Vom Blech zum Bit: Der steinige Weg zur Systementwicklung am Beispiel der Automobilindustrie

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1 Vom Blech zum Bit: Der steinige Weg zur Systementwicklung am Beispiel der Automobilindustrie Michael Flötotto Jour Fix, SPIQ e.v. Freiburg 01. Dezember 2005 Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 1

2 Inhalt 1. Aktuelle Schlagzeilen aus der Automobil-Industrie 2. Ein Blick auf einige Problemfelder 3. Ansätze und Wege zur Verbesserung Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 2

3 Inhalt 1. Aktuelle Schlagzeilen aus der Automobil-Industrie Probleme, Probleme, Probleme Umsetzen von Innovationen Wirklicher Kundennutzen 2. Ein Blick auf einige Problemfelder 3. Ansätze und Wege zur Verbesserung Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 3

4 Probleme, Probleme, Probleme - Pannenstatistik des ADAC: in Pannen pro 1000 zugelassenen Fahrzeugen - Dunkelziffer: Mängel, die nicht zum Liegenbleiben führen - Elektrik/Elektronik immer häufiger die Ursache - Häufung von Rückruf-Aktionen - Ständig steigende Gewährleistungskosten - Fehlerursachen lassen sich nur schwer lokalisieren Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 4

5 Pannen, ausgelöst durch Elektrik/Elektronik Quelle: QZ, Okt Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 5

6 PKW-Rückrufe: zeitliche Entwicklung Quelle: QZ, Aug Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 6

7 Umsetzen von Innovationen - Wertanteil der Elektronik im Fahrzeug: 1980: 0,5 % 2005: 30 % Weiter steigend - Steigende Anzahl von Steuergeräten im Fahrzeug: heute bis zu 70 im Premium- Segment - Anteil an Software steigt ständig - Technologie-Innovationen bei Fahrzeugen betreffen zu einem Großteil (bis 90%?) Elektrik/Elektronik-Systeme, die teilweise oder vollständig durch Software realisiert sind Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 7

8 Wirklicher Kundennutzen - Heutiges Ergebnis: mehr unzufriedene Kunden - Kundenzufriedenheit mit deutschen PKW: eher unter Durchschnitt - Unklar: was will der Kunde überhaupt? - Was nutzt er von den vorhandenen Möglichkeiten? - Übertriebene Funktionsvielfalt - Beispiel DaimlerChrysler: 600 Funktionen aus den Fahrzeugen wieder herausgenommen, weil sie niemand gebraucht hat, teilweise auch nicht mal bekannt war, dass es sie gab. - Beispiel VW Touareg: mehrstufig verstellbare Fußraumbeleuchtung beim Fahrer Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 8

9 Inhalt 1. Aktuelle Schlagzeilen aus der Automobil-Industrie 2. Ein Blick auf einige Problemfelder Entwicklung weiterhin auf Einzel-Steuergeräte ausgerichtet Anwachsen der Komplexität Nicht angepasste Prozesslandschaft Komplexe Projektabwicklung Schwierige Zusammenarbeit OEM und Zulieferer 3. Ansätze und Wege zur Verbesserung Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 9

10 Problemfeld Entwicklungsvorgehen Entwicklung weiterhin auf Einzelsteuergeräte ausgerichtet - Aktuell gelebte Entwicklungsprozesse basieren immer noch auf der Einzelgeräte- Sicht - Von den Anforderungen an das Fahrzeug direkt zu Lastenheften für Bauteile - Systemarchitektur: fehlt gänzlich bzw. wird stiefmütterlich behandelt Oft nur Darstellung der Steuergeräte und deren Vernetzung - System-Integration und System-Tests Keine systematische Planung und Abstimmung der Prüfungen Oft Big-Bang-Integration mit einzeln geprüften Bauteilen Viele Prüfungen, wenig Planung Nachweis der richtigen Funktionalität, nicht Suchen von Fehlern Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 10

11 Problemfeld Komplexität Anwachsen der Komplexität (1) - Komplexität Elektrik/Elektronik-System: Beispiel Phaeton 61 vernetzte Steuergeräte 2500 Signale in 250 CAN-Botschaften 3 Bussysteme + optischer Bus + Sub-Busse Mehr als 50 MByte Speicher Bis zu 2110 Einzelleitungen 3860 m Kabel - Vernetzte komplexe Funktionen Intensive Kommunikation Problem der Fehlerausbreitung Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 11

