Pattern oriented transformations between analysis and design models [Elektronische Ressource] : (POTAD) / von Gabriel Schwefer (geb. Vögler)

Gabriel Schwefer

Informations

• Publié par: technische_universitat_ilmenau
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 46
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 3 Mo

Extrait

Pattern-Oriented Transformations
between Analysis and Design Models
(POTAD)

DISSERTATIONSSCHRIFT
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktoringenieur (Dr.-Ing.)


vorgelegt der Fakultät für Informatik und Automatisierung
der Technische Universität Ilmenau

von Diplom-Wirtschaftsinformatiker Gabriel Schwefer (geb. Vögler)
geboren am 18. September 1976

Gutachter: 1. Prof. Dr.-Ing. habil. Ilka Philippow
2. Prof. Dr.-Ing. Ina Schieferdecker
3. Prof. Dr.-Ing. habil. Wolfgang Fengler

Eingereicht: 10. Oktober 2007
Datum der Promotion: 19. Februar 2008

urn:nbn:de:gbv:ilm1-2008000021
Vorwort
Diese Arbeit entstand im Rahmen meiner Doktorandentätigkeit in der Abteilung Software-
Architekturen (mittlerweile Software-Strukturen) der DaimlerChrysler-Forschung in Ulm, die
von Dr. Bernhard Hohlfeld geleitet wird. Das bearbeitete Thema war in das vom BMBF ge-
Integrative Pattern- und UML-orientierte Lern- und System-förderten Verbundprojekt
Entwicklungsumgebung (InPULSE) eingebettet. An diesem Projekt war neben der Daimler-
Chrysler AG unter anderem auch das Fachgebiet Prozessinformatik der TU Ilmenau beteiligt,
das von Frau Prof. Dr.-Ing. habil. Ilka Philippow geleitet wird. Sie übernahm die wissenschaft-
liche Betreuung dieser Arbeit und ergänzte somit Dr. Thomas Flor, der die Arbeit seitens
DaimlerChrysler begleitete.
Für die Betreuung möchte ich Ilka Philippow und Thomas Flor herzlich danken. Sehr hilfreich
waren unter anderem die Ratschläge zum methodischen Aufbau und die kritischen Fragen zur
Eingrenzung des Themas. Persönlich und auch stellvertretend für die DaimlerChrysler AG
möchte ich Herrn Hohlfeld für die Unterstützung dieser Arbeit und meiner beruflichen Ent-
wicklung danken. Die Finanzierung von Konferenzbesuchen und die Genehmigung von
Diplomandenstellen im Umfeld dieser Arbeit haben zu dem Gelingen entscheidend beigetragen.
Ein Kompliment auch an die Diplomanden, die sich mit viel Interesse in ein umfangreiches
Gebiet eingearbeitet haben und sich mit Engagement an der Fallstudie und der Werkzeug-
implementierung beteiligten. Ein persönlicher Dank an diejenigen, die mich trotz meiner wissen-
schaftlichen Tätigkeiten nicht vergessen haben und nun insgesamt fünf Jahre Geduld und
Rücksicht aufgebracht haben. Bei der wichtigsten Person in meinem Leben möchte ich mich
dafür bedanken, dass sie da ist und ihr, Stella, diese Arbeit widmen.


