Grundlagen, Einführung, Begriffe

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Adrian Diefenbach
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1 Grundlagen, Einführung, Begriffe SysML Was ist ein System? Aufgaben des Systems Engineering Modellierung eines Systems Was ist SysML Astah SysML Tool Dr. Beatrice Amrhein

2 Was ist ein System? 2

3 System EinSystem besteht aus einer Menge von Elementen (Systemelementen), wie zum Beispiel Sensoren, Verarbeitungseinheiten, Regler, Steuerelementen, Aktuatoren, die gemäss einem Entwurf in einer Beziehung zueinander stehen. Ein System ist eine Ansammlung von einzelnen Teilen, welche durch ihre besondere Art der Kombination eine neue Funktionalität oder Aufgabe erfüllen können, die die Einzelteile so nicht erfüllen könnten. Ein Systemelement kann auch selbst wieder ein System sein. 3

4 Motivation / Ziel Lösen von komplexen Problemen Verstehen von komplexen Systemen in einem (immer) komplexeren Umfeld Modularisierung Abstraktion Vereinfachung Konzentration auf das Wesentliche Modellierung Grundaufgaben des Systems Engineering 4

5 Systems Engineering Die Bausteine des Systems Engineering 5

6 Aufgaben des Systems Engineering Rahmen des Systems abstecken o Was gehört dazu, was nicht: Systemabgrenzung o Wo\wie wird des System benutzt: Systemkontext o Welche Schnittstellen gibt es gegen aussen Aufgaben des Systems beschreiben o Welche Anforderungen muss das System erfüllen o Welche Funktionalität muss das System haben o Wie muss sich das System verhalten (funktionale Abläufe) o Welche (qualitativen) Eigenschaften muss das System erfüllen Teile des Systems erkennen o Wie ist das System aufgebaut: System Architektur o Aus welchen Komponenten besteht das System o Wie wird es konstruiert 6

7 Anforderungen an ein System Funktionale Anforderungen o Wie werden welche Daten oder Materialien verarbeitet o Wie ist der Ablauf der Verarbeitung (wann passiert was) o Wann werden welche Daten oder Materialien mit anderen Systemen ausgetauscht o Wie werden Daten oder Materialien ein- oder ausgegeben o Welche Ergebnisse werden bei welchen Eingaben (Daten oder Materialien) erwartet Nichtfunktionale Anforderungen o Zuverlässigkeit, Fehlertoleranz o Benutzbarkeit, Bedienbarkeit, Wartbarkeit o Effizienz, Reaktionszeiten, (Energie-)Verbrauch o Änderbarkeit, Modifizierbarkeit, Testbarkeit o Übertragbarkeit, Anpassen an neue Umgebung, Austausch von Komponenten 7

8 Anforderungen Architektur Die Anforderungen beeinflussen/bestimmen die Architektur (und umgekehrt) Bsp: Im Falle eines Eingabefehlers muss das System den Benutzer akustisch auf den Fehler aufmerksam machen. 8

9 Systemverhalten Beschreiben des Systems durch Definition der Abläufe o Was passiert bei welcher Eingabe o Was passiert wann / unter welchen Bedingungen o Was muss in welcher Reihenfolge ablaufen o Welche Prozesse laufen gleichzeitig ab o Welche Zeitkriterien müssen eingehalten werden o Welche Abhängigkeiten zwischen den Prozess-Schritten gibt es o Wann gibt es welche Ausgabe o... 9

10 Systems-Engineering Prozess Systems-Engineering ist ein iterativer Prozess 10

11 Iterativer Entwicklungsprozess Auftrag benennen o Produkt-Name / Fact-Sheet / Ideen Mind-Map Stakeholder definieren o wer ist alles an der Produktentwicklung beteiligt Stakeholder befragen o Anforderungen sammeln o Prioritäten setzen Kontext definieren o Kontextgrenzen und Schnittstellen In Komponenten aufteilen o Welche Bauteile werden benötigt o Wie arbeiten diese zusammen Tests definieren o Wie kann die Korrektheit des Produkts sichergestellt werden Mehrere Iterationen Zunehmender Detaillierungsgrad 11

