Effizienter mit Elsa: Softwareerstellung in Automatisierungsprojekten

Dennoch ist das Vorgehen zur Planung und Erstellung von Software in Automatisierungsprojekten zumeist mehr mit der Buchung einer Last Minute Reise als mit der Durchführung eines durchorganisierten Business Trips zu vergleichen: Alles wird in letzter Minute geplant, man weiß bis zuletzt nicht wo es hingeht und was es kostet. Keiner kann einem bis zuletzt sicher sagen, ob man überhaupt das gewünschte Ergebnis erhält. Die Erfahrung zeigt, dass auch bei der Softwareerstellung in Automatisierungsprojekten ein besser systematisiertes Vorgehen dringend notwendig ist. Nicht nur um Qualitätsmängel und Terminverzug besser in den Griff zu bekommen, sondern insbesondere um die unverhältnismäßig hohen Kosten für die Behebung von Fehlern die erst in der Einsatzphase von Automatisierungssys­temen entdeckt werden zu senken. Kein Automatisierungsprojekt gleicht dem anderen, und jedes Projekt, so wie auch jede Reise, birgt ein gewisses Potential an Risiko und Abenteuer in sich. Gerade deswegen wendet man im Bereich der Informationstechnik sehr erfolgreich Vorgehens- und Prozessmodelle an, die dabei helfen Projekte zielgerichteter und effizienter durchzuführen. Natürlich ist Automatisierungstechnik nicht gleichzusetzen mit der klassischen Softwareentwicklung, z.B. eines Textverarbeitungssystems. Daher hat sich die Projektgruppe \“Softwareprozessmodell für die Automatisierungstechnik\“ des Automation Valley Nordbayern die Aufgabe gestellt, ein Vorgehensmodell und einen Leitfaden zu entwi­ckeln, der die Besonderheiten der Softwareerstellung in Automatisierungsprojekten gezielt berücksichtigt. So entstand also der Elektronischer Leitfaden für die systematische Softwareerstellung in Automatisierungsprojekten (Elsa). Die Anwendung des Elsa und das damit verbundene systematische Vorgehen soll dazu dienen die Softwareerstellung in Automatisierungsprojekten planbarer und effizienter zu gestalten um damit nicht zuletzt die Wettbewerbsfähigkeit der Anbieter von Automatisierungstechnik zu steigern! Kooperationsnetzwerk Das Kooperationsnetzwerk Automation Valley Nordbayern ist eine Initiative aus nordbayerischen Unternehmen und Institutionen aus dem Bereich Automatisierungstechnik. Die Koordination dieser Initiative erfolgt durch die IHKs in Bayreuth, Coburg, Nürnberg und Würzburg-Schweinfurt sowie der Innovationsoffensive Ostbayern. Die Teilnahme ist kostenfrei. Die Projekte des Automation Valley Nordbayern verfolgen alle das gemeinsame Ziel die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen verbessern. Das Projekt Im Juli 2005 wurde die Projektgruppe zur Definition eines Softwareprozess für die Automatisierungstechnik gegründet. Das Ziel der Projektarbeit ist die Definition eines adaptiven Software- und Prozessmodells für Sys­tem- und Applikationsentwicklung in der Automatisierung. Derzeit arbeiten die folgenden Firmen aktiv in der Projektgruppe mit: – Schaeffler KG, Sondermaschinenbau, Herr Goik – Arbeitsgemeinschaft Know-How-Transfer e.V., Herr Graf – Siemens AG, Corporate Technologie, Herr Dr. Löwen – infoteam Software GmbH (Koordination), Herr Angele Software in der Automatisierung Software hat sich zu einem zentralen Werkstoff des Informationszeitalters entwickelt. Innovative Produkte und Dienstleistungen sind ohne zuverlässige Software nicht mehr denkbar. Dementsprechend hängt die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Wirtschaft entscheidend von der Fähigkeit ab, Softwareintensive Produkte und Dienstleistungen mit höchster Qualität schnell und kostengünstig zu