Modellbasierte Funktionsentwicklung für Komfortsteuergeräte

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1 Modellbasierte Funktionsentwicklung für Komfortsteuergeräte Vorgehensweise, Ergebnisse und Potenziale Torsten Klein Business Team Manager Modellbasierte Entwicklung Internationale Zuliefererbörse, Wolfsburg,

2 Vision Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 2 Carmeq ist eine treibende Kraft für moderne Architekturen und effiziente Entwicklungsprozesse softwarebestimmter Systeme im Automobil

3 Strategie Carmeq konzipiert, entwickelt und integriert softwarebestimmte Systeme für die Automobilindustrie. Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 3 Zusammen mit Herstellern und Zulieferern bewältigen wir die Komplexität innovativer Systeme und Architekturen. Mit Hilfe fortschrittlicher Technologien und Prozesse optimieren wir Unternehmensabläufe und entwickeln spezifische Software für Automobilelektronik. Als Tochter des Volkswagen-Konzerns arbeiten wir für die gesamte Automobil- und Zulieferindustrie.

4 Carmeq - gestern und heute Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie Juni 2002 Beschluss des Konzernvorstandes zur Gründung der Carmeq 30. Juli 2002 Gründung der Carmeq GmbH als Gesellschaft im Volkswagen-Konzern (100%) 01. Januar 2003 Aufnahme des operativen Geschäftes mit 16 Mitarbeitern Heute (Oktober 2006) 134 Mitarbeiter Standorte Berlin (Unternehmenssitz) Wolfsburg Berlin Wolfsburg

5 Modellbasierte Entwicklung von Komfortsteuergeräten Agenda Vorgehensweise Ergebnisse Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 5 Potenziale

7 Modellgestützter Entwicklungsprozess Vorgehensweise Funktionale Anforderungen Simulation Modellierung Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 7 Codegenerierung Code-Integration

8 Modellbasierter Entwicklungsprozess Typische Werkzeuglandschaft DOORS Funktionale Anforderungen Simulation MATLAB, Simulink Stateflow MATLAB, Simulink Stateflow Modellierung Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 8 Real-Time Workshop Codegenerierung Code-Integration TargetLink

9 Funktionale Anforderungen Funktionale Dekomposition Komfortfunktionen Komfortfunktionen Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 9 Funktionsbereich Funktionsfamilie

10 Funktionale Anforderungen Funktionale Dekomposition Funktionsfamilie Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 10 Funktionsfamilie Funktionen/Unterfunktionen

11 Funktionale Anforderungen und Modelle Verknüpfung Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 11 Funktionale Anforderungen, Signale, Parameter Anforderungen (DOORS) Modelle / Teilmodelle, Signale, Parameter Modelle (MATLAB/Simulink)

12 Funktionsvalidation Modellstruktur und Simulation Verhaltensmodell Komfortfunktionen Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 12 Umgebung Test Strecke

13 Modellbasierte Funktionsentwicklung Abstraktionsebenen und Modellevolution Konzeptuelle Modelle Verhaltensmodelle Implementierungsmodelle Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 13 Funktionscode Mikrocontroller

14 Konzeptuelle Modelle Eigenschaften Beispiel: Zentralverriegelung Benutzer Fahrzeug_sicher_verriegeln Zentralverriegelung Fahrgeschwindigkeit_ueber_Sollwert Textuelle Anforderungen [Nein] [ Ja ] Fahrzeug_ unsicher_verriegeln <<decisioninput>> Fahrzeug_soll_von_innen_ entriegelt_werden_koennen [ Ja ] [Nein] Fahrzeug_verriegeln [ Ja ] [Nein] Konzeptuelle Modelle <<decisioninput>> Fahrzeug_soll_von_innen_ entriegelt_werden_koennen oder Zuendung_an Deaktivierung_der_Entriegelung_ ausgehend_vom_inneraum <<decisioninput>> akustische_signalisierung_ aktiviert Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 14 Wesentliche Eigenschaften: [ Ja ] Quittierungston_ausgeben [ Ja ] [Nein] Ziel: Präzisierung der textuellen Spezifikation alternative Sichten (Struktur, Verhalten) ggf. ausführbare Spezifikation verzoegertes_permanentes_ Blinken_ausgeben [Nein] <<decisioninput>> Entriegelung_ausgehend_ vom_innenraum_deaktiviert frühzeitiges Testen durch Simulation möglich formal konsistent (bzgl. verwendeter Notation) Quittierungsblinken_ ausgeben sofortiges_permanentes_ Blinken_ausgeben

