrzeugs betroffen. Sie verbindet alle E/E-Komponenten der E/E-Systeme und ermöglicht deren Interaktion. E/E-Architekturen werden modelliert mit dem Ziel E/E-Architekturen zu entwerfen, zu bewerten, zu dokumentieren und abzusichern. Die E/E-Architekturmodellierung wird eingesetzt um eine möglichst optimale Lösung zu finden [69, 159], wobei sich die Entwurfskriterien oft diametral gegenüberstehen [171]. Bei der Auslegung der E/E-Architektur ist die Absicherung der Interaktion der E/E-Komponenten, die über Software und Hardware erfolgt, ausschlaggebend. Die E/E-Komponenten sind einerseits in E/E-Systemen und andererseits in E/E-Modulen der Modulstrategien organisiert. E/E-Module werden durch die Modulstrategien in der mechanischen Fahrzeugentwicklung als Teil eines vereinfachten, schnelleren Produktionsprozess definiert und weiterentwickelt. Die Evolution (Weiterentwicklung) der E/E-Module wird in den Modulstrategien ausschließlich Hardware-orientiert, d.h. ohne Betrachtung der Software und Auswirkung auf diese durchgeführt. Für die E/E-Architektur wird die Interaktion der Software heute lediglich nach Best Engineering Practice bewertet und wird somit ohne durchgängigen Prozess, Werkzeugunterstützung und Methodik durchgeführt. Damit sind sobald die Software mit einbezogen wird die \og Ziele, die mit der E/E-Architekturmodellierung verfolgt werden, heute nicht umsetzbar. Diese Arbeit hat das Ziel, die Herausforderungen für die zukünftige E/E-Architekturauslegung in diesem Spannungsfeld zu identifizieren und ein Lösungskonzept anzubieten. Dafür wird ein neuer systemischer Ansatz verfolgt. Es wird für die E/E-Architekturmodellierung untersucht, wie E/E-Systeme und E/E-Module einbezogen und die Evolution von E/E-Systemen einschließlich der E/E-Module durchgeführt werden kann. Als Lösungskonzept wird mit dieser Arbeit das E/E-System Produktlinien Engineering vorgestellt. Das Konzept wird im industriellen Umfeld ausgearbeitet und löst den heutigen modulorientierten Ansatz ab. Dabei wird der heutige Ansatz um Funktionen und E/E-Systeme erweitert und die Abhängigkeiten zwischen den Funktionen, E/E-Modulen und E/E-Systemen erfasst. Dadurch wird eine effiziente und modellübergreifende Wiederverwendung von E/E-Systemen ermöglicht. Zudem wird auf Methoden der Software-Entwicklung zurückgegriffen um die Evolution von E/E-Systemen zu realisieren: Zweigeteilt wird hierbei über eine neue Modellierungsebene eine Bewertung einer Evolution im E/E-Architekturmodell vorgenommen und mit einem neuen Modell für die Funktionen eine Umsetzung der Evolution im E/E-Architekturmodell ermöglicht. Für das E/E-System Produktlinien Engineering werden Anwendungsfälle erarbeitet und prototypisch im Werkzeug für die E/E-Architekturmodellierung PREEvision implementiert. Mit einer praktischen Fallstudie werden die Anwendungsfälle evaluiert. Mit den Konzepten dieser Arbeit werden erstmals die Ziele für die E/E-Architekturmodellierung nicht nur für die Hardware erreicht sondern eine vollständige Betrachtung eines E/E-Systems einschließlich der funktionalen Anteile (Software) realisiert. Ein weiterer Beitrag dieser Arbeit ist eine Steigerung der Modellierungseffizienz für fast alle Anwendungsfälle. Insgesamt wird das E/E-System Produktlinien Engineering in einem industriellen Kontext im Geschäftsbereich Mercedes-Benz Cars der Daimler AG erarbeitet und evaluiert. Es werden konkrete Fragestellungen und Probleme aus der Praxis der E/E-Architekturentwicklung für Kraftfahrzeuge behandelt und E/E-Systeme und Szenarien aus der E/E-Architektur-Domäne Chassis/Fahrerassistenz herangezogen. Produktiv eingesetzt werden einige Konzepte des E/E-System Produktlinien Engineerings im E/E-Plattform-Entwicklungsprojekt STAR3, das die nächste Generation der Mercedes-Benz S-Klasse und nachfolgender Kraftfahrzeuge bei Mercedes-Benz Cars umfasst

Reengineering

In Theorie und Praxis der betrieblichen Datenverarbeitung gewinnen Projekte zur systematischen Überarbeitung von (insbesondere alten) Anwendungssystemen immer mehr an Bedeutung. Als Bezeichnung für das entsprechende Wissens-/Forschungsgebiet hat sich der Begriff Reengineering etabliert. Der vorliegende Arbeitsbericht motiviert das Reengineering und weist auf seinen möglichen Nutzen hin. Darüber hinaus wird eine Übersicht einerseits über Anforderungen an Reengineering-Werkzeuge und andererseits über die zur Verfügung stehenden Tools gegeben. Außerdem werden zwei erfolgreiche Reengineering-Projekte vorgestellt