erstellen. Software Engineering auf Weltniveau ist die Voraussetzung dafür, dass Deutschland seine führende Stellung im Ingenieurbereich (z.B. Export-Weltmeister im Maschinenbau) halten und ausbauen kann. Die Bedeutung von Software Engineering hat sich verstärkt und wird weiter wachsen. Während Software in der Vergangenheit eine weitgehend isolierte Komponente großer komplexer Systeme war, so wird sie in der Zukunft integrierter in vielen Fällen sogar dominierender Teil großer komplexer Automatisierungssysteme sein. In der Automatisierungstechnik wird dieser Trend bereits heute deutlich sichtbar. Die erforderliche Integration von Mechanik, Hardware und Automatisierungssoftware und die Vermeidung unerwünschter Wechselwirkungen kann nur durch die frühzeitige Einbindung aller Beteiligten in einen gemeinsamen Entwicklungsprozess beherrscht werden. Ingenieurdisziplin Software-Engineering Die steigende Bedeutung des Software Engineering in der Automatisierungstechnik erfordert neue Strategien sowohl bei Methoden und Werkzeugen, als auch bei der Know-how-Pflege, die der wirtschaftlichen Bedeutung von Software in der Automatisierungstechnik Rechnung tragen soll. Software Engineering ist die Methodenlehre der Softwareerstellung. Ihre Hauptbeiträge sind methodische Hilfsmittel wie Prozesse, Modelle, Werkzeuge und Prinzipien zur Erstellung und Beherrschung des Einsatzes hochwertiger Software zu akzeptablen Kosten. Das Umfeld für die Erstellung von Software ist vielgestaltig. Hierzu zählen Konzepte, Sprachen, Methoden, Werkzeuge und deren Grundlagen, Zukaufkomponenten, Plattformen und Bibliotheken aus wieder verwendbaren Bausteinen. Die individuelle Ausprägung dieses Umfeldes beeinflusst das Software Engineering eines Automatisierungsprojektes in engerem Sinne. Um einen systematischen Einsatz dieser verschiedenartigen Ressourcen sicherzustellen bedarf es eines systematisierten Vorgehensmodells, das ein transparentes Controlling und ein rechtzeitiges Erkennen von Qualitätsproblemen zulässt. Hilfestellung für die Projektabwicklung Genau hier will der elektronische Leitfaden für die Softwareerstellung in Automatisierungsprojekten Hilfestellung geben. Er ist branchenneutral abgefasst und soll dem Anwender helfen seinen Engineering-Prozess für sein Unternehmen festzulegen und einzuführen. Der Leitfaden basiert auf dem in Europa weit verbreiteten V-Modell sowie auf anerkannten Methoden für das Software-Engineering. Der Leitfaden bietet ein phasenorientiertes Vorgehensmodell, in dem der gesamte Entwicklungsprozess in definierte Abschnitte mit überprüfbaren Ergebnissen unterteilt wird (siehe Bild 1 Phasenmodell zur Abwicklung von Projekten). Ab dem Start des Software Projektes sind diese Phasen von links oben (Initialphase) nach rechts oben (Einsatz) nacheinander abzuarbeiten. Die Phasen sind nicht willkürlich festgelegt, sondern durch inhaltliche Ziele bestimmt, deren Erreichen sich an den Ergebnissen widerspiegelt. Jeder Entwicklungsschritt wird dabei durch Prüfungen (Review) abgeschlossen. Neben der Softwareerstellung (SE) sind im Leitfaden die Rollen Auftraggeber (AG), Projektmanagement (PM), Qualitätsmanagement (QM), Konfigurationsmanagement (KM), Mechanikerstellung (ME), Hardwareerstellung (HE) beschrieben. Diesen Rollen sind bestimmte Aufgaben in den verschiedenen Phasen zugeordnet und deren Schnittstellen zur Softwareerstellung sind definiert. So werden z.B. notwendige Abstimmungen zwischen Mechanik, Hardware und Automatisierungssoftware bereits frühzeitig im Rahmen der Projektplanung berücksichtigt. Jede Phase gliedert sich in die Abschnitte: