Embedded Systems - qualitätsorientierte Entwicklung (eBook)

Klaus Bender (Herausgeber)

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2005 | 2005
X, 386 Seiten
Springer Berlin (Verlag)
978-3-540-27370-7 (ISBN)

Infos

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.

Inhalt

Inhalt 5
Einführung 9
Handbuch 13
1 Wandel der Produkte und Prozesse 15
1.1 Von mechanischen zu mechatronischen Produkten 15
1.2 Neue Herausforderungen an die Entwicklung 16
1.3 Besonderheiten eingebetteter Software 17
1.4 Anforderungen der eingebetteten Software an die QS 17
2 Grundlagen der Qualitätssicherung 19
2.1 Begriffsdefinitionen 19
2.2 Ansätze zur Qualitätssicherung 21
2.2.1 Produktnorm ISO 9126 21
2.2.2 Prozessnorm ISO 9000 21
2.2.3 Reifegradmodelle 22
3 Systematisierung von Entwicklungsprozessen 29
3.1 Anforderungen an Vorgehensmodelle 29
3.2 Erfüllen etablierte Prozesse diese Anforderungen? 33
3.2.1 Softwaretechnik 33
3.2.2 Mechanik 41
3.2.3 Elektronik 46
3.2.4 Schlussfolgerung 51
3.3 Das 3-Ebenen-Vorgehensmodell 52
3.3.1 Aufbau des 3-Ebenen-Vorgehensmodells 53
3.3.2 Einsatz des 3-Ebenen-Vorgehensmodells bei der Entwicklung mechatronischer Systeme 56
4 Systematisierung von Qualitätssicherungsmaßnahmen 59
5 Methodik des virtuellen Funktionstests 63
5.1 Prinzip und Begrifflichkeit 63
5.2 Ausprägungen im Entwicklungsprozess 65
5.3 Umsetzung des virtuellen Funktionstests 67
5.4 Fazit und Bewertung 71
Leitfaden 73
6 Bestandsaufnahme bei den Projektpartnern 75
6.1 Vorgehensweise 75
6.1.1 Die Elemente der Prozessbeschreibung 76
6.1.2 Der Dokumentenplan 78
6.2 Ergebnisse und Bewertung 79
6.2.1 Liste von QS-Maßnahmen 79
6.2.2 Liste von Dokumenten 83
6.2.3 Anmerkungen zur Bestandsaufnahme 84
7 Auswahl von QS-Maßnahmen 85
7.1 Rahmenkonzept der Entscheidungsunterstützung 86
7.1.1 Profilbasiertes Entscheidungsmodell 88
7.1.2 Kategorisierung der Merkmale 93
7.1.3 Auswahlmethodik 94
7.1.4 Nutzen der Entscheidungsunterstützung 97
7.2 Vorgehensweisen zur Anwendung der Entscheidungsunterstützung 98
7.2.1 Zusammensetzung der Expertengruppe 98
7.2.2 Vorgehensweise zur Definition von Profilen 99
7.2.3 Bestimmung relevanter Merkmale 101
7.2.4 Beschreibung von Merkmalen 104
7.2.5 Vorgehensweise zur Beschreibung von Profilen 106
7.2.6 Beschreibung von Entwicklungsprofilen 107
7.2.7 Beschreibung von QS-Anforderungsprofilen 108
7.2.8 Beschreibung von QS-Maßnahmenprofilen 109
7.2.9 Verwendung und Anpassung des Entscheidungsmodells 111
8 Anwendung von QSM in der Praxis 115
8.1 Änderungsmanagement 117
8.1.1 Einsatzumfeld 117
8.1.2 Vorgehensweise 118
8.1.3 Bewertung 124
8.1.4 Praktische Tipps 125
8.2 Anforderungsverfolgung 126
8.2.1 Einsatzumfeld 126
8.2.2 Vorgehensweise 127
8.2.3 Bewertung 131
8.2.4 Praktische Tipps 132
8.3 Defect Management 133
8.3.1 Einsatzumfeld 133
8.3.2 Vorgehensweise 134
8.3.3 Bewertung 138
8.3.4 Praktische Tipps 139
8.4 Fehler-Möglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA) 140
8.4.1 Einsatzumfeld 140
8.4.2 Vorgehensweise 141
8.4.3 Bewertung 146
8.4.4 Praktische Tipps 147
8.5 Funktionstest 148
8.5.1 Einsatzumfeld 148
8.5.2 Vorgehensweise 149
8.5.3 Bewertung 152
8.5.4 Praktische Tipps 153
8.6 Nutzung eines Phasenmodells (V- Modell) 154
8.6.1 Einsatzumfeld 154
8.6.2 Vorgehensweise 155
8.6.3 Bewertung 162
8.6.4 Praktische Tipps 162
8.7 Objektorientierte Analyse und Design mit UML 163
8.7.1 Einsatzumfeld 163
8.7.2 Vorgehensweise 164
8.7.3 Bewertung 166
8.7.4 Praktische Tipps 167
8.8 Regressionstest (1) 168
8.8.1 Einsatzumfeld 168
8.8.2 Vorgehensweise 169
8.8.3 Bewertung 173
8.8.4 Praktische Tipps 173
8.9 Regressionstest (2) 174
8.9.1 Einsatzumfeld 174
