Praktikum Automotive Software Engineering: Best Practices

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1 Praktikum Autmtive Sftware Engineering: Best Practices Michael Uelschen, Hchschule Osnabrück Zusammenfassung Die Entwicklung vn Sftware für Steuergeräte (ECU, electrnic cntrl unit) im Fahrzeug unterliegt speziellen Randbedingungen und Vrgehensweisen, die üblicherweise nicht Bestandteil in der einführenden Lehre des Sftware-Engineering sind. Dieser Beitrag untersucht die Frage, inwieweit die spezifischen Ausprägungen des Autmtive Sftware Engineering (ASE) in der Ausbildung Studierender innerhalb eines Mduls vermittelt werden können. Der vrgestellte Ansatz verzichtet bewusst auf den vllständigen Durchlauf aller Phasen im Entwicklungszyklus und setzt stattdessen einen Schwerpunkt auf spezifische Vrgehensweisen und Methden bei der Sftware-Entwicklung im autmbilen Bereich. Einleitung In den flgenden Abschnitten wird zuerst in die Thematik der Steuergeräte-Entwicklung eingeführt und die Bedeutung der Ausbildung im Bereich ASE hervrgehben. Es werden die Unterschiede zum generellen Sftware Engineering herausgestellt. Aus der arbeitsteiligen Vrgehensweise in der Autmbilindustrie leiten sich Lernziele in Frm vn Kmpetenzen für ein, im weiteren Verlauf des Beitrags vrgestelltes, Praktikum an der Hchschule Osnabrück ab. Die Erfahrungen und Bebachtungen während des Praktikums für Mechatrnik- Studierende fließen in Empfehlungen zur Gestaltung einer entsprechenden Lehreinheit ein. Autmtive Sftware Engineering Der Begriff Autmtive Sftware Engineering (Schäuffele und Zurawka, 2012) umfasst Methden, Werkzeuge und Vrgehensprzesse bei der Entwicklung vn Sftware für Steuergeräte im Fahrzeug. Hierbei handelt es sich im Allgemeinen um eingebettete Systeme, die Echtzeitanfrderungen unterliegen. Durch die sftware-gesteuerte Verknüpfung vn Sensrik und Aktuatrik lassen sich vielfältige Steuerungs- und Regelungsaufgaben realisieren. Hierbei gewinnen insbesndere Fahrerassistenzsysteme wie Parkassistent, Spurwarner der adaptive Lichtregelungen zunehmend an Bedeutung (Winner et al., 2012). Neben dem Entwurf neuer und der Verbesserung vrhandener Fahrfunktinen ist die Integratin vn Inftainment und Multimedia-Anwendungen eine wachsende Aufgabe des ASE. An der Schnittstelle zwischen der klassischen Autmbilelektrnik auf der einen und der Knsumgüterindustrie auf der anderen Seite entstehen zahlreiche neue Herausfrderungen, die als Innvatin Cycle Dilemma bezeichnet werden (Lucke et al., 2007). Aufgrund der vielfältigen Fahrerinfrmatins- und assistenzsysteme gewinnt die Entwicklung einer geeigneten Fahrer-Fahrzeug-Schnittstelle an Bedeutung, um Infrmatinen situatinsabhängig unter Minimierung möglicher Ablenkungen bereitzustellen. Die Entwicklung multimdaler Mensch- Maschine-Schnittstellen für den Einsatz im Fahrzeug ist Gegenstand aktueller Frschung und Entwicklung (Pfleging et al., 2014). Abb. 1: Kmplexität eines Fahrzeugs Treiber und Herausfrderungen Bry zeichnet in (Bry, 2006) die evlutinären Schritte bei der Sftware-Entwicklung im Fahrzeug in den letzten 30 Jahren nach. Insbesndere durch die Einführung vn fahrzeugspezifischen Netzwerken führen die bis zu 100 verteilten Steuergeräte innerhalb eines Autmbils mehrere tausend 65

