Optimierte Variantenselektion für einen effizienten E/E-Produktlinientest

179 Pages·2014·3.86 MB·German

by  Anastasia Cmyrev

OPTIMIERTE VARIANTENSELEKTION FÜR EINEN
EFFIZIENTEN E/E-PRODUKTLINIENTEST
vorgelegt von
Anastasia Cmyrev, M.Sc.
geb. in Kustanai, Kasachstan
von der Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktorin der Naturwissenschaften
— Dr. rer. nat. —
genehmigte Dissertation
romotionsausschuss
P :
Prof. Dr. rer. nat. Rolf Niedermeier (Vorsitzender)
Prof. Dr.-Ing. Stefan Jähnichen (Gutachter)
Prof. Dr. rer. nat. Ralf Reißing (Gutachter)
Prof. Dr.-Ing. Steffen Helke (Gutachter)
ag der wissenschaftlichen ussprache
T A :
11 2014
. Juli
2014
Berlin
83
D
Technische Universität Berlin
Fakultät Elektrotechnik und Informatik
Fachgebiet Softwaretechnik
7
Ernst-Reuter-Platz
10587
D- Berlin
Hochschule Coburg
Fakultät Maschinenbau und Automobiltechnik
2
Friedrich-Streib-Straße
96450
D- Coburg
Brandenburgische Technische Universität Cottbus-Senftenberg
Fakultät Mathematik, Naturwissenschaften, Informatik
Lehrstuhl Sichere Softwaresysteme
1
Platz der Deutschen Einheit
03046
D- Cottbus
Anastasia Cmyrev: Optimierte Variantenselektion für einen effizienten E/E-Produktlinientest,
2014
©
Für meine Eltern.

DANKSAGUNG
Die Anfertigung dieser Arbeit wäre ohne die Unterstützung und das Vertrauen zahlrei-
cher Personen nicht möglich gewesen.
Mein besonderer Dank gilt Herrn Prof. Dr. Stefan Jähnichen für die Ermöglichung und
die umfassende Betreuung der Arbeit, die vielen hilfreichen Anmerkungen und seine
Motivation zum Schreiben der Dissertation. Herrn Prof. Dr. Ralf Reißing danke ich
herzlich für die Übernahme des Zweitgutachtens, die intensive Betreuung über den
gesamten Zeitraum sowie seine stete Diskussionsbereitschaft und Hilfestellung bei
zahlreichen fachlichen Fragen. Bei Herrn Prof. Dr. Steffen Helke bedanke ich mich sehr
für die Übernahme und kurzfristige Anfertigung des Drittgutachtens.
Ebenfalls bedanke ich mich bei Herrn Michael Weber für die Anstellung als Doktoran-
dinimRahmendesDoktorandenprogrammsderDaimlerAGundUnterstützungbspw.
durch die Etablierung der regelmäßigen Doktorandenseminare. Ein ganz besonderer
Dank geht an den ehemaligen Leiter des Teams Testmethodik, Herrn Dr. Michael Stotz,
der mir das Thema anvertraut und mich während der Promotionszeit und darüber
hinaus (strategisch) unterstützt hat. Zudem bedanke ich mich bei Herrn Daniel Hopp
für die Einführung in das Thema Variantenmanagement sowie die konstruktive Zusam-
menarbeit bei teamübergreifenden Themen. Auch danke ich Herrn Dr. Jacques Kamga
für die initiierende Übernahme der fachlichen Betreuung.
Einen großen Beitrag zum Gelingen der Arbeit haben Kollegen und Freunde geleis-
tet.Insbesonderebedankeichmichbei:AndreasDereani,KerstinHartig,Mustafa Jaber,
Dr. Thomas Karbe, Tobias Morciniec, Thomas Noack, Dr. Ralf Nörenberg,
Dr. Alexander Rein-Jury, Christian Reuter und Dr. Nadya Stoyanova für das Korrek-
turlesen zahlreicher promotionsrelevanter Dokumente, die fachlichen Diskussionen
sowie Motivation zur Vollendung der Dissertation.
Besonders viel Dank gilt Matthias Kühnel, der bei vielfältigsten (inhaltlichen) Frage-
stellungen unterstützte, mir häufig ein moralischer Ruhepol war und damit erheblich
zum erfolgreichen Abschluss der Arbeit beigetragen hat. Schließlich danke ich meinen
Eltern, die mich immer darin bestärkt haben den Bildungsweg voranzuschreiten und
mir mit Rückhalt und Liebe zur Seite stehen.
v

