Varianten in der Automobilelektronikentwicklung Herausforderungen und Lösungsansätze

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1 Varianten in der Automobilelektronikentwicklung Herausforderungen und Lösungsansätze Matthias Weber (Carmeq GmbH) Henning Kleinwechter (Carmeq Gmbh) MPP&PL, Leipzig,

2 Agenda Motivation Grundlagen Modellbasierte Entwicklung Erweiterte Variabilitätsmodellierung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 2

3 Entwicklungsobjekte einer Elektronikplattform - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 3 >100k Hunderte sonstige Artefakte Anforderungsobjekte Req. 445 Req. 445 Req. 1 Req. 1 Req. N Req. N Req. 2 Req. 445 Req. 2 Req. 1 Req. 445 Req. N Req. 1 Req. N Req. 2 Req. 445 Req. 2 Req. 1 Req. N >100k Funktionsblöcke >100k Testfälle Req. 2 Crash Brak Traf Rad e Envir fic Bra ar Safetyrelated Mitiga Environmen Vehicle Req. 445 Brake onment del sor distanc functio tor Mo Sen ke target_ safet tal Req. 445 Req. 1 al Driv Cntrl e ns wheel_speed y_ models Actuator Req. 1 Req. N Mod er ler Ped brak els Mo brak En Dynamics Req. N Acc al Sp e_ del KT KT Torq e_ Engine brake_torque gin Req. 2 Req. 445 H elerato Mo engine H brake_pedal_re eed requ ue requ e questacc_brake_request est Req. 2 Req. 1 ACC est Req. 445 Req. N VTEC vehicle_speed Mgmnt. Req. 1 acc Mode Dy Req. N derat torque Sie Siemens Req. 2 r moder na menra-tor Req. 445 Rai Sie torq ate_ igniti VTEC mi or torque s throttle System on Req. 2 Req. 1 Rai men n ue_ cs Req. N Ped s requ n fuel KTH reques angle Mo al accelerator_pedal_request est mas alt. t del s KT DC Req. 2 H Sen engine_speed sor rain_intensity ETA KTH ETA KT S S ETAS ET H AS DC

4 Wiederverwendung im Automobilbereich - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 4 hohe Variabilität Baureihen verschiedene Märkte Ausstattungsvarianten / Optionen gesetzliche Vorgaben (geographisch, zeitlich) wechselnde Verfügbarkeit von Bauteilen (geographisch, zeitlich) Technologiewechsel Kostendruck sehr heterogene Laufzeitumgebung (Hardware & Software) sehr lange Produktlebenszyklen (ca Jahre) Software-Komponente B divergierende Lebenszyklen Software-Komponente A Hardware-Komponente X Hardware-Komponente X Wiederverwendung schwierig aber sehr wichtig!!

5 Agenda Motivation Grundlagen Modellbasierte Entwicklung Erweiterte Variabilitätsmodellierung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 5

6 Grundlagen Produktlinienorientierte Entwicklung gemeinsame Entwicklung ähnlicher Produkte Koordination von Variabilität & Wiederverwendung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 6 Featuremodellierung Variabilitätsmodellierung = Modellierung von Gemeinsamkeiten & Unterschieden graphisch, hierarchisch (idr Baumstruktur) 3

7 Agenda Motivation Grundlagen Modellbasierte Entwicklung Erweiterte Variabilitätsmodellierung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 7

8 Übersicht Ausgangssituation und Ziele bei der modellbasierten Entwicklung von Funktionen im Bereich Karosserie- und Komfortfunktionen Umsetzung und Auflösung von Variabilität in MATLAB/Simulink-Modellen Ebene der Wiederverwendung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 8 Ansatz und Erfahrungen bei der Wiederverwendung von Modellen in der funktionsorientierten Entwicklung

9 Ausgangssituation - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 9 Erstellung von Simulink-Modellen von Fahrzeugfunktionen auf der Basis textueller Spezifikationen Frühzeitige Validierung der Anforderungen durch Simulation ( Ausführbares Lastenheft) Bereitstellung einer formalisierten Spezifikation für Lieferanten Generierung von SG-Code für Funktions-SW- Komponenten Funktionsmodelle werden für unterschiedliche Fahrzeuge/Baureihen mit unterschiedlichen Ausstattungsumfang entwickelt Zielsetzung besteht in einer effizienten Modellierung mit einem möglichst hohen Grad der Wiederverwendung Spec Model Repository

