Bender Embedded Systems - qualitätsorientierte Entwicklung

1. Auflage 2005
ISBN: 978-3-540-27370-7
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 386 Seiten

Technische Produkte benötigen zuverlässige Software, für die hohe Qualitätsmaßstäbe gelten. Für eingebettete Software ist die Beherrschung qualitätssichernder Entwicklungsprozesse notwendig, um einen beständigen wirtschaftlichen Erfolg zu erreichen. Dabei müssen im gesamten Entwicklungszyklus Fehler vermieden werden, eine frühzeitige Fehlererkennung und - beseitigung ist sicherzustellen. Hier werden speziell dafür entwickelte Methoden zur Qualitätssicherung vorgestellt, strukturiert und bewertet sowie in ein qualitätsorientiertes Vorgehensmodell integriert.

Professor Dr. Klaus Bender leitet seit 1992 den Lehrstuhl für Informationstechnik an der Fakultät für Maschinenwesen der TU München. Sein Forschungsschwerpunkt liegt auf dem Gebiet der interdisziplinären Entwicklung software-intensiver mechatronischer Produkte mit hohem Qualitätsanspruch für die Investitionsgüter- und Fahrzeugindustrie. Zuvor war er Professor für Technische Informatik an der Universität Karlsruhe und zugleich Vorstand des Forschungszentrums Informatik in Karlsruhe. Neben seinen wissenschaftlichen Aktivitäten gründete er mit Partnern drei Software-Unternehmen. Prof. Bender hat maßgeblich die deutsche Feldbus-Entwicklung vorangetrieben, u. a. als Vorstand der Profibus Nutzerorganisation. Prof. Bender wirkt aktiv mit im Vorstand und Beirat der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA), im Kuratorium des Fraunhofer Instituts für graphische Datenverarbeitung, in der Informatikkommission der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, im Vorstand der Interkama, in der Informatikkommission des Bayerischen Staatsministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst, in der Kommission für Rechenanlagen der Deutschen Forschungsgemeinschaft und im Kuratorium der Eduard-Rhein-Stiftung.

Autoren/Hrsg.

