OMG SysML für eingebettete Systeme oose. · Innovative Informatik „Teile und Herrsche“ vs....

OMG SysML für eingebettete Systeme oose.Innovative Informatik

OMG SysML für eingebettete Systeme

Tim Weilkiensoose Innovative Informatik GmbHBereichsleiter Systems-Engineering

Geschäftsbereiche oose Innovative Informatik GmbH

Wer bin ich? – Tim Weilkiens

Diplom-Informatiker; seit 2001 bei oose GmbH Bereichsleiter Systems-EngineeringOMG Repräsentant, INCOSE- und GfSE-MitgliedMitglied in der SysML-Arbeitsgruppe der OMGMitglied in der UML 2.2-Arbeitsgruppe der OMGMitglied im Deutschen Fachjournalisten-Verband

Themenschwerpunkte:- Modellierung, Prozesse, Systems Engineering- Modellierungssprachen: UML, SysML

Buch-Publikationen:

Agenda

I. EinleitungII. SysML im ÜberblickIII. Der SystemkontextIV. Zusammenfassung und Ausblick

Einbettung in eine Umgebung

Standardschnittstellen:StromWasserGasAbfallVerkehrswege

Individuelle Schnittstellen:NachbarnInfrastruktur des Orts

Freiwillige FeuerwehrKindergarten

Abgrenzung:GrundstücksgrenzenAufgaben

Gemeinschaftsdienste

Objektfluss:Post, PaketdiensteGeräuscheGerücheBesuch

Der Schachcomputer von Baron von Kempelen!1769

Illustration in: Freiherr Joseph Friedrich zu Racknitz, Über den Schachspieler des Herrn von Kempelen, Leipzig 1789

Das erste (technische) eingebettete System der Welt

Eingebettete Systeme

Eigenschaften eines eingebetteten Systems:

Teil eines größeren Systemsunmittelbare Abhängigkeit von der physikalischen UmgebungReaktives Verhalten (kein interaktives Verhalten)hohe Bedeutung nichtfunktionaler Anforderungenhäufig Echtzeitaspekte

Embedded systems are embedded in a physical environment and interact with it for measuring or controlling purposes. (Kästner/Rieder, 2002)

Ein eingebettetes System hat den Charakter eines Subsystems, da es nur in Kombination mit seiner physikalischen Umgebung eine sinnvolles Ganzes darstellt.

Dieser Vortrag!

Ein anderer Vortrag!

System

Eingebettete Systeme

Der Systemkontext zeigt das System als Blackbox, die Akteure des Systems (Menschen und Fremdsysteme) sowie die Schnittstellen des Systems mit seiner Umgebung. Die Abgrenzung ist meist unscharf (Grauzone).

Systemakteure mit Schnittstellen

Kontext

Irrelevante Umgebung

Ganzheitlicher Systemkontext eines eingebetteten Systems

Der ganzheitliche Systemkontext betrachtet das eingebettete System inklusive der Hardware und des Kontexts des Gesamtsystems.

Ein eingebettetes Softwaresystem ist in der Regel nur gemeinsam mit Akteuren aus dem Systemkontext ein eigenständiges System. Um die Fachlichkeit und die Anforderungen eines eingebetteten Systems besser zu verstehen, wird der ganzheitliche Systemkontext erstellt.

Die Systems Modeling Language (OMG SysML) ist sehr gut für die Modellierung des ganzheitlichen Systemkontextes geeignet.

Zur strukturellen Modellierung des Kontexts inklusive der Hardware kann auch die UMLmit geeigneten Stereotypen verwendet werden.

Agenda

Das System

Ein System ist eine Ansammlung von Systembausteinen, die gemeinsam ein Ziel verfolgen, das von den Einzelelementen nicht erreicht werden kann. Ein Systembaustein kann eine Software, Hardware, Person oder eine beliebige andere Einheit sein.

Menge System

Beispiele für Systeme: Flugzeug, Auto, Softwareanwendung, Unternehmen, …

„Teile und Herrsche“ vs. „Herrsche und Teile“

Jeder Projektmitarbeiter sieht nur einen Ausschnitt des Systems.Die Summe der besten Teillösungen führt nicht zwangsläufig zur besten Gesamtlösung.

Eine gemeinsame Vision und Systemidee kann nur mit einer einheitlichen Sprache entwickelt werden.

1+1 = 3

Systems Engineering

Der Plan: UML for Systems Engineering

Ein Dialekt der UML soll die neue Modellierungssprache des Systems Engineering werden.

Ziele von SysML

SysML unterstützt die Analyse, das Design und den Test von komplexen Systemen.

