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Stand: 14.10.2016

Herausforderungen und Strategien für die qualitätsvolle Entwicklung

Software-intensiver Systeme

Christian [email protected]

Seite 2Stand: 14.10.2016© successfactory systems engineering gmbh

Successfactory Systems Engineering GmbH Training & Consulting für Software- und Systems-

Engineering www.successfactory.cc

Fachhochschule Salzburg Informationstechnik und Systemmanagement Josef Ressel Center for User-Centric Smart Grid

Privacy, Security & Control „Secure Architectures and Modeling“



Brave new world: Themen & Technolgien als Antrieb für Innovationen

Themen Smart GrideHealth und Ambient Assisted

Living (AAL) Mobilität der Zukunft Smart Cities Industrie 4.0

Information Automatisierung Smart X Internet of Things Big Data

Wertschöpfung & Differenzierung zunehmend über Software Perspektive aus Consumer Bereich mit

kürzeren Lebenszykle

vs.

Dienstleistung & Wertschöpfung

?


Neue Herausforderungen entstehen…

Vernetzung Komplexität verteilter Systeme Security & Privacy

Durchdringung Integrationstiefe Anwendungsdomänen

Komplexität Interdisziplinarität System-of-Systems (SoS)

Innovation Kürzere Produktzyklen

Qualität?


Es wird komplizierter.


Komplexität & Qualität

Qualität

Verlässlichkeit Security Wartbarkeit Portierbarkeit Usability Architektur Dokumentation Nachhaltigkeit!!! …

Komplexität

Overhead Time-to-Market Fire Fighting Innovationstrieb Nachhaltigkeit?


Ursachenforschung

Entwicklung von Systemen: Domäne vs. Disziplin

Wie kann man gemeinsam komplexe, innovative Produkte entwickeln?

Domäne Disziplin?Domänen‐Expertin

Technologie‐ Experten


Beispiel: Wie baut man ein Haus?


9

No.


Geb

äude

System

e

Architektur‐Beschreibung Architektur‐EntwicklungArchitektur Framework /

Views

Einheitliche Darstellungaller relevanten Aspekte gemeinsame Sprache

Architektur‐Modellierung

Modellierung mit CAD Werkzeugen beliebige „Schnitte“

Referenz‐ Architektur

„Blaupause“z.B. Elektro‐, Wasser‐oder HKL Installation

Abstraktions‐Level

Mein individualisiertes

Häuschen

© www.fertighaus.at

Konkrete Architekturen

Relevante Aspekte? Modellierungs‐Werkzeug?

Abstraktions‐ Level? Referenz‐Architektur? Lösungen???


Wie können wir gemeinsam komplexe Systeme bauen?


Realisierung komplexer Systeme

Abgestimmtes Vorgehen

Komplexität beherrschen

Gemeinsame Sprache


Realisierung komplexer Systeme::Abgestimmtes Vorgehen

Systems Engineering ISO/IEC 15288:2008 „Software and Systems Engineering –

System life cycle processes“ Scope: „Ziel, Bewertung und

Verbesserung von Prozessen“ 4 Prozess Gruppen mit 25 Prozessen Definition von Aktivitäten und Ergebnissen

Empfehlung: Anpassung ISO/IEC TR 24748-2

INCOSE International Council on Systems

Engineering INCOSE Systems Engineering Handbook





Gemeinsame Sprache

Systems Engineering• ISO/IEC 15288• „Systems and Software Engineering“• Methoden & Prozesse


Deskriptiv vs. Deklarativ

Realisierung komplexer Systeme::Komplexität beherrschen

Einsatz von Modellen Deskriptive Modelle („Was ist wahr?“) Deklarative Modelle („Was ist effektiv?)




Modelle beherrschen Komplexität „Divide and Conquer“ „Separation of Concerns“




Modelle beherrschen Komplexität „Divide and Conquer“ „Separation of Concerns“

Model Driven Engineering (MDE) Unterschiedliche Tiefe der Integration in

Entwicklungs-Prozess Beispiel: „Model Driven Architecture“ (MDA)

Definition durch Object Management Group

Herausforderung: Modellierungssprache

CIM(Computational Independent Model)

PIM(Platform Independent Model)

PSM(Platform Specific Model)

PSI(Platform Specific Implementation)

Model Driven Architecure (MDA)





Gemeinsame Sprache


Model Driven Engineering (MDE)• Divide & Conquer• Separation of Concerns• Deskriptive und deklarative Modelle


Realisierung komplexer Systeme::Gemeinsame Sprache

General Purpose Language Z.B. UML, SysML Verbreitung in der Software Domäne Werkzeugunterstützung vorhanden

Domain Specific Language Technologie-orientiert vs. Applikations-Domäne

Basis für Interdisziplinarität! Beispiel: MDA Domain Task Force (DTF)

CIM(Computational Independent Model)

PIM(Platform Independent Model)

PSM(Platform Specific Model)

PSI(Platform Specific Implementation)

Model Driven Architecure (MDA)

Applikations-spezifische

DSL

Technologie-spezifische

DSL





Gemeinsame Sprache


Model Driven Engineering (MDE)• Divide & Conquer• Separation of Concerns• Deskriptive und deklarative Modelle

Domain Specific Languages (DSL)• Gemeinsame Modellierungssprache• Erweiterung vorhandener General Purpose

Modeling Languages (GPLs)


Und in der Praxis?


