Hamburg 9. – 11. November 2011 - Buch.de · Modellbasierte Systementwicklung 1 Werkzeuge für den...
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HANSER Maik Maurer Sven-Olaf Schulze Systems Engineering Tag des Hamburg 9. – 11. November 2011 Komplexe Herausforderungen meistern
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HANSERHANSERISBN 978-3-446-43041-9www.hanser.de
Maik MaurerSven-Olaf Schulze
SystemsEngineering
Tag desDer „Tag des Systems Engineering 2011“ ist ein branchenübergreifender Treffpunkt für den Austausch von Experten und Interessierten im weiten Themenfeld des Systems Engineering.
Die Teilnehmer der Veranstaltung kommen aus dem deutschsprachigen Raum und gehören viel-fältigen Fachdisziplinen an: Software Entwickler, Projektleiter, Systems Engineers, Architekten, Integratoren und auch Personen, die mit diesen Fachbereichen in engem Austausch stehen.
Informationsmöglichkeiten zu praxisrelevanten Themen erlauben einen Blick über den Tellerrand. Teilnehmer aus Forschung und Entwicklung stellen neueste Erkenntnisse und zukünftige Ziele des Systems Engineerings dar. Zusätzlich bietet der Rahmen der Veranstaltung die Möglichkeit einzelne Themen in Diskussionen und Tutorials zu vertiefen.
Tag des Systems Engineering
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Hamburg 9. – 11. November 2011
Komplexe Herausforderungen meistern
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Hamburg 9. – 11. November 2011
Maurer, Schulze Tag des Systems Engineering
Hinweis zur CD:Die im Buch enthaltene CD steht Ihnen unterwww.downloads.hanser.de unter dem Suchbegriff „Maurer“ oderhttp://www.hanser.de/9783446430419zum Download bereit. Ihr Passwort lautet: maurer43041
Tag des Systems Engineering
Hamburg, 9. – 11. November 2011
Komplexe Herausforderungen meistern
unter Mitarbeit vonSascha Ackva, Paul Arndt, Axel Berres, Christian Beul, Wieland Biedermann, Gerhard Buchholtz, Jürgen Buckow, Henning Butz, Christian Denger, Klaus Diepold, Gert Döhmen, Roman Dumitrescu, José Ayub González Garrido, Jürgen Gausemeier, Andreas Graf, Johannes Groß, Andreas Korff, Susanne Lakoni, Jesko G. Lamm, Katja Landgraf, Udo Lindemann, Piotr Malecki, Lilian Matischok, Jürgen Pitschke, Thomas Reuner, Stephan Rudolph, Anton Rüttinger, Dieter Scheit-hauer, Joaquin Sitte, Holger Schumann, Oliver Schütz, Karl Stephan Stille, Christian Tschirner, Tim Weilkiens, Petra Winzer, Qi Zhang
Maik MaurerSven-Olaf Schulze
Die Herausgeber:Dr.-Ing. Maik Maurer, Technische Universität München, Lehrstuhl für Produktentwicklung, Boltzmannstraße 15, 85748 GarchingSven-Olaf Schulze, Gesellschaft für Systems Engineering e.V., Dietlindenstraße 15, 80802 München
Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek:Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über <http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
ISBN: 978-3-446-43041-9
Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutzgesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
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© Carl Hanser Verlag, München 2011 Herstellung: Steffen Jörg Coverconcept & -design: Atelier Frank Wohlgemuth, BremenDruck und Bindung: Digital Print Group O. Schimek GmbH, MünchenPrinted in Germany
Tag des Systems Engineerings 2011
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Inhaltsverzeichnis
ModellbasierteSystementwicklung1 Werkzeuge für den Schmied funktionaler Architekturen 3 Andreas Korff, Jesko G. Lamm, Tim Weilkiens
