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April 2013
Philipp Prehl
Systematisches Variantenmanagement für Elektrik/Elektronik-Architekturen im Kraftfahrzeug
Viele Fahrzeuginnovationen lassen sich nur mithilfe von Elektrik/Elektronik (E/E) umsetzen. In der Vergangenheit wurden neue E/E-Systeme oft durch zusätzliche und systemspezifische Steuergeräte mit eigener Sensorik/Aktuatorik realisiert, die kommunikationstechnisch immer enger vernetzt wurden. Auf diese Weise sind komplexe E/E-Architekturen gewachsen, die bzgl. Kosten/Gewicht und Eigenschaften, wie z. B. Timing-Verhalten und Buslast, Schwächen aufweisen. Bei der Weiterentwicklung einer aktuellen Architektur ergeben sich dabei aber zahlreiche technische Alternativen. Aus dieser Kombinationsvielfalt gilt es, eine Lösung zu finden, die auf Gesamtfahrzeugebene die „beste“ Lösung darstellt.
Ein etablierter Ansatz solche komplexen E/E-Architekturen systematisch zu entwickeln, ist die modellbasierte E/E-Architekturentwicklung, wie sie z. B. durch das Werkzeug PREEvison unterstützt wird. Üblicherweise werden hierbei die technischen Alternativen in einer E/E- Architektur systematisch modelliert und anschließend mithilfe von Metriken vergleichend bewertet. PREEvision stellt hierzu einen Variantenmechanismus zur Verfügung, mittels dessen sich solche Alternativen modellieren lassen. Allerdings ist dieser Ansatz so generisch, dass es im praktischen Einsatz einer genauen Definition der Vorgehensweise bzw. der Variantenstruktur bedarf. Außerdem müssen nach dem gegenwärtigen Ansatz alle Kombinationen von technischen Alternativen manuell erstellt werden, was in der Praxis dazu führt, dass nur die vielversprechendsten Alternativen modelliert werden. Beide Mängel sollen durch den Ansatz dieser Arbeit behoben werden.
Der Ansatz sieht zwei Schritte vor: Es muss möglich sein, die technischen Alternativen schnell zu modellieren und zu konsistenten Architekturvarianten zu kombinieren. Bzgl. des ersten Punktes wurden durch Expertenbefragungen die häufigsten Architekturänderungen identifiziert, mit Hilfe der Graphersetzungstheorie analysiert und zu automatisierten Refactorings umgesetzt. Durch die formale Betrachtung wird die Grundlage für ein automatisches Variantenmanagement geschaffen. Dieses erzeugt Konzeptalternativen, die sich zu bewertbaren Architekturvarianten zusammensetzen lassen. Durch die schnell durchgeführten Modelländerungen kann der Explorationsraum bei der Architekturoptimierung schneller und damit auch umfassender als bisher untersucht werden. Hierdurch lassen sich Optimierungspotentiale in der Architektur ausschöpfen. Die Tauglichkeit des Ansatzes wurde in einem Prototyp, der bei Architekturuntersuchungen zum Einsatz kam, nachgewiesen.
Ein etablierter Ansatz solche komplexen E/E-Architekturen systematisch zu entwickeln, ist die modellbasierte E/E-Architekturentwicklung, wie sie z. B. durch das Werkzeug PREEvison unterstützt wird. Üblicherweise werden hierbei die technischen Alternativen in einer E/E- Architektur systematisch modelliert und anschließend mithilfe von Metriken vergleichend bewertet. PREEvision stellt hierzu einen Variantenmechanismus zur Verfügung, mittels dessen sich solche Alternativen modellieren lassen. Allerdings ist dieser Ansatz so generisch, dass es im praktischen Einsatz einer genauen Definition der Vorgehensweise bzw. der Variantenstruktur bedarf. Außerdem müssen nach dem gegenwärtigen Ansatz alle Kombinationen von technischen Alternativen manuell erstellt werden, was in der Praxis dazu führt, dass nur die vielversprechendsten Alternativen modelliert werden. Beide Mängel sollen durch den Ansatz dieser Arbeit behoben werden.
Der Ansatz sieht zwei Schritte vor: Es muss möglich sein, die technischen Alternativen schnell zu modellieren und zu konsistenten Architekturvarianten zu kombinieren. Bzgl. des ersten Punktes wurden durch Expertenbefragungen die häufigsten Architekturänderungen identifiziert, mit Hilfe der Graphersetzungstheorie analysiert und zu automatisierten Refactorings umgesetzt. Durch die formale Betrachtung wird die Grundlage für ein automatisches Variantenmanagement geschaffen. Dieses erzeugt Konzeptalternativen, die sich zu bewertbaren Architekturvarianten zusammensetzen lassen. Durch die schnell durchgeführten Modelländerungen kann der Explorationsraum bei der Architekturoptimierung schneller und damit auch umfassender als bisher untersucht werden. Hierdurch lassen sich Optimierungspotentiale in der Architektur ausschöpfen. Die Tauglichkeit des Ansatzes wurde in einem Prototyp, der bei Architekturuntersuchungen zum Einsatz kam, nachgewiesen.
Schlagwörter: Elektrik/Elektronik-Architektur; Bussysteme; Elektronik; Elektrik; Automotive
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