Bender, Klaus

Inhaltsverzeichnis

1;Inhalt;5
2;Einführung;9
3;Handbuch;13
3.1;1 Wandel der Produkte und Prozesse;15
3.1.1;1.1 Von mechanischen zu mechatronischen Produkten;15
3.1.2;1.2 Neue Herausforderungen an die Entwicklung;16
3.1.3;1.3 Besonderheiten eingebetteter Software;17
3.1.4;1.4 Anforderungen der eingebetteten Software an die QS;17
3.2;2 Grundlagen der Qualitätssicherung;19
3.2.1;2.1 Begriffsdefinitionen;19
3.2.2;2.2 Ansätze zur Qualitätssicherung;21
3.2.2.1;2.2.1 Produktnorm ISO 9126;21
3.2.2.2;2.2.2 Prozessnorm ISO 9000;21
3.2.2.3;2.2.3 Reifegradmodelle;22
3.3;3 Systematisierung von Entwicklungsprozessen;29
3.3.1;3.1 Anforderungen an Vorgehensmodelle;29
3.3.2;3.2 Erfüllen etablierte Prozesse diese Anforderungen?;33
3.3.2.1;3.2.1 Softwaretechnik;33
3.3.2.2;3.2.2 Mechanik;41
3.3.2.3;3.2.3 Elektronik;46
3.3.2.4;3.2.4 Schlussfolgerung;51
3.3.3;3.3 Das 3-Ebenen-Vorgehensmodell;52
3.3.3.1;3.3.1 Aufbau des 3-Ebenen-Vorgehensmodells;53
3.3.3.2;3.3.2 Einsatz des 3-Ebenen-Vorgehensmodells bei der Entwicklung mechatronischer Systeme;56
3.4;4 Systematisierung von Qualitätssicherungsmaßnahmen;59
3.5;5 Methodik des virtuellen Funktionstests;63
3.5.1;5.1 Prinzip und Begrifflichkeit;63
3.5.2;5.2 Ausprägungen im Entwicklungsprozess;65
3.5.3;5.3 Umsetzung des virtuellen Funktionstests;67
3.5.4;5.4 Fazit und Bewertung;71
4;Leitfaden;73
4.1;6 Bestandsaufnahme bei den Projektpartnern;75
4.1.1;6.1 Vorgehensweise;75
4.1.1.1;6.1.1 Die Elemente der Prozessbeschreibung;76
4.1.1.2;6.1.2 Der Dokumentenplan;78
4.1.2;6.2 Ergebnisse und Bewertung;79
4.1.2.1;6.2.1 Liste von QS-Maßnahmen;79
4.1.2.2;6.2.2 Liste von Dokumenten;83
4.1.2.3;6.2.3 Anmerkungen zur Bestandsaufnahme;84
4.2;7 Auswahl von QS-Maßnahmen;85
4.2.1;7.1 Rahmenkonzept der Entscheidungsunterstützung;86
4.2.1.1;7.1.1 Profilbasiertes Entscheidungsmodell;88
4.2.1.2;7.1.2 Kategorisierung der Merkmale;93
4.2.1.3;7.1.3 Auswahlmethodik;94
4.2.1.4;7.1.4 Nutzen der Entscheidungsunterstützung;97
4.2.2;7.2 Vorgehensweisen zur Anwendung der Entscheidungsunterstützung;98
4.2.2.1;7.2.1 Zusammensetzung der Expertengruppe;98
4.2.2.2;7.2.2 Vorgehensweise zur Definition von Profilen;99
4.2.2.3;7.2.3 Bestimmung relevanter Merkmale;101
4.2.2.4;7.2.4 Beschreibung von Merkmalen;104
4.2.2.5;7.2.5 Vorgehensweise zur Beschreibung von Profilen;106
4.2.2.6;7.2.6 Beschreibung von Entwicklungsprofilen;107
4.2.2.7;7.2.7 Beschreibung von QS-Anforderungsprofilen;108
4.2.2.8;7.2.8 Beschreibung von QS-Maßnahmenprofilen;109
4.2.2.9;7.2.9 Verwendung und Anpassung des Entscheidungsmodells;111
4.3;8 Anwendung von QSM in der Praxis;115
4.3.1;8.1 Änderungsmanagement;117
4.3.1.1;8.1.1 Einsatzumfeld;117
4.3.1.2;8.1.2 Vorgehensweise;118
4.3.1.3;8.1.3 Bewertung;124
4.3.1.4;8.1.4 Praktische Tipps;125
4.3.2;8.2 Anforderungsverfolgung;126
4.3.2.1;8.2.1 Einsatzumfeld;126
4.3.2.2;8.2.2 Vorgehensweise;127
4.3.2.3;8.2.3 Bewertung;131
4.3.2.4;8.2.4 Praktische Tipps;132
4.3.3;8.3 Defect Management;133
4.3.3.1;8.3.1 Einsatzumfeld;133
4.3.3.2;8.3.2 Vorgehensweise;134
4.3.3.3;8.3.3 Bewertung;138
4.3.3.4;8.3.4 Praktische Tipps;139
4.3.4;8.4 Fehler-Möglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA);140
4.3.4.1;8.4.1 Einsatzumfeld;140
4.3.4.2;8.4.2 Vorgehensweise;141
4.3.4.3;8.4.3 Bewertung;146
4.3.4.4;8.4.4 Praktische Tipps;147
4.3.5;8.5 Funktionstest;148
4.3.5.1;8.5.1 Einsatzumfeld;148
4.3.5.2;8.5.2 Vorgehensweise;149
4.3.5.3;8.5.3 Bewertung;152
4.3.5.4;8.5.4 Praktische Tipps;153
4.3.6;8.6 Nutzung eines Phasenmodells (V- Modell);154
4.3.6.1;8.6.1 Einsatzumfeld;154
4.3.6.2;8.6.2 Vorgehensweise;155
4.3.6.3;8.6.3 Bewertung;162
4.3.6.4;8.6.4 Praktische Tipps;162
4.3.7;8.7 Objektorientierte Analyse und Design mit UML;163
4.3.7.1;8.7.1 Einsatzumfeld;163
