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So klappt’s: Qualitätsziele erreichen durch kontrollierte Absicherung

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Durch die zunehmende Komplexität mechatronischer Systeme fehlt bei der Absicherung der Qualitätsziele die Transparenz. Durch eine ebenenübergreifende Absicherungsplanung im System Heckzugang gelang es, die Absicherungsqualität zu erhöhen.

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So klappt’s: Qualitätsziele erreichen durch kontrollierte Absicherung

  1. 1. Entwicklungsprozess IIII Teststrategien So klappt’s Qualitätsziele erreichen durch kontrollierte Absicherung Durch die zunehmende Komplexität mechatronischer Systeme fehlt bei der Absicherung der Qualitätsziele die Transparenz. Durch eine ebenenübergreifende Absicherungsplanung im System Heckzugang gelang es, die Absicherungsqualität zu erhöhen. Von Ingmar Jung und Ralf Bongard W ollte ein Kunde vor 15 Jahren die Heckklappe öffnen, musste er nur mit seinem Fahrzeugschlüssel das Schloss entriegeln und die Heckklappe von Hand öffnen. Die hierzu benötigten Komponenten beschränkten sich auf wenige rein mechanische Teile wie Schloss, Scharnier, Federdämpfer und Klappe. Heute erwartet der Kunde mehr Komfort wie das automatische Öffnen und Verfahren der Klappe über seinen Funkschlüssel. In heutigen Systemen sind solche Funktionen nicht in einer Komponente gebündelt, sondern 22 auf Komponenten verteilt. Im neuen 7er spielen zum Beispiel etwa 30 teils mechanische, teils elektrische Bauteile zusammen, um die Heckklappe automatisch zu verfahren (Bild 1). Analog zur Komplexität der Systeme wird auch die Entwicklung auf eine Vielzahl von Verantwortlichen verteilt. Mit jedem Ansprechpartner erhöht sich auch die Anzahl der Kommunikationsschnittstellen, was wiederum die Koordination der erforderlichen Entwicklungsaktivitäten erschwert. Aus diesem Grund werden Elektronik automotive Sonderausgabe BMW 7er seit 2005 im Fachbereich Karosserie kontrollierte Entwicklungsprozesse unterstützt. Für das Themengebiet Test und Absicherung wurde die Firma Berata beauftragt, die über langjährige Methoden-, Tool- und Praxis-Erfahrung verfügt. Der Absicherungsplan als Landkarte Um einen Überblick über alle Absicherungsaktivitäten rund um die Funktion Heckzugang zu erhalten, wurde als zentrales Steuerungsinstrument die Absicherungsplanung eingeführt. Ziel der Absicherungsplanung ist es, für einen identifizierten Projektumfang (Scope) alle benötigten Absicherungsaktivitäten zu identifizieren und zu planen. Mit dem Absicherungsplan (Bild 2) wird sichergestellt, dass für den gesamten Projektumfang Absicherungsaktivitäten geplant sind – ➀, sensible Projektumfänge mit einer ausreichenden Absicherungstiefe berücksichtigt werden – ➁, www.elektroniknet.de