Qualitätssicherung für modellbasierte Entwicklungsansätze 13 Jürgen Pitschke
ModellbasierteSystementwicklung2Hierarchie von Entwurfsentscheidungen im modellbasierten 21 Entwurf komplexer Systeme Johannes Groß, Stephan Rudolph
ModellbasierteSystementwicklung3 Modellbasierter Systementwurf mit dem PrEMISE-Modell 35 Holger Schumann, Axel Berres
Modellbasierte Konzipierung eines hybriden Energiespeichersystems 45 für ein autonomes Schienenfahrzeug Jürgen Gausemeier, Roman Dumitrescu, Christian Tschirner, Karl Stephan Stille
Vorgehensmethodik1 Nachhaltige Entscheidungsfindung im Systems Engineering 57 Dieter Scheithauer
Systemmodellierung im Fokus von Generic Systems Engineering 67 Joaquin Sitte, Petra Winzer
Vorgehensmethodik2 Herausforderungen und Lösungen bei der Durchführung von 79 asymmetrischen Prozessverbesserungsprojekten Paul Arndt, Christian Beul
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Contract Based Design: A Means to Assure Interoperability in 89 Complex Distributed Systems Henning Butz, Gert Döhmen
Modell des Einsatzsystems der Fregatte F125 101 Piotr Malecki
RequirementsEngineering Requirements: ReqIF, Formal description with DSLs and a traceability 109 approach for Eclipse Andreas Graf
Verbesserung der Qualität von Anforderung und Test bei komplexen 119 Systemen durch Reverse Engineering Qi Zhang
MBSE und RBE : Ergänzung und kein Widerspruch 129 Sascha Ackva
AgileSystementwicklung1 Entscheidungsstrategien zur Festlegung und Priorisierung von 141 Änderungen Wieland Biedermann, Klaus Diepold, Udo Lindemann
Agile vs. Waterfall: What is the Best for your Development Project? 151 José Ayub González Garrido
AgileSystementwicklung2 Agiles Projektmanagement für Systeme im regulatorischen Umfeld 161 Gerhard Buchholtz, Jürgen Buckow, Christian Denger, Thomas Reuner, Katja Landgraf, Anton Rüttinger, Oliver Schütz, Tim Weilkiens
Expeditionsmitglieder gesucht! Agile Wege in hierarchischen 173 Unternehmen Susanne Lakoni, Lilian Matischok
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Vorwort
Sehr geehrte Teilnehmer,
Produktinnovationen und die damit verbundene Wertschöpfung sind die Basis für Beschäftigung und Wohlstand moderner Industriegesellschaften. Ihre Pro-dukte beruhen auf dem Zusammenwirken von Mechanik, Elektrik/Elektronik, Regelungstechnik und Softwaretechnik. So sind Ressourceneffizienz, Nach-haltigkeit, Systemsicherheit und -zuverlässigkeit wesentliche Systemanfor-derungen, die Sichten einzelner Fachdisziplinen alleine im Sinne einer optimierten & effizienten Vorgehensweise nicht mehr zulassen.
Kernkompetenz des Systems Engineers ist die Integration aller System-bestandteile in ein Gesamtkonzept unter Berücksichtigung des Lebenszyklus. Die Systems Engineering-Verfahren, Methoden und Werkzeuge dienen der Bewältigung einer steigenden Komplexität, führen Projekte zum Erfolg und fördern Innovationen.
Die GfSE e. V. bietet den „Tag des Systems Engineering“ als Plattform für Innovationen, Denkanstöße und den Austausch auf dem Gebiet des Systems Engineering an. Gerade der Wissens- und Erfahrungstransfer zwischen Industrie, Forschung und Lehre wird damit unterstützt. Auch möchte der Verein zur Verbesserung der Entscheidungsprozesse bei der Entwicklung von Systemen beitragen – und insgesamt die Stellung der deutschen Wirtschaft im inter-nationalen Wettbewerb stärken sowie den Anwendern einen Vorteil in ihrer beruflichen Qualifikation schaffen.
