D-MINT

Einsatz von modellbasierte Technologien für industrielles Testen

Ein innovatives modellbasiertes Test-Framework zum Testen und Sichern der Qualität softwareintensiver technischer Systeme

In unserer Gesellschaft gibt es immer mehr Anwendungsmöglichkeiten softwareintensiver Systeme. Die Anforderungen an solche Systeme wachsen und somit auch deren Komplexität. Dadurch ist es erforderlich geworden, solche Technologien in möglichst kurzer Zeit und mit einer sinkenden Fehleranfälligkeit zu entwickeln.

D-MINT ist ein Gemeinschaftsprojekt von 27 Partnern der Industrie aus fünf europäischen Ländern, das ein modellbasiertes Test-Framework erarbeitet, und in der Lage sein wird, die Qualität softwareintensiver technischer Systeme zu testen und zu sichern. Jeder dieser Partner unterstützt das Projekt durch branchenspezifische Anforderungen, Ideen und Konzepte. Die Ergebnisse werden zu einer umfassenden Technologie zur automatisierten Softwareentwicklung zusammengeführt.

Im folgenden erfahren Sie mehr über die aktuellen Herausforderungen der Softwareentwicklung, die zu erreichenden Projektziele und den dazu eingesetzten Technologien. Wenn Sie dieses oder ein verwandtes Themenfeld interessiert, bitten wir Sie, mit uns Kontakt aufzunehmen!

Schlussbericht: Entwicklung und Erprobung innovativer Technologien des modellbasierten Tests: PDF-DOWNLOAD (Fraunhofer Verlag)

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Award

Das ITEA2 Projekt D-Mint für den Einsatz von modellbasiertem Testen im industriellen Umfeld gewann den ITEA Exhibition Award 2009. FOKUS hat als Forschungspartner und Koordinator des deutschen Konsortiums zum Projekt beigetragen.

Beim Finale Project Review Meeting am 24.11.2009 in Espoo, Finnland wurde das Projekt exzellent bewertet.

Mehr Informationen auf d-mint.org oder auf der ITEA2 Homepage.

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Ziel

Die wichtigsten, in D-MINT angestrebten Ergebnisse, sind die folgenden:

• Methoden und Werkzeuge für das modellbasierte Testen, die eine leistungsfähige und kostengünstige modellbasierte Entwicklung unter Berücksichtigung entsprechender Standards und Richtlinien und mit in industriellen Fallstudien gesammelten Erfahrungen ermöglichen
• Industrielle Demonstratoren, die den Einsatz der in D-MINT entwickelten Technologien für den modellbasierten Test in den Anwendungsbereichen Fahrzeugtechnik, Produktionstechnik und Telekommunikation veranschaulichen
• Werkzeugkette für die Testerzeugung, die Testverfeinerung, die verteilte Testprozesskontrolle und die Produkt- und Testqualitätsanalyse inklusive neuen und erweiteten Werkzeugkomponenten für kommerzielle Werkzeuge von D-MINT-Partnern und Off-the-Shell-Werkzeugen
• Fallstudien und Auswertungsergebnisse, welche die Leistungsfähigkeit der in D-MINT entwickelten Prozesse und Methoden empirisch belegen
• Neue Algorithmen für die architekturgetriebene Testmodellierung und Testerzeugung unter Berücksichtigung industrieller Randbedingungen
• Erweiterte Menge von Testmustern für softwareintensive Systeme in den genannten Fallstudienbereichen
• Ein Verwertungsplan mit jährlich aktualisiertem Stand. Dieser Plan wird sorgfältig geplant und beginnt mit dem Start des Projekts. Der Plan berücksichtigt Marktpotential-Analysen und die Konzentration auf verschiedene Blickwinkel auf den Markt (z.B. vertikal, horizontal, regional und Unternehmensgrößen).

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Technik

Die D-MINT-Innovationen lassen sich in die folgenden fünf Kategorien einteilen:

1. Architekturgetriebenes Testen:
Es wird ein neuer Ansatz für das modellbasierte Testen erarbeitet, bei dem die Systemarchitektur als Integrator für heterogene Komponentenmodelle dient und bei denen Testmuster als Richtlinie für die Testfallerzeugung für den industriellen Einsatz dienen. Das Architekturmodell wird es uns erlauben, die Aspekte, Beziehungen und Modelle der verschiedenen Arten von Systemkomponenten zu kombinieren.

2. Modellbasierte System-Integration und Test-Entwicklung:
Es geht um die Entwicklung von Konzepten für das konsistente Management von Anforderungen und von Testfällen für verteilte und kompositionelle System-Strukturen. Modelle auf verschiedenen Ebenen und mit verschiedenen Sichten, inklusive Architektur- und Hierarchiemodellen, werden das Management der Systementwicklung und –Tests für Systeme mit einer großen Anzahl heterogener Komponenten unterstützen.