  2. 2. Teststrategien IIII nicht benötigte Absicherungsredundanzen vermieden werden – ➂, und für die Absicherungsumfänge ausreichend Produktspezifikationen vorliegen – ➃. Absicherungsaktivitäten von Beginn an Kundenzufriedenheit ist ein zentrales Ziel bei BMW. Ein Stellhebel ist der kontrollierte Absicherungsprozess, dessen Ziel die Verbesserung der termingerechten Qualität ist. Die Implementierung hat einen direkten Einfluss auf den Ressourcen-Einsatz. Da es eine zentrale Aufgabenstellung des Projektleiters ist, Ziele wie Kosten, Termin und Qualität in Einklang zu bringen, dient ihm der Absicherungsplan als Instrument, die Kosten und den Nutzen der geplanten Absicherungsaktivitäten unter Berücksichtigung weiterer Projektziele abzuwägen. Diese Aussagen benötigt er bereits zu Beginn eines Projektes. Aus diesem Grund ist der Absicherungsplan in der frühen Phase des Projektes zu erstellen. Hierzu wurde das W-Modell eingeführt, das in Anlehnung an das bekannte V-Modell die Notwendigkeit der Planungsaktivitäten parallel zur Produktdefinition berücksichtigt und auch das Problem-Management als eigenständigen Prozess hervorhebt (Bild 3). Wer macht was, wann, wie und warum? Zu Beginn des Projektes ist noch vor der Absicherungsplanung eine Absicherungsstrategie festzulegen. Diese beinhaltet die Festlegung aller Randbedingungen rund um den gesamten Absicherungsprozess. Der Scope legt den abzusichernden Umfang fest. Hierbei ist auch von Interesse, in welcher Umgebung der Projektumfang integriert werden soll, aber auch wie die interne Struktur aufgebaut ist. Für jeden Projektbeteiligten muss ersichtlich sein, was er im Rahmen der Absicherung verantwortet; hierzu gehören neben den Funktionen auch die Komponenten und die Schnittstellen zur Umwelt. Dreh- und Angelpunkt für jede Aktivität ist das angestrebte Ziel. Ist das Ziel nicht bekannt, können auch keine Aktivitäten definiert werden. Folge ist der ineffiziente Einsatz der Ressourcen. Das übergeordnete Testziel ist die Verbesserung der Produktqualität. Hier liefert die ISO IEC 9126 „software engineering – product quality“ ein geeignetes Qualitätsmodell, das auch bei mechatronischen Systemen seine Gültigkeit hat: Funktion (Funktionslogik). Zuverlässigkeit (Lebensdauer, Umwelteinflüsse, Fehlertoleranz). Benutzbarkeit (Bedienkomfort, Wertigkeit). Peripherie 2 Peripherie 1 Karosserie 1 Abt 1 Abt 2 Modul 4 Aktor 1 Steuergerät Heck Modul 2 Modul 4 Sensor 3 Aktor 2 Sensor 2 Sensor 1 Sensor Heck 1 Mechanik Heck 3 Modul 3 N.A. Modul 1 Modul 3 Modul4 Modul 4 Steuergerät 1 Aktor Heck 6 Mechanik Heck 5 Modul 2 Modul 4 Modul 4 Steuergerät 4 Steuergerät 3 Steuergerät 2 Modul 1 Modul 3 Modul 2 Karosserie 2 Modul 5 Bus 1 Bus 2 Bus 3 I Bild 1. Blockschaltung einer mechatronischen Systemarchitektur. www.elektroniknet.de Entwicklungsprozess Wartbarkeit (Service, Wartung, Reparatur, Analysefähigkeit). Übertragbarkeit (Update, Austausch, Rückwärtskompatibilität). Effizienz (Ressourcen-Einsatz, Stromverbrauch). Die aufgeführten Qualitätsziele sind im Projekt zu detaillieren und zu priorisieren. So kann in einem sicherheits- Testinstanz 3 Testinstanz 2 3 Testinstanz 1 1 Heckzugang 4 Testinstanz 4 2 Zulieferer Testinstanz 5 I Bild 2. Der Absicherungsplan als Testlandkarte. kritischen System die Zuverlässigkeit im Vordergrund stehen, für eine PCApplikation hingegen die Übertragbarkeit. Bei der Absicherung steht eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung, die zur Verfolgung von Testzielen mehr oder weniger geeignet sind. Die Testmethode hat direkten Einfluss auf die spätere Testdurchführung und -umgebung. Eine vereinfachte Übersicht über mögliche Testmethoden liefert Bild 4. In einem ersten Schritt wird zwischen statischen und dynamischen Tests unterschieden. Bei den staMechanik Heck 1 tischen Tests hanModul 4 delt es sich um eine häufig unterschätzte TestmeMechanik Heck 2 thode, bei der der Modul 4 Prüfling ruht und einer statischen Mechanik Heck 4 Analyse unterzoModul 4 gen wird. Der Vorteil der Methode ist, dass diese schon in sehr frühen Phasen der Produktentwicklung zum Einsatz kommen kann, z.B. Elektronik automotive Sonderausgabe BMW 7er 23