Für 2011 haben wir uns den Schwerpunkt „komplexe Herausforderungen meistern“ gesetzt. Wie in jedem Jahr bemühen wir uns bei der Konferenz um eine fruchtbare Mischung aus Forschung und Anwendung. Neben Beiträgen von Universitäten und Hochschulen sind so auch wieder zahlreiche Beiträge mit „Best Practice“ aus verschiedenen Industriebereichen vertreten und kom-plettieren die wissenschaftlichen Sichtweisen. Neben klassischen Themen sind die modellbasierte Entwicklung, Agilität im Projekt als auch die Integration menschlicher Faktoren Themen im Veranstaltungsprogramm.
Ich wünsche Ihnen erfolgreiche Konferenztage und eine interessante Lektüre des Beitragsbands.
Sven-Olaf Schulze, Vorsitzender der GfSE e.V.
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PremiumSponsors
Beitragsreviews Besonderer Dank gilt Frau Katharina Eben, Herrn Andreas Kohn und Herrn Wieland Biedermann für die Durchführung der Beitragsreviews.
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Modellbasierte Systementwicklung 1 Werkzeuge für den Schmied funktionaler Architekturen Andreas Korff, Jesko G. Lamm, Tim Weilkiens
Qualitätssicherung für modellbasierte Entwicklungsansätze Jürgen Pitschke
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Werkzeuge für den Schmied funktionaler Architekturen
Andreas Korff1, Jesko G. Lamm2, Tim Weilkiens3
1Atego Systems GmbH, Major-Hirst-Str. 11, 38442 Wolfsburg, Deutschland, [email protected]
2Bernafon AG, Morgenstrasse 131, 3018 Bern, Schweiz, [email protected]
3oose Innovative Informatik GmbH, Straßenbahnring 7, 20251 Hamburg, Deutschland, [email protected]
Zusammenfassung: Funktionale Architekturen sind ein Mittel zur technologie-unabhängigen Systemmodellierung. Zu ihrer systematischen Modellierung sind mehrere Schritte erforderlich, die zum Teil trivial sind, weil ihr Ergebnis von allge-meingültigen Regeln eindeutig vorgegeben werden kann. Wenn es gelingt, triviale Schritte zu automatisieren, dann bleibt der Fokus des Architekten auf solchen Tätigkeiten, die sein fachliches Können erfordern. Dieser Beitrag zeigt am Beispiel von SysML-Modellen in Artisan Studio®, wie bestimmte Schritte beim Erstellen funktionaler Architekturen durch das Werkzeug automatisiert oder erleichtert wer-den können. Dazu gehört neben der Erstellung funktionaler Blöcke aus Aktivitäts-bäumen auch die Verknüpfung des SysML-Modells mit bestehenden Modellen des Unternehmens, die zum Beispiel in der Software Simulink® erstellt wurden.
1 Einleitung
Systemarchitekten gestalten das System und vernetzen die am System beteiligten Fachdisziplinen. Zur technologieunabhängigen und damit wiederverwendbaren Beschreibung des Systems können sie funktionale Architekturen [LW10] einsetzen. Diese erfordern ein hohes Abstraktionsvermögen [Wei11], so dass der Architekt zwischen funktionaler Architektur und den Sichtweisen der Fachdisziplinen übersetzen muss.
Systemkomponenten aus dem Bereich bestimmter Fachdisziplinen entstehen schon lange mit der Hilfe modellbasierter Werkzeuge wie beispielsweise der Software MATLAB®/Simulink® [VD06], die auch für die funktionale Systemmodellierung genutzt werden. Gesucht werden nun Werkzeuge, die auch den Architekten bei seinen ganzheitlichen Arbeiten unterstützen, so dass er sich auf seine Übersetzerrolle konzentrieren kann und nicht durch triviale Modellierungsschritte den Fokus verliert. Die Werkzeugunterstützung soll dem Architekten repetitive Tätigkeiten abnehmen und den Übergang in die Modelle der Fachdisziplinen erleichtern.