2 Funktinen aus. Mderne Fahrzeuge enthalten Sftware bis zu 100 Millinen Cdezeilen (Mössinger, 2010). Abbildung 1 zeigt die zunehmende Kmplexität im Fahrzeug (Frtiss, 2011). Zusätzlich ist die tatsächliche Kmplexität skizziert, die nicht aufgrund vn Funktinalitäten, sndern durch Architektur- und Entwurfsentscheidungen entsteht. Ein Ende dieser Entwicklung ist zurzeit nicht absehbar. Hierbei sind die Herausfrderungen im Bereich der Elektrmbilität und der unterschiedlichen Stufen des autnmen Fahrens wesentliche technlgische Treiber. Nach Schäuffele und Zurawka ist das Autmbil zum technisch kmplexesten Knsumgut gewrden. In (Pretschner et al., 2007) sind die vielfältigen Herausfrderungen des ASE zusammengefasst, die teilweise auch in anderen Dmänen außerhalb der Autmbilindustrie existieren. Bedeutung Aufgrund der zunehmenden Wertschöpfung im Fahrzeug durch Sftware (Weinmann, 2003), nimmt eine systematische Vrgehensweise bei der Entwicklung vn Steuergeräten einen zunehmenden Stellenwert ein. Die Autmbilindustrie ist einer der wichtigsten Industriezweige in Deutschland. Die größten Autmbilhersteller und zulieferer haben hier ihren Standrt (insbesndere aber nicht nur in Baden- Württemberg und in Bayern) und sind interessante Arbeitgeber für Ingenieure und Infrmatiker. Zusätzlich gibt es eine sehr grße Anzahl vn, i.allg. unbekannten, klein- und mittelständischen Unternehmen (hidden champins), die wichtige Kmpnenten entwickeln der fertigen. Eine Berücksichtigung in der Ausbildung Studierender reflektiert smit die industrielle Relevanz und entspricht smit dem Anspruch einer praxisnahen Berufsvrbereitung. Neben der Entwicklung vn Persnen- und Lastkraftfahrzeugen entsteht inzwischen ein weiterer, eigenständiger Bereich innerhalb der ASE. Durch die frtschreitende Industrialisierung in der Landwirtschaft findet zunehmend die Entwicklung vn Steuergeräten in der Landmaschinentechnik statt. Diese übernehmen nicht nur reine Fahrfunktinen, sndern autmatisieren agrar-spezifische Przesse. Einige der weltgrößten Unternehmen der Landtechnik sind in der Regin Osnabrück und Nrdwestdeutschland ansässig, u.a. Krne, Amazne, Grimme und Claas. Abb. 2: Hierarchie der Autmbilzulieferer Arbeitsteilige Entwicklung Die Entwicklung vn Fahrzeugen, nicht nur der Steuergeräte, wird sehr stark durch Autmbilzulieferer getrieben. Abbildung 2 zeigt hierbei eine dreistufige Hierarchie, bei der an der Spitze der Autmbilhersteller (OEM, Original Equipment Manufacturer) als Auftraggeber steht. Die einzelnen Zulieferer rdnen sich in die Schichten Tier 1 bis Tier 3 ein, wbei Unternehmen, die der beren beiden Schichten angehören, üblicherweise eine eigene Fertigung unterhalten. Entwicklungsdienstleister finden sich in der dritten Schicht wieder. Der OEM beauftragt einen Zulieferer, für eine bestimmte Funktinalität ein Steuergerät entsprechend den Vrgaben eines Lastenheftes zu entwickeln. Der zeitliche Entwicklungsrahmen wird durch den Termin des Neuanlaufs eines Fahrzeugs bestimmt. Aufgrund hher Umsatzausfälle, die schnell die Millineneurgrenze erreichen, ist eine Verschiebung vn Neuanläufen ausgeschlssen, beispielsweise aufgrund fehlerhafter Sftware. Zur Absicherung der Terminplanung und der Risikminimierung setzt der OEM häufig auf einen zweiten Anbieter (secnd surce). Aufgrund dieses Vrgehens erflgt die Entwicklung vn Steuergeräten hchgradig parallel swie räumlich getrennt bei unterschiedlichen Zulieferern. Da das neue Fahrzeug erst zu einem sehr späten Zeitpunkt im Entwicklungsprzess zur Verfügung steht, ist ein nicht unerheblicher Aufwand ntwendig, um das umgebene System in frühen Phasen zu simulieren. Vernetzung Bei dieser sehr arbeitsteiligen Vrgehensweise in der Autmbilindustrie ist es wichtig, dass die Schnittstellen der kmmunizierenden Steuergeräte 66

