Herausforderungen und Strategien für die qualitätsvolle Entwicklung Software-intensiver Systeme

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1 Herausforderungen und Strategien für die qualitätsvolle Entwicklung Software-intensiver Systeme Christian Neureiter Office Salzburg Auweg 30, 5400 Rif / Hallein, Österreich T. +43 (0) F. +43 (0) office.sbg@successfactory.cc

2 Successfactory Systems Engineering GmbH Training & Consulting für Software- und Systems- Engineering Christian Neureiter Fachhochschule Salzburg Informationstechnik und Systemmanagement Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid Privacy, Security & Control Secure Architectures and Modeling Seite 2

3 Brave new world: Themen & Technolgien als Antrieb für Innovationen Themen Smart GrideHealth und Ambient Assisted Living (AAL) vs. Mobilität der Zukunft Smart Cities Industrie 4.0 Information Automatisierung Smart X Dienstleistung & Wertschöpfung? Internet of Things Big Data Wertschöpfung & Differenzierung zunehmend über Software Perspektive aus Consumer Bereich mit kürzeren Lebenszykle Seite 3

4 Neue Herausforderungen entstehen Vernetzung Qualität? Komplexität verteilter Systeme Security & Privacy Durchdringung Integrationstiefe Anwendungsdomänen Komplexität Interdisziplinarität System-of-Systems (SoS) Innovation Kürzere Produktzyklen Seite 4

5 Es wird komplizierter. Seite 5

6 Komplexität & Qualität Qualität Komplexität Overhead Time-to-Market Fire Fighting Innovationstrieb Nachhaltigkeit? Verlässlichkeit Security Wartbarkeit Portierbarkeit Usability Architektur Dokumentation Nachhaltigkeit!!! Seite 6

7 Ursachenforschung Entwicklung von Systemen: Domäne vs. Disziplin Domäne? Disziplin Domänen Expertin Technologie Experten Wie kann man gemeinsam komplexe, innovative Produkte entwickeln? Seite 7

8 Beispiel: Wie baut man ein Haus? Seite 8

9 No. 9 Seite 9

10 Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Systeme Relevante Aspekte? Modellierungs Werkzeug? Abstraktions Level? Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 10

11 Wie können wir gemeinsam komplexe Systeme bauen? Seite 11

12 Realisierung komplexer Systeme Abgestimmtes Vorgehen Komplexität beherrschen Gemeinsame Sprache Seite 12

13 Realisierung komplexer Systeme::Abgestimmtes Vorgehen Systems Engineering ISO/IEC 15288:2008 Software and Systems Engineering System life cycle processes Scope: Ziel, Bewertung und Verbesserung von Prozessen 4 Prozess Gruppen mit 25 Prozessen Definition von Aktivitäten und Ergebnissen Empfehlung: Anpassung ISO/IEC TR INCOSE International Council on Systems Engineering INCOSE Systems Engineering Handbook Seite 13

14 Realisierung komplexer Systeme Abgestimmtes Vorgehen Systems Engineering ISO/IEC Systems and Software Engineering Methoden & Prozesse Komplexität beherrschen Gemeinsame Sprache Seite 14

15 Realisierung komplexer Systeme::Komplexität beherrschen Einsatz von Modellen Deskriptive Modelle ( Was ist wahr? ) Deklarative Modelle ( Was ist effektiv?) Deskriptiv vs. Deklarativ Seite 15

16 Realisierung komplexer Systeme::Komplexität beherrschen Einsatz von Modellen Deskriptive Modelle ( Was ist wahr? ) Deklarative Modelle ( Was ist effektiv?) Modelle beherrschen Komplexität Divide and Conquer Separation of Concerns Seite 16

17 Realisierung komplexer Systeme::Komplexität beherrschen Einsatz von Modellen Deskriptive Modelle ( Was ist wahr? ) Deklarative Modelle ( Was ist effektiv?) Modelle beherrschen Komplexität Divide and Conquer Separation of Concerns CIM (Computational Independent Model) PIM (Platform Independent Model) Model Driven Engineering (MDE) Unterschiedliche Tiefe der Integration in Entwicklungs-Prozess Beispiel: Model Driven Architecture (MDA) Definition durch Object Management Group Herausforderung: Modellierungssprache PSM (Platform Specific Model) PSI (Platform Specific Implementation) Model Driven Architecure (MDA) Seite 17

18 Realisierung komplexer Systeme Abgestimmtes Vorgehen Systems Engineering ISO/IEC Systems and Software Engineering Methoden & Prozesse Komplexität beherrschen Model Driven Engineering (MDE) Divide & Conquer Separation of Concerns Deskriptive und deklarative Modelle Gemeinsame Sprache Seite 18

19 Realisierung komplexer Systeme::Gemeinsame Sprache General Purpose Language Z.B. UML, SysML Verbreitung in der Software Domäne Werkzeugunterstützung vorhanden Domain Specific Language Technologie-orientiert vs. Applikations-Domäne Basis für Interdisziplinarität! Beispiel: MDA Domain Task Force (DTF) CIM (Computational Independent Model) PIM (Platform Independent Model) PSM (Platform Specific Model) Applikationsspezifische DSL Technologiespezifische DSL PSI (Platform Specific Implementation) Model Driven Architecure (MDA) Seite 19