Systemanforderungen modellieren und zur Verfügung stellen

Systeme analysieren und evaluieren, um Anforderungs- und Designbelange zu lösen sowie Alternativen zu prüfen

Systeminformationen zwischen unterschiedlichen Stakeholdern unmissverständlich kommunizieren

SysML-Arbeitsgruppe

American Systems CorporationARTISAN Software ToolsBAE SYSTEMSThe Boeing CompanyDeere & CompanyEADS Astrium GmbHEmbeddedPlus EngineeringEurostep Group ABGentleware AGGeorgia Institute of TechnologyI-LogixInternational Business MachinesLockheed Martin CorporationMentor GraphicsMotorola, Inc.National Institute of Standards and TechnologyNorthrop Grumman Corporationoose Innovative Informatik GmbHPivotPoint Technology Corporation

Raytheon CompanySparx SystemsTelelogicABTHALESVitech Corporation

Entwicklung OMG SysML

Seit Mitte 2008 arbeitet die Revision Task Force (RTF) an der SysML Version 1.2. Berücksichtigt werden alle bekannten Fehlermeldungen und Verbesserungsvorschläge:

http://www.omg.org/technology/issuesform.htm

RFI31.5.2002

RFP28.3.2003

OMG SysML 1.0 alpha3.4.2006

OMG SysML 1.0 beta

23.3.2007

OMG SysML 1.0

1.9.2007

OMG SysML 1.1

OMG SysML 1.1 ist 2008 veröffentlicht worden.

Abgrenzung UML und SysML

SysML = UML ++ --

Neue Diagramme, z.B. Blockdiagramme, AnforderungsdiagrammNeue Elemente, z.B. Anforderung, Zuteilung, kontinuierliche SystemeNeue Notationen

SysML schließt UML-Modellelemente explizit aus, z.B. Komponenten

SysMLUML 2UMLfür

Verbreitete Missverständnisse über SysML

„SysML ist eine Modellierungssprache für eingebettete Softwaresysteme.“

„UML ist für Software, SysML für Hardware.“

„SysML ist für Software und Hardware. UML & Co. sind damit überflüssig.“

SysML ist eine Sprache für Systeme.

FALSCH!FALSCH!

FALSCH!

Weitere Informationen

Offizielle SysML-Seite der OMGhttp://www.omgsysml.org

SysML-Buch: Theorie und Anwendung der Sprache SysMLT. Weilkiens, Systems Engineering mit SysML/UMLdpunkt.verlag, 2006 http://www.system-modellierung.de

SYSMOD-Vorgehenhttp://www.sysmod.de

Englische Version des Buchs:http://www.system-modeling.com

Agenda

System

Der Systemkontext – Das Vorgehen

Modelliere die Akteure des Gesamtsystems mit einem einfachen Systemkontextdiagramm.Modelliere die Struktur des Gesamtsystems mit dem Fokus auf das zu erstellende eingebettete System. Verwende die Blockdiagramme der SysML bzw. das Klassen- und Kompositionsstrukturdiagramm der UML.

Projektauftrag: Entwicklung eines Kfz-Bordcomputer

Kfz‘s sollen mit Bordcomputern ausgestattet werden, die Kunden einfachen Zugang ohne Personal ermöglichen.

Anwendungsfälle essenziell beschreiben

Essenzieller Ablauf des Anwendungsfalls „Kfz-Nutzung beginnen“

Kunde identifizierenNutzungsberechtigung prüfenKfz öffnenVerfügungsberechtigung prüfenKfz frei schaltenKfz-Nutzung beginnenNutzungsbeginn bestätigen

Einfacher Systemkontext des Gesamtsystems

bdd [package] Systemkontext

KundeReservierungssystem

FahrzeugserviceMitarbeiter

Kfz Bewegungsdaten Kfz Wegfahrsperre Kfz Zentralverriegelung

Kfz-Verwaltungs-system

Abrechnungssystem

Fremdsysteme des Kfz

Kfz Zündung

Batterie

Empfängt SMS mit Nutzdatennach Kfz-Rückgabe

«system»Kfz-Zugangssystem

Fremdsystem

Benutzer

Sensor

Aktuator

Leitfaden: Systemakteure identifizieren

Überprüfe Akteurskategorien nach möglichen Systemakteuren:Benutzer:

Welche Personen werden das System benutzen?Fremdsysteme:

Welche Systeme werden das System benutzen bzw. werden vom System benötigt?Aktuatoren, Sensoren

Arbeitet das System mit Aktuatoren und Sensoren?Mechanisches System (nur Systems-Engineering)

Zu welchen Systemen hat das System eine mechanische Verbindung?