3 zu einem sehr frühen Zeitpunkt im Entwicklungsprzess definiert sind. Die Kmmunikatin, der an die verschiedenen Netzwerke (LIN, CAN, FlexRay, Ethernet) angeschlssenen Kmpnenten, ist nachrichtenbasiert. Ein Nachrichtenkatalg beschreibt die nach außen sichtbare Funktinalität eines Netzkntens (Zimmermann und Schmidgall, 2014). Die Nachrichten verändern den inneren Zustand eines Steuergeräts, s dass die Mdellierung des Verhaltens neben der reinen Funktinsentwicklung einen wesentlichen Schwerpunkt bildet. Die Entwicklung gliedert sich hierbei in mehreren Stufen: zuerst wird das zu entwickelnde Steuergerät swie die beteiligten Netzknten simuliert. Danach wird das betreffende Steuergerät durch eine reale Kmpnente ersetzt (Restbussimulatin). Im letzten Schritt wird das Steuergerät mit anderen realen Kmpnenten im Fahrzeug verbaut und anschließend erprbt. Generelles Sftware Engineering Im flgenden Abschnitt wird auf weitere Unterschiede eingegangen, die einen direkten Einfluss auf die Sftware-Entwicklung haben. Grundsätzlich werden im ASE dieselben Aspekte und Phasen wie im generellen Sftware Engineering betrachtet (siehe beispielsweise in (Smmerville, 2012)). Viele Methden lassen sich auf die ECU- Entwicklung übertragen. Neben der Anwendungsdmäne, als den vielfältigen Fahrfunktinen, ergeben sich Unterschiede u.a. aufgrund weiterer Randbedingungen: Hher Ksten- und Wettbewerbsdruck beeinflusst Entwurfsentscheidungen (beispielsweise geringe Przessrleistung und Speicherkapazität). Unterschiedliche Klimaznen führen zu rauen Umgebungssituatinen, auf die Hardware und Sftware reagieren müssen. Lange Prduktzyklenzeiten stellen hhe Anfrderungen an das Knfiguratinsmanagement swie an die Kmpatibilität (siehe hierzu (Ritter, 2004)). Es existiert eine Reihe vn Branchenstandards, u.a. im Bereich der Entwicklungs- swie Qualitätsverbesserungsprzesse, der Werkzeuge swie der Architekturentwürfe: Die Sftware im Fahrzeug unterliegt zunehmend strengen Sicherheitsanfrderungen, die knfrm zu ISO entwickelt werden muss (Gebhardt et al., 2013). Die Anstrengungen zur Qualitätsverbesserung rientieren sich an CMMI (Chrissis et al., 2011) der Autmtive SPICE (Höhn et al., 2009). Das AUTOSAR-Rahmenwerk definiert den grundsätzlichen Aufbau vn autmbilen Sftware-Anwendungen im Fahrzeug (Schäuffele und Zurawka, 2012). Das Vrgehensmdell flgt in der Autmbilindustrie dem V-Mdell. Dieses wird um mehrere Iteratinen der Musterstände A bis D ergänzt, wbei das D-Muster den Serienstand und smit den Abschluss im Entwicklungsprzess darstellt. Agile Methden werden bisher erst sehr wenig eingesetzt. Die Sftware-Entwicklung im autmbilen Bereich ist zunehmend mdellbasiert und wird durch eine Reihe vn prprietären Werkzeugen unterstützt. Grundlagen Für die ASE-Lehre bilden neben Prgrammierkenntnissen in der Sprache C/C++ die flgenden Themenbereiche die Grundlage: Regelungs- und Steuerungstechnik: Beschreibung kntinuierlicher Systeme Eingebettete Echtzeitsysteme Ereignisbasierte und reaktive Systeme Zustandsmaschinen beschreiben das dynamische Verhalten Verwendung vn Mikrcntrllern mit Peripherie Weiche und harte Echtzeitanfrderungen Betriebssysteme: Berücksichtigung zeitlicher Anfrderungen durch priritätenbasiertes Scheduling Verteilte Systeme Tplgie/Gateway-Funktinalität Echtzeitfähigkeit Nachrichtenbasierte Kmmunikatin Möglichkeiten in der Lehre Einige Hchschulen in Deutschland bieten einen spezialisierten Master-Studiengang im Bereich Autmtive Sftware Engineering an, u.a. die Universität Chemnitz und die Technische Universität München. Die Hchschule Landshut bietet einen Bachelr-Studiengang Autmbilinfrmatik an. In vielen anderen fahrzeugspezifischen Studiengängen an Hchschulen in Deutschland ist die Belegung eines Mduls ASE verpflichtend der kann aus dem Wahlpflichtkatalg ausgewählt werden. Auch fächerübergreifende Studiengänge bieten eine verstärkte Kmpetenzbildung im Bereich Autmtive Sftware an (beispielsweise Wirtschaft- 67