20 Realisierung komplexer Systeme Abgestimmtes Vorgehen Systems Engineering ISO/IEC Systems and Software Engineering Methoden & Prozesse Komplexität beherrschen Model Driven Engineering (MDE) Divide & Conquer Separation of Concerns Deskriptive und deklarative Modelle Gemeinsame Sprache Domain Specific Languages (DSL) Gemeinsame Modellierungssprache Erweiterung vorhandener General Purpose Modeling Languages (GPLs) Seite 20

21 Und in der Praxis? Seite 21

22 Beispiel: Smart Grid Smart Grid Herausforderungen Bidirektionale Lastflüsse durch Integration erneuerbarer Energien Ausgleich der Energiebilanz Digitalisierung des Stromnetzes Kritische Infrastruktur Komplexität Interdisziplinarität Elektrotechnik und IKT Rechtliche Restriktionen (Regulierung) Neue Agenden IT Security Privacy Seite 22

23 Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Smart Grid Relevante Aspekte? Modellierungs Werkzeug? Abstraktions Level? Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 23

24 Gemeinsame Sichtweise Smart Grid Architecture Model (SGAM) Europäische Standardisierung Einheitlichs Koordinaten-System Schritt 1: Dekomposition & Organisation Domänen: Energieerzeugung Zonen: Automatisierungs-Pyramide SGAM Plane Schritt 2: Schnittstellen & Interoperabilität Interoperabilitäts-Layer Seite 24

25 Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte Modellierungs Werkzeug? Abstraktions Level? Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 25

26 High Level Use Case 1 Market Enterprise Operation Station Field Process Generation Transmission Di stribution DER Customer Premise Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte SGAM Toolbox Abstraktions Level? Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 26

27 High Level Use Case 1 Market Enterprise Operation Station Field Process Generation Transmission Di stribution DER Customer Premise Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte SGAM Toolbox Electric Network, ICT Network, Security, Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 27

28 High Level Use Case 1 Market Enterprise Operation Station Field Process Generation Transmission Di stribution DER Customer Premise Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte SGAM Toolbox Electric Network, ICT Network, Security, US NIST Reference Model Lösungen??? Seite 28

29 High Level Use Case 1 Market Enterprise Operation Station Field Process Generation Transmission Di stribution DER Customer Premise Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte SGAM Toolbox Electric Network, ICT Network, Security, US NIST Reference Model z.b. RASSA Seite 29

30 Geht das so weiter? Seite 30

31 Ja Aktuelle Trends Anstieg domänen-spezifischer Modelle Z.B. Reference Architecture Model für Industrie 4.0 Aktivität in Standardisierungs-Gremien Z.B. IEC System Ressource Group es bleibt spannend! Seite 31

32 move to improve! Seite 32

33 do you want to learn more? Christian Neureiter Seite 33

34 Smart Grid Modellierung Domänenspezifische Modellierungssprache Modellierung aller Layer ergibt Seite 34

35 Smart Grid Modellierung Domänenspezifische Modellierungssprache Modellierung aller Layer ergibt ganzheitliches Architekturmodell! Seite 35

36 Smart Grid Modellierung Domänenspezifische Modellierungssprache Modellierung aller Layer ergibt ganzheitliches Architekturmodell! Seite 36

37 Smart Grid Modellierung Domänenspezifische Modellierungssprache Modellierung aller Layer ergibt ganzheitliches Architekturmodell! Basis für weiterführende Arbeiten Architektur-Analyse (z.b. CAPEX/OPEX) Basis für Software Entwicklung Seite 37

38 High Level Use Case 1 Market Enterprise Operation Station Field Process Generation Transmission Di stribution DER Customer Premise Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte SGAM Toolbox IKT, Security, Interfaces, ET, Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 38

39 Separation of Concerns Interfaces und Security Requirements IKT Netzwerk Topologie Seite 39

40 High Level Use Case 1 Market Enterprise Operation Station Field Process Generation Transmission Di stribution DER Customer Premise Architektur Framework / Views Architektur Beschreibung Architektur Modellierung Abstraktions Level Architektur Entwicklung Referenz Architektur Konkrete Architekturen Gebäude Einheitliche Darstellung aller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige Schnitte z.b. Elektro, Wasseroder HKL Installation Blaupause Mein individualisiertes Häuschen Business Function Smart Grid Information Communication Component Funktionale und technische Aspekte SGAM Toolbox IKT, Security, Interfaces, ET, Referenz Architektur? Lösungen??? Seite 40

41 Referenzarchitektur ENTSO-E Role Model Business Layer Seite 41

42 Referenzarchitektur ENTSO-E Role Model Business Layer NIST IR 7628 Guidelines for Smart Grid Cyber Security Use Case Collection Logical Reference Model ~ 46 Actors ~ 140 Interfaces 22 Interface Categories Security Requirements ~200 High Level RQ Seite 42

43 Beispiel Modell Smart Metering Interfaces mit Security Requirements Seite 43

44 Referenz-Architektur ENTSO-E Role Model Business Layer NIST IR 7628 Guidelines for Smart Grid Cyber Security Use Case Collection Logical Reference Model ~ 46 Actors ~ 140 Interfaces 22 Interface Categories Security Requirements Integration in SGAM Selber Ursprung! NIST Domain Model Einfaches Mapping ENTSO E RM NIST UC NIST LRM 44 Seite 44

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