1 AUTOMOTIVE SOFTWARE & SERVICES HERAUSFORDERUNGEN FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE Problemstellung und Motivation... 1

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1 XI 1 AUTOMOTIVE SOFTWARE & SERVICES HERAUSFORDERUNGEN FÜR DIE AUTOMOBILINDUSTRIE Problemstellung und Motivation Gestaltungsziel und forschungsleitende Fragestellung Forschungsablauf und Dissertationsstruktur FORSCHUNGSMETHODISCHES DESIGN Zielsetzung und Aufbau des Kapitels Wissenschaftstheoretischer Ordnungsrahmen Wissenschaftstheoretische Grundpositionen Forschungsziele Forschungsmethoden Fazit und Implikationen Wissenschaftsverständnis und Forschungsdesign der vorliegenden Dissertation Wissenschaftstheoretische Grundposition Verfolgte Forschungsziele Theoretisches Rahmenkonzept Methodisches Rahmenkonzept Grundlagen der gestaltungsorientierten Forschung Explikation des verwendeten Rahmenkonzeptes Fazit über das verwendete Forschungsdesign DIE AUTOMOBILINDUSTRIE ALS DOMÄNE FÜR DIE SOFTWARE- ENTWICKLUNG Zweck der Umfeldanalyse und Aufbau des Kapitels Besondere Merkmale der Automobilindustrie Organisatorische und wirtschaftliche Merkmale der Domäne Vertikaler Entwicklungsprozess im Automobilbau Lifecycle Mismatch zwischen Automobil, Elektronik und Software Variantenreichtum der Fahrzeuge Kostenstruktur und Wiederverwendung von Systemkomponenten zur Kostensenkung Kundenorientierung und Differenzierungsmerkmale Technische Merkmale und Eigenschaften von Softwarefunktionen im Automobil Wandlung von mechanischen zu elektrischen und softwarebasierten Funktionen... 35

2 XII Heterogenität der Software im Automobilbereich Komplexitätszuwachs durch Ausweitung der Systemgrenzen Sicherheit von Software im Automobil Software Standards und Architekturen im Bereich Automotive AMI-C Automotive Multimedia Interface Collaboration AutoSAR Automotive Open System Architecture AutoSAR Virtual Functional Bus und Laufzeitumgebung AutoSAR-Basissoftware AutoSAR-Methodologie HIS Herstellerinitiative Software Beiträge der Herstellerinitiative Software HIS Bedien- und Anzeigeprotokoll OSEK/VDX OSEK-Betriebssystemkerne OSEK-Kommunikation OSEK-Netzwerkmanagement OSEK Implementierungssprache (OIL) OSEK Runtime Interface Aktuelle Softwaretrends in der Automobilindustrie Mobile Dienste und Unterhaltungssoftware im Fahrzeug Car-2-X-Funktionen Fahrerassistenz- und Fahrerinformationssysteme Zusammenfassung und Implikationen ITERATIVE ERSTELLUNG NEUER SOFTWAREFUNKTIONEN IM AUTOMOBIL AUF BASIS VON PROTOTYPEN Systematische Erstellung von Softwarefunktionen im Automobil Gestaltungsgrundlagen für ein Vorgehensmodell zur Erstellung neuartiger Softwarefunktionen im Automobil Allgemeine Qualitätskriterien für Vorgehensmodelle Bestehende Vorgehensmodelle und Techniken Vorgehensmodelle der Dienstleistungsentwicklung Vorgehensmodelle der Softwareentwicklung Prototyping in Vorgehensmodellen für die Entwicklung Aufgaben und Vorgehen beim Prototyping Prototyping-Ansätze Ausrichtung von Prototypen Der Rational Unified Process als disziplinenübergreifendes Vorgehensmodell Zusammenfassung und Implikationen... 80

3 XIII 4.3 Vorgehensmodell des prozessbegleitenden Prototyping zur Erstellung von Softwarefunktionen im Automobil Ableitung der Prozessabläufe und Phasen des Modells Bestimmung der Anordnungsbeziehungen zwischen den Prozessabläufen Detailbeschreibung des Modells Definition des Anwendungsszenarios Gestaltung des Wertschöpfungsnetzwerkes Aufbau der technischen Infrastruktur Evaluation der Systemsicherheit Übergabe an die Serienentwicklung Prozessbegleitendes Prototyping Fazit und Implikationen für die Werkzeugerstellung WERKZEUGUNTERSTÜTZUNG FÜR KOMPONENTENBASIERTES PROTOTYPING NEUARTIGER ANWENDUNGEN Unterstützung von Prototyping und Pilotierung in der Systementwicklung Vorgehensmodell der Artefaktgestaltung Analyse- & Definitionsphase: Anforderungen an Prototypen zur Pilotierung von Systemen Einleitung der Anforderungsbeschreibung Zweck der Anforderungsbeschreibung Produktziele Definitionen, Akronyme und Abkürzungen Referenzen Überblick der Anforderungsbeschreibung Übersichtsbeschreibung des Systems Produktumgebung Produktfunktionen Benutzereigenschaften Restriktionen und Vorgaben Annahmen und Abhängigkeiten Spezifische Anforderungen Externe Schnittstellen Funktionale Anforderungen Frameworkarchitekten Frameworknutzer Evaluationsleiter Evaluationsteilnehmer Leistungsanforderungen Statische Anforderungen Dynamische Anforderungen Entwurfsrestriktionen Qualitätsmerkmale Implikationen der Analyse- und Definitionsphase