3. Automatisierte Testfallverfeinerung in Synchronisation mit der Systemmodellverfeinerung:
Wichtig ist auch die Entwicklung eines automatisierten Konzepts, um Testfälle mit der Verfeinerung von Entwurfsmodellen Schritt halten zu lassen. In D-MINT werden Transformer entwickelt, die Tests entsprechend den Entwurfsmodellen verfeinern. Darüber hinaus wird die Einsetzbarkeit der erzeugten Tests durch geprüfte Testmuster und die Interaktion mit dem Tester gezielt gefördert.

4. Automatisierte Konsistenzprüfungen von Anforderungen, Modellen und Testfällen:
Die Konsistenz zwischen Anforderungen, Modellen und Testfällen bzw. Testmodellen (bzw. Teilen hiervon) soll nicht nur syntaktisch, sondern auch semantisch in automatisierter Form unterstützt werden. In D-MINT werden wir einen Ansatz entwickeln, der die Konsistenz zwischen diesen verschiedenen Modellen auf syntaktischer und semantischer Basis gewährleistet. Dies bedeutet, dass nicht nur die Konsistenz zwischen den verschiedenen Modellen, sondern darüber hinaus auch die Konsistenz zwischen den für die Verfeinerung verwendeten Transformern und die Evolution von System-Elementen berücksichtigt wird.

5. Statistisch gesteuerter modellbasierter Testprozess:
Statistische Methoden sollen für den modellbasierten Testprozess verwendet werden, um den Prozess zu messen, zu kontrollieren und um die Prozess- und Systemeigenschaften zu verbessern. Aus diesem Grunde werden D-MINT Konzepte, Methoden und Werkzeuge für die Formalisierung von Anforderungen mit probabilistischen Modellen, probabilistischen Testmodellen und Testfallerzeugung aus probabilistischen Modellen (aus Use cases und Verhaltensmodellen) und statistische Modelle für die Analyse von Testergebnissen entwickeln, die für verschiedene  anwendungsspezifische zusammengesetzte softwareintensive Systeme anwendbar sind.

Abb. Architekturgetriebenes modellbasiertes Testen

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Partner

Das Projekt ist in fünf inhaltliche Arbeitspakete gegliedert, die von  unterschiedlichen Partnern bearbeitet und koordiniert werden.

Technologiepartner

Die Technologiepartner iXtronics, PikeTec und Testing Technologies stellen Testplattformen bzw. Modellierungsplattformen für technische Systeme zur Verfügung, die in das modellbasierte D MINT Test-Framework integriert und dafür geeignet erweitert werden.

Die iXtronics GmbH bietet Dienstleistungen und Entwicklungslösungen für den modellbasierten Entwurf mechatronischer Systeme an. Hauptziele der iXtronics Produkte und Dienstleistungen sind die Reduktion der Entwicklungszeiten und -kosten sowie die frühzeitige Absicherung von Entwicklungsergebnissen.
iXtronics ist als Technologiepartner vorrangig verantwortlich für Umsetzung und Integration von Teilergebnissen in Bezug auf Test-Prinzipien und Methoden in das Entwurfswerkzeug für mechatronische Systeme CAMeL-View TestRig bzw. für die Anpassung von CAMeL-View TestRig an die Erfordernisse, sowie für die Spezifikation und die Realisierung der industriellen Fallstudien und Demonstratoren in enger Zusammenarbeit mit DC und ABB.

Die PikeTec GmbH ist auf die Qualitätssicherung für eingebettete Regelungs- und Steuerungssysteme spezialisiert und bietet in diesem Segment umfassende Beratungsleistungen und innovative Werkzeuglösungen für die Verbesserung der Softwareentwicklung. Die fachlichen Ziele von PikeTec sind die Reifegradverbesserung der Entwicklungsprozesse und die Optimierung der Qualität der entstehenden eingebetteten Produkte. PikeTec ist als Testwerkzeug- und Testmethodenentwickler vorrangig verantwortlich für die Adaption von Methoden und Werkzeugen für den modellbasierten Test im Automobilbereich. Im Vordergrund der Arbeiten steht die Unterstützung der Durchgängigkeit der architekturgetriebenen Testinfrastruktur von Model-in-the-Loop-Tests über Software-in-the-Loop-Tests bis hin zu Hardware-in-the-Loop-Tests. Außerdem werden Konzepte und Prototypen zur Generierung von modellbasierten Tests auf Basis der Applikationskonfigurationen von Steuergeräten unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Systemmodelle für Fahrzeugfunktionen entwickelt.

