Anforderungsspezifikation am Beispiel von Multikoptern

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1 Anforderungsspezifikation am Beispiel von Multikoptern TU Ilmenau Page 1

2 Ausprägungen von Koptern Copter for inspections Operating temperature and environmental conditions Flight time Automatic operation Reliability and robustness of system Collision avoidance Copter for video making Enhanced stability and wind resistance Position hold Gimbal stabilization Video recording (resolution, format) Komplexität und Kosten Copter as RC-model / toy Robust control Fall-down durability Size and weight Page 2

3 Wdh: allg. Inhalte einer Anforderungsdefinition Identifikation des Systems (Schnittstellen zur Umgebung) Funktionale Anforderungen (Funktionalität der Schnittstellen) Zeitliche und Leistungsanforderungen (Durchsatz, Reaktionszeit, Verzögerung, Jitter, ggf. abhängig von der Last) Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit Qualität (Abwesenheit von Fehlern) Sicherheit (Safety & Security) Plattform (OS, generelle HW) Energieverbrauch Hitzeentwicklung, Wärmeverlust Betriebsumgebung (Temperatur, Schock- und Staubresistenz, etc.) Größe Mechanische Konstruktion und Stabilität Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Wartbarkeit Erweiterbarkeit Support Dokumentation Kosten (Entwicklung, Inbetriebnahme und Betrieb) Fertigstellungsdatum... Page 3

4 Beispiel: Systemspez. ASCTEC Falcon 8 Quelle: Page 4

5 Beispiel: Systemspez. Microdrones md Rate of climb: 7.5 m/s Cruising speed: 12.0 m/s Peak thrust: 118 N Weight: ca. 2,650 g (depending on configuration) Recommended load: 800 g Maximum load: 1,200 g Maximum take-off weight (MTOW): 6,000 g Dimensions: 1,030 mm (from rotor hub to rotor hub) Battery: 6S2P LiPo, 22.2V, 13000mAh Flat core motors: yes CFD optimised propeller: yes Closed carbon housing: yes IP43 protection: yes Temperature: -10 up to 50 C Humidity: max 90% r.h. Wind susceptibility: vibration-free images up to 6m/s Flight range: min. 500m with remote control, with WP up to 20km Service ceiling: 2000m ASL, 4500m ASL - 3-blade carbon rotors necessary Take off altitude: up to 4000m NN (WGS84) Quelle: Page 5

6 Beispiel: Systemspez. Microdrones md Rate of climb: 7.5 m/s Cruising speed: 12.0 m/s => recommended speed? max. speed? Peak thrust: 118 N Weight: ca. 2,650 g (depending on configuration) Recommended load: 800 g Maximum load: 1,200 g Maximum take-off weight (MTOW): 6,000 g Dimensions: 1,030 mm (from rotor hub to rotor hub) Battery: 6S2P LiPo, 22.2V, 13000mAh => flight time would be more interesing Flat core motors: yes => benefit of this? CFD optimised propeller: yes =>??? Closed carbon housing: yes IP43 protection: yes => dust and water protection Temperature: -10 up to 50 C => operation or storage temperature Humidity: max 90% r.h. => operation or storage Wind susceptibility: vibration-free images up to 6m/s => vibration level depends on camera Flight range: min. 500m with remote control, with WP up to 20km => about 25 minutes Service ceiling: 2000m ASL, 4500m ASL - 3-blade carbon rotors necessary Take off altitude: up to 4000m NN (WGS84) Quelle: Page 6

7 Anforderungsspezifikation Ziele der Anforderungsspezifikation: vollständig und eindeutig Freiheitsgrade für Entwickler lassen, insb. wo für Nutzer irrelevant Page 7

8 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Fluggerät Gewicht (einschließlich Akku und Propeller) Diagonale (Einschließlich Propeller) Max. Steiggeschwindigkeit Max. Sinkgeschwindigkeit Max. Fluggeschwindigkeit Max. Höhe über NN Max. Flugzeit Betriebstemperatur GPS-Modus Schwebefluggenauigkeit 1380 g 350 mm 6m/s (Sportmodus) 4m/s (Sportmodus) 20m/s (Sportmodus) 6000 m ca. 28 Minuten 0 bis 40 C GPS/GLONASS Vertikal: +/- 0.1m (bei aktiver optischer Positionsbestimmung) oder +/-0.5m Horizontal: +/- 0.3m (bei aktiver optischer Positionsbestimmung) oder +/-1.5 m Quelle: Page 8

9 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Kamera Sensor Objektiv ISO-Bereich Belichtungszeit 8s bis 1/8000s Max. Bildgröße Standfoto-Modi 1/2.3 Effektive Pixelzahl: 12.4 M FOV ( Sichtfeld ) 94 20mm (entspricht 35mm Format ) f/2.8 Fokus bei (Video) (Foto) Einzelaufnahme Serienbildaufnahmen: 3/5/7 Frames Belichtungsreihe: 3/5 Fokussierte Frames bei Blendenöffnung 0,7 Zeitraffer Quelle: Page 9

