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2023 | Buch

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

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Über dieses Buch

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 %.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einleitung
Zusammenfassung
Im Jahr 2019 wurden weltweit 67 Millionen Personenkraftwagen produziert [1]. Auf deutsche Automobilhersteller entfiel dabei ein Anteil von circa 24 % (16 Millionen) in In- und Auslandsproduktion, wobei mehr als die Hälfte der zugehörigen Forschung und Entwicklung gemessen nach Forschungs- und Entwicklungsausgaben in Deutschland erbracht wurde [3, 20]. Der vorausschauend Einsatz digitaler Technologien im Fahrzeug und Fahrzeugökosystem, um kundenattraktive, sichere, gesetzeskonforme und profitable Fahrzeuge zu generieren, ist daher ein relevanter Wettbewerbsfaktor [6].
Lukas Block
Kapitel 2. Stand der Wissenschaft und Technik
Zusammenfassung
Das folgende Kapitel 2 repräsentiert die deskriptive Studie 1 der angewendeten Forschungsmethode. Im ersten Teil (vgl. Abschnitt 2.1) werden die Begriffe der Unsicherheit und Flexibilität bezüglich ihrer Eigenschaften und Wirkungsweise terminologisch eingeordnet und existierende Methoden zur flexiblen Produktentwicklung unter Unsicherheit aufgezeigt. Abschnitt 2.2 stellt den Stand der Wissenschaft und Technik im Bereich der Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturentwicklung dar.
Lukas Block
Kapitel 3. Wissenschaftstheoretische Kontextualisierung und Positionierung
Zusammenfassung
Um dem wissenschaftlichen Anspruch des Forschungsvorhabens gerecht zu werden, muss die industrielle Problem- und Fragestellung ins Verhältnis zur aktuellen Praxis und Forschung gesetzt werden. Sie wird daher im Folgenden bezüglich des wissenschaftlichen Anspruchs analysiert, um die wissenschaftliche Herausforderung sowie die zugehörige Fragestellung und Zielsetzung dieser Arbeit zu definieren.
Lukas Block
Kapitel 4. Konzeption des Verfahrens
Zusammenfassung
Die Konzeption des Verfahrens generiert einen ersten methodischen und werkzeugbezogenen Lösungsansatz, um die wissenschaftliche Herausforderung zu adressieren und die Forschungsfragen zu beantworten. Die daraus entstehende Methodik und das Softwarewerkzeug bilden zusammen das angestrebte Verfahren. Gemäß der in dieser Arbeit angewendeten Forschungsmethode müssen allerdings zuerst die Anforderungen an das zu entwickelnde Verfahren abgeleitet werden.
Lukas Block
Kapitel 5. Methodik zur Entwicklung flexibler Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen unter Unsicherheit
Zusammenfassung
Aufbauend auf der konzeptionellen Lösung aus Kapitel 4 wird im Folgenden die Methodik zur Entwicklung flexibler Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen unter Unsicherheit ausgearbeitet. In Abschnitt 5.1 wird die konzipierte Methodik hinsichtlich des Vorgehens sowie bezüglich der drei Entwicklungsartefakte Unsicherheitsmodell, Modell der probabilistischen Architektur und Modell der determinierten Architektur ausdefiniert. Abschnitt 5.2 bis 5.7 beschreiben die Inhalte der einzelnen methodischen Phasen des Vorgehens und begleitenden Schritte detailliert.
Lukas Block
Kapitel 6. Entwicklung des Softwarewerkzeugs
Zusammenfassung
In Abschnitt 4.5 wurde ein Softwarewerkzeug zur Unterstützung der Methodikphasen konzipiert. Um die darin definierten, unterstützenden Funktionen zu untersuchen, muss das Werkzeug im Gegensatz zur Methodik als präskriptiver Formalismus real umgesetzt werden. Zweck dieses Kapitels ist es daher, das Konzept des Softwarewerkzeugs einerseits bezüglich der Architektur, Unsicherheitsbeschreibung sowie Modellsichten und -operatoren auszuarbeiten, andererseits allerdings auch dessen prototypische Implementierung in den relevanten Aspekten zu beschreiben.
Lukas Block
Kapitel 7. Validierung und Evaluation des Verfahrens
Zusammenfassung
Die Validierung und Evaluation des Verfahrens entspricht der deskriptiven Studie 2 der Forschungsmethode. Ausgehend von einer Anzahl an Erprobungen im realen Umfeld wird induktiv bewertet, ob das entwickelte Verfahren in der Praxis anwendbar ist, ob es zum Erfolg der Entwicklung beiträgt und ob es die notwendigen Eigenschaften zur Lösung der industriellen Problemstellung und wissenschaftlichen Herausforderung besitzt.
Lukas Block
Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick
Zusammenfassung
Die folgende Gesamtbetrachtung der Arbeit adressiert die Aggregation der zentralen Ergebnisse dieser Arbeit und würdigt sie kritisch bezüglich ihrer wissenschaftlichen und industriellen Einschränkungen. Daraus abgeleitet ergibt sich ein Ausblick auf die potenziellen Auswirkungen des Verfahrens im industriellen Bezugsrahmen sowie auf den identifizierten, weiteren Forschungsbedarf.
Lukas Block
Backmatter
Metadaten
Titel
Ein Verfahren zur Entwicklung flexibler Fahrzeug-Software- und -Hardware-Architekturen unter Unsicherheit
verfasst von
Lukas Block
Copyright-Jahr
2023
Electronic ISBN
978-3-658-42804-4
Print ISBN
978-3-658-42803-7
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-42804-4

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