4 singenieurwesen Autmtive an der Bergischen Universität Wuppertal). Dieser Beitrag skizziert ein Praktikum, welches einige Aspekte des ASE vermittelt. Die inhaltlichen Anfrderungen benötigen ein entsprechendes Vrwissen, s dass in erster Linie Bachelr- Studierende im letzten Studienjahr als Teilnehmer in Frage kmmen. Beschreibung des Mduls Im flgenden Abschnitt wird das Praktikum mit der begleitenden Vrlesung vrgestellt und die zu vermittelnden Kmpetenzen abgeleitet. Teilnehmer Das Praktikum ist Bestandteil des Mduls Embedded Systems und Sftware Engineering für Studierende im sechssemestrigen Studiengangs Mechatrnik an der Hchschule Osnabrück. Das Mdul im fünften Fachsemester besteht aus einer Vrlesung (2 SWS) und einem begleitenden Praktikum (2 SWS) und entspricht 5 Leistungspunkten nach ECTS. Der Mechatrnik-Studiengang an der Hchschule Osnabrück ist nicht anwendungsspezifisch und in der Ausbildung breit angelegt. Aufgrund der eingangs beschriebenen Bedeutung der Autmbilindustrie in der Regin Osnabrück werden Vrgehensweisen, Werkzeuge und Methden praxisnah vermittelt. Lernziele Aufgrund des Zeitrahmens verzichtet das Praktikum auf den vllständigen Durchlauf aller Phasen im Sftware-Entwicklungsprzess. Stattdessen werden einzelne Schwerpunkte gesetzt, die sich aus dem spezifischen autmbilen Vrgehen ergeben. Die nachflgende Definitin vn Lernzielen anhand vn Kmpetenzfeldern rientiert sich an der Darstellung vn (Böttcher und Thurner, 2011). Sachkmpetenz Die Studierenden lernen das Vrgehensmdell in der Autmbilindustrie kennen. Hierbei werden aufgrund der arbeitsteiligen Fahrzeugentwicklung die abgeleiteten Knsequenzen verdeutlicht. Neben einer integrierten Entwicklungsumgebung für das eingebettete System (µvisin, Fa. Keil) wird ein Werkzeug zur Mdellierung verteilter Systeme vn Steuergeräten vermittelt. Dieses Werkzeug (CANe, Fa. Vectr) kann in unterschiedlichen Phasen (u.a. im Entwurf, Simulatin, Test) des Entwicklungsprzesses eingesetzt werden. Methdenkmpetenz Das Praktikum sll insbesndere das Denken in Schnittstellen als Methde zur Abstraktin und zur Mdularisierung fördern. Die Betrachtung der einzelnen Steuergeräte als Black Bx macht die Funktinalität an einer Schnittstelle sichtbar und vermeidet den Blick auf interne Details der Abläufe in frühen Phasen der Entwicklung. Dieser Ansatz reduziert die Kmplexität und lässt dadurch grße Sftware-Systeme handhabbar werden. Als zweiten Ansatz zur Reduzierung der Kmplexität sll das Denken in Zustandsmaschinen, das Beschreiben vn Verhalten, vertieft werden. Während Schnittstellen im Allgemeinen nur eine statische Sicht auf eine Kmpnente der System beschreiben, ist für ein vllständiges Verständnis die dynamische Sicht entscheidend. Zustandsdiagramme ggfs. in Kmbinatin mit Sequenzdiagrammen sind durch die Studierenden hierbei einzusetzen. Szialkmpetenz Die arbeitsteilige Entwicklung wird im Praktikum nachgestellt. Hierzu entwickeln mehrere Teams unterschiedliche Steuergeräte, die gemeinsam in ein Fahrzeug integriert werden. Da die Abnahme des Praktikums hierbei nur als Ganzes erflgt, sind die Studierenden aufgefrdert, über die