10 Ausgangssituation Baureihe - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 10 Variantenreiches Modell einer Fahrzeugfunktion Derivate Beinhaltet allgemein Anteile = Invarianten Spezifische Anteile = Varianten für verschiedene Derivate/Austattungen

11 Simulink-Modelle - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 11

12 Abbildung von Varianten in einem Modell A) Explizite Separation in konditional ausgeführten Subsystemen Variationspunkt als Modell-Codierparameter - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 12

13 Abbildung von Varianten in einem Modell B) Keine explizite Separation, unterschiedliche Pfade Stateflow Simulink Variationspunkt als Modell-Codierparameter - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 13

14 Bindungszeitpunkt der Variabilität Bindungszeitpunkt ist über die Parametrisierung des Codierparameters einstellbar (abhängig vom Codegenerator) Bindungszeitpunkt: Steuergerät Bandende StorageClass = 'GetSetVFBParameter' - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 14 Bindungszeitpunkt: Code-Generierung StorageClass = Inlined Value=1

15 Abbildung von Varianten in einem Modell Es gibt generell eine Vielzahl von Möglichkeiten Varianten / variables Verhalten im Modell abzubilden Eine explizite Separation von Invarianten und Varianten in separaten Subsystemen hat wesentliche Vorteile bezüglich Verständlichkeit und Wartbarkeit Wiederverwendung von Modellteilen - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 15 Nachteil der Separation besteht in einem u.u. erhöhten Ressourcenbedarf bei einer anschließenden Code-Generierung Generelles Probleme Variantenvielfalt Verhalten eines Funktionsmodells wird durch eine Vielzahl von Codiervarianten beeinflusst (z.b. 34 bei Zentralverriegelung) Abhängigkeit zwischen Codiergrößen sind nicht explizit definiert Unklarheit bezüglich gültiger Modellvarianten = Konfigurationen von Codierparametern Var2_COV Var1_COV Var3_COV Var4_COV VarN_COV Funktionsmodell

16 Explizite Darstellung von Variabilität Darstellung der Abhängigkeiten von Codiergrößen durch Variabilitätsmodellierung, z.b. Feature-Baum Zentralverriegelung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 16 Tankdeckeltaster Tankdeckelschloß Federsteller needs ZV_bTKLStellMot_COV = 0 ZV_bTKLStellMot_COV Stellmotor ZV_bTKLStellMot_COV = 1 Var2_COV Var1_COV Var3_COV Var4_COV VarN_COV Funktionsmodell

17 Wiederverwendung Bisher Stand der Technik: Baureihe copy & modify neue Baureihe - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 17 Ziel: Repository Granularität der wiederverwendbaren Assests?

18 Granularität der Wiederverwendung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 18 A) Wiederverwendung im Kleinen Erweiterungen der vorhandenen Modellierungssprache (Basisblockbibliothek) durch zusätzliche Blöcke / Blockbibliotheken Immer wieder benötigte Algorithmen werden einmalig in spezifischen Blöcken umgesetzt und in allen Projekten verwendet Merkmal: Erweiterungen sind zwar oft domänenspezifisch, dort jedoch relativ generisch einsetzbar B) Wiederverwendung von Teilfunktionen (Modulen) Sammlung kompletter Teilmodule einer Funktionsdomäne in Bibliotheken Merkmale: Module sind spezifisch auf die Funktion und die zu Grunde liegenden Anforderungen ausgerichtet M O A1 A2 Baureihenübergreifende Funktions(Modell)bibliothek Counter & Timer Modell Blinken Polo M A1 Modell Blinken Golf M O A2

19 Wiederverwendung Ansatz Modulbibliothek Architekt BCM PQ25 Funktionsmodellierer Blinken Gesamtmodell_Golf.mdl blk_golf_lib.mdl blk_module _lib.mdl Blinken Blinken Golf - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 19 Innenlicht Blinken Golf reference Parameter-, Schnittstellen Testmodell Blinken Golf.mdl Simulationsmodell Library Modul Modell-Komponente

20 Wiederverwendung für Modelle - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 20 Ist-Situation: Funktionsorientierte Entwicklung, d.h. funktionale Anforderungen werden in techn. Bauteilfunktionen strukturiert Funktionen im Lastenheft besitzen den gleichen Namen und gleiche Dekomposition. Zwischenzeitlich treten projektspezifische Änderungen auf. Differenzen müssen nachträglich berücksichtigt werden Fkt. A Fkt. B Fkt. C Fkt. A Fkt. B Fkt. C Funktionsbeschreibung Module- Bibliothek Fkt. A Fkt. A Fkt. B Fkt. C LH-Baureihe B LH-Baureihe A Fkt. A Fkt. B Fkt. C Module-Baureihe A Fkt. A Fkt. B Fkt. C Module-Baureihe B Fkt. A Fkt. A Fkt. B Fkt. C LH-Baureihe A LH-BCM-Baureihe B Fkt. A Fkt. B Fkt. C Fkt. A Fkt. B Fkt. C Module-Baureihe A Module-Baureihe B

