HADES - Ein Framework zur abstrakten, viewpoint-basierten Systementwicklung

Abstract

Die Entwicklung luftfahrttechnischer Systeme stellt aufgrund ihrer hohen Komplexität und strengen Anforderungen eine besondere Herausforderung dar. Diese Systeme müssen nicht nur zahlreiche technische, funktionale und sicherheitsrelevante Aspekte erfüllen, sondern auch Vorgaben der Luftfahrtbehörden berücksichtigen. Modellbasierte Ansätze können hierzu einen wesentlichen Beitrag leisten, indem sie Transparenz, Nachvollziehbarkeit und Konsistenz in den Entwicklungsprozessen fördern. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Entwicklung des Hierarchical Architecture Design for Engineering Systems (HADES) Modelling Framework, das auf der Systems Modeling Language (SysML) und dem Cameo Systems Modeler (CSM) basiert und durch spezifische Erweiterungen an die Anforderungen luftfahrttechnischer Systeme angepasst wurde. Aufbauend auf der Software Platform for Embedded Systems (SPES)-Methode wurden im HADES Modeling Framework spezifische Viewpoints entwickelt, die eine strukturierte Be�trachtung des Systems aus funktionaler, logischer, physikalischer und anforderungsbezogener Perspektive ermöglichen. Ergänzend wurde der Operational Viewpoint eingeführt, um operative Aspekte wie use cases und scenarios methodisch in die Systementwicklung einzubinden. Zur Unterstützung des Modellierungsprozesses wurden zudem Automatismen für die Anwendung CSM implementiert, die eine effizientere Modellierung ermöglichen. Die praktische Erprobung des Frameworks erfolgte anhand der Modellierung eines luftfahrttech�nischen Systems, dem Electrical Drivetrain (EDT) als Teil eines hybrid-elektrischen Antriebssys�tems für ein wasserstoffbetriebenes Regionalflugzeug. Dabei zeigte sich, dass die entwickelten Viewpoints, als auch die Level-spezifische Matrixstruktur (LSMS) eine klare Gliederung und Nachvollziehbarkeit unterstützen. Besonders die Integration von operativen Abläufen erwies sich als hilfreich, um Anforderungen und Schnittstellen frühzeitig mit Systemfunktionen zu verknüpfen. Die Analyse von exceptional scenarios verdeutlichte zudem das Potenzial, mög�liche Schwachstellen bereits in frühen Entwicklungsphasen zu identifizieren, wenngleich eine methodische Anbindung an etablierte Sicherheitsanalysen noch untersucht werden muss. Die Bewertung des Frameworks erfolgte anhand der Kriterien Anforderungsmanagement, An�passbarkeit und Standardkonformität, Systemarchitektur und Systementwicklungsprozess. Dabei überzeugte das HADES Framework insbesondere durch seine Anpassbarkeit und dem Anfor�derungsmanagement, während in einigen Bereichen, etwa bei der Vielzahl an Anforderungs�Stereotypen, noch Verbesserungspotenzial besteht. Insgesamt zeigt die Arbeit, dass das HADES Framework eine geeignete Grundlage für die modellbasierte Entwicklung luftfahrttechnischer Systeme darstellt. Durch die Verwendung von SysML und CSM als Basis ist eine hohe Anschlussfähigkeit an bestehende Standards gewähr�leistet. Gleichzeitig eröffnet die vollständige Kontrolle über die Entwicklung die Möglichkeit, das Framework gezielt weiterzuentwickeln und an neue Anforderungen anzupassen.