Testing Technologies IST GmbH (kurz: Testing Tech) hat sich auf die Entwicklung und Vermarktung von allgemeinen und speziellen Testwerkzeugen und Testlösungen spezialisiert. Unter dem Markennamen TTworkbench bietet Testing Tech eine hoch innovative Serie von Testwerkzeugen für TTCN-3 an, die den gesamten Zyklus der Testentwicklung und –ausführung unterstützt. Mit TTworkbench werden Testlösungen für ein breites Spektrum von industriellen Domänen entwickelt, u.a. für die Telekommunikationsbranche, die Automobilindustrie, sowie für den Finanzbereich.
In D-MINT wird Testing Technologies vornehmlich zur Werkzeugentwicklung für modellbasiertes Testen beitragen. Hauptsächlich wird die Integration von UML2 und U2TP in TTworkbench weitergetrieben. Der Schwerpunkt liegt bei den verschiedenen Interaktionsmodellen als Verhaltensbeschreibung. Außerdem arbeitet Testing Tech zusammen mit Fraunhofer FOKUS und anderen Partnern an der Erweiterung von U2TP für Embedded Systeme (U2TPes). Schrittweise wird U2TP in die Funktionen von TTworkbench integriert. Ein weiterer Beitrag wird für das Management von Testkonfigurationen geleistet.

Forschungspartner

Die Forschungspartner Fraunhofer FOKUS und IESE erarbeiten im Wesentlichen Methoden und Techniken zur architekturgetriebenen Testentwicklung und der qualitativen und quantitativen Bewertung der Tests und funktionaler und nicht-funktionaler Produkteigenschaften.

FOKUS kann auf mehrjährige Erfahrungen beim Testen, der Spezifikation und der Leistungsanalyse von verteilten Systemen verweisen. Das FOKUS Competence Center for Testing, Interoperability and Performance beschäftigt sich schwerpunktmäßig mit Konformitäts-, Interoperabillitäts- und Leistungstests von Telekommunikationssystemen, -diensten und -komponenten, von Middleware Plattformen und Plattform-basierten Systemen.
Neben der Leitung des deutschen Konsortiums ist FOKUS als Forschungspartner vorrangig verantwortlich für Testmethoden und prototypische Realisierungen ausgewählter Konzepte. Die Aufgaben von FOKUS umfassen die Entwicklung von U2TP für Eingebettete Systeme (U2TPes), die Konzeption von Methoden zur architekturbasierten Testentwicklung und die Erarbeitung von Bewertungskriterien für die Testgüte.

Eine der Kernkompetenzen des Fraunhofer Instituts für Experimentelles Software Engineering (Fraunhofer IESE) liegt im Bereich Testen, wozu auch Erfahrungen in der Erzeugung von Testfällen für verschiedenartige Anwendungen, Anforderungen und Qualitätseigenschaften von Software gehören. Das Fraunhofer IESE ist aktiv an der Erforschung und Verbreitung modellbasierter Testtechnologien in industrieller Softwareentwicklung beteiligt.
Fraunhofer IESE ist als Forschungspartner vorrangig für die Lieferung leistungsfähiger statistischer und modellbasierter Testtechnologien sowie anerkannter und exakter Validationsansätze verantwortlich. Die Projektorganisation wird durch das Fraunhofer IESE mit der Leitung der Verbreitung der Projektergebnisse unterstützt.

Transferpartner

Die Transferpartner DaimlerChrysler, ABB und Nokia sind im Wesentlichen für die Fallstudien verantwortlich. Über die Fallstudien werden die Methoden und Techniken demonstriert und bewertet.

Die Abteilung 'Methoden und Tools' des DC-Forschungslabors Software-Technologie, die an diesem Vorhaben teilnehmen wird, stellt innovative Technologien, Beratungs- und Transferleistungen für die Entwicklung softwarebasierter elektronischer Fahrzeugsysteme für die Entwicklungsabteilungen des DC-Konzerns (d.h. derjenigen für Mercedes und Chrysler) bereit. Eine der Stärken dieser Abteilung besteht aus der Bereitstellung von innovativen Test-Technologien für die Entwicklungs-Abteilungen bei Mercedes und Chrysler. DaimlerChrysler ist als Technologie- und Transferpartner vorrangig verantwortlich für die Fahrzeug-Fallstudie. In der Fahrzeug-Fallstudie werden die in D-MINT entwickelten modellbasierten Test-Technologien erprobt. Darüber hinaus wir DC einen Demonstrator erstellen, der die D-MINT Technologien anhand der Fahrzeug-Fallstudie veranschaulicht. Auf nationaler Ebene agiert DC als Arbeitspaketleiter für die deutschen und auf internationaler Ebene für die Gesamtheit aller Fallstudien.

