SPES_XT Projekthighlights Sprecher des Verbundvorhabens Heinrich Dämbkes Manfred Broy

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1 SPES_XT Projekthighlights Sprecher des Verbundvorhabens Heinrich Dämbkes Airbus Defense and Space Technische Universität München

2 Vision der SPES Projekte Entwicklung einer integrierten SPES-Referenz-Plattform zur Unterstützung der Lösung wesentlicher Engineering-Herausforderungen in der industriellen Entwicklung von Embedded Systems Konzeptionelle Abbildung der SPES-Methodik auf ausgewählte Anwendungsgebiete Entwicklung von Tools zur Implementierung der Methodik und deren Einbettung in eine Plattform und Servicelandschaft Fokussierung auf die praktische Anwendbarkeit der SPES_XT-Ergebnisse Systematischer Transfer der SPES_XT-Ergebnisse in die industrielle Praxis Projektbegleitende Erprobung der SPES_XT-Ergebnisse in Hinblick auf den Nutzen für die Lösung der betrachteten Engineering-Herausforderungen Unterstützung des Transfers der SPES_XT-Ergebnisse durch die Bereitstellung einer praxisgerechten methodischen Anleitung 2

3 Entwicklungsphilosophie Durchgängige Entwicklung Modellbasiert Werkzeugunterstützt Artefaktorientiert Integrierte Methodik Wissenschaftlich fundiert Anwendungsgebietsübergreifend Anwendung der Methodik in realistischen Fallstudien aus ausgewählten industriellen Branchen 3

4 SPES_XT Software Plattform Embedded Systems SPES_XT ist ein vom BMBF gefördertes Forschungsprojekt zur Entwicklung einer Methodik zur durchgängig modellbasierten Entwicklung von eingebetteten Systemen. Als Nachfolgeprojekt der Innovationsallianz Software Plattform Embedded Systems 2020 ist SPES_XT thematisch an der Professionalisierung des domänenübergreifenden Produktionsprozesses orientiert und zwar hauptsächlich an den klassischen Zielen des Software Engineering Produktivität und Qualität. 21 Partner aus Wirtschaft und Wissenschaft deutschlandweit Projektvolumen: 25,7 Mio Euro, Fördervolumen: 15 Mio Euro 4

5 SPES_XT Partner Industrielle Partner Airbus Operations GmbH Airbus Defense and Space Airbus Group Innovations Audi Electronics Venture Daimler AG Inchron GmbH Itemis AG Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH Pure-Systems GmbH Robert Bosch GmbH Siemens AG Akademische Partner Helmut-Schmid-Universität fortiss GMBH Fraunhofer-Institut für Experimentelles Software Engineering (IESE) Fraunhofer-Institut für offene Kommunikationssysteme (FOKUS) OFFIS e.v. Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen Technische Universität Kaiserslautern Technische Universität München Universität Duisburg-Essen Universität Paderborn 5

6 SPES_XT Projektansatz Der SPES_XT Projektansatz strukturiert sich in 3 Dimensionen: I. SPES_XT Engineering Probleme: Betrachtung domänenübergreifender grundsätzlicher Engineering Probleme in der heutigen Entwicklung von Embedded Systems II. Querschnittthemen (Prinzipien): Sicherstellung der Berücksichtigung zentraler Prinzipien in sämtlichen SPES_XT Ergebnissen, mit Fokus auf: Durchgängigkeit und Integrierbarkeit Praktische Anwendbarkeit Überprüfbarkeit von Qualität und Effizienz der Entwicklung III. Anwendungsdomänen: Betrachtung konkreter anwendungsdomänen-spezifischer Szenarien innerhalb der SPES_XT Use Cases und Berücksichtigung der Spezifika von Anwendungsdomänen in den Querschnittthemen. 6

7 Querschnittsthemen (QT1 QT4) SPES_XT Projektkonzept Engineering Challenges (EC1 EC6) Modularer Sicherheitsnachweis Optimales Deployment Variantenmanagement Mechatronik und Software Vernetzung Validierung in frühen Phasen Methodik durchgängiger modellbasierter Entwicklung Bewertung von Entwicklungsartefakten Werkzeuge und Werkzeugplattform Automatisierung Automotive Avionic Systematische Überführung in die Praxis 7

8 Anforderungen aus den Leitbranchen Leitbranchen: Automatisierungstechnik Automotive Avionik Ergebnis der Anforderungserhebung: Use Cases und daraus abgeleitete Anforderungen 8

9 Requirements Functional Logical Technical Lösungsansatz (vereinfacht) Beispiel Variantenmanagement Artefacts 1. Erweiterung der Modellierungstheorie 1 Variability 2. Durchgängige Methodik, Einbettung in Entwicklungsprozess 3 2 Engineering Artefacts Variability System Subsystem Perspectives Sub-Subsystem Viewpoints Abstraction layers 3. Werkzeugtechnische Umsetzung 4. Fallstudien Requirements Viewpoint Functional Viewpoint Logical Viewpoint Technical Viewpoint Bedatung 9

10 Sichten und Abstraktionsebenen 10

11 Durchgängige Methodik Integrierte Modellierungskonzepte Definierter Zusammenhang und Übergang zwischen Modellierungskonzepten Schnittstellensicht als zentrales Integrationselement Modellierung der Sichten und Abstraktionsebenen Durchgängigkeit durch definierte Übergänge zwischen Sichten: Verfeinerung Nachverfolgbarkeit durch semantische Integration Semantische Beziehungen zwischen Sichten und Modellen Analysemethoden Simulation Validierung auf Basis der Modelle Anwendung der Modellierungskonzepte Modellierungsbaukasten Leitfäden 11

