1 Von Anforderungslisten zu vernetzten Produktmodellen – am Beispiel der Gebäudeautomation Dr.-Ing. Oskar von Dungern enso managers gmbh, Berlin Unterschleißheim, 1.März 2016 2 Zusammenfassung Ein innovativer Hersteller der Gebäude-Automation will sein erfolgreiches Produkt-Portfolio durch eine Familie drahtlos vernetzter Sensoren, Aktoren und Steuerungen erweitern. Dazu sind 120 systemfähige Geräte zu entwickeln. Zugleich sind minimale Entwicklungskosten und -zeit gefordert, um die Vermarktungsziele in einem schnell wachsenden Markt zu erreichen. Ausgangspunkt ist eine Liste von 1300 Anforderungen – doch ist nicht klar, ob sie umsetzbar sind, wie groß die Lücken und wo die Kostentreiber verborgen sind, wieviel Aufwand für die Entwicklung zu veranschlagen ist. Ein interdisziplinäres Team aus Produkt-Managern, Ingenieuren der Fachrichtungen Mechanik, Elektronik und Software sowie Testern modelliert die Produktstruktur, identifiziert mehrfach verwendbare Komponenten, definiert eine übergreifende System-Architektur und ordnet schließlich die Anforderungen den Komponenten zu. Nach 5 Monaten ist klar, dass über 90% Prozent der Anforderungen umsetzbar sind, welche Entwicklungskosten eingeplant werden müssen und welche offenen Fragen noch zu klären sind. Die Lastenhefte für alle 120 Geräte werden aus dem Gesamtmodell erzeugt. Entwickler und Tester nutzen eine gemeinsame Referenz vernetzter Anforderungen und KonzeptDiagramme. 3 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 4 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 5 Mechanik Elektronik Software ? Verhalten Komposition Übergreifende Produkt-Konzeption ? Anforderungen 1 Für 120 vernetzte Geräte • Konsistent ? • Machbar ? • Qualitätsgesichert ? Spec Spec Spec Spec Spec 6 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 7 2 Anforderungsmanagement heute Wie stellen Sie - Vollständigkeit - Widerspruchsfreiheit - Realisierbarkeit sicher ? Wie identifizieren Sie die Kostentreiber ? 2006: Anforderungslisten 1996: Textdokument Wie stellen Sie Bezüge zwischen - Anforderungen - Funktionen - Bauteilen her ? Wie sichern Sie die Qualität Ihrer Lastenhefte ? 8 2 System-Modellierung heute Warum gibt es so viele ‚offene Enden‘ ?? 9 2 Analyse • Anforderungslisten alleine lassen keine Qualitätsaussage zu • System-Modellierung ist meist sehr detailliert und braucht Erläuterung • Die Werkzeuge unterstützen die Erstellung konsistenter Spezifikationen kaum • Qualität hängt von Disziplin und Geisteskraft ab 10 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 11 Verhalten Komposition Übergreifende Produkt-Konzeption ! Anforderungen 3 Mechanik Elektronik Software Modell Kern Für 120 vernetzte Geräte • Konsistent ! • Machbar ! • Qualitätsgesichert ! Spec Spec Spec Spec Spec 12 3 Diagramme sind Sichten des Modells Komposition Eigenschaften: • Wenige offene Enden • Aussagekräftig in allen Sichten • Teilweise automatisch ermittelte Beziehungen • Für systematische Modellprüfung Modell Kern Verhalten Anforderungen 13 3 Dokumente mit aktiven Verweisen ausleiten Komposition Mechanik Elektronik Software Modell Kern Verhalten Anforderungen 14 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 16 4 Vom Auge zum Bit: Vier Ebenen der Informationsdarstellung 1. Dokumente sind Informationsträger (Medium/Format) 2. Notationen bestimmen das Aussehen 3. Integriertes Modell fasst den logischen Inhalt 4. Ganz abstrakt wird alles durch Objekte und Relationen gespeichert ✶ ↯ ■ ● ♦ 17 4 Logische Bedeutung automatisch in semantisches Netz überführen Modellkern mit semantisch verknüpften Elementen Accepter ● Devis Graphische Darstellung, Sicht Client ■ Service comptable ■ ‚enthält‘ ■ Accepter ‚signalisiert‘, falls … ♦ [valider] ‚löst-aus‘ ■ Établir facture ‚schreibt‘ ● Facture [émise] 18 4 Fundamental Modelling Concept * • Pläne (▣) mit 5 fundamentalen Modellelement-Typen ( ■, ●, ♦, ✶, ↯ ) • Mehr logische Stringenz verbessert Einsicht und Ausdruckskraft • Gemeinsame und vernetzte Modellelemente knüpfen ein semantisches Netz • Unser Ansatz: Verbreitete Diagrammtypen verwenden (BPMN, SysML, …) * Prof.Dr. Siegfried Wendt, Gründungsrektor des Hasso-Plattner-Instituts, Potsdam 19 4 Modellelemente in verschiedenen Plantypen (wieder) verwenden ▣ ■ ● ♦ ✶ ↯ 25 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 26 5 Beispiel: Dimmer als Teil eines Hausautomatisierungs-Systems • System mit 120 Produkten/Geräten mit Bedienteilen, Steuerungen, Sensoren und Aktoren • Kabel- und/oder funkvernetzt (Musterbild) 27 5 Bediensequenzen für den Dimmer aller Bauformen ▣ Prozess Notation: BPMN ■ Akteur ♦ Ereignis ■ Akteur 28 5 Systemaufbau des Unterputz-Dimmers ▣ Komposition Notation: FMC Blockdiagramm ● Zustand ■ Akteur 29 5 Komponenten und Schnittstellen des Dimmer-Moduls ▣ Komposition Notation: FMC Blockdiagramm Mechanik Elektronik Software ■ Akteur ● Zustand 30 5 Verhalten der Dimmer-Steuerung ▣ Zustandsmaschine Notation: Petri-Netz ♦ Ereignis ■ Akteur ● Zustand 31 5 Aufgabe hierarchisch gliedern Übergreifende Konzeption • Gesamtaufgabe gliedern • Widerspruchsfreiheit, Vollständigkeit und Realisierbarkeit prüfen • Zusammenhänge sichtbar machen Fachliche Konstruktion • Innere Strukturen entwerfen • Schnittstellen definieren Simulation Mechanical CAD Electronic CAD Software Design 32 5 Zusammenhänge nachvollziehbar machen W S = C S S = manuell erzeugt automatisch erzeugt (nur eine kleine Auswahl gezeigt) T 35 Themen heute 11. Übergreifende Produkt-Konzeption – worum geht es? 22. Stand der Technik – wo stehen wir heute? 33. Das Prinzip der semantischen Vernetzung 44. Ein wenig Methodik 55. Ein Beispiel aus der Gebäudeautomation 66. Ergebnisse und Nutzen 37 6 Projektergebnisse und Erfahrung • Nach 5 Monaten • stand die Produktarchitektur, • waren die Systemkomponenten identifiziert, • 95% der 1300 Anforderungen zugeordnet • Daraus wurden die Entwicklungsaufgaben abgeleitet und im Aufwand geschätzt • und die Realisierbarkeit wurde im Rahmen des Budgets bestätigt. • Einige erfahrene Ingenieure hatten durchaus Schwierigkeiten, ihre bislang weitgehend selbstbestimmte Arbeitsweise aufzugeben: • Fast alle konnten durch Coaching und Zuspruch einbezogen werden, • wenige mussten in klassische Projekte versetzt werden. • Interdisziplinäre Projektarbeit funktioniert nicht auf Anordnung. 38 6 Nutzen der semantischen Vernetzung von Produktmodellen • Arbeitsergebnisse verschiedener Disziplinen zusammen führen • Darin übergreifend suchen und navigieren • Identische Elemente in verschiedenen Diagrammen finden und konsolidieren • Logische Beziehungen zwischen Modellelementen verfügbar machen • Fehler oder Verletzung von Entwurfsregeln erkennen, teilweise automatisch 40 6 Bessere Einsicht und höhere Qualität ! 2016: Vernetzte Produktmodelle 2006: Anforderungslisten 1996: Textdokumente 43 Auf Standards setzen Internationale Web-Standards • (X)HTML, CSS, PNG, SVG, PDF, Unicode, HTTP(S), …. • Web-Services OMG ReqIF (Requirements Interchange Format) • Daten mit weit verbreiteten RM-Tools (DOORS, Integrity, …) austauschen • ReqIF-Daten direkt bearbeiten – nicht nur zum Transport nutzen Codex of PLM-Openness (ProSTEP iViP e.V.) • Dokumentierte Schnittstellen, Erreichbarkeit aller Daten • Offen für Erweiterungen durch Dritte HIS Abstimmprozess für Anforderungen • Je 2 Attribute ‚Status‘ und ‚Kommentar‘ für OEM und Lieferant • Rollenspezifische Editierberechtigung Automotive SPICE • Prozesse ENG.1-4 (Requirement-Management) unterstützen • Referenzen für ENG.7-10 (Test-Management) bereit stellen 44 Literatur [1] Object Management Group: OMG Systems Modeling Language (OMG SysML™), Version 1.3, June 2012. http://www.omg.org/spec/SysML/1.3/. [2] Boehm, B., Valerdi, R.; Honour, E.: The ROI of Systems Engineering: Some Quantitative Results, 2007 [3] Elm, J.P.: A Study of Systems Engineering Effectiveness: Building a Business Case, 2012 http://resources.sei.cmu.edu/asset_files/specialreport/2012_003_001_34067.pdf [4] Systems Engineering: Produktentwicklung erfindet sich neu. UNITY AG, 2014, http://www.unity.de/studien/?file=1A1030B0 [5] Wendt, S.: Ein grundlegender Begriffsrahmen für das Wissensmanagement im Software-Engineering. In Proceedings „Knowtech“ Dresden 2001. http://www.community-ofknowledge.de/fileadmin/user_upload/attachments/f25.pdf [6] Knöpfel, A.; Gröne, B.; Tabeling, P.: Fundamental Modelling Concepts – Effective Communication of IT Systems. ISBN-13: 978-0-470-02710-3. John Wiley & Sons, Chichester, 2005 [7] Dungern, O.v.: Integration von System-Modellen mit fünf fundamentalen Elementtypen. GfSE Tag des Systems Engineering, Ulm 12-13.11.2015 http://reqif.de/files/resources/enso-m/documentsde/TdSE-2015_Dungern_Modellintegration-mit-fuenf-fundamentalen-Elementtypen.pdf [8] Kaufmann, U., Pfenning, M.: 10 Theses about MBSE and PLM. http://gfse.de/Dokumente_Mitglieder/ag_ergebnisse/PLM4MBSE/PLM4MBSE_Position_paper_V_1_0.pdf 45 Kontakt Dr.-Ing. Oskar v. Dungern +49 173 670 9958 [email protected] Anschrift Ist das interessant für Sie? enso managers gmbh Charlottenstrasse 68 10117 Berlin Deutschland Information Lassen Sie uns einige Gedanken austauschen! www.enso-managers.com www.reqif.de
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