10 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Kamera Videoaufzeichnungsarten Max. Bitrate des Videospeichers Unterstützte Dateiformate Foto Quelle: UHD: (4K) 24 / 25p (4K) 24 / 25 / 30p (2.7K) 24 / 25 / 30p FHD: / 25 / 30 / 48 / 50 / 60 / 120p HD: / 25 / 30 / 48 / 50 / 60p 60Mbps FAT32 ( 32GB); exfat (> 32GB) JPEG, DNG (RAW) Video MP4 / MOV ( MPEG 4 AVC / H.264 ) Unterstützte SD-Speicherkarten Betriebstemperatur Micro SD Max. Speicherkapazität: 64 GB. Klasse 10 oder UHS-1 0 bis 40 C Page 10

11 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI App/Live View Mobile App EIRP Spektrale Leistungsdichte Live View Betriebsfrequenz Live View Qualität Latenz Benötigstes Betriebssystem Unterstützte Mobilgeräte DJI GO 100mW 6.9mW/MHz 2.4GHz ISM 30fps (je nach Bedingungen und Mobilgerät) 220ms (je nach Bedingungen und Mobilgerät) ios 8.0 oder höher Android oder höher *Kompatibel mit iphone 5s, iphone 6, iphone 6 Plus, iphone 6s, iphone 6s Plus, ipod touch 6, ipad Pro, ipad Air, ipad Air Wi- Fi + Cellular, ipad mini 2, ipad mini 2 Wi-Fi + Cellular, ipad Air 2, ipad Air 2 Wi-Fi + Cellular, ipad mini 3, ipad mini 3 Wi-Fi + Cellular, ipad mini 4, und ipad mini 4 Wi-Fi + Cellular. *Samsung S5, Note 3, Sony Z3 EXPERIA, Google Nexus 7 II, Google Nexus 9, Mi 3, Nubia Z7 mini, Huawei Mate 8 Quelle: Page 11

12 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Hinderniserkennungssystem Hinderniserkennungsreichweite Betriebsumgebung m Oberfläche mit deutlichen Konturen und ausreichender Beleuchtung (Lux > 15) Gimbal Kontrollierter Bereich Nickwinkel -90 to +30 Stabilisierung Optische Positionsbestimmung Höchstgeschwindigkeit Höhenbereich Betriebsbereich Betriebsumgebung 3 Achsen (Nicken, Rollen, Gieren) 10m/s (2m über dem Boden) 0-10m 0-10m Oberfläche mit deutlichen Konturen und ausreichender Beleuchtung (Lux > 15) Quelle: Page 12

13 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Fernbedienung Betriebsfrequenz Max. Reichweite Betriebstemperatur Akku Strahlungsleistung (EIRP) 2.400GHz bis 2.483GHz FCC Compliant: 5km; CE Compliant: 3.5km (mit Blickkontakt, ohne Störungen ) 0 bis 40 C 6000mAh LiPo 2S FCC: 23dBm; CE: 17dBm Betriebsspannung 7.4V bei 1.2A Mobilgerätehalter Akkuladegerät ( ) Für Tablet-PC oder Smartphone Batterie ( ) Quelle: Page 13

14 Prinzipien und Elemente der Analysemodelle Richtlinien für die Analyse: Verstehe zunächst das Problem! (vor der Erstellung des Analysemodells) Notiere Ursprung und Grund für jede Anforderung Nutze unterschiedliche Sichten auf Anforderungen (Datenmodell, funktionales Modell, Verhaltensmodell) Priorisiere Anforderungen Eliminiere Unklarheiten und Mehrdeutigkeiten Elemente des Analysemodells: Wörterbuch mit Begriffsdefinitionen (Dictionary) Prozessspezifikation (Datenfluss Diagramm) Zustandsdiagramme (Zustandsautomaten) (Daten-)Objekt-Beschreibung (Entity-relationship Diagramm) Funktionale Spezifikation (Sequenzdiagramme) Spezifische Methoden und Werkzeuge existieren für verschiedenste Anwendungen: z.b. Echtzeitysteme, transformatorische Systeme, Steuerungssysteme, Kommunikationsprotokolle bzw. -Systeme, etc. Page 14

15 Geschichte Der Kunde möchte Inspektionen in der chemischen Fabrik durchführen, d. h. den Luftgehalt durch Sensoren analysieren In der Nacht Kollisionsvermeidungssystem Bitte machen Sie eine Analyse! (Problem-, Machbarkeitsanalyse, Anforderungsspezifikation) Anforderungensspezifikation: Identifikation des Systems (Schnittstellen zur Umgebung) Funktionale Anforderungen (Funktionalität der Schnittstellen) Zeit- und Leistungsanforderungen (Durchsatz, Reaktionszeit, Verzögerung, Jitter, ggf. abhängig von der Last) Fehlertoleranz und Zuverlässigkeit Page 15

16 Beispiel: Spezifikation Phantom 4 von DJI Fernbedienung Betriebsfrequenz Max. Reichweite Betriebstemperatur Akku Strahlungsleistung (EIRP) 2.400GHz bis 2.483GHz FCC Compliant: 5km; CE Compliant: 3.5km (mit Blickkontakt, ohne Störungen ) 0 bis 40 C 6000mAh LiPo 2S FCC: 23dBm; CE: 17dBm Betriebsspannung 7.4V bei 1.2A Mobilgerätehalter Akkuladegerät ( ) Für Tablet-PC oder Smartphone Batterie ( ) Quelle: Page 16