Zur Veranschaulichung der Problematik repetitiver Tätigkeiten sei hier kurz eine Beobachtung aus einem Projekt der Högerätetechnik wiedergegeben: bei Anwendung
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der Methode aus [LW10] fiel auf, dass der Aufwand für die Durchführung und das Review von in der Methodik präzise vorgegebenen Schritten in diesem Beispiel mit ungefähr 4 Mannstunden einen Anteil von mehr als 5% am gesamten Architektur-Modellierungsaufwand des Projektes eingenommen hat (Daten basierend auf einer retrospektiven Analyse der Projektaktivitäten durch zwei der Autoren, die am Projekt beteiligt waren). Entsprechend lautet unsere Hypothese, dass durch die Automatisierung Zeit eingespart werden kann. Nicht nur, weil die Modellerstellung beschleunigt wird, sondern auch, weil Review-Zeiten nach einmaliger Verifikation des Werkzeugs aufgrund des Wegfallens manueller Schritte verringert werden können.
Dieser Beitrag zeigt am Beispiel funktionaler Architekturmodelle in der Modellierungssprache SysML [OMG10, Kor08a, Wei08] und funktionaler Modelle in der Software Simulink®, wie Modellierungswerkzeuge die Erstellung funktionaler Architekturen und ihre Verknüpfung mit existierenden Modellen unterstützen können. Der Schwerpunkt des Beitrags liegt nicht auf der Methode funktionaler Architekturmodelle [LW10], sondern auf der effizienten Umsetzung der Methodik mit Modellierungswerkzeugen. Wir beschreiben ein neues Konzept zur Automatisierung einzelner Arbeitsgänge des Architekten, stützen uns aber auch auf bestehende Möglichkeiten zur Verknüpfung von Modellierungswerkzeugen für die Sprache SysML mit der Software Simulink® [VD06, Kor08b].
2 Methode zur Erstellung funktionaler Architekturen
Die diesem Beitrag zu Grunde liegende Methode zur Erstellung funktionaler Architekturen aus [LW10] stellen wir in diesem Abschnitt kurz vor.
Der Weg zur funktionalen Architektur führt über die Anwendungsfälle. Sie repräsentieren die nach außen gerichteten Dienstleistungen des Systems. Eingebettet in Methoden der funktionalen Anforderungsanalyse wie SYSMOD [Wei08], können systematisch alle für das Produkt notwendigen Anwendungsfälle identifiziert werden. Jeder Anwendungsfall wird nachfolgend mit einem Aktivitätsdiagramm detailliert (Bild 1). Die Schritte einer Aktivität sind Funktionen des Systems. Für die funktionale Architektur sind nur die Schritte selbst, Detaillierungen in Unterschritte, d.h. aufgerufene Aktivitäten, und die ein- und ausgehenden Daten (Objektfluss) von Bedeutung.
Aus den Aktivitäten ergeben sich Aktivitätsbäume (in der Literatur werden diese auch als „Funktionsbäume“ bezeichnet, z.B. in [Wei08]), wobei jeweils die Anwendungsfallaktivitäten die Wurzeln des Baums sind und die Hierarchie auf der Aufrufsemantik basiert (Bild 2). D.h., ein Knoten bzw. Blatt im Baum repräsentiert eine Aktivität, die im Kontext ihres Oberknotens aufgerufen wird. Desweiteren ist jede Aktivität mit den Typen ihrer ein- und ausgehenden Daten assoziiert.
Alle Anwendungsfälle zusammengefasst bilden einen Wald von Aktivitätsbaumen. Der Architekt entscheidet nun mit seiner Expertise und mit Hilfe von Heuristiken [LW10], welche Aktivitäten kohäsiv zusammengefasst werden können. Sie bilden eine funktionale Gruppe, die in SysML durch einen funktionalen Block repräsentiert wird.
