Entwurfsmethodik für hybride Software- und Systemarchitektur

Die Softwaretechnik gewinnt in der Automobilindustrie durch Trends wie das automatisierte Fahren und die Vernetzung von Fahrzeugen mit der Infrastruktur weiter an Bedeutung. Software-basierte Funktionen müssen dabei neben der Implementierung und dem Test in einer frühen Phase der Entwicklung im Rahmen eines gemeinsamen Systems aus Softwarekomponenten und Steuergeräten entworfen werden. Die Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen zwischen Softwarekomponenten wird heute über den Ansatz einer Signal-orientierten Architektur erreicht. Die vorliegende Arbeit analysiert das hierzu entsprechende Entwurfsmodell und entwickelt es zu einem hybriden Modell aus Signal- und Service-Orientierung weiter. Die Modellentwicklung wird weitergehend durch eine Entwurfsmethodik gestützt und im Rahmen des Systementwurfs in das V-Modell eingebunden. Hierdurch entsteht eine Alternative zur heutigen Spezifikation von Kommunikationsbeziehungen auf Basis von Signalen durch Services. Speziell bei Änderungen tragen diese den Vorteil, dass Folgeanpassungen an den Kommunikationsschnittstellen eines Steuergeräts reduziert werden. Die Softwareimplementierung, welche heute durch eine strikte Synchronisation mit der Entwicklung und Weiterentwicklung von Steuergeräten beeinflusst ist, wird dadurch vereinfacht

Entwicklung von prozessorientierten Informationssystemen für die industrielle Dienstleistungsbeschaffung

In der industriellen Dienstleistungsbeschaffung mangelt es an adäquaten domänenspezifischen Lösungsansätzen für die präzise Modellierung, qualitative und quantitative Analyse und Implementierung elektronischer Geschäftsprozesse in prozessorientierte Informationssysteme. In der vorliegenden Arbeit werden neue Lösungsansätze auf Basis von Methoden, Modellen und E-Business-Lösungen erarbeitet, um die Entwicklung und Gestaltung prozessorientierter Informationssysteme zu verbessern

Evolution und Komposition von Softwaresystemen: Software-Produktlinien als Beitrag zu Flexibilität und Langlebigkeit