eigenen Teamgrenzen hinweg ffene Punkte anzusprechen und Lösungen gemeinsam zu erarbeiteten. Hierbei bilden die Schnittstellen üblicherweise die Reibungspunkte in der Zusammenarbeit. Zudem müssen die Teams sich zeitlich krdinieren, um gemeinsame Tests und Erprbungen durchzuführen. Vrlesung Nicht alle der vrgenannten Grundlagen können in diesem Bachelr-Mdul vrausgesetzt werden und sind daher Bestandteil des ersten Teils der begleitenden Vrlesung. Die Schwerpunkte sind neben dem grundsätzlichen Aufbau vn Echtzeitsystemen hierbei: Hardware-nahe Sftware-Entwicklung und Betriebssysteme (Scheduling-Verfahren swie Zugriff auf gemeinsame Ressurcen). Um die Studierenden auf die Bedeutung der Autmbilindustrie in Deutschland hinzuführen, beginnt der zweite Teil mit einem Exkurs zum Thema Technlgien Made in Germany. Hierbei werden exemplarisch die Errungenschaften und Erfindungen vn Werner vn Siemens (Dynamelektrisches Prinzip, 1867), Rbert Bsch (Zündkerze, 1902) und Knrad Zuse (prgrammgesteuerter Rechner, 1941) vrgestellt. Hieran schließt sich eine Frage zur Aktivierung der Studierenden an: Was sind aus Ihrer Sicht die wichtigsten Erfindungen aus Deutschland der letzten 30 Jahre? Nur wenige der Studierenden haben hierzu eine eigene Vrstellung. Offensichtlich sind die meisten Technlgien wie Suchmaschinen, sziale Netzwerke der mderne Mbiltelefne vn amerikanischen Unternehmen erfunden und entwickelt wrden. Nur wenigen Studierenden fällt spntan das 68

5 in Deutschland entwickelte MP3-Frmat (Karlheinz Brandenburg, 1987) ein. Dass das Cntrller Area Netwrk der abgekürzt CAN (Siegfried Dais und Uwe Kiencke, 1985) eine deutsche Technlgie ist, die inzwischen in jedem Fahrzeug weltweit eingesetzt wird, ist den Studierenden unbekannt. In den nachflgenden Lehreinheiten werden die CAN-Bus Grundlagen vermittelt und smit die Vraussetzungen für das Praktikum geschaffen. Abb. 4: Arbeitsteilige Entwicklung im Praktikum Abb. 3: Erweitertes Mdellfahrzeug mit CAN Praktikum und Aufgabenstellung Eine vllständige Funktinsentwicklung eines Steuergerätes ist aufgrund der zur Verfügung stehenden Zeit und der erfrderlichen Vraussetzungen nicht Schwerpunkt des Mduls. Stattdessen wird ein einfaches Beleuchtungssystem (Blinker, Fahrlicht, etc.) als anschauliches Beispiel eingesetzt. Dieses bietet den Vrteil, dass die Anfrderungen einfach darzustellen sind, da viele der Studierenden einen Führerschein und ggfs. ein eigenes Fahrzeug besitzen. Abbildung 3 zeigt das im Praktikum eingesetzte Mdellfahrzeug (Leg Super Car 8070). Dieses um eine Lichtsteuerung swie eine Mtransteuerung für die Fahrertür erweitert wrden. Der dargestellte Mikrcntrller empfängt über den CAN-Bus Nachrichten zur Ansteuerung swie versendet peridisch Sensrdaten (Helligkeit). Insgesamt sind 6 Steuergeräte in einer vereinfachten Ausbaustufe in einem Fahrzeug zu integrieren: Bedieninstrument Getriebe ABS (Bremse) Zentralverriegelung Zündschlss Licht Die zuletzt aufgeführten ECU werden als Simulatin bzw. als eingebettetes System für das Mdellfahrzeug vrgegeben. In Abbildung 4 ist der vll- ständige Praktikumsaufbau skizziert. An einem gemeinsamen CAN-Bus ist das Leg Super Car 8070, die CANe-Simulatin für das Zündschlss und 4 weitere Steuergeräte angeschlssen, die das Bedieninstrument, die Zentralverriegelung und das Getriebe swie die Bremse realisieren. Abb. 5: Anwendungsfälle für Bedieninstrument Die Phase der Anfrderungsanalyse im Entwicklungsprzess wird durch Vrgabe vn Anwendungsfällen (siehe Abbildung 5) und textuellen Beschreibungen verkürzt. Nichtsdesttrtz ergeben sich Spielräume in der Ausgestaltung der Lichtfunktinen (beispielsweise Abschaltung des Abblendlichtes während Fernlicht). Aus den vrgegebenen Anfrderungen haben die einzelnen Teams das entsprechende Steuergerät zu entwickeln. Die Realisierung erflgt in vier Phasen entsprechend dem in der Autmbilindustrie angewendeten Vrgehen: 1. Vllständige Simulatin: die grundsätzliche Funktinsweise des zu entwickelnden 69