ABB ist weltweit führend im Bereich der Energie- und Automatisierungstechnologien, die es Energieversorgern und Industriekunden ermöglichen, ihre Umsätze bei gleichzeitiger Verringerung der Umwelteinflüsse zu erhöhen. ABB ist mit ca. 104.000 Mitarbeitern in rund 100 Ländern tätig und hat zwei Kerngeschäftsfelder: Energietechnik und Automatisierungstechnologien.
ABB ist als Technologie- und Transferpartner vorrangig verantwortlich für die Bereitstellung von Wissen, Erfahrung und Geräten zur Umsetzung eines industrierelevanten Fallbeispiels in einem Demonstrator, der einem breiten Publikum das Verständnis modellbasierten Testens ermöglicht sowie die Vorteile und den Nutzen anschaulich darstellt.

Nokia ist weltweit das führende Unternehmen der mobilen Kommunikationsindustrie. Mit seinen Erfahrungen, seinen innovativen Produkten sowie bedienerfreundlichen und sicheren Lösungen ist das Unternehmen der führende Anbieter von Mobiltelefonen sowie ein führender Anbieter von Breitbandfestnetzen, mobilen und IP-Netzen. Nokia ist als Technologie- und Transferpartner vorrangig verantwortlich für die Leitung, das Management und die Koordinierung des gesamten internationalen Projektes. Die Anforderungen aus und die Auswertung der in Finnland durchgeführten Fallstudie werden direkt den deutschen Partnern zur Verfügung gestellt.

Weiterer Partner

Der Prozess der Ergebnisentwicklung, -verbreitung und –verwertung der Projekte wird im Wesentlichen durch Inspire gesteuert.

Das Team der INSPIRE AG ist auf Eigenkapitalfinanzierungen, Projektverwertungen und Zukunftsprojekte spezialisiert. Das Team besitzt mehr als 15 Jahre Erfahrung in nationalen und internationalen Forschungsprojekten wie auch Projektreviews als Experte. INSPIRE ist als Transferpartner vorrangig verantwortlich für Wettbewerbsanalyse sowie in der vorbereitenden Produktfindung (unternehmens- und branchenspezifisch). Weiterhin sollen Kosten/Nutzenanalysen mit den Projektpartnern und interessierten KMUs durchgeführt werden. Außerdem unterstützt INSPIRE die D-MINT Partner bzgl. Anforderungen und Aufbau des Automotive und Industrial Demonstrators sowie bei den industriellen Fallstudien.

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More about

Mit dem Vordringen von softwareintensiven Systemen in immer mehr Bereiche unserer Gesellschaft wachsen die Anforderungen an die Funktionalität dieser Systeme. Mit wachsenden Anforderungen wächst auch die Komplexität dieser Systeme und damit wiederum der Zeitdruck für die Entwicklung und die Fehleranfälligkeit der Systeme.

Abb. In der Entwicklung von Fahrzeug-Systemen verwendete Modelle

Um wettbewerbsfähig zu bleiben, sind leistungsfähige und kostengünstige Technologien für die Entwicklung und den Test einzusetzen. Bei den derzeitig bestehenden Testtechnologien besteht ein großer Handlungsbedarf:

• Aktuelle modellbasierte Testansätze sind noch nicht leistungsfähig genug, um in der industriellen Praxis in voller Breite eingesetzt zu werden.
• Sie sind oftmals auf bestimmte Aspekte der Systemmodellierung beschränkt.
• Ein typisches softwareintensives System besteht in der Regel aus einer Vielzahl unterschiedlicher Komponenten, die auf den verschiedenartigsten Technologien basieren.
• Oftmals werden für jede Komponente oder Technologie unterschiedliche Modellierungssprachen verwendet und dadurch sind sie oft nicht konsistent zueinander.
• Entwicklungskosten und nachgelagerte Kosten  von Testtechnologien sind sehr hoch.
• Ihre Entwicklung ist sehr zeitintensiv.
  

Modellbasierte Testtechnologien versprechen mehr Leistung und mehr Möglichkeiten zur Automatisierung und damit zur Kostenreduzierung, da es viele Modelltypen erlauben, Testfälle direkt und zum Teil auch automatisch aus den Modellen abzuleiten.
D-MINT erarbeitet ein innovatives modellbasiertes Test-Framework, auf dessen Basis softwareintensive technische Systeme effizient getestet und deren Qualität gesichert werden kann. Diese leistungsfähigen Technologien werden es ermöglichen, hochwertige softwareintensive Produkte mit vorhersagbarer Qualität in kürzerer Zeit und mit reduzierten Kosten auf den Mark zu bringen.

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