15 Verhaltensmodelle Eigenschaften Beispiel: Funktionen Blinken und Innenlicht Wesentliche Eigenschaften: Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 15 Ausführbare Umsetzung der Funktionslogik Modellstruktur orientiert an Funktionslogik Abstraktion von Verteilung auf SG-Netzwerk Abstraktion von Realisierung in SW oder HW Verfügbarkeit unendlicher Ressourcen bzgl. Algorithmen und Datentypen Echtzeitfähig bei idealisierter Umgebung

16 Implementierungsmodelle Kostenargumentation Notwendigkeit einer Optimierungsphase zur Implementierung Gesamtkosten pro SG (Herstellungskosten + Entwicklungskosten)/n Gesamtkosten pro Steuergerät Herstellungskosten maßgeblich durch HW-Einzelkosten bestimmt. Kosten für Softwareproduktion 0 Herstellungskosten pro SG Entwicklungskosten pro SG Entwicklungskosten bei großer Stückzahl vernachlässigbar Gesamtkosten pro SG Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 16 Abb: Schäuffele/Zurawka: Automotive Software Engineering Es lohnt sich, in der Entwicklungsphase zu optimieren! Anzahl produzierter Steuergeräte

17 Implementierungsmodelle Eigenschaften Eine vollständige Verschmelzung von logischer Funktionsentwicklung (Verhaltensmodell) und Implementierung (Funktionssoftware) ist nicht möglich Real-Time Workshop TargetLink Verhaltensmodelle Werkzeuge unterstützen den Übergang vom Verhaltens- zum Implementierungsmodell Implementierungsmodelle Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 17 Wesentliche Eigenschaften: Berücksichtigung des Echtzeitverhaltens bei realer Umgebung Optimierung der Softwarestruktur (Tasks) Optimierung verwendeter Datentypen (Integer) Anbindung technischer Schnittellen (CAN, LIN, MOST) Mapping auf HW-Ressourcen (Speichertypen, EEPROM, EPROM, ROM) Funktionscode Mikrocontroller

19 Projektergebnis Modellbasierte Entwicklung BCM Verhaltensmodellierung für Serienentwicklung Ziel: Verbesserung der Lastenheft-Qualität durch systematisches und dokumentiertes Feedback aus der Verhaltensmodellierung Simulationsmodell zur Ergänzung des Lastenheftes ( Ausführbares Lastenheft ) Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 19 Eigenschaften des Verhaltensmodells: - Vollständiger Funktionsumfang umgesetzt (in MATLAB/Simulink/Stateflow) - Ablauffähig und durch GUI animiert - Aus textuellen Anforderungen abgeleitet (RE/RM mit DOORS) - Konform zu konzernweiten Modellierungsrichtlinien - Systematisch qualitätsgesichert (mit Klassifikationsbaum-Methode und MTest)

20 Projektergebnis Metriken zum Verhaltensmodell BCM Anzahl externer Signale : 250 Einganssignale, : 150 Ausgangssignale Anzahl interner Signale : 500 Anzahl Parameter : 300 Anzahl Zustände : 800 Zugangskontrolle Licht und Beleuchtung Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 20 Anzahl Transitionen : 1600 Anzahl Subsysteme/ Automaten : 150 Wisch Wasch Klima und Heizung Energiemanagement

21 Projektergebnis Bedeutung von Modellierungsrichtlinien Modellierungsrichtlinien für MATLAB/Simulink/Stateflow Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 21 Richtlinienkatalog konzernweit verankert (seit 2004)

