Ein Verfahren zur Entwicklung flexibler Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen unter Unsicherheit

In diesem Buch wird ein Verfahren vorgestellt, das die Konzeption von flexiblen Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen unter hoher Unsicherheit unterstützt. Dafür wird ein neues Artefakt in den Entwicklungsprozess eingeführt: Die probabilistische Architektur. Sie beschreibt unsichere Zukunftsszenarien und Anforderungen sowie darauf aufbauend die Gemeinsamkeiten und Unterschiede möglicherweise notwendiger Architekturstrukturen. Durch die probabilistische Architektur wird Unsicherheit in der Architekturkonzeption mathematisch beschreibbar und durchgängig von den Anforderungen bis in die physische Produktstruktur abgebildet. Drei Gestaltungsprinzipien leiten zusätzlich die Modularisierung und Komponentenauslegung der probabilistischen Architektur methodisch an. In Summe ermöglicht das Verfahren deshalb die Bewertung, Steuerung und Kontrolle des zielgerichteten Einsatzes von Flexibilität in Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen. Beispielsweise kann dadurch die zukunftsgerichtete Auslegung von Sensor- oder Rechenressourcen im Automobil unterstützt werden. In der Validierung ergab sich für diesen Anwendungsfall eine Senkung der erwarteten Anpassungsaufwände von nahezu 13 %. Geleitwort Zusammenfassung Abstract Inhaltsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation 1.2 Industrielle Problemstellung 1.3 Vorläufige Zielsetzung und Forschungsmethode 2 Stand der Wissenschaft und Technik 2.1 Unsicherheit und Flexibilität in der Produktentwicklung 2.1.1 Begriffsdefinition „Unsicherheit“ 2.1.2 Gliederungsdimensionen von Unsicherheit 2.1.3 Begriffsdefinition „Flexibilität“ 2.1.4 Mathematische Theorien zur Beschreibung von Unsicherheit und Flexibilität 2.1.5 Vorgehensmodelle zum Umgang mit Unsicherheit in der Produktentwicklung 2.1.6 Methoden zur Entwicklung flexibler Produkte unter externer Unsicherheit 2.2 Software- und Hardware-Architekturentwicklung fürPersonenkraftwagen 2.2.1 Komponenten der Software- und Hardware-Architektur 2.2.2 Entwicklung der Software- und Hardware-Architektur 2.2.3 Modellierung in der Software- und Hardware-Architekturentwicklung 2.2.4 Umgang mit Unsicherheit in der Software- und -Hardware-Architekturentwicklung 2.2.5 Flexibilität in der Software- und Hardware-Architektur 2.3 Implikationen des Stands der Wissenschaft und Technik 3 Wissenschaftstheoretische Kontextualisierung und Positionierung 3.1 Problemanalyse und wissenschaftliche Herausforderung 3.2 Forschungsfragen und wissenschaftliche Zielsetzung 3.3 Abgrenzung und wissenschaftstheoretische Positionierung 4 Konzeption des Verfahrens 4.1 Anforderungen an das Verfahren 4.2 Lösungsansatz 4.3 Gestaltungsprinzipien 4.3.1 Prinzip der modularen Stetigkeit 4.3.2 Prinzip des positiven Optionswerts 4.3.3 Prinzip des Risikopoolings 4.4 Konzeption der Methodik 4.5 Konzeption des Softwarewerkzeugs 5 Methodik zur Entwicklung flexibler Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen unter Unsicherheit 5.1 Überblick über die Methodik 5.2 Definition des Kontexts und der begleitendenAktivitäten 5.3 Identifikation und Analyse der aleatorischen Unsicherheit 5.3.1 Methodisches Vorgehen 5.3.2 Beschreibung der Unsicherheit 5.4 Gestaltung der probabilistischen Architektur 5.4.1 Methodisches Vorgehen 5.4.2 Beschreibung der probabilistischen Architektur 5.5 Festlegung des Flexibilitätsgrads und der Flexibilitätsmechanismen 5.5.1 Methodisches Vorgehen 5.5.2 Auslegung von Flexibilitätsmechanismen 5.5.3 Berechnung der Wahrscheinlichkeiten und Beschreibung der determinierten Architektur 5.6 Gestaltung der determinierten Architektur 5.6.1 Methodisches Vorgehen 5.6.2 Identifikation und Beschreibung der Risikopooling-Effekte 5.7 Absicherung der Flexibilität 6 Entwicklung des Softwarewerkzeugs 6.1 Architektur des Softwarewerkzeugs 6.2 Definition eines Metamodells zur Beschreibung von Unsicherheit 6.3 Modellsichten und -operatoren des Werkzeugs 6.4 Synthese der probabilistischen Architektur 6.5 Effiziente Berechnung kombinierter Realisierungsmaße 7 Validierung und Evaluation des Verfahrens 7.1 Vorgehen zur Validierung und Evaluation 7.2 Validierung am Fallbeispiel „FlexCAR Rolling Chassis“ 7.2.1 Einführung in das Fallbeispiel 7.2.2 Anwendung des Verfahrens 7.2.3 Technische Ergebnisanalyse 7.2.4 Ergebnisanalyse bezüglich der Behandlung von Unsicherheit 7.3 Evaluation bei einem Automobilhersteller 7.3.1 Aufbau und Durchführung der Evaluation 7.3.2 Ergebnisanalyse 7.4 Synthese und Diskussion der Ergebnisse 8 Zusammenfassung und Ausblick 8.1 Zusammenfassung 8.2 Kritische Würdigung 8.2.1 Kritische Würdigung des Gestaltungsbereichs der Methodik 8.2.2 Kritische Würdigung bezüglich der betrachteten und behandelten Unsicherheiten 8.2.3 Kritische Würdigung der Anwendbarkeit im industriellen Bezugsrahmen 8.3 Ausblick Glossar Literatur