Überprüfe den Systemlebenszyklus nach möglichen Systemakteuren:Konzeption, Entwicklung: z.B. Tester, SystementwicklerProduktion, z.B. Tester, Produktionssystem, Produzent, VersandNutzung, Support, z.B. Servicetechniker, Support, SchulungspersonalEntsorgung, z.B. Entsorgungssystem, Datenspeicher

Abrechnungssystem

Fremdsysteme des Kfz

Kfz Zündung

Batterie

Empfängt SMS mit Nutzdatennach Kfz-Rückgabe

Fokus: Entwicklung eines eingebetteten Systems

Abrechnungssystem

Kfz Zündung

Batterie

Kontext des eingebetteten Systems und der Kontext des Kontexts

Abrechnungssystem

Kfz Zündung

Batterie

Der Systembaustein definiert Struktur und Verhalten für gleichartige Objekte („Bauplan“). Es kann Hardware, Software oder ein anderer Baustein sein.

Der Systembaustein ist ein SysML-Element. In UML verwenden Sie einen Stereotyp.

Definition Systembaustein

«block»Kartenleser

Systembaustein(„Bauplan“)

in UML: Verwende Stereotyp «block» an einer Klasse.

„Stückliste“ – Definition der Systembauteile im Blockdefinitionsdiagramm

bdd [package] Systemstruktur

«block»Kundenidentifikationssystem

«block»Kfz-Zugangssystem-

Zentraleinheit«block»

Schlüsseldepot«block»

Ein/Ausgabeeinheit

«block»Kundenkarte

«block»Kommunikationseinheit

«block»Kartenleser

«block»Kartenleser-

steuerungseinheit«block»

Kartenlesergehäuse

«block»Kfz-Zugangssystem-Steuerungseinheit

Zentraleinheitgehäuse

Hardware

in UML: Klassendiagramm.

Definition der Systemstruktur im Internen Blockdiagramm

ibd [block] Kfz-Zugangssystem

:Kundenidentifikationseinheit

:Kundenkarte :Kartenleser

:Kommunikationseinheit

:Kfz-Zugangssystem-Zentraleinheit

:Kfz-Zugangssystem-Steuerungseinheit

:Ein/Ausgabeinheit

:Schlüsseldepot

in UML: Kompositionsstrukturdiagramm.

Schnittstellen!

«block»Geldautomat

:BankPort

Status Konto

Dienstleistungsschnittstellen mit Ports modellieren

+statusBerichtAbfragen():String+sucheTransaktion(id:String):String

«interface»Status

+buche(betrag:Geld):void

«interface»Konto

Schnittstellen

Angebotene und eingeforderte Schnittstellen

Standardport

Der Port kennzeichnet einen Interaktionspunkt über den ein Systembaustein seiner Umgebung Dienstleistungen anbieten bzw. Dienstleistungen von seiner Umgebung einfordern kann. Die Dienstleistungen werden mit dem Schnittstellen beschrieben.

Systemstruktur mit relevanten Schnittstellen am eingebetteten System

ibd [block] Kfz-Zugangssystem

:Kundenkarte :Kartenleser-

:Ein/Ausgabeinheit

:Schlüsseldepot

IKundendaten

ISchluessel

KfzSteuerungsPort

Das ganze Bild

ibd [block] Systemkontext

:Kundenkarte :Kartenleser-

:Ein/Ausgabeinheit

:Schlüsseldepot

IKundendaten

ISchluessel

Reservierungssystem

Kfz Bewegungsdaten

Kfz Wegfahrsperre

Kfz Zentralverriegelung

Abrechnungssystem

Kfz Zündung

Agenda

Vorteile im Überblick

Besseres ganzheitliches Systemverständnis aller Projektbeteiligten.Besseres Verständnis der Einbettung und der Systemschnittstellen.Anforderungen können umfassender identifiziert werden.Auswirkungen von Änderungen im Kontext des Systems werden transparenter.Ganzheitliches Systemmodell kann auch von anderen Disziplinen als Basis verwendet werden, z.B. Hardwareentwicklung.Einfachheit des Modells

NachteileSystemkontextmodell „verstaubt“Gefahr der ÜbermodellierungFehlende Rolle zur Systemmodellierung kann zu Konflikten führen

GegenmaßnahmenModellierungsleitfäden einführen

Aufgaben und Verantwortlichkeiten für Gesamtsystem beschreiben und festlegenz.B. M3EE oder SYSMOD (http://www.sysmod.de) (EPF-basiert)

http://www.sysmod.de

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

OMG SysMLfür eingebettete Systeme

Sprecher: Tim Weilkiens

(Email: tim.weilkiens@oose.de)

oose Innovative Informatik GmbH

Beratung, Seminare und Projektarbeit

Erfahrung nutzen. Ziele erreichen. oose.

Seminare zum Thema: http://www.oose.de | Seminare | SYSENG, OOAD/TBuch zum Thema: http://www.system-modellierung.de

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