Siemens Rail

Ein formaler Systems-Engineering-Ansatz in der Praxis

Projektbeschreibung

Vor kurzem nahmen die Technische Universität München (TUM) und fortiss GmbH (fortiss) an einem Konsortium von mehr als zwanzig Partnern aus Wissenschaft und Industrie teil, die gemeinsam das SPES Modeling Framework (SPES MF) entwickelten. Das SPES MF unterstützt die durchgängige Entwicklung von Software für eingebettete Systeme. Das SPES MF ist ein artefakt-orientierter und modellbasierter Ansatz, der Artefakttypen und deren Beziehungen für Entwicklungsaufgaben verschiedener Granularitätsebenen für das zu entwickelnde System definiert.

In diesem Projekt wurde die Frage beantwortet, ob dieser Ansatz auf ein System realistischer Größe und Komplexität anwendbar ist, und ob der Ansatz in diesem Kontext den erwarteten Nutzen bringt. In einem Kooperationsprojekt zwischen der TUM, fortiss und der Geschäftseinheit der Siemens AG (Siemens) Rail Automation, wendeten wir SPES MF auf ein von Siemens entwickeltes reales Produktivsystem an.  Dabei wurden folgende Forschungsfrage beantwortet:

„Kann der SPES MF als wissenschaftlicher Ansatz zusammen mit Autofocus 3 als Tool-Unterstützung für den SPES MF direkt auf ein reales Produktivsystem angewendet werden?“

Es wurde ein umfassendes Modell der Systemanforderungen und Systemfunktionen für einen Teil eines Zugautomatisierungssystems mit dem Tool AutoFOCUS3.

Die akademischen Partner verfolgten drei Hauptziele mit diesem Projekt:

  • Validierung des SPES MF als Entwicklungsmethode für die durchgängige Modellierung des Zugautomatisierungssystems und seiner Teilsysteme von den Anforderungen über funktionale und logische Architektur bis hin zur technischen Architektur.
  • Validierung von AutoFOCUS3 als Tool-Unterstützung für den SPES MF einschließlich der automatisierten Verifikation, Simulation, Testfall-Generierung und Scheduling-Synthese
  • Identifizierung neuer Forschungsthemen

Hauptziel von Siemens war, die Kombination von Werkzeugen (wie AutoFOCUS3) und Methoden, die von den akademischen Partnern bereitgestellt wurden, zu beurteilen und die neuen Konzepte in einem industriellen Umfeld zu bewerten.

Projekt-Setup und ein Auszug der Ergebnisse finden sich in Wolfgang Böhm, Maximilian Junker, Andreas Vogelsang, Sabine Teufl, Ralf Pinger and Karsten Rahn: A Formal Systems Engineering Approach in Practice: An Experience Report. SER&IPs 2014, ICSE, India.

Forschungsbeitrag

Die Anwendung des SPES MF auf das System zeigte mehrere interessante Ergebnisse sowohl für den industriellen als auch die akademischen Partner. Detaillierte Informationen über unsere Ergebnisse in Bezug auf die Anforderungen finden sich in Sabine Teufl, Wolfgang Böhm, and Ralf Pinger: Understanding and Closing the Gap between Requirements on System and Subsystem Level. MoDRE 2014, RE, Sweden.

Es stellte sich heraus, dass unser Modellierungsansatz für das Zugautomatisierungssystem gut geeignet war, da es in großen Teilen ein diskretes, verteiltes System ist. Wir modellierten und formalisierten einen großen Anteil (mehr als 80%) der Systemanforderungen. Dies ist ein wichtiges Ergebnis, da die originalen Dokumente ursprünglich mit einem anderen Prozess und Entwicklungsmethodik entwickelt wurden und nicht speziell für die Anwendung eines modellbasierten Entwicklungsansatzes konzipiert wurden.

Sowohl akademische als auch Industriepartner folgerten aus dem Projekt, dass der Modellierungsansatz und seine Tool-Integration gut geeignet sind, um ein reales System im Kontext der Zugautomatisierung zu modellieren.

Hauptergebnisse des Projektes:

  • Forschungstransfer

    • Modellierungsansatz für das System gut geeignet
    • Explizite Design-Entscheidungen
    • garantierte Konsistenz zwischen den Ansichten (z.B. Anforderungen und Architektur)

  • Validierung

    • Übertragung alle Anforderungen in AutoFOCUS 3
    • 80% der Anforderungen formalisiert
    • Verifizierte, ausführbare funktionale und logische Modell
    • Technisches Architekturmodell verwendet für die Scheduling- und Timing-Analyse
    • Validierung der Timing-Anforderungen auf Basis von Schedule-Erzeugung für effizientes Deployment

  • Neue Forschungsthemen

    • Wie misst und schließt man die Lücken zwischen den verschiedenen Anforderungsebenen (System, Subsystem)
    • Systematische Konstruktion und Nutzung eines Funktionsmodells
    • Spezifikation und Validierung von Timing-Anforderungen mittels Nachrichten-Sequenz-Diagrammen

Partner

  • Siemens AG
  • fortiss GmbH
  • Technische Universität München

Förderung

Industrieprojekt

Ansprechpartner

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