8.9.2 Vorgehensweise 175
8.9.3 Bewertung 179
8.9.4 Praktische Tipps 180
8.10 Review-Techniken 181
8.10.1 Einsatzumfeld 182
8.10.2 Vorgehensweise 182
8.10.3 Bewertung 186
8.10.4 Praktische Tipps 187
8.11 Risikomanagement 189
8.11.1 Einsatzumfeld 189
8.11.2 Vorgehensweise 190
8.11.3 Bewertung 193
8.11.4 Praktische Tipps 194
8.12 Softwareänderungs-Management 195
8.12.1 Einsatzumfeld 195
8.12.2 Vorgehensweise 196
8.12.3 Bewertung 200
8.12.4 Praktische Tipps 200
9 Die Einführung von QSM in einzelnen Unternehmen 201
9.1 Anforderungs- und Defect-Management 202
9.1.1 Allgemeine Projektbeschreibung 202
9.1.2 Ziele des Pilotprojekts 202
9.1.3 Planung des QSM-Einsatzes 203
9.1.4 Durchführung der QSM 204
9.1.5 Bewertung 210
9.1.6 Praktische Tipps 210
9.2 Simulation zu Testzwecken 212
9.2.1 Allgemeine Projektbeschreibung 212
9.2.2 Ziele des Pilotprojekts 213
9.2.3 Planung des QSM-Einsatzes 214
9.2.4 Durchführung der QSM 215
9.2.5 Bewertung 218
9.2.6 Praktische Tipps 219
9.3 Prozessdefinition mit dem project> kit
9.3.1 Allgemeine Projektbeschreibung 220
9.3.2 Ziele der project> kit Erweiterung
9.3.3 Integration der EQUAL-Ergebnisse ins project> kit
9.3.4 Zusammenfassung 232
9.4 Modellbasierter Funktionstest regelungstechnischer Software 233
9.4.1 Ziele des Pilotprojekts 234
9.4.2 Planung des QSM-Einsatzes 235
9.4.3 Durchführung der QSM 236
9.4.4 Bewertung 243
9.4.5 Praktische Tipps 246
9.5 Virtueller Funktionstest von PROFIBUSKomponenten 247
9.5.1 Allgemeine Projektbeschreibung 247
9.5.2 Ziele des Pilotprojekts 247
9.5.3 Planung des QSM-Einsatzes 247
9.5.4 Durchführung der QSM 248
9.5.5 Bewertung 254
9.5.6 Praktische Tipps 255
9.6 Fundamentales Modellierungskonzept (FMC) 256
9.6.1 Allgemeine Projektbeschreibung 256
9.6.2 Ziele des Pilotprojektes 256
9.6.3 Planung des QSM-Einsatzes 258
9.6.4 Durchführung der QSM 258
9.6.5 Bewertung 263
9.7 Optimierung des Entwicklungsprozesses 264
9.7.1 Allgemeine Projektbeschreibung 264
9.7.2 Ziele des Pilotprojekts 265
9.7.3 Planung des QSM-Einsatzes 266
9.7.4 Durchführung der QSM 266
9.7.5 Bewertung 269
9.7.6 Praktische Tipps 269
10 Best-Practice-Empfehlungen für die Auswahl von QSM 271
10.1 Anforderungen 273
10.1.1 Problembeschreibung 273
10.1.2 Zuordnungen 275
10.2 System-Design 279
10.2.1 Problembeschreibung 279
10.2.2 Zuordnungen 281
10.3 Realisierung 285
10.3.1 Problembeschreibung 285
10.3.2 Zuordnungen 286
10.4 Systemintegration- und test 290
10.4.1 Problembeschreibung 290
10.4.2 Zuordnungen 291
10.5 Projektmanagement 295
10.5.1 Problembeschreibung 295
10.5.2 Zuordnungen 298
Anhang 303
QS-Maßnahmenkatalog 305
Analytische QS-Maßnahmen 305
Konstruktive QS-Maßnahmen 326
Organisatorische QS-Maßnahmen 341
Literatur 365
Glossar 371

Textauszug

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.

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 8.12.2005
• Zusatzinfo: X, 386 S. 66 Abb.
• Verlagsort: Berlin
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Mathematik / Informatik ► Informatik ► Software Entwicklung
• Themenwelt: Informatik ► Weitere Themen ► CAD-Programme
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• Themenwelt: Wirtschaft ► Betriebswirtschaft / Management
• Schlagworte: 3-Ebenen-Vorgehensmodell • Best-Practise • Eingebettete Systeme • Embedded Quality • Entwicklungsprozess • Fehler • mechatronische Systeme • Methode • QSM • Qualitätssicherung • Qualitätssicherungsmaßnahmen (QSM) • Quality Control, Reliability, Safety and Risk • Sicherung • Software • Softwareintensive Systeme • Virtueller Funktionstest • Vorgehensmodell
• ISBN-10: 3-540-27370-0 / 3540273700
• ISBN-13: 978-3-540-27370-7 / 9783540273707