Software systems are today bigger, more complex and of higher importance for products and services than a decade before. At the same time changes are required many more frequently and of a larger size. Furthermore, they have to be implemented faster. Additionally, the software must achieve a higher life span, particularly because of the cost of its development. In the past, Object-Oriented Programming and Reuse techniques did not provide the expected success. The introduction of software product lines respectively system families makes possible it to reach a degree of prefabrication similar to the one of serial production. At the same time they facilitate the delivery of product variants with a short time to market. In this work methods of the methods of domain analysis are integrated with Reuse approaches and techniques of Generative Programming, and a methodology for product line development is presented. Feature models are used as means expressing variability and product configurations, so that the prefabrication be planned and the production of customer-specific products can be controlled. By enforcing the formalization in terms of syntax and semantics, feature models are made accessible to tools and automation. Object-oriented design models and architecture are separated into fine-granular components in such a way that new products can easily be developed as combinations of those components. The implementation of such products is automated by the composition of source code components. The composition of object models separated similarly enables a uninterrupted automation for the product development, which is controlled by a customer by means of a feature selection. To facilitate such a composition, the Hyperspace approach is applied to UML to Hyper/UML, which makes possible a feature-driven separation and composition of object models. In this way slim products can be developed, containing only the actually needed functionality. For the evolution of product lines and for the integration of existing solutions and components into the evolution, Reverse Engineering and Refactoring techniques are integrated. Requirements, models and implementation are connected by Traceability links to perform changes consistently. As a consequence, the loss of architectural quality - so-called Architectural Decay - can be avoided during the iterative development process. Measures for the improvement of the project and quality management are regarded briefly, as far as they are of importance for the effectiveness of the developed methods. The applicability and suitability of the results of the work were examined in several industrial projects.Softwaresysteme sind heute umfangreicher, komplexer und von entscheidenderer Bedeutung für Produkte und Dienstleistungen als eine Dekade zuvor. Gleichzeitig sind Änderungen viel häufiger und in größerem Umfang erforderlich. Sie müssen auch schneller realisierbar sein. Zudem muss die Software eine höhere Lebensdauer erreichen, vor allem wegen des Aufwandes zu ihrer Entwicklung. Objektorientierte Programmierung und Wiederverwendungstechniken haben dabei nicht den erwarteten Erfolg gebracht. Die Einführung von Software-Produktlinien beziehungsweise Systemfamilien ermöglichen es, einen der Serienfertigung ähnlichen Vorfertigungsgrad zu erreichen und erlauben es gleichzeitig, kurzfristig Produktvarianten zu erstellen. In dieser Arbeit werden Methoden der Domänenanalyse mit Wiederverwendungsansätzen und Generativen Programmiertechniken verknüpft und eine Methodik zur Produktlinien-Entwicklung vorgestellt. Featuremodelle werden als Ausdrucksmittel für Variabilität und Produktkonfigurationen eingesetzt, damit die Vorfertigung geplant und die Erstellung von kundenspezifischen Produkten gesteuert werden kann. Durch Präzisierung ihrer Syntax und Erweiterung ihrer Semantik werden Featuremodelle einer Nutzung in Werkzeugen zugänglich gemacht. Objektorientierte Entwurfsmodelle und Architektur werden so in feingranulare Komponenten zerlegt, dass Varianten als neue Produkte mit geringem Aufwand erstellbar sind. Die Erstellung der Implementierung solcher Produkte wird durch die Komposition von Quelltext-Komponenten automatisiert. Die Komposition von ebenfalls zerlegten Objektmodellen ermöglicht eine durchgehende Automatisierung der Produkterstellung, die durch einen Kunden mittels der Feature-Auswahl gesteuert wird. Dafür wird mit Hyper/UML eine Umsetzung des Hyperspace-Ansatzes auf die Modellierungssprache UML entwickelt, die eine Feature-gesteuerte Zerlegung und Komposition von Objektmodellen ermöglicht. Damit lassen sich schlanke Produkte entwickeln, die nur die tatsächlich benötigte Funktionalität enthalten. Zur Evolution von Produktlinien und zur Einbindung existierender Lösungen und Komponenten in die Evolution werden Reverse-Engineering- und Refactoring-Techniken integriert. Anforderungen, Modelle und Implementierung werden durch Traceability-Links verbunden, damit Änderungen konsistent durchgeführt werden können. Diese Mittel tragen dazu bei, dass während einer iterativen Entwicklung der Verlust an Architektur-Qualität, das sogenannte Architectural Decay, vermieden werden kann. Maßnahmen zur Verbesserung des Projekt- und Qualitätsmanagements werden kurz betrachtet, soweit sie wichtige Randbedingungen für die Wirksamkeit der Methoden schaffen müssen. Die Anwendbarkeit und Eignung der Ergebnisse der Arbeiten wurde in mehreren industriellen Projekten überprüft.Ilmenau, Techn. Univ., Habil.-Schr., 200

Modellgetriebene Entwicklung überwachter Webservice-Kompositionen

Ziel der Arbeit ist es, existierende Ansätze für die Entwicklung von WS-Kompositionen dahingehend zu ergänzen, dass die Überwachungsbelange zielgerichtet und effizient berücksichtigt werden können. Die Prinzipien der modellgetriebenen Softwareentwicklung werden dazu genutzt, um (1) eine plattformunabhängige Spezifikation der Belange und (2) eine vollständig automatisierte Überführung dieser Spezifikation in lauffähige Implementierungen zu ermöglichen

Konzeption und prototypische Implementierung eines Generators zur Softwarevisualisierung in 3D

