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OMG SysML für eingebettete Systeme oose.Innovative Informatik
OMG SysML für eingebettete Systeme
Tim Weilkiensoose Innovative Informatik GmbHBereichsleiter Systems-Engineering
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Geschäftsbereiche oose Innovative Informatik GmbH
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Wer bin ich? – Tim Weilkiens
Diplom-Informatiker; seit 2001 bei oose GmbH Bereichsleiter Systems-EngineeringOMG Repräsentant, INCOSE- und GfSE-MitgliedMitglied in der SysML-Arbeitsgruppe der OMGMitglied in der UML 2.2-Arbeitsgruppe der OMGMitglied im Deutschen Fachjournalisten-Verband
Themenschwerpunkte:- Modellierung, Prozesse, Systems Engineering- Modellierungssprachen: UML, SysML
Buch-Publikationen:
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Agenda
I. EinleitungII. SysML im ÜberblickIII. Der SystemkontextIV. Zusammenfassung und Ausblick
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Einbettung in eine Umgebung
Standardschnittstellen:StromWasserGasAbfallVerkehrswege
Individuelle Schnittstellen:NachbarnInfrastruktur des Orts
Freiwillige FeuerwehrKindergarten
Abgrenzung:GrundstücksgrenzenAufgaben
Gemeinschaftsdienste
Objektfluss:Post, PaketdiensteGeräuscheGerücheBesuch
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Der Schachcomputer von Baron von Kempelen!1769
Illustration in: Freiherr Joseph Friedrich zu Racknitz, Über den Schachspieler des Herrn von Kempelen, Leipzig 1789
Das erste (technische) eingebettete System der Welt
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Eingebettete Systeme
Eigenschaften eines eingebetteten Systems:
Teil eines größeren Systemsunmittelbare Abhängigkeit von der physikalischen UmgebungReaktives Verhalten (kein interaktives Verhalten)hohe Bedeutung nichtfunktionaler Anforderungenhäufig Echtzeitaspekte
Embedded systems are embedded in a physical environment and interact with it for measuring or controlling purposes. (Kästner/Rieder, 2002)
Ein eingebettetes System hat den Charakter eines Subsystems, da es nur in Kombination mit seiner physikalischen Umgebung eine sinnvolles Ganzes darstellt.
Dieser Vortrag!
Ein anderer Vortrag!
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System
Eingebettete Systeme
Der Systemkontext zeigt das System als Blackbox, die Akteure des Systems (Menschen und Fremdsysteme) sowie die Schnittstellen des Systems mit seiner Umgebung. Die Abgrenzung ist meist unscharf (Grauzone).
Systemakteure mit Schnittstellen
Kontext
Irrelevante Umgebung
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Ganzheitlicher Systemkontext eines eingebetteten Systems
Der ganzheitliche Systemkontext betrachtet das eingebettete System inklusive der Hardware und des Kontexts des Gesamtsystems.
Ein eingebettetes Softwaresystem ist in der Regel nur gemeinsam mit Akteuren aus dem Systemkontext ein eigenständiges System. Um die Fachlichkeit und die Anforderungen eines eingebetteten Systems besser zu verstehen, wird der ganzheitliche Systemkontext erstellt.
Die Systems Modeling Language (OMG SysML) ist sehr gut für die Modellierung des ganzheitlichen Systemkontextes geeignet.
Zur strukturellen Modellierung des Kontexts inklusive der Hardware kann auch die UMLmit geeigneten Stereotypen verwendet werden.
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Agenda
I. EinleitungII. SysML im ÜberblickIII. Der SystemkontextIV. Zusammenfassung und Ausblick
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Das System
Ein System ist eine Ansammlung von Systembausteinen, die gemeinsam ein Ziel verfolgen, das von den Einzelelementen nicht erreicht werden kann. Ein Systembaustein kann eine Software, Hardware, Person oder eine beliebige andere Einheit sein.