6 Steuergeräts wird überprüft und die Interaktin mit dem Leg Super Car 8070 getestet (siehe Abbildung 6). 2. Reales Steuergerät mit simulierter Umgebung: die Simulatin des zu entwickelnden Steuergeräts wird durch eine Implementierung auf einem eingebetteten System ersetzt. 3. Reale Steuergeräte (hne Simulatin): die simulierte Umgebung wird durch das Fahrzeug (Steuergerät für Beleuchtung und Tür) swie durch weitere Steuergeräte ersetzt. Die Zündung wird weiterhin über CANe simuliert. 4. Diagnse: Die Funktinalität des Steuergerätes wird um Möglichkeiten zur Diagnse erweitert. Hierbei wird in Abhängigkeit des Steuergerätes auf Anfragen des Diagnsetesters geantwrtet. Aus den Lernzielen abgeleitet beschränkt sich die durchgeführten Praktikumsversuche auf der Vrstellung swie der Vertiefung nachflgender Aspekte: Die Beschreibung vn Verhalten durch Zustandsmaschinen; hierbei entstehen auch verteilte Zustandsmaschinen, da der Systemzustand nicht zentral sndern verteilt in den einzelnen Netzknten vrliegt. Durch das Zusammenspiel vn jeweils drei Teams ergibt sich eine arbeitsteilige Entwicklung der Steuergeräte. Entwurf vn Schnittstellen und die Umsetzung vn Nachrichten für den CAN-Bus. Entwurfsprzess: vllständige Simulatin der Netzknten, Kmbinatin aus einer Zielhardware und der Restbussimulatin und gemeinsame Integratin aller Steuergeräte. Die Fkusbestimmung macht einen Auswahlprzess ntwendig, der auch die Vraussetzungen der Studierenden berücksichtigt. S kann beispielsweise bei Infrmatikern der Schwerpunkt eher auf der Mdellierung vn Sftwarekmpnenten, bei Ingenieuren ggfs. eher im Bereich der Steuerungsund Reglungstechnik liegen. Abb. 6: Mdellierung und Simulatin mit CANe Durch die detaillierte Vrgabe der Anfrderungen können die Studierenden eine manuelle Verifikatin in den unterschiedlichen Phasen ihrer Sftware- Entwicklung durchführen. Zusätzlich werden simulierte Kmpnenten bereitgestellt, s dass Tests teilautmatisiert werden können. Erfahrungen und Empfehlungen Die flgenden Abschnitte fassen die Bebachtungen und Erfahrungen zusammen. Hieraus lassen sich Empfehlungen für ähnliche Praktika ableiten. Knzentratin auf wenige Aspekte Ein häufiger Ansatz in der Lehre als auch in der Literatur ist die Vrstellung vn verschiedenen Entwicklungsprzessen, vm Wasserfallmdell, iterative Ansätzen, V-Mdell der agilen Ansätzen. Hierbei werden die einzelnen Phasen vertieft. Oftmals werden zusätzlich bestimmte Methden, beispielsweise zur Mdellierung in UML vn Sftware, miteingeführt. Abb. 7: Zustandsmaschine für Blinker Abbildung 7 gibt beispielhaft die Zustandsmaschine für den Blinker mit einer autmatischen Abschaltung wieder. Die Studierenden erlernen aus einer textuellen Anfrderungsbeschreibung das Verhalten zu mdellieren. Ausgehend vn einfachen Zustandsmaschinen werden weiterführende Methden (Hierarchie und Histrie) vermittelt, s 70