Softwareentwicklungsprojekte bringen viele verschiedene Artefakte hervor. Artefakte stellen unterschiedliche Aspekte wie Struktur (statische Informationen), Verhalten (dynamische Informationen) oder Evolution (historisierte Informationen) von Softwaresystemen dar. Die Softwarevisualisierung ist darauf ausgelegt, solche Artefakte in eine visuelle Form zu überführen. Externe Umfragen und eine intensive Literaturrecherche zeigen jedoch Defizite dieses Gebietes auf. So sind viele Werkzeuge zur Visualisierung vom Entwicklungsprozess entkoppelt, bieten unzureichenden Im- und Export von Visualisierungen und besitzen teilweise einen geringen Automatisierungsgrad des Visualisierungsprozesses, insbesondere bei Werkzeugen zur dreidimensionalen Visualisierung. In dieser Arbeit wurde durch Adaption und Kombination bestehender Theorien und Werkzeuge der generativen und der modellgetriebenen Softwareentwicklung in Verbindung mit Techniken aus der Softwarevisualisierung ein Konzept entwickelt, das beschreibt, wie dreidimensionale Visualisierungen von Softwaresystemen vollautomatisch generiert werden können. Im Mittelpunkt steht ein Generator, der ausgehend von einer Anforderungsspezifikation vollautomatisiert 3D-Modelle erzeugt. Zur Validierung des entwickelten Konzeptes wurde ein Prototyp implementiert, der auf die Visualisierung der Struktur von Softwaresystemen abzielt. Dieser lässt sich als Plugin in die Entwicklungsumgebung Eclipse integrieren und erzeugt aus Ecore-basierten Modellen nach Benutzeranforderungen mittels Modelltransformationen ein 3D-Modell im freien und standardisierten X3D-Format. Die Transformationen sind dabei mit dem Werkzeug openArchitectureWare realisiert. Schließlich wurde der Prototyp selbst einer Evaluation gemäß etablierten Kriterien aus der Softwarevisualisierung unterzogen

Methoden und Ansätze für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen

In dieser Arbeit werden das aktuelle Vorgehen und die Prozesse in der automobilen Produktentwicklung sowie die etablierten Methoden für die Entwicklung, Verifikation und Validierung von Fahrzeugregelungsfunktionen analysiert. Dem wird eine Taxonomie und Analyse aktueller Serienanwendungen und Forschungskonzepte gegenüber gestellt. Ziel ist es, durch eine ganzheitliche Betrachtung die aktuellen Rahmenbedingungen und Herausforderungen bei der Entwicklung innovativer Funktionen für die Automatisierung der Fahraufgabe zu identifizieren. Auf dieser Grundlage wird ein neuartiges Konzept für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen erarbeitet. Das Kernstück des entwickelten Konzepts stellt die Reactive-Replay Methode dar. Sie ermöglicht eine enge Verzahnung von Erprobungsfahrten in der realen Welt mit der Ausführung der entwickelten Fahrzeugfunktion innerhalb einer Simulationsumgebung. Die adaptive Wiedergabe von während der Erprobung aufgezeichneten Daten des fahrzeuginternen Kommunikationsnetzes ermöglicht einen nahtlosen Übergang von der realen Welt im Fahrzeug in die Simulation im Büro. Auf diese Weise können in der Realität aufgetretene Situationen und Szenarien detailliert und unter Laborbedingungen untersucht und für Tests wiederverwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz eine effiziente Generierung valider Testszenarien, die durch ihre Vielfältigkeit und Varianz zu einer verbesserten Testabdeckung beitragen. Um die entwickelte Methode systematisch in den produktiven Alltag der Funktionsentwicklung zu integrieren, wird ein schlankes, iteratives Vorgehen zur prozessualen Integration der Reactive-Replay Methode vorgeschlagen. Die Verifikation in der Simulationsumgebung wird so mit der Validierung in der Fahrzeugerprobung gekoppelt. Dies unterstützt die frühzeitige und durchgängige Qualitätsbewertung der entwickelten Fahrzeugfunktion. Weiter wird eine Methode zur kontinuierlichen Überprüfung von Anforderungen während der Simulationsausführung untersucht. Ein Ansatz zur effizienten Auswahl von Testszenarien auf Basis der innerhalb eines Szenarios erreichten Parameterüberdeckung rundet die Arbeit ab