Menge System
Beispiele für Systeme: Flugzeug, Auto, Softwareanwendung, Unternehmen, …
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„Teile und Herrsche“ vs. „Herrsche und Teile“
Jeder Projektmitarbeiter sieht nur einen Ausschnitt des Systems.Die Summe der besten Teillösungen führt nicht zwangsläufig zur besten Gesamtlösung.
Eine gemeinsame Vision und Systemidee kann nur mit einer einheitlichen Sprache entwickelt werden.
1+1 = 3
Softw
are
Har
dwar
e
Mec
hani
k
Elek
tron
ik
...
Systems Engineering
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Der Plan: UML for Systems Engineering
Ein Dialekt der UML soll die neue Modellierungssprache des Systems Engineering werden.
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Ziele von SysML
SysML unterstützt die Analyse, das Design und den Test von komplexen Systemen.
Systemanforderungen modellieren und zur Verfügung stellen
Systeme analysieren und evaluieren, um Anforderungs- und Designbelange zu lösen sowie Alternativen zu prüfen
Systeminformationen zwischen unterschiedlichen Stakeholdern unmissverständlich kommunizieren
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SysML-Arbeitsgruppe
American Systems CorporationARTISAN Software ToolsBAE SYSTEMSThe Boeing CompanyDeere & CompanyEADS Astrium GmbHEmbeddedPlus EngineeringEurostep Group ABGentleware AGGeorgia Institute of TechnologyI-LogixInternational Business MachinesLockheed Martin CorporationMentor GraphicsMotorola, Inc.National Institute of Standards and TechnologyNorthrop Grumman Corporationoose Innovative Informatik GmbHPivotPoint Technology Corporation
Raytheon CompanySparx SystemsTelelogicABTHALESVitech Corporation
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Entwicklung OMG SysML
Seit Mitte 2008 arbeitet die Revision Task Force (RTF) an der SysML Version 1.2. Berücksichtigt werden alle bekannten Fehlermeldungen und Verbesserungsvorschläge:
http://www.omg.org/technology/issuesform.htm
RFI31.5.2002
RFP28.3.2003
OMG SysML 1.0 alpha3.4.2006
OMG SysML 1.0 beta
23.3.2007
OMG SysML 1.0
1.9.2007
OMG SysML 1.1
2008
OMG SysML 1.1 ist 2008 veröffentlicht worden.
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Abgrenzung UML und SysML
SysML = UML ++ --
Neue Diagramme, z.B. Blockdiagramme, AnforderungsdiagrammNeue Elemente, z.B. Anforderung, Zuteilung, kontinuierliche SystemeNeue Notationen
SysML schließt UML-Modellelemente explizit aus, z.B. Komponenten
++
--
SysMLUML 2UMLfür
SysML
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Verbreitete Missverständnisse über SysML
„SysML ist eine Modellierungssprache für eingebettete Softwaresysteme.“
„UML ist für Software, SysML für Hardware.“
„SysML ist für Software und Hardware. UML & Co. sind damit überflüssig.“
SysML ist eine Sprache für Systeme.
FALSCH!FALSCH!
FALSCH!
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Weitere Informationen
Offizielle SysML-Seite der OMGhttp://www.omgsysml.org
SysML-Buch: Theorie und Anwendung der Sprache SysMLT. Weilkiens, Systems Engineering mit SysML/UMLdpunkt.verlag, 2006 http://www.system-modellierung.de
SYSMOD-Vorgehenhttp://www.sysmod.de
Englische Version des Buchs:http://www.system-modeling.com
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System
Der Systemkontext – Das Vorgehen
Modelliere die Akteure des Gesamtsystems mit einem einfachen Systemkontextdiagramm.Modelliere die Struktur des Gesamtsystems mit dem Fokus auf das zu erstellende eingebettete System. Verwende die Blockdiagramme der SysML bzw. das Klassen- und Kompositionsstrukturdiagramm der UML.