7 dass kmplexe Verhaltensmuster angemessen dargestellt werden können. Dsierter Einsatz vn Werkzeugen Besnders in der mdellbasierten Entwicklung im autmtiven Umfeld existiert eine Reihe vn sehr spezialisierten Werkzeugen. Ohne den Werkzeugeinsatz ist beispielsweise eine Sftware Entwicklung für AUTOSAR-kmpatible Kmpnenten nicht denkbar. Die flgenden Nachteile ergeben sich hieraus: Die Werkzeuge bieten im Allgemeinen keinen Lernmdus.ä. an und rientieren sich an den knkreten Aufgaben in der beruflichen Praxis. Ein pädaggischer Einstieg ist nicht möglich. Die graphische Bedienschnittstelle ist stark technisch ausgerichtet und rientiert sich an den Belangen der Industrie (Expertenwissen). A fl with a tl is still a fl: Aufgrund der Abstraktin, die Werkzeuge bei der Entwicklung einführen, verlieren Studierende Transparenz in ihrem Vrgehen. Knsequenzen bleiben unklar. Bei Fehlern funktiniert etwas nicht und eine Ursachensuche findet dann nicht statt. Ein Zwiespalt in der Ausbildung: zum einen sllen Studierende Methden und Kmpetenzen erlernen und nicht zum Werkzeugbediener ausgebildet werden. Zum anderen sll praxisnah und berufsbefähigend ausgebildet werden. Hierzu gehören s dann auch Kenntnisse slcher industriellen Werkzeuge. Schn der zeitliche Aufwand steht einem verstärkten Einsatz vn Werkzeugen im Wege. Viele Werkzeughersteller bieten 3-5 tägige Schulungen zu Ihren Prdukten an. Diese entspricht ungefähr dem Umfang einer vllständigen 2 SWS Veranstaltung. In dem vrliegen Mdul werden neben einer integrierten Entwicklungsumgebung (im Wesentlichen nur zum Editieren und zum Übersetzen) ein weiteres Werkzeug CANe eingesetzt, welches es ermöglicht, einen typischen Entwicklungszyklus im Autmtive Sftware Engineering zu durchlaufen. Verwendung vn physischen Mdellen Ein immer wieder nicht zu unterschätzender Faktr ist die Benutzung vn physischen Mdellen in der Ausbildung vn Studierenden. Dieser psitive Effekt auf die Mtivatin der Studierenden wird auch anderweitig bebachtet (Uelschen und Eikerling, 2011). In dem Praktikum werden keine realen Steuergeräte der Fahrzeugkmpnenten entwrfen, sndern dieses wird durch ein Leg-Technik Mdell (siehe Abbildung 8) in sehr einfacher Weise ersetzt. Obwhl die Entwicklung und der Test auch vllständig auf dem Desktp-Rechner in einer Simulatin erflgen können, hat der Einsatz vn haptischen Mdellen Vrteile: Die Studierenden werden aus ihrer Lebenswelt abgehlt. Sie haben die Mdelle in Ihrer Jugendzeit in einer anderen Umgebung kennengelernt. Reale Mdelle sind weniger abstrakt als simulierte Anzeigen auf dem Bildschirm und verdeutlichen den Studierenden einen Einsatz in der Praxis. Das in (Nazareth und Wurm, 2013) verwendete Mdellfahrzeug im Maßstab 1:18 wird als Plattfrm zur mdellbasierten Entwicklung eingesetzt. Im Wintersemester 2014/15 ist ein weiteres Fahrzeugmdell im Praktikum eingesetzt wrden (siehe Abbildung 9), welches teilweise eine alternative Funktinsweise zur Beleuchtung realisiert (beispielsweise autmatische Rückstellung der Blinker bei Geradeausfahrt). Zudem ist die Ansteuerung der LEDs platzsparend auf der Basis Arduin mit CAN-Shield realisiert. Abb. 8: Physisches Lichtmdell auf Basis Leg Abb. 9: Alternativ eingesetztes Lichtmdell 71

8 Fazit Der vrliegende Beitrag zeigt, wie spezifische Aspekte des Autmtive Sftware Engineering in einem Bachelr-Mdul integriert werden können. