MBEES Research Abstract Ein Framework zur automatisierten Ermittlung der Modellqualität bei eingebetteten Systemen

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1 MBEES Research Abstract Ein Framework zur automatisierten Ermittlung der Modellqualität bei eingebetteten Systemen Jan Scheible (jan.scheible@daimler.com) Daimler AG Group Research and Advanced Engineering GR/PSS / Modellbasierte Entwicklung /

2 2 Inhalt Problemstellung Lösungsansatz Prototyp Zusammenfassung und Ausblick

3 3 Problemstellung Ausgangssituation - Automobilindustrie verwendet verstärkt Modellbasierte Softwareentwicklung - Umfang der Modelle wird immer größer - Beispiel eines großen Matlab Simulink-Modells aus dem PKW-Bereich: - ca Blöcke Subsysteme - Subsystemhierarchie mit 16 Ebenen - hoher Zeitdruck in der Entwicklung - Entwickler haben trotz höherer Abstraktionsebene viele Freiheiten viele Möglichkeiten für potentielle Fehler

4 4 Inhalt Problemstellung Lösungsansatz Prototyp Zusammenfassung und Ausblick

5 5 Lösungsansatz Beschreibung - automatisierte Ermittlung der Modellqualität - Ermittlung eines Ist-Stands - abschließende Bewertung der Modellqualität - Handlungsempfehlungen zur Verbesserung der Modellqualität auf Basis der Qualitätsbewertung

6 6 Modellqualität Wann hat ein Modell eine hohe Qualität? - Kriterien mit positivem Einfluss auf gewünschte Faktoren (z.b. Wartbarkeit, Lesbarkeit oder Robustheit) sind vorhanden - Modell erfüllt alle Kriterien hohe Qualität - alle Kriterien sind von Interesse, die einen Rückschluss auf gewünschte Faktoren zulassen

7 7 Qualitätsmodell (1/3) Wie kann die Modellqualität objektiv erfasst werden? Mit Hilfe eines Qualitätsmodells: gewünschte Eigenschaft für qualitativ hochwertige Modelle Kriterien sind Indikatoren für die gewünschte Eigenschaft Metriken prüfen das Vorhandensein der Kriterien

8 8 Qualitätsmodell (2/3) Wie sieht das instanzierte Qualitätsmodell aus? Auszug aus dem instanzierten Qualitätsmodell

9 9 Qualitätsmodell (3/3) - Auswirkung des Kriteriums Angemessener Umfang auf die Verständlichkeit Modellqualität Verständlichkeit Angemessener Umfang #Subysteme #Blöcke Schnittstellenbreite Auszug aus dem instanzierten Qualitätsmodell Darstellung der Hierarchie eines Simulink-Modells als Tree Map

10 10 Modellmetriken Wie kann die Erfüllung der Kriterien gemessen werden? - Modellmetriken messen auf den Modellen - ihre Aufgabe ist, die Erfüllung von Qualitätskriterien zu messen - Eigenschaften der Metriken - direkt/indirekt - primitiv/berechnet - Minimal- und Maximalwert - Typ (atomar, akkumulierend, arithmetisches Mittel) - Priorität (1 = normal, 2 = hoch) ein Kriterium ist erfüllt, wenn alle Messwerte seiner Metriken innerhalb ihrer Minimal- und Maximalwerte liegen

11 11 Modellqualitätsbewertung Wie wird die Modellqualitätsbewertung gebildet? 1. Problemgröße definieren, um Minimal- und Maximalwerte der Metriken anzupassen - z.b. Anzahl der Anforderungen für ein Modell 2. Berechnung pro Faktor - Gewichten der Metriken: Modellqualität Faktor 75% gewicht i prioritäti, = 0, sonst. - Erfüllungsgrad des Faktors: erfüllungsgrad = i i falls min messwert max, gewicht priorität i i Metrik 1 (Priorität 1) [0 <= 20 <= 60] gewicht 1 = 1 Kriterium 1 Metrik 2 (Priorität 1) [4 <= 32 <= 8] gewicht 2 = 0 die Qualitätsbewertung ist ein n-tupel (n ist die Anzahl der Faktoren) Kriterium 2 Metrik 3 (Priorität 2) [4 <= 12 <= 20] gewicht 3 = 2

12 12 Handlungsempfehlungen Wie kann die Qualität der Modelle verbessert werden? - Handlungsempfehlungen für nicht erfüllte Kriterien - können Messwerte als Orientierungshilfe verwenden (z.b. Subsysteme mit vielen Ausreißern sind interessant), um Empfehlung präziser zu machen - bilden eine Wissensdatenbank zur qualitätsorientierten Modellierung

13 13 Framework Wie kann das Qualitätsmodell angepasst werden? - das Qualitätsmodell wird durch verschiedene Qualitätsaspekte gebildet - die einzelnen Aspekte sind anund abschaltbar - neue Aspekte können hinzugefügt werden projektspezifische Erweiterbarkeit - momentan vorhandene Aspekte: Anforderungen C-Code Modellierungsrichtlinien Targetlink Architektur Komplexität Simulink Test Aspekt 1 Aspekt 2 = Schematische Darstellung der Vereinigung zweier Aspekte

14 14 Inhalt Problemstellung Lösungsansatz Prototyp Zusammenfassung und Ausblick

15 15 Prototyp (1/3) Wie kann der Ansatz evaluiert werden? - mittels eines in Java geschriebenen Prototyps - verwendet zum Parsen der Simulink-Modelldateien einen Parser der TU München - erste Metriken sind bereits implementiert - implementiert bereits das vorgestellte Framework - verwaltet die Qualitätsaspekte in XML-Dateien - vereinigt ausgewählte Aspekte zu einem Qualitätsmodell, das zur Qualitätsbewertung verwendet wird

16 16 Prototyp (2/3) Visualisierung der Messwerte

17 17 Prototyp (3/3) Visualisierung der Modellqualitätsbewertung 42% 40% dsf Modellqualitätsbewertung 33% 50% 100% 0%

18 18 Inhalt Problemstellung Lösungsansatz Prototyp Zusammenfassung und Ausblick

19 19 Zusammenfassung - Ansatz zur automatisierten Qualitätsbewertung anhand von Qualitätskriterien - Strukturierung der Kriterien in einem Qualitätsmodell - Erfüllung der Kriterien wird mit Hilfe von Modellmetriken gemessen - Handlungsempfehlungen für nicht erfüllte Kriterien - Framework zur Anpassbarkeit und Erweiterbarkeit - Prototyp zur Evaluierung

20 20 Ausblick Nächste Schritte: 1. Vervollständigung des Prototyps (Implementierung der Metriken) 2. Evaluierung des bestehenden Qualitätsmodells 3. Anpassung/Erweiterung des Qualitätsmodells um neue Faktoren und Kriterien

21 21 Vielen Dank!