12 Erweiterte Modellierungstheorie Ausgangssituation SPES 2020 Modeling Framework SPES_XT Erweiterungen (Auswahl) - Bruchfreier methodischer Übergang zwischen Systems Engineering und Software Engineering - Explizite Modellierung des Systemkontext über Viewpoints und Abstraktionsebenen hinweg - Bruchfreie Integration der Modellierung spezifischer Systemqualitäten (z.b. Safety, Performance, Realzeitverhalten) - Berücksichtigung der Erfordernisse des Variantenmanagements (Durchgängige Betrachtung von Mengen ähnlicher Systeme 12

13 EC-4 spezifische Erweiterungen EC-1 spezifische Erweiterungen Erweiterung des Meta-Modells Basis-Meta Modell EC-spezifische Erweiterungen kommen aus den Engineering Challenges Integration der Erweiterungen ins MM: Schnittstelle zum Basis Modell Ggfs. Übernahme von Modell-Elementen ins Basis Modell Basis-Meta- Modell 13

14 Bewertung von Modellartefakten Konservierung von Qualitätswissen mit Qualitätsbäumen Angelehnt an Safety Concept Trees Ausführbare Bewertungsmodelle INProVE Werkzeug bewertet unterschiedliche Modelle Qualitätsbäume als Basis der INProVE Datenflussmodelle Vordefinierte Operatoren zur Verfeinerung der Qualitätsbäume Arithmetische & logische Operatoren Schleifen und Mengenoperatoren Fuzzy Logic 14

15 Werkzeugtechnische Umsetzung Gemeinsame Basis (angelehnt an CESAR / Crystal Reference Technology Plattform) Hand in Hand mit SPES Modeling Framework Unterstützen von Interoperabilität und Traceability Ermöglicht: Einfache Integration neuer Werkzeuge Austausch von Werkzeugen Zugriff auf bereits existierende Werkzeugketten (CESAR / Crystal) chronval Doors Matlab YAKINDU Enterprise Architect chronsim Reference Technology Platform pure::variants (beispielhafte) Umsetzung der SPES_XT Konzepte durch Werkzeug(ketten) RTANA Zerg AUTOfocus ORCA x 15

16 EC1 Services EC2 Services EC3 Services EC4 Services EC5 Services EC6 Services SPES_XT Werkzeugplattform Beschreibung / Implementierung (initialer) EC und QT spezifischer Dienste In Enterprise Architekt Basierend auf dem SPES MM und den EC spezifischen Erweiterungen Architekturkonzept erweitert um die Integration von Interoperabilitätstechniken Berücksichtigung von domänenspezifischen und domänenübergreifenden Standards (z.b. OSLC, Functional Mockup Interface, ) EC spezifische Erweiterungen Variant Management Service Traceability Management Service Based on QT1 (Core) Metamodell 16

17 Ziele von SPES XT-C: Überführung in die Praxis 1. Verbesserung des Technologietransfers durch Referenzleitfäden Sammlung von Anforderungen an Leitfäden bei Industriepartnern Ermittlung von zusätzlichen Anforderungen aus der State of the Art Definition einer domänenübergreifenden Referenzstruktur für Leitfäden Definition von Lesergruppen für einzelne Kapitel der Leitfäden Aufstellung von Leitfragen und Definition eines Vorgehens zur Formulierung der Kapitel Erstellen eines Referenzleitfadens Evaluation & Überarbeitung der Handlungsempfehlungen Inhaltsverzeichnis 1 Managementperspektive 1.1 Einsatzgebiete 1.2 Risiken und Herausforderungen 1.3 Einführungs- und Anwendungsaufwand 1.4 Pilotprojekte (optional) 2 Methodenkontext 2.1 Organisatorischer Kontext 2.2 Ablauforientierter Kontext 2.3 Technischer Kontext 2.4 Sozialer Kontext 3 Methodenanwendung 3.1 Vorbedingungen 3.2 Methodisches Vorgehen 3.3 Nachbedingungen 4 Glossar (optional) 5 Literaturverzeichnis (optional) Lesergruppen Manager Koordinator Anwender 2. Kontinuierliche Unterstützung der Evaluation von Projektergebnissen Goal: Sustainability Goal: Collection of integrated modeling techniques Shortened reaction time to changes Vorteile von SPES- Methoden: Improved development flexibility Goal: increase acceptance of the methods Strategy: Implementation of SPES XT-C Platform independence Maintenance support Improved documentation Improved Quality Standartisation Design Support Goal: Raise innovation potential 17

18 SPES_XT Marketplace EC1: Integrierter modularer Sicherheitsnachweis EC2 / EC4: Fahrtspurassistent EC2: Optimierungsmethoden EC3 / EC5: Engineering-Beziehungen und Wiederverwendung am Fallbeispiel Meerwasserentsalzungsanlage EC3: Anwendung der SPES-Modellierungstheorie auf das Fallbeispiel Entsalzungsanlage EC3: Systemverifikation im physikalischen Kontext EC5: Durchgängiges Variantenmanagement EC5: Wiederverwendung im Engineering automatisierter Anlagen EC6: Zeitliche Verifikation EC6: Frühe Validierung von Steuerungssoftware in der Automatisierung am Fallbeispiel Meerwasserentsalzungsanlage QT1: SPES Meta-Modell QT2: Qualitätsbewertung von Modellen QT3: Werkzeugplattform und Traceability QT3: Doors Management System QT4: Leitfäden QT4: Technologietransfer 18