12 Modellieren eines Systems 12

13 Definition: Modell Ein Modell ist ein abstraktes Abbild einer existierenden oder noch zu schaffenden Realität. Ein Modell dient o als Abbild der Realität (was ist vorhanden, was soll «erschaffen» werden) o zur Verkürzung/Vereinfachung der Realität (nur die Aspekte welche für diesen Sachverhalt relevant sind) o in einem spezifischen Verwendungszweck (Einschränken auf ein spezifisches Problem/Sachverhalt) Ein Anforderungsmodell ist ein konzeptuelles Modell, welches die Anforderungen eines Systems dokumentiert. Ein Entwurfsmodell ist ein konzeptuelles Modell, welches die Aspekte einer Lösung eines Problems dokumentiert. 13

(aus allen Blickwinkeln) o Alle Eigenschaften erkennen und

14 Verschiedene Sichten auf ein System Perspektivenwechsel, verschiedene Sichten einnehmen o System als Ganzes erfassen (aus allen Blickwinkeln) o Alle Eigenschaften erkennen und Beschreiben Anforderungen Verhalten Zustände, Reaktion auf Ereignisse 14

15 Die verschiedenen Perspektiven Funktionsperspektive o Funktionalität aus Sicht des Benutzers Anwendungsfälle (+Beschreibungen) und Aktivitätsdiagramme Strukturperspektive o Struktur des Systems und Kommunikation zwischen verschiedenen (Teil)- Systemen Block-Diagramme, Verhaltensperspektive o Reaktionen auf Ereignisse, Zustandswechsel Zustandsdiagramme 15

16 Dokumentation durch Text Vorteile o Keine neue Sprache/Symbolik nötig o Möglich für einfache oder komplexe Sachverhalte o Vielseitig einsetzbar Gefahren o Vermischen der Perspektiven o Vermischen der Anforderungen o Abgrenzung muss selber gemacht werden 16

17 Dokumentation durch Diagramme Lohnt sich der Aufwand für das Zeichnen (und ev. Erlernen) des Diagramm-Typs Bringt die neue Technik genügend Qualitätsgewinn? Wird jede Anforderung/Systemeigenschaft, nur an einer Stelle dokumentiert (Redundanz-Freiheit) Sind die Diagramme so einfach wie möglich gehalten Anzahl Notations-Elemente beschränken 17

18 Umgang mit Komplexität Natürliche Sprache für sehr einfache oder sehr abstrakte / sehr detaillierte Ebene Gruppieren/Aufteilen/Sortieren der Anforderungen (nach Komponente/Subsystem/ ) Komplexe Abläufe, Situationen durch Diagramme modellieren Diagramme wo nötig durch natürliche Sprache ergänzen. 18

19 Die Diagramme der Sprache SysML 19

20 Die Diagramme der Sprache SysML Anwendungsfälle (Use-Cases) o Anwendung/Gebrauch/Nutzen des Systems aus Sicht der Benutzer (Anwender) o Was bietet das System dem Anwender? Anforderungen o Funktionalität, Qualitätsmerkmale, Randbedingungen, o Welche Regeln, Vorschriften, Aufträge, erfüllt das System? Aktivitäten o Interne Abläufe, Reihenfolge bei der Erfüllung der Aktionen (n) o Was geschieht in welcher Abfolge? Blockdiagramm Modellierungs-Reihenfolge o Komponenten, Systemteile, Schnittstellen, o Wie ist das System aufgebaut? 20

21 Beispiel: Ausschnitt eines Gesamt-Modells 21

22 Dokumente/Unterlagen Dokumentation während der Entwicklung o Anforderungen o Terminplanung o Architekturentwurf/Bauplan des Systems o Konstruktion (Bauteile, Reihenfolge, ) o Test/Testbericht (wie werden welche Anforderungen getestet) o Änderungsmanagement (während der Entwicklung) o Wartung (welche Wartungsarbeiten sind zu erwarten / werden empfohlen) o Verträge (zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer) Nach der Auslieferung o Nutzung (welche Probleme/Fehler sind im Betrieb aufgetaucht?) o Wartung/Support (welche Wartungsarbeiten sind wann gemacht worden?) 22

23 Modellierungs-Dokumente Dokumentation während der Entwicklung o Anforderungen o Terminplanung o Architekturentwurf/Bauplan des Systems o Konstruktion (Bauteile, Reihenfolge, ) o Test/Testbericht (wie werden welche Anforderungen getestet) o Änderungsmanagement (während der Entwicklung) o Wartung (welche Wartungsarbeiten sind zu erwarten / werden empfohlen) o Verträge (zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer) Nach der Auslieferung o Nutzung (Welche Probleme/Fehler sind im Betrieb aufgetaucht?) o Wartung/Support (welche Wartungsarbeiten sind wann gemacht worden?) 23

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