ZUSAMMENFASSUNG
Um der Individualität möglichst vieler Kundenwünsche sowie der Volatilität der Märk-
te begegnen zu können, bieten Automobilhersteller immer mehr Modellvarianten mit
einer Vielzahl an Ausstattungsmöglichkeiten an. Dies führt zu einer schnell wachsen-
den Variantenvielfalt sowie einer steigenden Produktkomplexität, welche während
des Entwicklungsprozesses von sogenannten Produktlinien bewältigt werden muss.
Insbesondere während der Phase des Testens stellt sich die Frage nach den „richtigen“
zu testenden Varianten, da aufgrund der hohen Anzahl das Testen jeder einzelnen
Variante nicht praktikabel bzw. wirtschaftlich wäre.
In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Identifikation der repräsentativ zu
testenden Varianten vorgestellt. Durch das Testen dieser Varianten wird die Absiche-
rung der gesamten Produktlinie gewährleistet. Hierfür wird zunächst eine einheitliche
Dokumentationsbasis der Variabilität über die verschiedenen Entwicklungsphasen hin-
weg definiert. Dabei erfolgt die Beschreibung der Gemeinsamkeiten und Unterschiede
zwischen den Varianten innerhalb eines universellen Merkmalmodells. Ausgehend da-
vonwerdenMerkmaleaufdieEntwicklungsartefakte,wieAnforderungenundTestfälle,
abgebildet. Dadurch liegen Anforderungs- und Testspezifikationen vor, welche für die
gesamteProduktliniegelten.MittelseinerKonsistenzprüfungwirddieDurchgängigkeit
der abgebildeten Variabilität zwischen Artefakten unterschiedlicher Entwicklungspha-
sen sichergestellt. Mithilfe von zwei verschiedenen Optimierungsalgorithmen werden
die zu testenden Varianten selektiert, welche jede im Lastenheft spezifizierte Anforde-
rung sowie jedes im entsprechenden Merkmalmodell definierte Merkmal mindestens
einmal abdecken.
Die Praxistauglichkeit sowie Effektivität der Konsistenzprüfung und Selektionsmetho-
dik konnten anhand von zwei realen E/E-Produktlinien der Daimler AG nachgewiesen
werden. Die Beseitigung der identifizierten Inkonsistenzen zwischen Entwicklungsarte-
fakten führte zu einer Steigerung der Qualität in Spezifikationsdokumenten. Darüber
hinaus bewirkte die anforderungs- und merkmalbasierte Selektion der zu testenden
Varianten eine signifikante und gleichzeitig systematische Reduktion des Testumfan-
ges.
vii

ABSTRACT
Within the automotive industry, the customers’ high demand for individual products
as well as the markets’ volatility are major reasons for the large number of possible
configurations. This results in a rapidly growing space of vehicle variants and an
increasingcomplexitywhichthemanufacturerhastocopewithduringthedevelopment
process of so-called product lines. Especially during the testing phase the „right“
variants have to be determined since the testing of each variant would be infeasible and
economically unjustifiable.
Inthisthesis,anewtestapproachbasedonrequirementscoverageandfeaturecoverage
is developed. For this purpose, first a concept for variability documentation across the
different development phases is defined. To represent the commonality and variability
of variants a single universal feature model is used. Subsequently, the features are
mapped to the development artifacts such as requirements and test cases. As a result,
the according specification documents contain artifacts which are valid for the whole
productline.Toensureaconsistenttraceabilityoffeaturemappingbetweenthedifferent
development artifacts the concept of consistency checking is developed. Two different
optimization algorithms are used to select a small subset of variants which cover every
requirement of the requirements specification and every feature of the feature model
at least once. This small set of variants is then to be tested in detail. Because of the
coverage achieved by the variant set, the quality of all other variants can be inferred
from the test results.
Theusabilityandeffectivenessoftheconsistencycheckingandtheselectionmethodhas
been demonstrated using two real E/E product lines of Daimler AG. The elimination
of identified inconsistencies between development artifacts has led to a quality intensi-
fication within specification documents. Additionally, the systematic requirements and
feature based selection of variants resulted in a significant reduction of testing effort.
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