4 XIV 5.4 Komponentenbasierte Softwareentwicklung Begriffsdefinitionen und Grundlagen Komponente Komponentenmodell und Middleware Frameworks, APIs und serviceorientierte Architekturen Motivation für komponentenbasierte Lösungen Gestaltung komponentenbasierter Architekturen Dokumentation komponentenbasierter Architekturen Fazit: Komponentenbasiertes Software Engineering für Software im Automobilbereich Entwurfs- und Implementierungsphase: Modulare Architektur zum Prototyping von Anwendungen im Automobil Vorgehen bei Entwurf und Implementierung Komponentenmodell und Laufzeitumgebung: Die OSGi Plattform Die OSGi Framework Architektur Execution Environment OSGi Module Ebene Lifecycle Management Service Management OSGi Security OSGi Framework Services OSGi Standard Services OSGi Implementierungen Makewave Knopflerfish Eclipse Equinox ProSyst mbedded Server Zwischenfazit Gestaltung des Frameworks: HIMEPP Core Anforderungen an die Gestaltung des Frameworks Systemarchitektur und Entwurfsprinzipien OSGi Declarative Services OSGi Event Manager OSGi Log Services Implikationen Kern des Frameworks: HIMEPP Core Aufgaben Nutzungshinweise Besondere Details der Implementierung Zwischenfazit Basiskomponenten für die Umsetzung von Prototypen Komponentenauswahl Identifikation von Komponenten Ausprägung der Zielumgebung für Prototypen Übersicht über die Basiskomponenten Audio- und Sprachschnittstellen zum Benutzer AudioOutput

5 XV SpeechSynthesis SpeechRecognition Haptische Benutzerschnittstelle FrontController FrontControllerSemantic Buskommunikation im Fahrzeug CanAccess PTTCanConverter PTTSemantic Schnittstellen für mobile Dienste GSMBroadbandConnection PositionData Schnittstellen zu externen Komponenten AevEventBridge SpeechMenus Dienst- und Unterstützungskomponenten PropertyLoader SpeechFrame FrontControllerFrame SplashScreen Zwischenfazit Entwicklungswerkzeuge Eclipse Plattform, JDT und PDE Eclipse Architektur Java Development Tools Plug-in Development Environment HIMEPP RunConfiguration Manager Fazit der Werkzeuggestaltung EVALUATION DES VORGEHENSMODELLS UND DES WERKZEUGES Zweck der Artefaktevaluation und Aufbau des Kapitels Kriterien und Methoden der Artefaktevaluation Evaluation des iterativen Modells zur Erstellung neuartiger Softwarefunktionen im Automobil Auswahl der Evaluationsmethode Fallstudie: Gestaltung personalisierbarer, interaktiver Dienste zur Nutzung während der Fahrt Definition von Anwendungsszenarios Aufbau des Wertschöpfungsnetzwerkes Gestaltung der technischen Infrastruktur Evaluation der Sicherheitsaspekte Übergabe der Projektergebnisse an die Serienentwicklung Ergebnis der Modellevaluation

6 XVI 6.4 Evaluation des Werkzeugs zum Prototyping neuartiger Softwarefunktionen im Automobil Auswahl der Evaluationsmethoden Funktionale Tests während der Entwicklung Evaluationsszenarios für die HIMEPP Plattform Erstes Szenario: Verwendung multipler Prototypen auf der Zielplattform Zielsetzung des Szenarios Umsetzung des Szenarios Ergebnis des Szenarios Zweites Szenario: Erweiterung der Basiskomponenten um ein neuartiges Eingabegerät Zielsetzung des Szenarios Umsetzung des Szenarios Ergebnis des Szenarios Drittes Szenario: Aufbau einer bedienkonzeptkonformen Anwendung, die verschiedene Interaktionskanäle nutzt Zielsetzung des Szenarios Umsetzung des Szenarios Ergebnis des Szenarios Evaluationsfazit FAZIT UND AUSBLICK Zusammenfassung der Problemstellung Zielsetzung und Beiträge der vorliegenden Arbeit Analyse der Automobilindustrie als Domäne für die Softwareentwicklung Vorgehensmodell der systematischen Erstellung mobiler Dienste Werkzeug zur Unterstützung des prozessbegleitenden Prototyping im Vorgehensmodell Weiterer Forschungsbedarf Ausblick LITERATURVERZEICHNIS