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Projektauftrag: Entwicklung eines Kfz-Bordcomputer
Kfz‘s sollen mit Bordcomputern ausgestattet werden, die Kunden einfachen Zugang ohne Personal ermöglichen.
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Anwendungsfälle essenziell beschreiben
Essenzieller Ablauf des Anwendungsfalls „Kfz-Nutzung beginnen“
Kunde identifizierenNutzungsberechtigung prüfenKfz öffnenVerfügungsberechtigung prüfenKfz frei schaltenKfz-Nutzung beginnenNutzungsbeginn bestätigen
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Einfacher Systemkontext des Gesamtsystems
bdd [package] Systemkontext
KundeReservierungssystem
FahrzeugserviceMitarbeiter
Kfz Bewegungsdaten Kfz Wegfahrsperre Kfz Zentralverriegelung
Kfz-Verwaltungs-system
Abrechnungssystem
Fremdsysteme des Kfz
Kfz Zündung
Batterie
Empfängt SMS mit Nutzdatennach Kfz-Rückgabe
«system»Kfz-Zugangssystem
GPS
Fremdsystem
Benutzer
Sensor
Aktuator
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Leitfaden: Systemakteure identifizieren
Überprüfe Akteurskategorien nach möglichen Systemakteuren:Benutzer:
Welche Personen werden das System benutzen?Fremdsysteme:
Welche Systeme werden das System benutzen bzw. werden vom System benötigt?Aktuatoren, Sensoren
Arbeitet das System mit Aktuatoren und Sensoren?Mechanisches System (nur Systems-Engineering)
Zu welchen Systemen hat das System eine mechanische Verbindung?
Überprüfe den Systemlebenszyklus nach möglichen Systemakteuren:Konzeption, Entwicklung: z.B. Tester, SystementwicklerProduktion, z.B. Tester, Produktionssystem, Produzent, VersandNutzung, Support, z.B. Servicetechniker, Support, SchulungspersonalEntsorgung, z.B. Entsorgungssystem, Datenspeicher
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bdd [package] Systemkontext
KundeReservierungssystem
FahrzeugserviceMitarbeiter
Kfz Bewegungsdaten Kfz Wegfahrsperre Kfz Zentralverriegelung
Kfz-Verwaltungs-system
Abrechnungssystem
Fremdsysteme des Kfz
Kfz Zündung
Batterie
Empfängt SMS mit Nutzdatennach Kfz-Rückgabe
«system»Kfz-Zugangssystem
GPS
Fokus: Entwicklung eines eingebetteten Systems
bdd [package] Systemkontext
KundeReservierungssystem
FahrzeugserviceMitarbeiter
Kfz Bewegungsdaten Kfz Wegfahrsperre Kfz Zentralverriegelung
Kfz-Verwaltungs-system
Abrechnungssystem
Kfz Zündung
Batterie
«system»Kfz-Zugangssystem
GPS
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Kontext des eingebetteten Systems und der Kontext des Kontexts
bdd [package] Systemkontext
KundeReservierungssystem
FahrzeugserviceMitarbeiter
Kfz Bewegungsdaten Kfz Wegfahrsperre Kfz Zentralverriegelung
Kfz-Verwaltungs-system
Abrechnungssystem
Kfz Zündung
Batterie
«system»Kfz-Zugangssystem
GPS
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Der Systembaustein definiert Struktur und Verhalten für gleichartige Objekte („Bauplan“). Es kann Hardware, Software oder ein anderer Baustein sein.
Der Systembaustein ist ein SysML-Element. In UML verwenden Sie einen Stereotyp.
Definition Systembaustein
«block»Kartenleser
Systembaustein(„Bauplan“)
in UML: Verwende Stereotyp «block» an einer Klasse.
