Spezifikation und Validierung von Zielen für Systems-of-Systems

Ein System-of-Systems ist ein übergeordnetes System, das sich aus unabhängig voneinander funktionierenden Systemen zusammensetzt. Unterschiedliche Zusammensetzungen eines System-of-Systems (SoS-Konfigurationen) ermöglichen die Erfüllung von unterschiedlichen Anforderungen. Daher müssen bei Systems-of-Systems nicht nur die Anforderungen an das System-of-Systems spezifiziert und validiert werden, sondern darüber hinaus muss auch sichergestellt werden, dass für jede SoS-Konfiguration die gewünschten Anforderungen spezifiziert sind. Die zielorientierte Entwicklung erlaubt es, bereits in frühen Phasen Konflikte in Anforderungen zu identifizieren. Hierzu wird die Erfüllbarkeit der an ein System spezifizierten Ziele untersucht. Bei der zielorientierten Entwicklung von Systems-of-Systems muss sichergestellt werden, dass für jede SoS-Konfiguration die gewünschten Ziele spezifiziert und erfüllbar sind. Die Analyse des Stands der Wissenschaft zeigt, dass es Ansätze aus der Softwareproduktlinienentwicklung gibt, die sich auf die Spezifikation von Zielen für Systems-of-Systems übertragen lassen. Des Weiteren existieren Ansätze zur Analyse solcher Spezifikationen, die automatisiert Fehler identifizieren, die auf Widersprüche zurückzuführen sind. Jedoch gibt es bisher keine Unterstützung für die Prüfung solcher Spezifikationen gegen StakeholderWünsche, bei der die komplexen Beziehungen zwischen Zielen und SoS-Konfigurationen so aufbereitet werden, dass die notwendige manuelle Prüfung erleichtert wird. Diese Arbeit schlägt einen Ansatz zur Unterstützung der Spezifikation und Validierung von komplexen Zielspezifikationen für Systems-of-Systems vor. Die Lösungsidee basiert auf der Spezifikation von Zielen und SoS-Konfigurationen in getrennten Modellen und der expliziten Verknüpfung dieser Modelle zur Spezifikation der Beziehungen zwischen Zielen und SoSKonfigurationen. Zur Unterstützung der Validierung wird die automatisierte Generierung von Sichten vorgeschlagen. Die Sichten heben hervor, welche Ziele für ausgewählte SoSKonfigurationen und welche SoS-Konfigurationen für ausgewählte Ziele spezifiziert wurden. Zur Evaluation des vorgeschlagenen Ansatzes wird überprüft, ob der Ansatz anwendbar ist und ob er einen Vorteil gegenüber dem aktuellen Stand der Wissenschaft bietet. Hierzu werden ein Fallbeispiel, eine prototypische Implementierung und ein kontrolliertes Experiment herangezogen. Die Anwendung des vorgeschlagenen Ansatzes an einem Fallbeispiel aus der Robotik-Industrie zeigt, dass der Ansatz prinzipiell anwendbar ist. Die prototypische Implementierung des Ansatzes weist nach, dass die Sichten automatisiert erstellt werden können und dass dies in akzeptabler Laufzeit geschieht. Zur Bewertung der Vorteilhaftigkeit wurde ein kontrolliertes Experiment durchgeführt. Durch dieses Experiment wird deutlich, dass die Nutzung der Sichten beim Review Vorteile gegenüber der Nutzung der SoS-Zielspezifikation bietet.

A system-of-systems is a high-level system composed of independently functioning systems. Different compositions of a system-of-systems enable the fulfillment of different requirements. Therefore, in the case of systems-of-systems, not only must the requirements for the system-ofsystems be specified and validated, but it must also be ensured that the desired requirements are specified for each composition. Goal-oriented development allows conflicts in requirements to be identified in early phases. For this the fulfillment of the goals specified for a system is analyzed. For the goal-oriented development of systems-of-systems it must be guaranteed that for each composition, the desired goals are specified and that these are fulfillable. An analysis of the state-of-the-art shows there are approaches from software product line engineering, which can be applied to the specification of goals for systems-of-systems. Furthermore, there are approaches for analyzing such specifications that automatically identify errors due to inconsistencies. However, there is currently no support for checking such specifications against stakeholder wishes, in which the complex relationships between goals and compositions are presented in a way that facilitates the necessary manual validation. This work proposes an approach for supporting the specification and validation of complex goal specifications for systems-of-systems. The solution idea is based on specifying goals and compositions in separate models and explicitly linking these models to specify the relationships between goals and compositions. Automated generation of views is proposed to support validation. The views highlight which goals have been specified for selected compositions and which compositions have been specified for selected goals. To evaluate the proposed approach, it is examined whether the approach is applicable and whether it offers an advantage over the current state of the art. For this purpose, a case study, a prototype implementation, and a controlled experiment are used. The application of the proposed approach to a case study from the robotics industry shows the approach is applicable. The prototypical implementation of the approach shows the views can be created automatically and that this is done in acceptable time. A controlled experiment was conducted to evaluate the benefits. The experiment shows using the views in the review offers advantages over using the SoS goal specification.

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