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Embedded Systems - qualitätsorientierte Entwicklung

qualitätsorientierte Entwicklung

VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2005
Seitenanzahl386 Seiten
ISBN9783540273707
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis100,00 EUR

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.

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Leseprobe
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.
Inhaltsverzeichnis
Inhalt5
Einführung9
Handbuch13
1 Wandel der Produkte und Prozesse15
1.1 Von mechanischen zu mechatronischen Produkten15
1.2 Neue Herausforderungen an die Entwicklung16
1.3 Besonderheiten eingebetteter Software17
1.4 Anforderungen der eingebetteten Software an die QS17
2 Grundlagen der Qualitätssicherung19
2.1 Begriffsdefinitionen19
2.2 Ansätze zur Qualitätssicherung21
2.2.1 Produktnorm ISO 912621
2.2.2 Prozessnorm ISO 900021
2.2.3 Reifegradmodelle22
3 Systematisierung von Entwicklungsprozessen29
3.1 Anforderungen an Vorgehensmodelle29
3.2 Erfüllen etablierte Prozesse diese Anforderungen?33
3.2.1 Softwaretechnik33
3.2.2 Mechanik41
3.2.3 Elektronik46
3.2.4 Schlussfolgerung51
3.3 Das 3-Ebenen-Vorgehensmodell52
3.3.1 Aufbau des 3-Ebenen-Vorgehensmodells53
3.3.2 Einsatz des 3-Ebenen-Vorgehensmodells bei der Entwicklung mechatronischer Systeme56
4 Systematisierung von Qualitätssicherungsmaßnahmen59
5 Methodik des virtuellen Funktionstests63
5.1 Prinzip und Begrifflichkeit63
5.2 Ausprägungen im Entwicklungsprozess65
5.3 Umsetzung des virtuellen Funktionstests67
5.4 Fazit und Bewertung71
Leitfaden73
6 Bestandsaufnahme bei den Projektpartnern75
6.1 Vorgehensweise75
6.1.1 Die Elemente der Prozessbeschreibung76
6.1.2 Der Dokumentenplan78
6.2 Ergebnisse und Bewertung79
6.2.1 Liste von QS-Maßnahmen79
6.2.2 Liste von Dokumenten83
6.2.3 Anmerkungen zur Bestandsaufnahme84
7 Auswahl von QS-Maßnahmen85
7.1 Rahmenkonzept der Entscheidungsunterstützung86
7.1.1 Profilbasiertes Entscheidungsmodell88
7.1.2 Kategorisierung der Merkmale93
7.1.3 Auswahlmethodik94
7.1.4 Nutzen der Entscheidungsunterstützung97
7.2 Vorgehensweisen zur Anwendung der Entscheidungsunterstützung98
7.2.1 Zusammensetzung der Expertengruppe98
7.2.2 Vorgehensweise zur Definition von Profilen99
7.2.3 Bestimmung relevanter Merkmale101
7.2.4 Beschreibung von Merkmalen104
7.2.5 Vorgehensweise zur Beschreibung von Profilen106
7.2.6 Beschreibung von Entwicklungsprofilen107
7.2.7 Beschreibung von QS-Anforderungsprofilen108
7.2.8 Beschreibung von QS-Maßnahmenprofilen109
7.2.9 Verwendung und Anpassung des Entscheidungsmodells111
8 Anwendung von QSM in der Praxis115
8.1 Änderungsmanagement117
8.1.1 Einsatzumfeld117
8.1.2 Vorgehensweise118
8.1.3 Bewertung124
8.1.4 Praktische Tipps125
8.2 Anforderungsverfolgung126
8.2.1 Einsatzumfeld126
8.2.2 Vorgehensweise127
8.2.3 Bewertung131
8.2.4 Praktische Tipps132
8.3 Defect Management133
8.3.1 Einsatzumfeld133
8.3.2 Vorgehensweise134
8.3.3 Bewertung138
8.3.4 Praktische Tipps139
8.4 Fehler-Möglichkeits- und Einflussanalyse (FMEA)140
8.4.1 Einsatzumfeld140
8.4.2 Vorgehensweise141
8.4.3 Bewertung146
8.4.4 Praktische Tipps147
8.5 Funktionstest148
8.5.1 Einsatzumfeld148
