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Funktionsorientierte Entwicklung

Komplexe Funktion mit System konstruiert

Die Digitalisierung und die Zunahme elektronischer Assistenzfunktionen haben die Komplexität heutiger Fahrzeuge in die Höhe treiben lassen. Um Entwicklungsziele dennoch zügig zu erreichen, schwenken viele Unternehmen von der bauteilorientierten zur funktionsorientierten Entwicklung um. So lässt sich Zeit sparen, Wissen strukturiert weitergeben und nicht zuletzt die Fehlerquote senken.

Bild: Intervista AG Deutschland

Schematisches Beispiel eines per FMC dargestellten Spurhalteassistenten. Bild: Intervista AG Deutschland

Bis zu 100 Steuergeräte finden sich in Neufahrzeugen. Mit dem autonomen Fahren und mobilen Online-Diensten wird die Entwicklung konkurrenzfähiger Fahrzeuge nicht einfacher. Statt auf den bauteilorientierten Entwicklungsansatz setzen daher Autobauer zunehmend auf Methoden der funktionsorientierten Entwicklung. Hier steht die Fahrzeugfunktion mit ihren Anforderungen im Zentrum. Die Anforderungen an einzelne Bauteile und Softwaremodule leiten sich aus immer mehr Funktionen ab. Eine weitere Herausforderung bilden Plattform- und Baukastenstrategien, mit denen die Autohersteller Entwicklungskosten durch Wiederverwendung reduzieren wollen. Die Variantenvielfalt und der Mix aus Mechanik, Elektronik und Software erhöhen den Koordinierungsbedarf zwischen Fachdisziplinen, Teilprojekten und Zulieferern beträchtlich.

Komplexität im Griff

Wenn Fahrzeugtechnik und Softwareentwicklung aufeinandertreffen, erfordert das eine übergreifende Beschreibungsmethodik, die den Projektgegenstand für alle Beteiligten, Disziplinen und Fachsprachen verständlich und präzise darstellt. Außerdem erfordern gesetzliche Vorgaben wie die ISO26262 eine geeignete technische Dokumentation. In dieser Situation bietet die Systemmodellierung mit FMC eine meist effektive Lösung. FMC steht für Fundamental Modeling Concepts und ist ein Modellierungsansatz, der gerade dabei helfen soll, komplexe und softwareintensive Systeme zu konstruieren. Die Entwicklung begann in den 70er Jahren, vor allem große Softwaresysteme wie die von SAP wurden damit analysiert, entworfen und dokumentiert. Die Intervista AG in Potsdam verwendet FMC in Projekten, seit einigen Jahren auch in der Automobilindustrie.

Fokus auf das Wesentliche

FMC ist auf wenige Diagrammtypen und einfache grafische Elemente beschränkt, die leicht verständlich sind. Sie sind gleichzeitig so grundlegend, dass praktisch beliebige Systeme dargestellt werden können – programmierte Systeme, Hardwaresysteme oder auch ganze Unternehmensanwendungen, bei denen digitalisierte und manuelle Prozesse betrachtet werden. Dieser umfassende Ansatz ist mit der Einfachheit und Erlernbarkeit ein praktischer Vorteil von FMC gegenüber komplexen Modellierungssprachen wie der Unified Modeling Language (UML).