  3. 3. IIII Teststrategien SystemDefinition Subsystem System Entwicklungsprozess TestPlanung Komponente SubsystemDefinition TestPlanung KomponentenDefinition Modul TestDurchführung TestDurchführung TestPlanung ModulDefinition ProblemEliminierung ProblemEliminierung TestDurchführung TestPlanung TestDurchführung ProblemEliminierung ProblemEliminierung I Bild 3. Das W-Modell für Absicherungs-Aktivitäten. durch Review von Schaltplänen oder Durchführung von FMEAs (Failure Mode and Effects Analysis). So können Fehler schon vor der Implementierung identifiziert werden. Unter die dynamischen Tests fallen alle Methoden, bei denen der Prüfling mit Testparametern beaufschlagt und die Reaktion als Kriterium für das Bestehen des Tests herangezogen wird. Dabei muss es sich nicht ausschließlich um reale Prüflinge handeln. Auch Simulationsmodelle kommen vermehrt zum Einsatz, mit denen das spätere Verhalten des Prüflings festgestellt werden kann. Ein weiteres Unterscheidungsmerkmal sind die subjektiven und objektiven Testmethoden. Bei den objektiven Tests wird formal gegen bestehende Spezifikationen geprüft, die subjektiven Testmethoden richten sich nach den Erfahrungen und Erwartungen der Tester. Grundsätzlich sind alle Testmethoden als gleichberechtigt zu sehen. Man kann den Prüfling wie einen viel- Testmethoden Statische Tests Review FMEA Dynamische Tests Inspektion Objektive Tests Subjektive Tests (spezifikationsbasiert) (erfahrungsbasiert) Black-Box-Test (anforderungsbasiert) ExpertenTests White-Box-Test (strukturbasiert) ExplorationsTests Ziel (Warum) Heckklappe öffnen/ Funktion Testmethode (Wie) Testinstanz (Wer) Termine (Wann) Testthemen-Generierung durch Permutation Die eigentliche Absicherungsplanung entsteht unter Zuhilfenahme der zuvor definierten Absicherungsstrategie. Die möglichen Testthemen wer- Rollen-Tests I Bild 4. Strukturierte Übersicht über Testmethoden. Scope (Was) seitigen Würfel sehen: Jede Testmethode betrachtet eine andere Seite. Die Testinstanz ist die organisatorische Einheit (Gruppe, Abteilung, Firma), die einen definierten Umfang absichert. In seltenen Fällen führt das Projektteam oder die Entwicklungsabteilung als einzige Testinstanz alle Testumfänge selber durch. Häufig sind Partner beteiligt, die im Rahmen der Absicherungsplanung zu koordinieren sind (Lieferanten, Umweltlabor, Zertifizierungsstellen). Für alle Entwicklungsaktivitäten müssen bei der Absicherung die relevanten Projektmeilensteine definiert werden. Neben den Projektmeilensteinen, wie Projektphasen, die Eingangsgrößen für die Absicherungsplanung sind, ergeben sich auch hieraus Termine, die im Rahmen der Projektplanung berücksichtigt werden müssen. Alle aufgeführten Randbedingungen sind unter Berücksichtigung weiterer Projektziele – Termine und Ressourcen – zu priorisieren. Durch diese Übersicht ist