Beispiel: Smart Grid

Smart Grid Bidirektionale Lastflüsse durch

Integration erneuerbarer Energien Ausgleich der Energiebilanz Digitalisierung des Stromnetzes

Herausforderungen Kritische Infrastruktur Komplexität Interdisziplinarität

Elektrotechnik und IKT

Rechtliche Restriktionen (Regulierung) Neue Agenden

IT Security Privacy


Geb

äude

Smart G

rid


Views


Architektur‐Modellierung






Häuschen



Relevante Aspekte? Modellierungs‐Werkzeug?



Gemeinsame Sichtweise

Smart Grid Architecture Model (SGAM) Europäische Standardisierung Einheitlichs „Koordinaten-System

Schritt 1: Dekomposition & Organisation Domänen: Energieerzeugung Zonen: Automatisierungs-Pyramide SGAM Plane

Schritt 2: Schnittstellen & Interoperabilität Interoperabilitäts-Layer


Geb

äude

Smart G

rid


Views


Architektur Modellierung






Häuschen



Funktionale und technische Aspekte

Modellierungs‐Werkzeug?


Component

Communication

Business

Function

Information


Geb

äude

Smart G

rid


Views








Häuschen




SGAM Toolbox Abstraktions‐ Level? Referenz‐Architektur? Lösungen???

Component

Communication

Business

Function

Information

Generation Transmission Distribution DER Customer Premise

Market

Enterprise

Operation

Station

Field

Process

High Level Use Case 1


Geb

äude

Smart G

rid


Views








Häuschen




SGAM Toolbox Electric Network, ICT‐Network, Security,…

Referenz‐Architektur? Lösungen???

Component

Communication

Business

Function

Information


Market

Enterprise

Operation

Station

Field

Process



Geb

äude

Smart G

rid


Views








Häuschen





US NIST Reference Model

Lösungen???

Component

Communication

Business

Function

Information


Market

Enterprise

Operation

Station

Field

Process



Geb

äude

Smart G

rid


Views








Häuschen





US NIST Reference Model

z.B. RASSA

Component

Communication

Business

Function

Information


Market

Enterprise

Operation

Station

Field

Process



Geht das so weiter…?


Ja…

Aktuelle Trends Anstieg domänen-spezifischer Modelle

Z.B. Reference Architecture Model für Industrie 4.0

Aktivität in Standardisierungs-Gremien Z.B. IEC System Ressource Group

…es bleibt spannend!


move to improve!


…do you want to learn more?



Smart Grid Modellierung

Domänenspezifische Modellierungssprache Modellierung aller Layer ergibt…



Domänenspezifische Modellierungssprache Modellierung aller Layer ergibt… …ganzheitliches Architekturmodell!







Basis für weiterführende Arbeiten Architektur-Analyse (z.B. CAPEX/OPEX) Basis für Software Entwicklung …


Geb

äude

Smart G

rid


Views








Häuschen




SGAM Toolbox IKT, Security, Interfaces, ET,…


Component

Communication

Business

Function

Information


Market

Enterprise

Operation

Station

Field

Process



Separation of Concerns

Interfaces und Security Requirements IKT Netzwerk‐Topologie


Geb

äude

Smart G

rid


Views








Häuschen




SGAM Toolbox IKT, Security, Interfaces, ET,…


Component

Communication

Business

Function

Information


Market

Enterprise

Operation

Station

Field

Process



Referenzarchitektur

ENTSO-E Role Model Business Layer


Referenzarchitektur


NIST IR 7628 Guidelines for Smart Grid Cyber Security Use Case Collection Logical Reference Model ~ 46 Actors ~ 140 Interfaces 22 Interface Categories Security Requirements

~200 High Level RQ


Beispiel Modell „Smart Metering“

Interfaces mit Security Requirements


Referenz-Architektur


NIST IR 7628 Guidelines for Smart Grid Cyber Security Use Case Collection Logical Reference Model ~ 46 Actors ~ 140 Interfaces 22 Interface Categories Security Requirements

Integration in SGAM Selber Ursprung!

NIST Domain Model Einfaches Mapping

44

NIST LRM

ENTSO‐E RM

NIST UC

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