Die FMC-Diagrammtypen

Die drei Diagrammtypen von FMC beantworten drei grundlegende Fragen: 1. Aus welchen Komponenten besteht das System? Aufbaudiagramme sind der meist genutzte Diagrammtyp und zeigen den Systemaufbau aus aktiven Komponenten (Akteuren) und passiven Komponenten (Speicher und Kanäle). Akteure sind für die Informationsverarbeitung zuständig, es sind etwa Hardwarekomponenten, programmierte Komponenten, Personen, Organisationseinheiten. Sie werden eckig dargestellt. Akteure sind immer indirekt über Speicher oder Kanäle verbunden. Speicher dienen der Ablage von Informationen, sie können physisch realisiert sein, etwa als Festplatte oder Aktenordner, per Software oder rein konzeptionell. Sie werden groß und rund dargestellt, Schreib- und Lesezugriffe durch Pfeile. Kanäle dienen der Informationsübertragung. Sie werden klein und rund dargestellt. Ein Pfeil mit R (für Request) zeigt gegebenenfalls die Richtung eines Auftragsflusses an. 2. Welche Vorgänge sind im System zu beobachten? Ablaufdiagramme beruhen auf Petrinetzen, einem bewährtem und leistungsfähigen Ansatz zur Beschreibung komplexer Prozesse. 3. Welche Struktur weisen die Informationen auf? Die FMC-Wertebereichsmodellierung basiert auf der ebenfalls sehr universellen und bewährten Entity-Relationship-Modellierung.

Die FMC-Modellebenen

FMC unterstützt unterschiedliche Abstraktionsebenen – von fachlich (Management) bis technisch (Entwicklung), nach Bedarf auch Zwischenebenen. Dabei wird bewusst kein Bruch der Notation vollzogen, sondern durchgängig die gleiche grafische Sprache genutzt.

Maßgeschneiderte Methode für Fahrzeugentwickler

Für die Funktionsorientierte Entwicklung wurden besondere FMC-Modelltypen geschaffen. Das Funktionsmodell beschreibt den logischen Aufbau einer Funktion, jedoch nicht deren Umsetzung durch Bauteile und Busse. Das Systemmodell beschreibt die physische Umsetzung einer Funktion im Fahrzeug. Es zeigt die konkrete Vernetzung etwa über CAN oder Flexray, und welche Bauteile welche Funktionsanteile umsetzen. Die Diagrammtypen für die Fahrzeugentwicklung haben zweckbedingte Restriktionen, zum Beispiel die Beschränkung auf spezifische Modellelemente mit bestimmten Merkmalen wie ASIL-Level.

Bild: Intervista AG Deutschland

Beispiel für ein Funktionsmodell. Bild: Intervista AG Deutschland

Nutzen der FMC-Modellierung

Jeder methodische Aufwand rechtfertigt sich erst über den Nutzen – dies gilt auch für FMC: Der Einsatz der Methode bewirkt, dass die Projektbeteiligten das gleiche Bild vor Augen haben – im wörtlichen und übertragenen Sinne. Missverständnisse werden minimiert, der Zeitaufwand beim Wissenserwerb wird verringert. Zudem lässt sich Wissen sichern. Oft ist unternehmenskritisches Wissen in den Köpfen ausgewählter Entwickler ‘vergraben’. FMC-Modelle ermöglichen es, dieses Knowhow zu erfassen, zu bewahren und weiterzureichen. In Hinblick auf die Unternehmensprozesse lässt sich festhalten, das auf Basis von FMC-Modellen die Projektleitung Arbeitspakete und Organisationsstrukturen ableiten kann. Auch das Anforderungsmanagement, das Testmanagement, das Änderungsmanagement und das Konfigurationsmanagement können so strukturiert werden. Weiterhin erleichtern die FMC-Funktionsmodelle in vielen Fällen die Wiederverwendbarkeit von Funktionsarchitektur, Funktionsanforderungen und den zugehörigen Testfällen. Ein weiterer Punkt ist die Qualität: Die modellbasierte Umsetzung von Funktionen erleichtert die Eingrenzung von Änderungen. Bei Funktionsanpassungen betroffene Bauteile sind leichter zu ermitteln. Dies kann Fehlerquoten senken und die Qualität verbessern helfen.


Austauschplattform für Modelle – und mehr

Als Anlaufpunkt für Entwickler hat das IT-Systemhaus Intervista AG die Anwendung Info-Portal geschaffen. Diese Intranet-Anwendung stellt FMC-Modelle und zugehörige Beschreibungen dauerhaft bereit rechtegesteuert, projektbezogen und versioniert.

Komplexe Funktion mit System konstruiert
Beispiel für ein Funktionsmodell. Bild: Intervista AG Deutschland



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