es dem Test-Manager des Projektes möglich, eine konkrete Absicherungsplanung zu erstellen. Hier handelt es sich nur um eine Auswahl von Randbedingungen, wie sie im Referenzprojekt Heckzugang und weiteren, bereits definierten Fahrzeugfunktionen berücksichtigt wurden. Testthema Black-Box-Test T-Instanz 1 MS 1, MS 3 Überprüfen der spezifizierten Funktionslogik White-Box-Test T-Instanz 1 MS 2, MS 4 Vermessen der Reaktionszeiten der Systemkomponenten Experten-Test T-Instanz 2 MS 1 – MS 4 Überprüfen, ob die Funktion den Erwartungen entspricht White-Box-Test T-Instanz 3 MS 2, MS 4 Lebensdauertest durch Prüfen der Systemkomponenten auf Abrieb Black-Box-Test T-Instanz 3 MS 2, MS 4 Überprüfen der Klappenfunktion, wenn Fahrzeug tordiert ist Experten-Test T-Instanz 3 MS 3 Subjektive Bewertung der Haptik der Bedienelemente Review T-Instanz 2 MS 4 Review der Bedienungsanleitung Experten-Test T-Instanz 4 MS 3 Bewertung von Montage und Demontage bei Reparatur Übertragbarkeit Review T-Instanz 2 MS 1 Prüfen auf produktlinienübergreifendes Bedienkonzept Effizienz White-Box-Test T-Instanz 5 MS 2 Identifizieren von elektrischen Bauteilen mit niedrigem Wirkungsgrad schließen/stoppen Zuverlässigkeit Benutzbarkeit Wartbarkeit I Absicherungsplanung nach Qualitätszielen (MS: Meilenstein; T-Instanz: Testinstanz) 24 Elektronik automotive Sonderausgabe BMW 7er www.elektroniknet.de
  4. 4. Teststrategien IIII den durch Permutation der Absicherungskriterien identifiziert. Der Projekt-Scope wird so aus Sicht der priorisierten Qualitätsziele betrachtet, zu deren Überprüfung mehrere Testmethoden möglich sind. Wenn mehrere Testinstanzen in der Lage sind, den Projekt-Scope nach einer Testmethode zu prüfen, kann dieser noch auf die Testinstanzen aufgeteilt werden. Auch ist eine Testinstanz-Zuweisung in Abhängigkeit der Projektphasen denkbar, z.B. in der Konzeptphase nur subjektive Tests innerhalb des Projektteams und in der Serienentwicklung objektive Tests durch ein externes Test-Haus. Am Beispiel des Heckzugangs (Tabelle) wird die Methodik verdeutlicht. Wie muss die Prüfumgebung aussehen? Unter welchen Umweltbedingungen ist zu testen? Wie müssen die Prüflinge konfiguriert sein? Auch müssen die Anforderungen an die eigentliche Testdurchführung MSc. (akkr) Ingmar Jung Der Absicherungsplan als Prüfauftrag Jedes einzelne Testthema ist nun genauer zu spezifizieren. Zum einen die Prüfumgebung: www.elektroniknet.de studierte Elektrotechnik an der FH München und ist seit vier Jahren bei BMW tätig. Seit Ende 2006 ist er verantwortlicher Test-Manager für die E/E-Umfänge im Fachbereich Entwicklung Karosserie. Entwicklungsprozess spezifiziert sein, um einen möglichst eindeutigen Vereinbarungsstand mit den verschieden Testinstanzen zu gewährleisten. Abhängig davon, wie viel eigene Erfahrung die Testinstanz in die Ausplanung und Durchführung der Tests einbringt, kann die Spezifikation noch detaillierter erfolgen. sj Dipl.-Ing. Ralf Bongard studierte Elektrotechnik an der Universität Hannover. Er ist für die Firma Berata tätig und berät seit Ende 2006 bei BMW den Fachbereich Entwicklung Karosserie als Prozess- und Methodenberater für Test-Management. Elektronik automotive Sonderausgabe BMW 7er 25

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