12 Problemfeld Komplexität Anwachsen der Komplexität (2) - Variantenvielfalt Massive Steigerung durch Modelloffensive Jedem sein persönliches Auto - Kompatibilitätsmanagement Welche System passen überhaupt zueinander? Welche Systeme brauche ich eigentlich, damit Funktion x in der gewünschten Ausprägung funktioniert? - Korrektur von Software nach Auslieferung Nachladen von Software ( Software-Tankstelle ) Produkthaftung Aktuelle Konfiguration im Fahrzeug: was passt eigentlich dazu? Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 12

13 Problemfeld Prozesse Nicht angepasste Prozesslandschaft - Immer noch orientiert an Einzelgeräten - Software-Prozesse fehlen Neuland für OEM s und Zulieferer Umgang damit nicht bekannt - QS stark auf Abschlussprüfung abgestellt Produktions-orientiert bzw. von dort geprägt Wenig entwicklungs-begleitend - Mehrere parallele Prozesse und Disziplinen Verschiedene Disziplinen Verschiedene Anforderungen an Zwischenergebnisse Viele gegenseitige Abhängigkeiten und Einflüsse Auswirkung von Änderungen und Fehlern Zusammengeführt in einem Produktentstehungsprozess - Lange Laufzeiten - Etliche globale Entscheidungspunkte / Meilensteine Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 13

14 Problemfeld Projektabwicklung Komplexe Projektabwicklung - Projekthierarchie Komplexe Projektstrukturen Hierarchische Abhängigkeiten - Kein angepasstes Projekt-Management Verteilung über die Projekt-Hierarchie - Produktlinien-Management / -Entwicklung Wiederverwendung Modul-/Komponenten-Konzepte - Lange Projektlaufzeiten vs. schnelle technologische Änderungen Projektlaufzeiten > 3 Jahre Beispiel: Infotainment hat viel kürzere Innovationszyklen Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 14

15 Problemfeld Zusammenarbeit Schwierige Zusammenarbeit Hersteller und Zulieferer - Zulieferer stecken in gleichem Änderungsprozess oder beginnen gerade damit - Schnittstellenprobleme Kommunikation der Anforderungen: Lastenhefte Offenheit bei Zusammenarbeit Abstimmung Integration und Test - Kostendruck vs. Qualität Entwicklungskosten trägt Zulieferer -> werden über Stückpreis verrechnet Lieferauftrag während Entwicklung nicht sicher Vereinbarung über jährliche Preissenkungen - Qualitätsprobleme einzelner Komponenten wirken sich oft system-weit aus - Verflechtung OEM und Zulieferer durch viele parallele Entwicklungen Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 15

16 Problemfeld Kundendienst Neue Herausforderungen für Kundendienst - Sicherstellen der langfristigen Verfügbarkeit von Ersatzteilen Lieferbarkeit von Elektronik-Bauteilen Kompatibilitätsfragen - Auffinden von Problem-Ursachen - Liefern der passenden Ersatzteile für ein bestimmtes Auto Konfiguration Kompatibilität Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 16

17 Inhalt 1. Aktuelle Schlagzeilen aus der Automobil-Industrie 2. Ein Blick auf einige Problemfelder 3. Ansätze und Wege zur Verbesserung Systementwicklung umsetzen Umgang mit Komplexität verbessern Prozesslandschaft verändern Zusammenarbeit OEM und Zulieferer Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 17

18 Verbesserung: Systementwicklung Systementwicklung konsequent umsetzen - System-Entwicklung Systemanforderungsanalyse Systemdesign System-Integration System-Tests - Einbinden und Synchronisieren der verschiedenen Disziplinen - Funktions-orientierte Entwicklung Funktionsspezifikationen Funktionsarchitektur Systemarchitektur Mapping der Funktionen/Teilfunktionen Kommunikationsanforderungen /-Strukturen - Wiederverwendung / mehrfacher Einsatz Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 18

19 System Engineering: Erfolgsfaktoren Elements Of Success - Organizations need to understand that systems engineering is as much a way of thinking and doing business as it is a process - It requires a firm commitment of all participants from the most senior member of management to the new hire at his or her work station - Systems engineering doesn t call for an isolated team doing systems engineering but rather, it instills an infrastructure in which the organization, the project management team, and team members operate on a daily basis - Systems engineering defines how the organization discerns a problem, how it approaches the development of a solution to that problem, and how it implements the plan which enables the problem to be solved Quelle: International Council on Systems Engineering (INCOSE); System Engineering Primer, 1997 Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 19

