Interdisziplinäre Anforderungsmodellierung in der Automatisierungstechnik

Der Vortrag veranschaulicht das interdisziplinäre Modellierungskonzept, das im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes ProMiS (Projektmanagement interdisziplinärer Systementwicklung) [ProMiS] erarbeitet und erprobt wurde anhand praxisrelevanter Fallstudien aus dem Anwendungsgebiet der Automatisierungstechnik im Bereich kleinund mittelständischer Unternehmen (KMUs). Interdisziplinäre Modellierungssprache Auf dem vorjährigen Fachgruppentreffen wurde das in ProMiS erarbeitete Requirements Engineering Methodikkonzept und seine Integration in das Projektmanagement auf der Basis der Quality-Gate-Methodik vorgestellt [GW 2003]. Kern des RE-Ansatzes ist ein systematischer, iterativer Analyseund Definitionsprozess für die frühen Phasen des Entwicklungsprozesses eingebetteter Systeme. Die Anforderungsund Lösungsspezifikation basiert dabei auf einer grundlegenden interdisziplinären „Modellierungssprache“ bestehend aus fünf wesentlichen „Systemsichten“ und dazugehörigen Modellierungstechniken. Sie werden in einem iterativen Prozess mit den Aktivitäten Analyse, Definition und Entwurf eingesetzt, um mit ihrer Hilfe die Systemspezifikation sukzessive zu vervollständigen. Bild 1: Iterativer Einsatz der Systemsichten und Techniken Einstiegssichten: Strukturund Ablaufsicht Wesentliche Einstiegssichten der gemeinsamen Anforderungsanalyse sind die Struktursicht und die Ablaufsicht. Ihre Beschreibungstechniken Strukturskizze, Systemstrukturdiagramm, Ablaufskizze und Systemstrukturbaum werden parallel und in gegenseitiger Ergänzung für das Herausarbeiten, Skizzieren und Definieren der Anforderungen und Lösungskonzepte verwendet. Mit Hilfe der Strukturskizzen werden die wesentlichen Einheiten/Komponenten des Systems und seiner Umgebung sowie deren Wirkbeziehung untereinander anschaulich skizziert und diskutiert. Aus den erstellten Strukturskizzen und mittels Analyse der wichtigsten Anwendungsfälle mit Hilfe von Ablaufskizzen (Bild 3a/b) werden das Systemstrukturbild (Bild 2) und der Systemstrukturbaum erarbeitet. Das zu entwickelnde Steuerungssystem wird in dem Systemstrukturbild abgegrenzt (gestrichelte Linie), die Schnittellen zur Umwelt und den umgebenden Komponenten werden aufgezeigt und im weiteren Verlauf näher spezifiziert. Die AufgaDiese Sichten und Beschreibungstechniken unterstützen den Aufbau eines grundsätzlichen Anwendungsund Systemverständnisses, sind Diskussionsgrundlage für die interdisziplinäre Erarbeitung wesentlicher Systemaspekte und damit die gemeinsame Sprache der beteiligten Personen. Mit ihrer Hilfe können insbesondere die Schnittstellen zwischen Systemkomponenten, Benutzern und System und zwischen den Disziplinen umfassend und präzise herausgearbeitet werden. Für die umfassende Dokumentation der Sichtenspezifikation sind die Modelle mit erläuterndem Text zu ergänzen. ben/Funktionen des Systems (Kästen innerhalb der Linie) sind Ausgangspunkt für die Entwicklung des Funktionsstrukturbaumes innerhalb des Systemstrukturbaumes. Bild 2: Systemstrukturbild, Beispiel: Kranroboter Der Systemstrukturbaum dient der grafischen Aufbaudarstellung aller funktionalen und physikalischen Systemkomponenten. Er wird parallel zu Ablaufund Strukturanalyse diskutiert und erstellt. Einzelne Aufgaben und Arbeitsschritte der Systemanwendung werden als zu erstellende Funktionen des zu entwic??kelnden Systems dem Funktionsbaum zugeordnet. In dem Teilbaum der Komponenten wird der physikalische Aufbau des Systems dargestellt. Diese Darstellung veranschaulicht insbesondere den Stakeholdern aus dem Maschinenbau und der Elektrik die zu er-stellenden Komponenten der Software und die Notwendigkeit der Spezifikation der Steue-rungsschnittstellen zwischen den Disziplinen. Bild 3a/b: Ablaufskizze Kranroboter ohne / mit Swimlanes Mit der Ablaufskizze (Bild 3a) – abgeleitet aus der UML werden die wesentlichen Arbeitsschritte der Anwendungsfälle und Funktion/Aufgaben der Anwendung identifiziert und in einem zweiten Schritt entsprechenden Komponenten des Systems zugeordnet (Bild 3b, Ablaufskizze mit Swimlanes) und im Systemstrukturbaum eingeordnet. Die Ablaufskizze mit Swimlanes veranschaulicht insbesondere die notwendige Kommunikation zwischen den Komponenten (bzw. an den Systemgrenzen) für die Steuerung eines Anwendungsfalles. Detaillierung und iterative Überarbeitung Für die weitere gemeinsame Detaillierung und Verfeinerung der Systemspezifikation, insbesondere der Schnittstellen an den Systemgrenzen, werden die Beschreibungstechniken der Interaktions-, Datenund Verhaltenssicht eingesetzt. Mit Hilfe der Beschreibungstechnik der Sequenzdiagramme (UML) kann die Interaktion zwischen Komponenten/System näher untersucht und unter relevanten interdisziplinären Aspekten analysiert werden. Wichtige Fragen hierbei sind z.B.: Welche Teilaufgaben übernimmt welche Komponente? Welche Funktionen/Dienste/Schnittstellen bieten bestehende Komponenten an? Wie sehen die Schnittstellen aus – bzw. wie müssen sie aussehen? (bezüglich Hardware, Elektrik, Protokoll, ...) Welche Informationen und Daten müssen in welcher Reihenfolge ausgetauscht werden? usw. Bei der Datendefinition bzw. der Spezifikation der Schnittstellentabelle werden insbesondere die relevanten Daten/Informationen der Interaktionen an den Systemgrenzen und globale Systemgrößen spezifiziert. Weiterhin definieren die Disziplinen Software und Elektronik/Schaltschrankbau an dieser Stelle den Zusammenhang zwischen Daten, Sensoren und Aktoren und Klemmstellen an der Steuerung. Referenzposition eingenommen Material aufnehmen In Aufnahmeposition fahren In Bearbeitungsposition fahren