4.3.7.2;8.7.2 Vorgehensweise;164
4.3.7.3;8.7.3 Bewertung;166
4.3.7.4;8.7.4 Praktische Tipps;167
4.3.8;8.8 Regressionstest (1);168
4.3.8.1;8.8.1 Einsatzumfeld;168
4.3.8.2;8.8.2 Vorgehensweise;169
4.3.8.3;8.8.3 Bewertung;173
4.3.8.4;8.8.4 Praktische Tipps;173
4.3.9;8.9 Regressionstest (2);174
4.3.9.1;8.9.1 Einsatzumfeld;174
4.3.9.2;8.9.2 Vorgehensweise;175
4.3.9.3;8.9.3 Bewertung;179
4.3.9.4;8.9.4 Praktische Tipps;180
4.3.10;8.10 Review-Techniken;181
4.3.10.1;8.10.1 Einsatzumfeld;182
4.3.10.2;8.10.2 Vorgehensweise;182
4.3.10.3;8.10.3 Bewertung;186
4.3.10.4;8.10.4 Praktische Tipps;187
4.3.11;8.11 Risikomanagement;189
4.3.11.1;8.11.1 Einsatzumfeld;189
4.3.11.2;8.11.2 Vorgehensweise;190
4.3.11.3;8.11.3 Bewertung;193
4.3.11.4;8.11.4 Praktische Tipps;194
4.3.12;8.12 Softwareänderungs-Management;195
4.3.12.1;8.12.1 Einsatzumfeld;195
4.3.12.2;8.12.2 Vorgehensweise;196
4.3.12.3;8.12.3 Bewertung;200
4.3.12.4;8.12.4 Praktische Tipps;200
4.4;9 Die Einführung von QSM in einzelnen Unternehmen;201
4.4.1;9.1 Anforderungs- und Defect-Management;202
4.4.1.1;9.1.1 Allgemeine Projektbeschreibung;202
4.4.1.2;9.1.2 Ziele des Pilotprojekts;202
4.4.1.3;9.1.3 Planung des QSM-Einsatzes;203
4.4.1.4;9.1.4 Durchführung der QSM;204
4.4.1.5;9.1.5 Bewertung;210
4.4.1.6;9.1.6 Praktische Tipps;210
4.4.2;9.2 Simulation zu Testzwecken;212
4.4.2.1;9.2.1 Allgemeine Projektbeschreibung;212
4.4.2.2;9.2.2 Ziele des Pilotprojekts;213
4.4.2.3;9.2.3 Planung des QSM-Einsatzes;214
4.4.2.4;9.2.4 Durchführung der QSM;215
4.4.2.5;9.2.5 Bewertung;218
4.4.2.6;9.2.6 Praktische Tipps;219
4.4.3;9.3 Prozessdefinition mit dem project>kit;220
4.4.3.1;9.3.1 Allgemeine Projektbeschreibung;220
4.4.3.2;9.3.2 Ziele der project>kit Erweiterung;221
4.4.3.3;9.3.3 Integration der EQUAL-Ergebnisse ins project>kit;221
4.4.3.4;9.3.4 Zusammenfassung;232
4.4.4;9.4 Modellbasierter Funktionstest regelungstechnischer Software;233
4.4.4.1;9.4.1 Ziele des Pilotprojekts;234
4.4.4.2;9.4.2 Planung des QSM-Einsatzes;235
4.4.4.3;9.4.3 Durchführung der QSM;236
4.4.4.4;9.4.4 Bewertung;243
4.4.4.5;9.4.5 Praktische Tipps;246
4.4.5;9.5 Virtueller Funktionstest von PROFIBUSKomponenten;247
4.4.5.1;9.5.1 Allgemeine Projektbeschreibung;247
4.4.5.2;9.5.2 Ziele des Pilotprojekts;247
4.4.5.3;9.5.3 Planung des QSM-Einsatzes;247
4.4.5.4;9.5.4 Durchführung der QSM;248
4.4.5.5;9.5.5 Bewertung;254
4.4.5.6;9.5.6 Praktische Tipps;255
4.4.6;9.6 Fundamentales Modellierungskonzept (FMC);256
4.4.6.1;9.6.1 Allgemeine Projektbeschreibung;256
4.4.6.2;9.6.2 Ziele des Pilotprojektes;256
4.4.6.3;9.6.3 Planung des QSM-Einsatzes;258
4.4.6.4;9.6.4 Durchführung der QSM;258
4.4.6.5;9.6.5 Bewertung;263
4.4.7;9.7 Optimierung des Entwicklungsprozesses;264
4.4.7.1;9.7.1 Allgemeine Projektbeschreibung;264
4.4.7.2;9.7.2 Ziele des Pilotprojekts;265
4.4.7.3;9.7.3 Planung des QSM-Einsatzes;266
4.4.7.4;9.7.4 Durchführung der QSM;266
4.4.7.5;9.7.5 Bewertung;269
4.4.7.6;9.7.6 Praktische Tipps;269
4.5;10 Best-Practice-Empfehlungen für die Auswahl von QSM;271
4.5.1;10.1 Anforderungen;273
4.5.1.1;10.1.1 Problembeschreibung;273
4.5.1.2;10.1.2 Zuordnungen;275
4.5.2;10.2 System-Design;279
4.5.2.1;10.2.1 Problembeschreibung;279
4.5.2.2;10.2.2 Zuordnungen;281
4.5.3;10.3 Realisierung;285
4.5.3.1;10.3.1 Problembeschreibung;285
4.5.3.2;10.3.2 Zuordnungen;286
4.5.4;10.4 Systemintegration- und test;290
4.5.4.1;10.4.1 Problembeschreibung;290
4.5.4.2;10.4.2 Zuordnungen;291
4.5.5;10.5 Projektmanagement;295
4.5.5.1;10.5.1 Problembeschreibung;295
4.5.5.2;10.5.2 Zuordnungen;298
5;Anhang;303
5.1;QS-Maßnahmenkatalog;305
5.1.1;Analytische QS-Maßnahmen;305
5.1.2;Konstruktive QS-Maßnahmen;326
5.1.3;Organisatorische QS-Maßnahmen;341
5.2;Literatur;365
5.3;Glossar;371