20 Verbesserung: Umgang mit Komplexität (1) Durch Standardisierung AUTOSAR OSEK ASAM/ODX MOST FlexRay Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 20

21 Management der EE-Komplexität mit der AUTomotive Open System ARchitecture OEM 1 OEM n Platform 1.1 Platform 1.2 Platform 1.n Platform m.1 Platform m.2 Platform m.n SW SW Integration Methode Methode zur zur Integration Integration von von SW SW Componenten Componenten in in ECUs ECUs Supplier A Safety Body/Comfort Multimedia Supplier B Chassis Safety Multimedia Basic Basic Software Standardisierung Standardisierung der der Basic Basic SW SW OEM 2 Supplier C Chassis Body Powertrain OEM m Platform 2.1 Platform 2.2 Platform 2.n Funktionale APIs APIs Spezifikation Spezifikation von von funktionalen funktionalen Schnittstellen Schnittstellen Platform m.1 Platform m.2 Platform m.n Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 21

22 AUTOSAR Software Architektur SW-Component 1 AUTOSAR Interface SW-Component 2 AUTOSAR Interface Sensor/Actuator- Component 1 AUTOSAR Interface Sensor/Actuator- Component 2 AUTOSAR Interface Application Software... SW-Component n AUTOSAR Interface API 2 AUTOSAR RTE API 1 AUTOSAR Interface Complex Device Driver AUTOSAR Interface HW independent Services (e.g. State- Machines, Subscribing) AUTOSAR Interface ECU-Abstraction Basic Software (standardized) standardized Interface HW dependent Services (NVRAM, Timer, fault memory etc.) standardized Interface COM (e.g. NM) standardized interface Operating Systems API 0 standardized Interface Microcontroller Abstraction SPAL ECU-Hardware standardized Interface standardized Interface COM Driver Key: OS Interface API 0 Interface API 1 Interface API 2 Interface Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 22

23 AUTOSAR: Vorteile für viele OEM OEM overlapping reuse of software modules which are irrelevant to competition Functions of competitive nature can be developed separately Focus on innovation/ functions Standardized certification Supplier Reduction of version proliferation Development partitioning among suppliers Increase of efficiency in functional development New business models possible Tool provider Common interfaces with development processes Seamless, manageable, task optimized (time dependent) tool landscape An industry standard is established. New market entrant Transparent and defined interfaces enable new business models Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 23

24 Verbesserung: Umgang mit Komplexität (2) Konfigurationsmanagement - Lösungen anderer Domänen nicht einfach übernehmbar - Sehr hohe Anzahl von Varianten möglich (150% Fahrzeug, 100% Fahrzeug) - Baseline-Management muss mit sehr unterschiedlichen Inhalten der verschiedenen Disziplinen umgehen Keine einheitliche Sprache Von funktionalen Spezifikationen über Funktions-Mapping hin zu Software- und Elektronik-Komponenten Verifikation und Validierung aller möglichen Varianten nicht machbar - Kunden-spezifische Varianten: Erstellung komplexer Konfigurations-Regeln Anwendung dieser Regeln Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 24

25 Verbesserung: Prozesslandschaft Prozesslandschaft verändern - Welche Prozessveränderungen nötig? Prozess-Orientierung nicht nur aufs Papier schreiben Softwareprozesse einbinden Prozesse wirklich implementieren und leben Prozesse der OEM s und der Zulieferer aufeinander abstimmen Interne und externe Schnittstellen funktionsfähig machen - SW-Prozesse: Standards zur Bewertung und zur Verbesserung SPiCE Automotive SPiCE - Verschiedene Prozess-Sichten - Abstimmung der Prozesse / Synchronisationspunkte Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 25

26 Was ist ISO/IEC TR (SPiCE) Ein Konzept zur Beurteilung und Verbesserung von Prozessen Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 26

27 ISO (SPICE): Referenzmodell Zweidimensionales Modell Prozess-Dimension Prozesskategorien Prozesse (CUS.1,, ORG.6) Capability-Dimension Fähigkeitsstufen (CL1,, CL5) Prozessattribute CL5 CL4 CL3 CL2 CL1 CL0 CUS.1 CUS.2...ORG.6 Für jeden einzelnen Prozess wird der Capability Level bestimmt. Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 27