I
II
Kurzfassung
Eine Antwort auf viele aktuelle Anforderungen im Elektrik/Elektronik-Bereich der Fahrzeugent-
wicklung ist ein durchgängig modellbasierter Entwicklungsprozess, der Modelle der System- und
Softwareentwicklung integriert. Ein Systemmodell beschreibt mit der logischen System-
architektur die Funktionen eines Fahrzeugs und mit der technischen Systemarchitektur die
realisierende Elektrik/Elektronik, wie z. B. Steuergeräte, Sensoren/Aktoren und Bussysteme. Im
Rahmen der Softwareentwicklung muss für einzelne Funktionen aus der logischen System-
architektur unter Berücksichtigung der technischen Systemarchitektur und weiterer An-
forderungen ein Softwaredesignmodell erstellt werden. Aktuelle modellbasierte Entwicklungs-
ansätze versprechen mit Hilfe des Konzepts der Modelltransformation den Übergang zwischen
Modellen unterschiedlicher Entwicklungsphasen automatisieren zu können. Dieses Konzept
bietet sich dazu an, aus einem Systemarchitekturmodell ein Grundgerüst eines Softwaredesign-
modells zu erzeugen und damit einen Teil der Softwareentwicklungsaktivitäten zu auto-
matisieren.
Die Analyse dieser Arbeit zeigt, dass die erarbeiteten domänenspezifischen Anforderungen, die
für solch ein Szenario an einen Modelltransformationsmechanismus gestellt werden müssen,
durch aktuelle Ansätze nicht vollständig erfüllt werden. Der eigene Ansatz Pattern-Oriented
Transformations between Analysis and Designmodels (POTAD) verwendet die logische
Systemarchitektur im Rahmen der Softwareentwicklung als Analysemodell und systematisiert
dessen Zusammenhang mit dem Designmodell auf der Basis von Analyse- und Designmustern.
Für ein im Analysemodell gefundenes Analysemuster instanziiert eine POTAD-
Transformationsregel mit Hilfe dieser Systematik in Abhängigkeit nichtfunktionaler An-
forderungen und der technischen Systemarchitektur unterschiedliche Designmuster im Design-
modell. Gleichzeitig werden Verknüpfungen zwischen den Analyse- und Designmustern angelegt,
die zur späteren Verfolgung von Designentscheidungen genutzt werden. Anhand eines dem
POTAD-Entwicklungsprozess folgenden Prototyps, der die in der POTAD-
Transformationssprache formulierten Regeln ausführen kann und die Verfolgbarkeit werkzeug-
seitig unterstützt, wird die Realisierbarkeit des Lösungsansatzes gezeigt.
POTAD wurde durch studentische Arbeiten anhand einer Fallstudie überprüft, die typische
Eigenschaften der betrachteten Domäne abdeckt. Die Ergebnisse dieser Arbeiten haben die
Tauglichkeit von POTAD gezeigt, die Methodik und die Transformationssprache verbessert und
Grenzen aufgezeigt.
III
IV
Abstract
One answer to many current challenges in the electronic domain of automotive development, is
a continuous model-based engineering process that integrates models of system and software
development. A system model describes by the use of the logical system architecture the func-
tions of a vehicle and through the technical system architecture the realising electronics, such
as control units, sensors/actuators and data busses. During software development, a software
design model for selected functions of the logical system architecture must be constructed with
consideration of the technical architecture and further requirements. Current model-based
development approaches claim to automate the transition between different development
phases by the concept of model transformations. This concept lends itself to generate a skele-
ton of the software design model from the system architecture model, thereby automating a
part of the software engineering activities.
The analysis of this work shows that the collected domain specific requirements, which must be
made on a model transformation mechanism for such a scenario, are not fulfilled by current
approaches. The approach taken in this work, the Pattern-Oriented Transformations between
Analysis and Designmodels (POTAD) uses the system architecture as an analysis model within
software development and systemizes the connection with the design model on the basis of
analysis and design patterns. By means of this systematisation, a POTAD transformation rule
instantiates for an analysis pattern different design patterns under consideration of non-
functional requirements and the technical system architecture. At the same time, links between
an analysis and design pattern are created, which are used to trace design decision later. The
feasibility of the solution is shown by a prototype, which follows the POTAD development
process and executes the transformation rules formulated in the POTAD transformation lan-
guage.
POTAD was verified by several student works based on a case study, which covers typical
characteristics of the examined domain. The results of these works showed the suitability and
improved the methodology as well as the transformation language and pointed out the limits of
the approach taken.

V
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG UND MOTIVATION.......................................................................................1
1.1 UMFELD......................................................................................................................... 2
1.2 PROBLEMSTELLUNG ........................................................................................................ 6
1.3 ABGRENZUNG ................................................................................................................. 7
1.4 ORGANISATION DER ARBEIT............................................................................................. 8
2 FALLBEISPIEL: KOMBIINSTRUMENT- UND FAHRFUNKTIONEN..................................11
2.1 ÜBERSICHT....................................................................................................................11
2.2 DESIGN DER SOFTWAREFUNKTIONEN...............................................................................14
3 STAND DER TECHNIK......................................................................................................17
3.1 SYSTEMENTWICKLUNG ...................................................................................................17
3.1.1 Grundlegende Anforderungen der Domäne ....................................................................18
3.1.2 Der Kernprozess der Systementwicklung .......................................................................21
3.1.3 Modellbasierte Entwicklung ..........................................................................................27
3.1.4 Zwischenergebnis..............................................................................................