8.5.2 Vorgehensweise149
8.5.3 Bewertung152
8.5.4 Praktische Tipps153
8.6 Nutzung eines Phasenmodells (V- Modell)154
8.6.1 Einsatzumfeld154
8.6.2 Vorgehensweise155
8.6.3 Bewertung162
8.6.4 Praktische Tipps162
8.7 Objektorientierte Analyse und Design mit UML163
8.7.1 Einsatzumfeld163
8.7.2 Vorgehensweise164
8.7.3 Bewertung166
8.7.4 Praktische Tipps167
8.8 Regressionstest (1)168
8.8.1 Einsatzumfeld168
8.8.2 Vorgehensweise169
8.8.3 Bewertung173
8.8.4 Praktische Tipps173
8.9 Regressionstest (2)174
8.9.1 Einsatzumfeld174
8.9.2 Vorgehensweise175
8.9.3 Bewertung179
8.9.4 Praktische Tipps180
8.10 Review-Techniken181
8.10.1 Einsatzumfeld182
8.10.2 Vorgehensweise182
8.10.3 Bewertung186
8.10.4 Praktische Tipps187
8.11 Risikomanagement189
8.11.1 Einsatzumfeld189
8.11.2 Vorgehensweise190
8.11.3 Bewertung193
8.11.4 Praktische Tipps194
8.12 Softwareänderungs-Management195
8.12.1 Einsatzumfeld195
8.12.2 Vorgehensweise196
8.12.3 Bewertung200
8.12.4 Praktische Tipps200
9 Die Einführung von QSM in einzelnen Unternehmen201
9.1 Anforderungs- und Defect-Management202
9.1.1 Allgemeine Projektbeschreibung202
9.1.2 Ziele des Pilotprojekts202
9.1.3 Planung des QSM-Einsatzes203
9.1.4 Durchführung der QSM204
9.1.5 Bewertung210
9.1.6 Praktische Tipps210
9.2 Simulation zu Testzwecken212
9.2.1 Allgemeine Projektbeschreibung212
9.2.2 Ziele des Pilotprojekts213
9.2.3 Planung des QSM-Einsatzes214
9.2.4 Durchführung der QSM215
9.2.5 Bewertung218
9.2.6 Praktische Tipps219
9.3 Prozessdefinition mit dem project>kit220
9.3.1 Allgemeine Projektbeschreibung220
9.3.2 Ziele der project>kit Erweiterung221
9.3.3 Integration der EQUAL-Ergebnisse ins project>kit221
9.3.4 Zusammenfassung232
9.4 Modellbasierter Funktionstest regelungstechnischer Software233
9.4.1 Ziele des Pilotprojekts234
9.4.2 Planung des QSM-Einsatzes235
9.4.3 Durchführung der QSM236
9.4.4 Bewertung243
9.4.5 Praktische Tipps246
9.5 Virtueller Funktionstest von PROFIBUSKomponenten247
9.5.1 Allgemeine Projektbeschreibung247
9.5.2 Ziele des Pilotprojekts247
9.5.3 Planung des QSM-Einsatzes247
9.5.4 Durchführung der QSM248
9.5.5 Bewertung254
9.5.6 Praktische Tipps255
9.6 Fundamentales Modellierungskonzept (FMC)256
9.6.1 Allgemeine Projektbeschreibung256
9.6.2 Ziele des Pilotprojektes256
9.6.3 Planung des QSM-Einsatzes258
9.6.4 Durchführung der QSM258
9.6.5 Bewertung263
9.7 Optimierung des Entwicklungsprozesses264
9.7.1 Allgemeine Projektbeschreibung264
9.7.2 Ziele des Pilotprojekts265
9.7.3 Planung des QSM-Einsatzes266
9.7.4 Durchführung der QSM266
9.7.5 Bewertung269
9.7.6 Praktische Tipps269
10 Best-Practice-Empfehlungen für die Auswahl von QSM271
10.1 Anforderungen273
10.1.1 Problembeschreibung273
10.1.2 Zuordnungen275
10.2 System-Design279
10.2.1 Problembeschreibung279
10.2.2 Zuordnungen281
10.3 Realisierung285
10.3.1 Problembeschreibung285
10.3.2 Zuordnungen286
10.4 Systemintegration- und test290
10.4.1 Problembeschreibung290
10.4.2 Zuordnungen291
10.5 Projektmanagement295
10.5.1 Problembeschreibung295
10.5.2 Zuordnungen298
Anhang303
QS-Maßnahmenkatalog305
Analytische QS-Maßnahmen305
Konstruktive QS-Maßnahmen326
Organisatorische QS-Maßnahmen341
Literatur365
Glossar371

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