Unterstützung von Entwurfsmustern im Quelltext durch bedeutungsorientierte Dokumentation

Die Bedeutung erweiterbarer und wartbarer Software wächst mit zunehmender Komplexität des Technologiemarktes. Es gibt zahlreiche Ansätze, Entwickler bei der Erstellung derartiger Software zu unterstützen. Ein Ansatz sind Entwurfsmuster. Sie helfen bei der Reduzierung des Problems des Architekturzerfalls, der durch naturgemäß steigende Entropie und Komplexität während des Software-Entwicklungsprozesses entsteht. Die Anzahl der dokumentierten Entwurfsmuster nimmt durch neue Publikationen stetig zu. Die Auswahl geeigneter Muster für einen Anwendungsfall wird dadurch immer schwieriger. Weiterhin wird die in der Praxis nur bedingt verfügbare und unzureichende Unterstützung für Entwickler bei der Arbeit mit Entwurfsmustern der intensiven Beschäftigung in der Forschung mit diesem Thema nicht gerecht. Diese Arbeit leistet einen Beitrag zur besseren Unterstützung des Entwicklers bei der Arbeit mit Mustern jeglicher Granularität. Die formale Dokumentation dieser wird thematisiert, um anhand dessen die Anwendbarkeit eines Musters für einen objektorientierten Quelltext festzustellen und das Muster mit Hilfe von Quelltexttransformationen werkzeuggestützt anzuwenden. Sie stellt eine durchgängige Methodik bereit für das Anreichern von Programmtext mit semantischen Informationen, die bei der Musterselektion und -anwendung dienlich sind. Die vorgestellte Methodik ist für den Einsatz in Quelltextrezensionen geeignet, deckt also die Forward- und Reengineering-Phase bei der Software-Entwicklung ab.The significance of extendable and maintainable software rises with the growing complexity of technologies. Numerous approaches support developers to create software with these characteristics. One such approach is given with design patterns. They help in reducing the problem of architectural decay, which comes naturally from escalating entropy and complexity during the process of software development. The number of to-date documented design patterns raises through new publications steadily. Thus, the selection of applicable patterns for a given use case becomes more difficult. Besides, the limited support for developers when working with design patterns in practice does not reflect the massive effort put into this issue by academic research. This work contributes to a better support of patterns with arbitrary granularity in the developer’s daily work. Focus lies on the formal documentation of patterns in order to determine their applicability for a given object-oriented source code and to apply them on a tool-basis with help of source code transformations. This work provides a method for enriching source code with semantic information that is seen as valuable for the processes of selecting and applying a pattern. The present work is suited for source code reviews and thus covers the forward and reengineering phase during software development

5. Fachkolloquium der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL): Technische Universität Ilmenau 1. - 2. Oktober 2009

Zum 5. Male veranstaltet die Wissenschaftliche Gesellschaft für Technische Logistik (WGTL) ein Fachkolloquium. Es dient natürlich der Bestandsaufnahme dessen, was aktuelle Forschungsschwerpunkte der Institute der WGTL sind. Wie könnten sich die unterschiedlichen Akzentsetzungen besser erkennen lassen als in der Forschung. Technische Logistik, oder um den neuen In-Begriff „Intralogistik“ zu verwenden, operiert nicht abstrakt fern der Realität sondern ist als angewandte Wissenschaft auf den Kontakt mit der Praxis, auf die Konfrontation mit deren Problemen heute und den absehbaren von morgen angewiesen. Dass wir alle dies so sehen, ist aus den 30 Beiträgen des Kolloquiums deutlich erkennbar