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„Stückliste“ – Definition der Systembauteile im Blockdefinitionsdiagramm
bdd [package] Systemstruktur
«block»Kundenidentifikationssystem
«block»Kfz-Zugangssystem-
Zentraleinheit«block»
Schlüsseldepot«block»
Ein/Ausgabeeinheit
«block»Kundenkarte
«block»Kommunikationseinheit
«system»Kfz-Zugangssystem
«block»Kartenleser
«block»Kartenleser-
steuerungseinheit«block»
Kartenlesergehäuse
«block»Kfz-Zugangssystem-Steuerungseinheit
«block»Kfz-Zugangssystem-
Zentraleinheitgehäuse
«block»Kfz-Zugangssystem-
Hardware
in UML: Klassendiagramm.
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Definition der Systemstruktur im Internen Blockdiagramm
ibd [block] Kfz-Zugangssystem
:Kundenidentifikationseinheit
:Kundenkarte :Kartenleser
:Kommunikationseinheit
:Kfz-Zugangssystem-Zentraleinheit
:Kfz-Zugangssystem-Steuerungseinheit
:Ein/Ausgabeinheit
:Schlüsseldepot
in UML: Kompositionsstrukturdiagramm.
Schnittstellen!
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«block»Geldautomat
:BankPort
Status Konto
Dienstleistungsschnittstellen mit Ports modellieren
+statusBerichtAbfragen():String+sucheTransaktion(id:String):String
«interface»Status
+buche(betrag:Geld):void
«interface»Konto
Schnittstellen
Angebotene und eingeforderte Schnittstellen
Standardport
Der Port kennzeichnet einen Interaktionspunkt über den ein Systembaustein seiner Umgebung Dienstleistungen anbieten bzw. Dienstleistungen von seiner Umgebung einfordern kann. Die Dienstleistungen werden mit dem Schnittstellen beschrieben.
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Systemstruktur mit relevanten Schnittstellen am eingebetteten System
ibd [block] Kfz-Zugangssystem
:Kundenidentifikationseinheit
:Kundenkarte :Kartenleser-
:Kommunikationseinheit
:Kfz-Zugangssystem-Zentraleinheit
:Kfz-Zugangssystem-Steuerungseinheit
:Ein/Ausgabeinheit
:Schlüsseldepot
IKundendaten
ISchluessel
KfzSteuerungsPort
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Das ganze Bild
ibd [block] Systemkontext
«system»Kfz-Zugangssystem
:Kundenidentifikationseinheit
:Kundenkarte :Kartenleser-
:Kommunikationseinheit
:Kfz-Zugangssystem-Zentraleinheit
:Kfz-Zugangssystem-Steuerungseinheit
:Ein/Ausgabeinheit
:Schlüsseldepot
IKundendaten
ISchluessel
Kunde
Reservierungssystem
Kfz Bewegungsdaten
Kfz Wegfahrsperre
Kfz Zentralverriegelung
Kfz-Verwaltungs-system
Abrechnungssystem
Kfz Zündung
FahrzeugserviceMitarbeiter
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Vorteile im Überblick
Besseres ganzheitliches Systemverständnis aller Projektbeteiligten.Besseres Verständnis der Einbettung und der Systemschnittstellen.Anforderungen können umfassender identifiziert werden.Auswirkungen von Änderungen im Kontext des Systems werden transparenter.Ganzheitliches Systemmodell kann auch von anderen Disziplinen als Basis verwendet werden, z.B. Hardwareentwicklung.Einfachheit des Modells
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NachteileSystemkontextmodell „verstaubt“Gefahr der ÜbermodellierungFehlende Rolle zur Systemmodellierung kann zu Konflikten führen
GegenmaßnahmenModellierungsleitfäden einführen
Aufgaben und Verantwortlichkeiten für Gesamtsystem beschreiben und festlegenz.B. M3EE oder SYSMOD (http://www.sysmod.de) (EPF-basiert)
http://www.sysmod.de
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
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Sprecher: Tim Weilkiens
(Email: [email protected])
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Beratung, Seminare und Projektarbeit
Erfahrung nutzen. Ziele erreichen. oose.
Seminare zum Thema: http://www.oose.de | Seminare | SYSENG, OOAD/TBuch zum Thema: http://www.system-modellierung.de