Modellbasierte Anforderungsspezifikation sicherheitskritischer Systeme im Eisenbahnbereich - Beschreibungsmittel und ihre Anwendung

Lemke, Oliver

Im Eisenbahnwesen übernehmen oftmals reaktive Systeme Steuerungs- und Sicherungsfunktionen. Für diese Systeme hat die Anforderungsspezifikation eine besondere Bedeutung im gesamten Lebenszyklus. Momentan werden für die Anforderungsspezifikation häufig informelle Beschreibungsmittel verwendet, die Interpretationsspielraum lassen und anfällig für Uneindeutigkeiten sind. In den letzten Jahren wurden in verschiedenen Arbeiten Konzepte zur Verbesserung der Anforderungsspezifikation vorgestellt. Diese Arbeiten konzentrierten sich dabei oftmals auf die Anpassung von Beschreibungsmitteln, wie z.B. der Unified Modeling Language (UML). Die Integration von Beschreibungsmittel, Methode und Werkzeugen zu einem stringenten Gesamtkonzept wurde oft nicht abgedeckt. In dieser Arbeit wird ein solches Gesamtkonzept entworfen. Es kombiniert ein semi-formales, modellbasiertes Beschreibungsmittel mit einem Prozess zur Erstellung von Anforderungsspezifikationen und integriert Test- und Verifikationsmethoden. Als Beschreibungsmittel wird die SysML (Systems Modeling Language) verwendet. Eine Untermenge dieser Sprache (SysML (A)) wird identifiziert, die in einer festgelegten Modellarchitektur zur Systembeschreibung eingesetzt wird. Die Organisation des Anforderungsmodells wird durch Sichten und eine zweistufige, rekursive Hierarchie von Systemen realisiert. Schnittstellen zu nicht-funktionalen Anforderungen sind vorgesehen. Zweiter Bestandteil der Arbeit ist ein Prozessmodell, das die Vorgehensweise bei der Modellerstellung definiert. Auf Grund der Eigenschaften von Anforderungsspezifikationen wird ein iterativ-inkrementelles Vorgehen vorgeschlagen. In jedem Schritt werden Test- und Verifikationstechniken eingesetzt. Anhand eines Beispielmodells konnte gezeigt werden, dass: - die modellbasierte Spezifikation von Anforderungen möglich ist - das gewählte Prozessmodell eingesetzt werden kann - und damit eine Verbesserung der Qualität von Anforderungsspezifikationen möglich ist.

Control and safety functions in the rail sector are often performed by reactive systems. For those systems, the requirements specification is a key element in their life-cycle. Currently mainly informal description techniques are used for the specification of requirements, which are open to interpretation and subject to ambiguities. This can lead to the introduction of functional errors already in the requirements definition phase of a system. In the last few years several new concepts have been presented how the specification of systems can be improved. That research often focuses on the adaptation of existing description instruments such as the Unified Modeling Language (UML). But the integration of description instruments, methods and tools to a stringent overall concept is not covered. This research develops such a concept, which combines a semi-formal model-based description instrument with a process model. Test and verification methods are also an integral part of this concept. The standardized Systems Modeling Language (SysML) is used as the description instrument. A subset of the language (SysML (A)) is then identified. This subset is applied within a fixed model architecture, to describe the necessary aspects of a future system. Organization of the requirement model is realized through so-called views and a two-level recursive hierarchy of systems. Interfaces to non-functional requirements are also provided. The second component of the work is a process model, which defines the model creation procedure. Due to the characteristics of requirement specifications, an iterative-incremental approach is used. Test and verification techniques are used in each step to guarantee the correctness of the modeling work. By using an example model, this research showed that: - model-based requirement specification is possible - the chosen process model can be applied in practice - both components indeed can improve the quality of requirement specifications

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Lemke, Oliver: Modellbasierte Anforderungsspezifikation sicherheitskritischer Systeme im Eisenbahnbereich - Beschreibungsmittel und ihre Anwendung. 2010.

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