21 Fazit Durchgängiges dreistufiges Domain-Engineering für Modelle Wiederverwendung auf den Ebenen von Basiselementen, Modulen und Modellkomponenten Beherrschung der Variantenvielfalt - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 21 Beziehungen zwischen den verschiedenen Bibliothekselementen sind derzeit in den Köpfen der Mitarbeiter Änderungen von Anforderungen innerhalb einer Baureihenentwicklung führen zu ungewolltem Anpassungsbedarf an Modellen Weiter Arbeiten konzentrieren sich auf die Einführung einer expliziten Definition von Variabilität und Abhängigkeiten -> Variabilitätsmodellierung

22 Agenda Motivation Grundlagen Modellbasierte Entwicklung Erweiterte Variabilitätsmodellierung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 22

23 Lösungsansatz zur Wiederverwendung: Multi-Level Konzept Ziel: Mittelweg zwischen... 1 globalen Produktlinie n unabhängigen Produktlinien. Referenzmodell Modulbaukasten - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 23 macht Vorgaben (unverbindlich o. verbindlich) übernehmen oder abweichen Referenzierende Modelle Fahrzeugprojekt A Fahrzeugprojekt B...

24 Formalisierung Multi-Level Beziehung - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie Referenzbeziehungen 2. Abweichungen 3. Abweichungsberechtigungen 4. Constraints auf referenzierendes Modell Unterscheidung: legitime Abweichungen illegitime Abweichungen Eigenschaft der Konformität: Identität keine Abweichungen nur legitime Abweichungen illegitime Abweichungen Konformität Logische Bedingung Referenzartefakt Referenzobjekt... allowreduction =SUBTREE erlaubt: Statistiken über Abweichungen autom. Konformitätsprüfung Erweiterbar auf bidirektionale Synchronisation 7

25 Verallgemeinerung Multi-Level Konzept Ziel: Mittelweg zwischen... 1 globalen Produktlinie n unabhängigen Produktlinien. Referenzartefakt Modulbaukasten XY - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 25 macht Vorgaben (unverbindlich o. verbindlich) übernehmen oder abweichen Referenzierende Artefakte Fahrzeugprojekt A... Fahrzeugprojekt B...

26 Werkzeugunterstützung Multi-Level Konzept CVM-Framework (Eclipse Plugin) MuLe (Doors-Erweiterung) - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 26 Multi-Level Featuremodelle: Anzeige von Abweichungen autom. Konformitätsprüfung Entwickelt in Zusammenarbeit mit TU-Berlin! Multi-Level Konzept für Anforderungen: Anzeige von Abweichungen autom. Konformitätsprüfung bidirektionale Übernahme von Abweichungen (Top-down und Bottom-up Reuse) 20

27 Plattformübergreifende Referenzbibliothek MuLe Grundkonzepte Erlaubte Abweichungen für referenzierende Specs Status Konformität zur Referenz Status Änderungsreview - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 27 Plattformspezifische referenzierende Spezifikation

28 MuLe Status Konformität zu den referenzierenden Spezifikationen Plattformübergreifende Referenzbibliothek: Konformität Spec4 Konformität Spec3 - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 28

29 Beispiel: Anwendung auf Funktionsfamilie Licht und Beleuchtung Licht und Beleuchtung Licht und Beleuchtung : Baureihe A... Licht und Beleuchtung: Baureihe B - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 29 Ergebnisse: 1351 Objekte, davon 590 kein Verweis auf Referenz 761 verlinkte Objekte, davon 370 konform 33 Erweiterungen 24 Reduktionen 5 Verschiebungen 220 Textänderungen 65x Verweis auf gemeinsames Referenzobjekt Ergebnisse (PQ35GP): 3501 Objekte, davon 1714 kein Verweis auf Referenz 1787 verlinkte Objekte, davon 1334 konform 107 Erweiterungen 18 Reduktionen 36 Verschiebungen 2 Reihenfolgeänderungen 241 Textänderungen 2 mehrfache Referenzobjekte 16x Verweis auf gemeinsames Referenzobjekt