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der arbeitsteiligen Entwicklung, den Entwurf vn Schnittstellen und der dynamischen Mdellierung mit Zustandsmaschinen. Bei der Entwicklung vn Steuergeräten zu Ausbildungszwecken kann im Allgemeinen nicht auf reale Kmpnenten der Autmbilindustrie zurückgegriffen werden, da die Schnittstellen nicht öffentlich und ntwendige Infrmatinen beim OEM nicht erhältlich sind. Stattdessen muss auf einfache Mdelle zurückgegriffen werden. Das Praktikum ist in der vrgestellten Weise inzwischen dreimal erflgreich durchgeführt wrden. Zukünftig sll die Verifikatinsphase vertieft werden, da sich herausgestellt hat, dass ein systematischer Test bei den Studierenden insbesndere in den ersten Phasen verkürzt wird. Das Praktikum bietet zudem zahlreiche Möglichkeiten zur Erweiterungen. Zur Vertiefung vn Zustandsmaschinen kann beispielsweise das Netzmanagement in die Aufgabenstellung integriert werden. Die Anfrderungsanalyse ist durch die Vrgabe vn knkreten Anwendungsfällen im aktuellen Praktikum stark verkürzt. Alternativ besteht die Möglichkeit, die Anfrderungen aus der Straßenverkehrsrdnung durch die Studierenden ableiten zu lassen. Literatur Böttcher, A., Thurner, V. (2011): Kmpetenzrientierte Lehre im Sftware Engineering. In: Ludewig, J., Böttcher, A. (Hrsg.), Sftware Engineering im Unterricht der Hchschulen (SEUH), München, CEUR Wrkshp Prceedings Vl. 695, S Bry, M. (2006): Challenges in Autmtive Sftware Engineering. In: Prceedings f the 28th Internatinal Cnference n Sftware Engineering (ICSE '06), ACM, S Chrissis, M., Knrad, M., Shrum, S. (2011): CMMI fr Develpment: Guidelines fr Prcess Integratin and Prduct Imprvement, 3 rd editin, Addisn-Wesley. Frtiss (2011): Mehr Sftware (im Wagen). Abschlussbericht des vm Bundesministerium für Wirtschaft und Technlgie geförderten Verbundvrhabens ecar-ikt-systemarchitektur für Elektrmbilität. Gebhardt, V., Rieger G., Mttk, J., Gießelbach C. (2013): Funktinale Sicherheit nach ISO 26262: Ein Praxisleitfaden zur Umsetzung, dpunkt. Höhn, H., Sechser B., Dussa-Zieger K., Messnarz, R., Hindel B. (2009): Sftware Engineering nach Autmtive SPICE, dpunkt. Lucke, H., Schaper, D., Siepen, P., Uelschen, M., Wllbrn, M. (2007): The Innvatin Cycle Dilemma. In: Kschke, R., Herzg, O., Rödiger, K.-H., Rnthaler, M. (Hrsg.), INFORMATIK 2007, Band 2, S Mössinger, J. (2010): Sftware in Autmtive Systems. In: Sftware, IEEE, S Nazareth, D., Wurm, C. (2013): Mdellbasierte Entwicklung einer Lichtsteuerung für ein Rapid Prttyping System. In: Halang, W. (Hrsg.), Kmmunikatin unter Echtzeitbedingungen, Springer, S Pfleging, B., Schneegass S., Kern, D., Schmidt, A. (2014): Vm Transprtmittel zum rllenden Cmputer Interaktin im Aut. In: Infrmatik Spektrum, GI, S Pretschner, A., Bry, M., Krüger, I., Stauner, T. (2007): Sftware Engineering fr Autmtive Systems: A Radmap. In: Future f Sftware Engineering 2007, IEEE, S Ritter, S. (2004): Sftware auf der Straße: Herausfrderungen des Sftware-Engineering in der Autmbilindustrie. In: Objektspektrum, 4, S Schäuffele, J., Zurawka, T. (2012): Autmtive Sftware Engineering: Grundlagen, Przesse, Methden und Werkzeuge effizient einsetzen, 5. Auflage, Springer. Smmerville, I., (2012): Sftware Engineering, 9. Auflage, Pearsn. Uelschen, M., Eikerling, H.-J. (2011): An Intrductry Curse n Sftware Engineering n Self- Organizatin in Swarm Rbtics. In: Prceedings f the 24th Cnference n Sftware Engineering Educatin and Training (CSEE&T), IEEE, S Weinmann, U. (2003): Sftware im Autmbil Anfrderungen und Chancen. In: Siedersleben, J., Weber-Wulff, D. (Hrsg.), Sftware Engineering im Unterricht der Hchschulen (SEUH), dpunkt Verlag, Heidelberg, S Winner, H., Hakuli, S., Wlf, G. (2012) (Hrgs.): Handbuch Fahrerassistenzsysteme, 2. Auflage Springer. Zimmermann W., Schmidgall R. (2014): Bussysteme in der Fahrzeugtechnik, 5. Auflage, Springer. 72

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