Konzeption einer 3D-CAD-Datenstruktur für eine benutzergerechte Handhabung von sehr großen, komplexen Baugruppen

In den letzten Jahren haben sich 3D-CAD-Systeme zunehmend von reinen Konstruktions­systemen hin zu integrierten Werkzeugen entwickelt, die den gesamten Konstruktionsprozeß unterstützen. Für das gemeinsame Datenmodell, bestehend aus Konstruktionsdaten und technologische Produktdaten, bedeutet dies einerseits höhere Anforderungen an Integrität und Assoziativität, andererseits die Notwendigkeit eines gezielten und kontrollierten Zugriffs auf Teileinheiten des Modells, die verschiedenen Anwendern und Applikationen zuzuordnen sind. Vor diesem Hintergrund beschäftigt sich die vorliegende Arbeit mit der Entwicklung von Konzepten und Datenstrukturen, die bei der internen Datenverwaltung eines 3D‑CAD-Systems zum Tragen kommen. Dabei wird das Ziel verfolgt, durch Verfeinerung der Modellstruktur eine benutzergerechte Hand­habung großer Baugruppen zu ermöglichen, die heute wegen des hohen Datenvolumens und beschränkter Ressourcen nicht immer gewährleistet ist. Die Gegenüberstellung von Anforderungen für die Handhabung großer Baugruppen und von verfügbarer Funktionalität und Konzepten – erstere als Ergebnis theoretischer Betrachtungen zur Konstruktions­methodik und der Analyse praktischer Arbeitsweisen, letztere resultierend aus der Untersuchung marktbestimmender 3D-CAD-Systeme – deckt hauptsächlich Defizite in der derzeitigen Art der Integration von technolo­gischen Produktdaten auf. Daher wird das Konzept der Datenseparierung eingeführt. Dies beschreibt die weitere Unterteilung des Datenmodells jeder Komponente der Baugruppenstruktur in eigenständige Untereinheiten – sogenannte Subcluster – für deren strukturdefinierenden Anteil, deren geometrisches und graphisches Modell sowie jeweils eigene Untereinheiten für applikationsspezifische technologische Produktdaten. Dazu wird ein bislang verwendetes Konzept zur Gruppierung aller Informationen (Entities) einer Komponente zum Subcluster-Konzept weiterentwickelt. Die Unterteilung der Komponenten wird auf die Dateistruktur übertragen und führt dort zu einer entsprechend höheren Granularität. Mit Hilfe der Struktur-Subcluster kann ein sehr schlankes Gerüst – quasi das Rückgrat – einer Baugruppe aufgebaut werden, das bei Bedarf um beliebige Kombinationen weiterer Sub­cluster ergänzt wird. Zusammen mit der höheren Granularität der Dateistruktur ist damit der Brückenschlag zwischen einer hohen Integration der Applikations­daten und selektivem Zugriff darauf gelungen. Die Daten können in das CAD-Modell integriert werden und verfügen bei Bedarf über die volle Assoziativität. Als eigenständige Dateien, die optional geladen werden können, profitieren sie ebenso von der Möglichkeit des selektiven Zugriffs. Basierend auf dieser Technologie werden weiterführende Konzepte eingeführt, wie etwa die Darstellung von Lightweight-Modellen, der Aufbau aufgabenspezifischer Konstruktions­umgebungen oder der Vergabe von Zugriffsrechten auf Sub­cluster-Ebene zum Schutz von Kon­struk­tionsdetails. Die Realisierbarkeit und Produkttauglichkeit der Datenseparierung und des darunterliegenden Sub­cluster-Konzepts wurde mit der Implementierung wesentlicher Bestandteile in einem 3D-CAD-System unter Beweis gestellt. Gelegenheit zur weiteren Forschung bietet dagegen die Klärung der Frage, wie Assoziativität für absente Applikations­daten erhalten werden kann, die im Rahmen der Arbeit nur ansatzweise verfolgt wird