30 Strukturierung von Featuremodellen Bislang: 10 - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 30

31 Problemstellungen ungeeignet für Endkunden Komplexität (> Features) technische Perspektive - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 31 direkte Anbindung zu starr Vielzahl von Akteuren divergierende Lebenszyklen und Geltungsbereiche Heterogenität (Methoden,Tools,...) Anbindung je Artefak zu grobgranular manche Artefakte sehr umfangreich obige Probleme innerhalb eines Artefakts! 11

32 Lösungsansatz: Configuration Links Fahrzeug Wischer Schnittstelle Artefaktlinie 12 - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 32

33 Lösungsansatz: Configuration Links Fahrzeuge in USA und Kanada besitzen einen adaptiven Tempomaten. FM src FM trgt Configuration Link - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 33 Konfiguration von FM src Ableitung ermöglicht Konfiguration von FM trgt 13

34 CVM-Framework: Editieren von Configuration Links - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 34 Anzeige Abhängigkeiten esafety Fallstudie im EU-Projekt ATESST untersucht wurden (u.a.) Configuration Links insbes. in Komponentenhierarchien ABS- und EMS-System 34

35 Fazit Bei der Einführung von Produktlinien in der Automobilelektronik sind eine Vielzahl von domänenspezifischen Anforderungen zu beachten. - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 35 In diesem Zusammenhang wurden von der Carmeq GmbH in Zusammenarbeit mit der TU Berlin zwei werkzeuggestützte Erweiterungen der Variabilitätsmodellierung entwickelt Durch das Multi-Level Konzept kann die Wiederverwendung zwischen Produktlinien mit begrenztem Scope unterstützt werden. Durch Configuration Links können komplexe Variabilitätsmodelle nach domänenspezifischen Aspekten strukturiert werden.

36 Referenzen Multi-Level Konzept Configuration Links - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 36 Beschreibung M.-O. Reiser, M. Weber, Multi-Level Features Trees -- A pragmatic approach to managing highly complex product families, RE Journal, vol. 12, no. 2, pp , Implementierung für Spezifikationen: MuLe Download available in June09 Implementierung für Featurebäume: CVM-Editor s.r. Beschreibung Reiser, Mark-Oliver, Managing Complex Variability in Automotive Software Product Lines with Subscoping and Configuration Links, doctoral dissertation,tu Berlin, CVM-Editor Download available in June09

37 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 37 Carmeq GmbH Carnotstr. 4 D Berlin Matthias Weber Tel matthias.weber@carmeq.com Henning Kleinwechter Tel henning.kleinwechter@carmeq.com

38 Backup - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 38

39 Integration paralleler Entwicklungen / Einführung der Produktlinienentwicklung Projektübergreifende Artefakte der Systeme A und B Extraktion - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 39 Entwicklungsprozess für System A Motivation: Die Integration paralleler Entwicklungen sollte unterstützt werden! Entwicklungsprozess für ähnliches System B

40 - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie 40 Wiederverwendungsansatz in funktionsorientierter Entwicklung Ansatz: Durchgängige funktionsorientierte Entwicklung, d.h. funktionale Anforderungen werden in techn. Bauteilfunktionen strukturiert Für jede Funktionsfamilien (z.b. Blinkersteuerung, Zentralverriegelung existiert ein Bibliothek wieder verwendbarer Module Ein projektspezifisches Modell wird unter Verwendung der notwendigen Module aufgebaut. Ein Modul bildet idealerweise eine Basisfunktion ab. Anforderungen Fkt. A Fkt. B Fkt. C Modelle Fkt. A Fkt. B Fkt. C Funktionsbeschreibung Module- Bibliothek Fkt. A Fkt. A Fkt. B Fkt. C LH-Baureihe B Fkt. A Fkt. B Fkt. C LH-Baureihe A Fkt. A Fkt. B Fkt. C Module-Baureihe A Module-Baureihe B

41 Beziehung zwischen Modell und Anforderungen Anforderungen Funktionsbereich (z.b. Licht und Beleuchtung) <<umgesetzt durch>> Modell 1. Funktionsfamilie (z.b. Blinken) - M. Weber, H Kleinwechter, MDD&PL09, Leipzig - Folie Bauteilfunktion (z.b. Richtungsblk) 1.2 Bauteilfunktion (z.b. Warnblinken) 2. Funktionsfamilie (z.b. FahrBremsStandlicht) 1.1 Bauteilfunktion Basis-Modul1 Basis-Modul2 Blinken FahrBremsStandlicht LichtUndBeleuchtung