Eine offene Plattform für den Austausch komplexer Softwarefunktionalitäten

Forschungsprojekt PANORAMA

Motivation und Problemstellung

Die zukünftige Mobilität wird elektrifiziert, automatisiert und hochgradig vernetzt sein. Es wird erwartet, dass 2030 bis zu 37% der gefahrenen Kilometer mit autonomen Fahrzeugen zurückgelegt wird. Automobil- und Luftfahrtsysteme unterliegen damit einem radikalen Wandel hinsichtlich ihrer Zusammensetzung von Software und Hardware und hinsichtlich ihrer Design- und Entwicklungsprozesse. Zentrale Motivation des Verbundprojekts waren und sind die aktuellen Trends hin zu integrierten, heterogenen Funktionsdomänen in den Automobil- und Luftfahrtindustrien sowie hin zu heterogenen Hardwarearchitekturen auf Basis leistungsfähiger Zentralsteuergeräte.

Auf der Ebene von Entwicklungsprozessen und Kollaborationen entlang der Wertschöpfungsketten implizieren diese Trends zwei Dinge: (1) OEMs und Zulieferer auf mehreren Stufen der Zuliefererpyramide müssen für eine erfolgreiche Funktionsintegration stärker als bisher und intensiv miteinander kollaborieren. Damit bilden sie im Rahmen eines Entwicklungsvorhabens heterogene Communities entlang der gesamten Wertschöpfungskette. (2) Um die Komplexität der zu entwickelnden Software-intensiven Produkte beherrschbar zu machen sind die beteiligten Partner auf einen einfachen Austausch verschiedener Entwicklungsartefakte angewiesen, wie er beispielsweise durch Systemmodelle im offenen Austauschformat AMALTHEA ermöglicht wird.

Projektziele und Lösungsansatz

PANORAMA hatte das Ziel, modellbasierte Methoden und Werkzeuge zu entwickeln und offen bereitzustellen, welche die Entwicklung heterogener und komplexer E/E-Architekturen zwischen unterschiedlichen Partnern in Wertschöpfungsketten der Automobil- und Luftfahrtindustrien effizienter gestalten. Auf diese Weise ermöglicht PANORAMA es den etablierten Akteuren, sich in einem schnell wachsenden Softwaremarkt zu behaupten und bietet neuen Akteuren (z.B. Berater oder Softwarewerkzeuganbieter) die Möglichkeit, sich zu etablieren. Ein wesentliches Ziel von PANORAMA ist dabei die modellbasierte Evaluierung von Entwurfsentscheidungen in einer frühen Phase des Entwicklungsprozesses, um sowohl die Kosteneffizienz zu steigern als auch die Produktqualität zu erhöhen.

Projektergebnisse

Das Fraunhofer IEM erforschte mögliche organisatorische Herausforderungen und Gefahren für die Datensicherheit und den Schutz geistigen Eigentums beim Informationsaustausch in heterogenen Communities entlang der Zuliefererpyramide. Besonderer Schwerpunkt lag dabei auf detaillierten AMALTHEA-Systemmodellen. Die Wissenschaftler:innen formulierten Handlungsempfehlungen, mit denen Unternehmen Sicherheitsrisiken minimieren und einen vertrauensvollen Informationsaustausch untereinander pflegen können.

Das Nachverfolgen von Software-Anforderungen entlang des Entwicklungsprozesses ist ein wichtiger Baustein für die funktionale Sicherheit eingebetteter Automobil- und Luftfahrtsysteme. Das aufwändige und bisher manuelle Aktualisieren der sogenannten Traceability-Modelle birgt die Gefahr von Unstimmigkeiten in den Anforderungen, welche aufwändig und kostspielig behoben werden müssen. Das Fraunhofer IEM entwickelt mit MEMO (Multi-objective Evolution of Models, vgl. das unten verlinkte YouTube-Video) ein Framework für das offene Traceability-Management-Werkzeug Eclipse-Capra, welches diese wichtige Arbeit automatisiert. Mit Techniken des Search-based Software Engineerings berechnet MEMO qualitativ hochwertige Lösungsalternativen für unvollständige oder widersprüchliche Anforderungen und schlägt sie dem Entwicklungsteam zur Auswahl vor. Bei geringerem Aufwand erhöht sich so die Qualität der Traceability-Modelle erheblich. MEMO ist leicht für weitere Modellierungssprachen erweiterbar und kann auf individuelle Anwendungsfälle angepasst werden.

Neben MEMO stehen Eclipse APP4MC und Eclipse Capra exemplarisch für eine Reihe von Open-Source-Projekten, die im Verbundprojekt PANORAMA von den Projektpartnern entwickelt und weiterentwickelt wurden.

  • Eclipse APP4MC ist eine Plattform für die Entwicklung der Fahrzeugelektronik komplexer eingebetteter Multi- und Many-Core-Systeme. Über das offene Austauschformat AMALTHEA konzipieren und managen Unternehmen komplexe Werkzeugketten insbesondere für die Systemsimulation und -validierung. Die PANORAMA-Projektpartner erarbeiteten Cloud-fähige Methoden und Visualisierungen für die Simulation und Validierung dieser Architekturen. Unternehmen können so Modelle von Entwicklungspartnern leichter in eigene Werkzeugketten integrieren. Mehr unter: https://www.eclipse.org/app4mc/
  • Eclipse Capra ist ein offenes Traceability-Management-Werkzeug für das Nachverfolgen von Software-Anforderungen entlang des Entwicklungsprozesses. Zusätzlich zu Amalthea integrierten die PANORAMA-Projektpartner weitere Datenaustauschformate. Mit Capra verfolgen Unternehmen ihre Validierungsergebnisse über den Softwareentwurf bis hin zu Anforderungen – und arbeiten so mit ihren Entwicklungspartnern erfolgreich an der Sicherheit eingebetteter Systeme. Mehr unter: https://projects.eclipse.org/projects/modeling.capra

Projektsteckbrief

Projekttitel

PANORAMA - Boosting Design Efficiency for Heterogeneous³ Systems

Laufzeit

04/2019 bis 03/2022

Förderung

ITEA3/BMBF

Projektvolumen

17 Mio.€

Kooperationspartner
  • Deutschland: Robert Bosch GmbH, Siemens AG, Vector Informatik GmbH, Eclipse Foundation Europe GmbH, INCHRON GmbH, Fachhochschule Dortmund, Fraunhofer IEM, OFFIS e.V., Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, Universität Rostock
  • Finnland: Siili Solutions Oyj, TactoTek
  • Portugal: Critical Software S.A., Instituto Superior de Engenharia do Porto
  • Schweden: Alten, Arcticus Systems AB, KTH (Royal Institute of Technology), Mälardalen University, Qamcom, Saab AB, University of Gothenburg
  • Türkei: AVL Turkey Research and Engineering Turkey, Mantis Software, UNIT Information Technologies R&D Ltd.
Projektleiter

Jörg Tessmer (Robert Bosch GmbH)

Ziele
  • Entwicklung einer Open-Source Plattform für eingebettete Multi-und Many-Core Systeme
  • Sicherstellung von Security und Safety

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Markus Fockel

Contact Press / Media

Dr. Markus Fockel

Gruppenleiter Anforderungsanalyse und Entwurf

Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM
Zukunftsmeile 1
33102 Paderborn

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David Schmelter

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David Schmelter

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