Ermittlung des Industrialisierungsgrades der Anwendungsentwicklung in der Fertigungsindustrie

Die Industrialisierung ist mittlerweile auch in der Softwarebranche angekommen. In dieser Arbeit wird ein Modell vorgestellt, das eine Einstufung der verschiedenen Ausprägungen der Industrialisierung in der Anwendungsentwicklung ermöglicht. Ferner wird auf Basis dieses Modells ein Bewertungsverfahren vorgestellt, welches einem Unternehmen erlaubt, den Grad an Industrialisierung in der Entwicklung von Anwendungen zu ermitteln. Das Ergebnis dieser Ermittlung dient dem Unternehmen als Basis für eine Entscheidung zur Optimierung der Softwareentwicklung. Mit der Festlegung eines Sollgrades können zudem die Ziele für die Verbesserung der Anwendungsentwicklung definiert werden. Eine regelmäßige Ermittlung des Industrialisierungsgrades ermöglicht dabei die Dokumentation des aktuellen Fortschrittes. Eine praktische Bewertung eines Unternehmensbereiches wird im Rahmen einer Fallstudie exemplarisch durchgeführt

A comprehensive description of a model-based, continous development process for AUTOSAR systems with integrated quality assurance

Der AUTOSAR-Standard definiert neben einer durchgängig werkzeuggestützten und modellbasierten Methodik zur Entwicklung von Steuergeräte-Software eine technische Infrastruktur als standardisierte Steuergeräte-Basissoftware zur Implementierung dieser Systeme im Automobil. Die wesentlichen Herausforderungen in der Entwicklung automotiver Systeme ergeben sich dabei nicht nur aus der stetig steigenden Menge korrekt umzusetzender Funktionalität, sondern auch aus der wachsenden Anzahl zusätzlich zu erfüllender Qualitätsanforderungen, wie z.B. Sicherheit, Performanz oder Kosten. Die Integration von Ansätzen zur frühzeitigen, Entwicklungsphasen begleitenden Überprüfung von Korrektheits- und Qualitätskriterien kann dabei maßgeblich zur Beherrschbarkeit der Komplexität dieser Systeme beitragen. Es wird ein entsprechend durchgängig werkzeuggestützter und modellbasierter Entwicklungsprozess, basierend auf dem V-Modell sowie dessen Integration in die AUTOSAR-Methodik definiert. Neben der Überprüfung der funktionalen Korrektheit durch systematische Testverfahren sieht das erweiterte Prozessmodell die Bewertung beliebiger Qualitätskriterien für das zu entwickelnde System vor. Es wird beschrieben, wie insbesondere im AUTOSAR-Kontext der Entwurf der Systemarchitektur die hierfür entscheidende Design-Phase darstellt und als Grundlage für Qualitätsabschätzungen durch Architektur-Evaluation dienen kann. Die Vorgehensweise in den einzelnen Entwicklungsschritten wird detailliert anhand einer umfangreichen, vollständig AUTOSAR-konformen Fallstudie, bestehend aus einem vereinfachten PKW-Komfortsystem, demonstriert. Die durchgängige Toolkette umfasst alle Phasen von der Anforderungsspezifikation bis zur Implementierung auf einem prototypischen Hardware-Demonstrator bestehend aus vier über CAN vernetzten Steuergeräten und HIL-Schnittstellen für die Testdurchführung. Es wird auf ausgewählte Implementierungsdetails, notwendige Workarounds und Besonderheiten der prototypischen Umsetzung eingegangen.The AUTOSAR standard defines a seamless tool supported and model based methodology for ECU software design and engineering. Furthermore, the standard specifies a technical infrastructure by means of standardized basic software modules for ECU networks, serving as a uniform implementation platform for AUTOSAR systems. The major challenges in automotive systems development not only arise as a result of the contiuously growing amount of functionality to be realized correctly, but also from the increasing number of quality requirements to be taken into account, e.g. safety, performance, and costs. The integration of approaches for early checking of correctness and quality criteria accompanying the different development phases makes a significant contribution towards coping with the complexity of such systems. We describe such a model based development process and a corresponding tool chain based on the V-modell and its embedding into the AUTOSAR methodology. For the validation of functional correctness systematic testing approaches are applied, and for quality criteria according evaluation methods are used. We discuss that especially in the context of AUTOSAR, the phase of architectural system design is crucial for the quality properties of the system under development, and to what extent architecture evaluation can be used for quality estimation. The practices in the different development steps are illustrated in detail by means of a comprehensive, AUTOSAR compliant case study, i.e. a body comfort system. The tool chain proposed comprises all development stages, starting from the requirements specification, and concluding with the system implementation on a hardware demonstrator prototype. The demonstrator consists of ECUs coupled via CAN, as well as HIL interfaces for test case applications. We give detailled insights in selected impl. issues, workarounds required, and the configuration steps needed for the AUTOSAR operating system. A discussion of the pro's and con's regarding the potential of AUTOSAR concludes