22 Projektergebnis Kundenfeedback Durch die Umsetzung des Lastenheftes als Modell sind viele Fehler schon im Vorfeld beseitigt worden. das Steuergeräte- Muster hat deutlich weniger Fehler gezeigt als erwartet Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 22 Durch die Modellierung ist früh ein besseres Verständnis der Funktionalität entstanden Durch die Weitergabe des ausführbaren Modells ist ein besseres Verständnis bei den Zulieferern entstanden

24 Potenziale Nächste Schritte der modellbasierten Entwicklung von BCMs - Wiederverwendung der Modellkomponenten für andere BCMs - Abstimmung von BCM Funktionalitäten im Konzern - Verhaltensmodelle zur Abstimmung mit Lieferanten - Modellbasierte Implementierung der BCM Funktionssoftware Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 24 - Nutzung der BCM Modelltests für SiL, PiL, HiL, FIT Übertragung der Vorgehensweise auf weitere Funktionen

25 Potenziale Software-Architektur mit AUTOSAR Application Software Component AUTOSAR Interface Actuator Software Component AUTOSAR Interface Sensor Software Component AUTOSAR Interface AUTOSAR Software... AUTOSAR Runtime Environment (RTE) Application Software Component AUTOSAR Interface AUTOSAR Software Component Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 25 Standardized Interface Operating System Standardized Inteface Standardized AUTOSAR Interface Services Standardized Interface Standardized Interface Communication Standardized Interface Basic Software ECU-Hardware AUTOSAR Interface ECU Abstraction Standardized Interface Standardized Interface Microcontroller Abstraction AUTOSAR Interface Complex Device Drivers Interface ECU Firmware Standard Software

26 Potenziale Modellbasierte Implementierung mit AUTOSAR Eine automatische Abbildung auf kommende Basissoftwarearchitekturen - wie AUTOSAR - wird derzeit pilotiert und steht kurz vor der Serienreife Abbildung von Simulink-Subsystemen auf AUTOSAR-konforme Software-Komponenten Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 26

27 Business Team Modellbasierte Entwicklung Strategische Themenfelder Modellbasierte Implementierung Modellbasierter Entwicklungsprozess Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 27 Modellbasierte Spezifikation und Simulation Themenfelder Business Team Modellbasierte Entwicklung Modellgestützte Verifikation und Validation Modellbasierte Funktionsentwicklung von der Idee zur Seriensoftware

28 Business Team Modellbasierte Entwicklung Kontakt Torsten Klein Leiter Business Team Modellbasierte Entwicklung Carmeq GmbH Carnotstraße 4 D Berlin Telefon: Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 28 torsten.klein@carmeq.com Carmeq bridges OEMs and Suppliers

29 Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 29 Backup

30 Modellbasierte Funktionsentwicklung: Potenziale Ressourcenoptimierte Wiederverwendung von von Modellkomponenten Wiederverwendung (Modellkomponenten-Bibliothek) Vision Vision Forschung Vorentwicklung Flexible Verteilbarkeit (Modellkomponenten) Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 30 Stand der Technik Codegenerierung für für komplexe Funktionen auf auf verteilten Steuergeräten Serien-Codegenerierung für für (Teil-) (Teil-) Funktionen Codegenerierung zum zum Rapid Rapid Prototyping Verhaltensmodelle zur zur Analyse und und Spezifikation

31 Modellierung im funktionsorientierten Entwicklungsprozess Funktionale Anforderungen Simulation Modellierung Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 31 Codegenerierung Code-Integration

32 Modellierung im funktionsorientierten Entwicklungsprozess Funktionale Anforderungen Simulation Konzeptuelle Modelle Modellierung Verhaltensmodelle Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 32 Codegenerierung Code-Integration Implementierungsmodelle

37 Konzeptuelle Modelle Modellierung Verhaltensmodelle Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 37 Implementierungsmodelle

40 Modellierungsrichtlinien für MATLAB/Simulink/Stateflow Carmeq GmbH, Berlin - 5. Februar Folie 40