28 ISO/IEC TR 15504: Prozessarchitektur Prozess-Kategorie Prozess Customer-Supplier CUS.1 Acquisition (3) (3) CUS.1.1 Acquisition Preparation (4) (4) CUS.1.2 Supplier Selection (3) (3) CUS.1.3 Supplier Monitoring (4) (4) CUS.1.4 Customer Acceptance (2) (2) CUS.2 Supply (5) (5) CUS.3 Requirements Elicitation (6) (6) CUS.4 Operation (3) (3) CUS.4.1 Operational Use Use (8) (8) CUS.4.2 Customer Support (5) (5) Engineering Basis- Komponente ENG.1 Development (4) (4) ENG.1.1 System Requirements Analysis & Design (7) (7) ENG.1.2 Software Requirements Analysis (6) (6) ENG.1.3 Software Design (5) (5) ENG.1.4 Software Construction (4) (4) ENG.1.5 Software Integration (6) (6) ENG.1.6 Software Testing (4) (4) ENG.1.7 System Integration & Testing (8) (8) ENG.2 System & Software Maintenance (7) (7) Base Practices (insgesamt 249) Support SUP.1 Documentation (7) (7) SUP.2 Configuration Management (9) (9) SUP.3 Quality Assurance (7) (7) SUP.4 Verification (4) (4) SUP.5 Validation (4) (4) SUP.6 Joint Reviews (8) (8) SUP.7 Audit (8) (8) SUP.8 Problem Resolution (6) (6) Management MAN.1 Management (8) (8) MAN.2 Project Manangement (12) MAN.3 Quality Management (6) (6) MAN.4 Risk Management (8) (8) Organisation ORG.1 Organisational Alignment (5) (5) ORG.2 Improvement (4) (4) ORG.2.1 Process Establishment (9) (9) ORG.2.2 Process Assessment (10) (10) ORG.2.3 Process Improvement (9) (9) ORG.3 Human Resource Management (10) ORG.4 Infrastructure (7) (7) ORG.5 Measurement (7) (7) ORG.6 Reuse (7) (7) Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 28

29 Fähigkeitsstufen und Prozessattribute Optimiert Quantitative Messungen werden verwendet, um den Prozess laufend zu optimieren. Level 5 PA.5.1 PA.5.2 Optimising Process Change Continuous Improvement Vorhersagbar Metriken machen Prozessverlauf und Resultate zeitlich und vom Aufwand her kontrollierbar. Level 4 PA.4.1 PA.4.2 Predictable Measurement Process Control Etabliert Vordefinierte Standards & Prozeduren existieren und können angepasst werden. Level 3 PA.3.1 PA.3.2 Established Process Definition Process Resource Level 2 PA.2.1 PA.2.2 Managed Performance Management Work Product Management Geführt Prozess und dazugehörige Aktivitäten werden geplant. Verantwortlichkeiten sind klar definiert. Level 1 PA.1.1 Performed Process Performance Intuitiv Prozess wird ohne Planung durchgeführt. Input und Output (Arbeitsergebnisse) sind erkennbar. Level 0 Incomplete Ad Hoc Durchführung und Resultate des Prozesses sind nicht erkennbar. Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 29

30 Automotive SPiCE: Objectives Development of a Process Reference Model (PRM) for automotive software (systems) compliant and conform to the requirements as in the revised ISO/IEC based on automotive specific refinements of the international standard ISO/IEC AMD1 (latest version) Development of a Process Assessment Model (PAM) Process Reference Model Standard for process assessment Quality standard based on the assessment model in the revised ISO/IEC ISO/IEC ISO/IEC (new) ISO 9001:2000 Process Reference Model = ISO/IEC automotive specifics Assessment Model = ISO/IEC (new) + automotive specifics International standard Automotive standard Automotive Standard (to be developed within the Automotive SPICE initiative) Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 30

31 HerstellerInitiativeSoftware: Prozessauswahl Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 31

32 Vorgehensmodell Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 32

33 Synchronisation von Prozessen Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 33

34 Verbesserung: Zusammenarbeit OEM und Zulieferer VDA Qualitätskodex 1. Gemeinsame Verantwortung 2. Engagement und Umsetzung 3. Sicherung der Qualität im Produkt-Lebenszyklus 4. Information und Transparenz 5. Rasches handeln 6. Qualitätskosten 7. Kommunikation Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 34

35 Kontakt Michael Flötotto Finkenweg Emmendingen Tel: +49 (7641) Flötotto Software Engineering 2005 FSE_SystemEntwicklung_SPIQ_JF_V01_051201_MF.ppt, 28. Nov Folie 35