Leseproben

9 Die Einführung von QSM in einzelnen Unternehmen (S. 193-194)

Neue, bisher nicht bei den Unternehmen angewendete QS-Maßnahmen wurden in Form von Pilotprojekten auf ihre Alltagstauglichkeit hin erprobt. Die dabei gesammelten Erfahrungen sind in diesem Kapitel zusammengetragen.

Schwierigkeiten, die bei der Einführung und erstmaligen Anwendung auftreten, wurde ein besonderer Stellenwert eingeräumt. Die Pilotprojektbeschreibungen sind in der Regel unterteilt in eine allgemeine Projektbeschreibung, eine Zieldefinition, ein Planung des Einsatzes und eine Beschreibung der Durchführung. Die Beschreibung der Durchführung umfasst die Vorbereitung und die Anwendung der QSM. Abgeschlossen werden die Pilotprojektbeschreibungen mit einer Bewertung und gegebenenfalls mit einer Auflistung praktischer Tipps. Folgende QSM wurden in Form von Pilotprojekten bearbeitet:

• Anforderungs- und Defect-Management
• Simulation zu Testzwecken
• Prozessdefinition mit dem projekt>kit
• Modellbasierter Funktionstest regelungstechnischer Software
• Virtueller Funktionstest von PROFIBUS-Komponenten
• Fundamentales Modellierungskonzept (FMC)
• Optimierung des Entwicklungsprozesses

9.1 Anforderungs- und Defect-Management

Kapitel 9.1 beschreibt die Erfahrungen, die bei der Endress + Hauser GmbH + Co.KG bei der Einführung von Anforderungs- und Defect- Management als Qualitätssicherungsmaßnahme gesammelt wurden und welche Erkenntnisse hieraus weitergegeben werden können.

9.1.1 Allgemeine Projektbeschreibung

Das Entwicklungsprojekt, in dessen Umfeld die nachfolgend beschriebenen Qualitätssicherungs-Maßnahmen (QSM) eingesetzt wurden, hatte zum Ziel, ein Füllstandsmessgerät auf radiometrischer Basis zu entwickeln. Dieses Messprinzip hat den Vorteil, dass es auch bei hohen Drücken, hohen Temperaturen und aggressiven Medien eingesetzt werden kann, da es sich um eine berührungslose Messung handelt. Als Strahlungsquelle kommt ein Cäsium- bzw. Cobaltpräparat zum Einsatz. Als Detektor dient ein Kristall- oder Plastikszintillator. Das Messgerät verfügt sowohl über einen analogen (4-20 mA) Ausgang als auch über eine digitale Kommunikationsschnittstelle. Eine Randbedingung bei der Entwicklung der Software bestand darin, die Teile der Software für die Kommunikation und Bedienung aus der Entwicklung früherer Messgeräte zu übernehmen. Eine weitere Vorgabe bei der Entwicklung war die Entscheidung, das gesamte Gerät nach SIL 2 (Safety Integrity Level nach der Norm IEC 61508) zu entwickeln. Dadurch waren bereits viele Vorgaben bezüglich des Einsatzes von QS-Maßnahmen eindeutig festgelegt.

Das Entwicklungsprojekt hatte eine Laufzeit von ca. 2 Jahren und wurde hauptsächlich von einem Team bestehend aus 1 Projektleiter, 1 Produktmanager, 3 Software-Entwicklern, 3 Hardware-Entwicklern, 1 Konstrukteur und 1 Mitarbeiter für Zulassungen und technische Sicherheit umgesetzt. Weiterhin waren Hard- und Software-Qualitätssicherung sowie die Anwendungstechnik beteiligt.

9.1.2 Ziele des Pilotprojekts

Getrieben durch die Vorgaben der Entwicklung nach SIL2 war die Forderung nach dem Einsatz einer möglichst durchgängigen Toolkette (Requirements-, Test-, Defect-, Version- und Konfigurations-Managementtools) innerhalb der Softwareentwicklung gegeben.