Voraussetzungen, Tätigkeiten und Ergebnisse. Deren Inhalte wiederum nach den jeweils relevanten Rollen sortiert sind. Reviews werden als gesonderte Abschnitte zwischen den Phasen gebündelt dargestellt. Hier sind alle diejenigen Review-Aktivitäten enthalten, die bis zum Ende einer Phase erledigt sein müssen. Die Phasenablauforganisation in diesem Leitfaden bezieht sich ausschließlich auf das Software Projekt und dessen Schnittstellen. Der Startzeitpunkt eines Software Projektes kann sich vom Startzeitpunkt des Gesamtprojektes unterscheiden. Aufbau des Leitfadens Elsa ist als interaktive HTML Struktur aufgebaut. Er verlinkt für die Abwicklung von Automatisierungsprojekten notwendige Informationen und Hilfsmittel die firmenspezifisch in unterschiedlichen Formaten und Ausprägungen bereitgestellt werden können. Er beinhaltet eine Grundausstattung an Checklisten, Mustervorlagen und ein Glossar. Software Projektabwicklung Die Einstiegsseite zur Phasenabwicklung zeigt die im Softwareprozessmodell für die Automatisierungstechnik definierten Software Projektphasen auf (siehe Abbildung 1 Phasenmodell zur Abwicklung von Projekten). Was in den Einzelnen Phasen und den Reviews zwischen den Phasen zu tun ist, wird in den Phasenbeschreibungen definiert. Diese sind im Leitfaden durch einen Klick auf die entsprechende Position in der Grafik zu erreichen. Mustervorlagen und Checklisten Im Elsa werden Mustervorlagen für die wichtigsten Dokumente die im Rahmen der Durchführung eines Automatisierungsprojektes benötigt verlinkt. Dazu gehören z.B. Muster­vorlagen für Lastenheft, Pflichtenheft, Projektplan, QM-Plan usw. Checklisten dienen als Unterstützung für die Mitarbeiter bei der Abwicklung einzelner Arbeitsschritte und sollen dazu dienen die Reproduzierbarkeit so wie Qualität und Effizienz der in den Phasen durchgeführten Tätigkeiten sicher zu stellen. Übergreifende Prozesse Übergreifende Prozesse, die unabhängig von der aktuellen Projektphase gelten, werden durch übergreifende Prozessbeschreibungen geregelt. Diese sind firmenspezifisch auszuprägen und gelten als Vorgabe für die Inhaltlichen Aufgaben der Rollen im Elsa. Dazu gehören z.B. Prozessbeschreibungen für das Qualitätsmanagement, Dokumentenlenkung, Projektmanagement, Ressourcenmanagement usw. Anwendungshinweise Ein wesentliche Herausforderung in Automatisierungsprojekten ist die effiziente Zusammenarbeit der Beteiligten aus den Bereichen Mechanik, Hardware und Automatisierungssoftware. Dies setzt zu allererst ein einheitliches Verständnis der in der Projektabwicklung verwendeten Begriffe und eine gemeinsame Vorstellung zur Umsetzung der einzelnen Aufgaben über die Bereiche hinweg voraus. Hierzu beinhaltet der Leitfaden ausführliche Begriffsdefinitionen aus der Automatisierungstechnik so wie Hinweise zum Tailoring im Hinblick auf die firmen- und projektspezifische Anwendung des Leitfadens. Automatisierungstechnik Der Leitfaden soll bei der Erstellung von Software in der Automatisierungstechnik helfen. Aufgabe der Automatisierungstechnik ist das automatische Messen, Steuern und Regeln sowie Bedienen und Beobachten eines technologischen Prozesses. Aufgrund der Komplexität der technologischen Prozesse und der zu automatisierenden Aufgaben ist die Automatisierungstechnik in der Regel hierarchisch in Form einer Automatisierungspyramide strukturiert. Die einzelnen Ebenen der Automatisierungspyramide grenzen sich durch die eingesetzte Hardware, die Kommunikation zwischen den verschiedenen Hardware-Komponenten sowie die spezifischen Funktionen, die über die Automatisierungsssoftware realisiert werden, voneinander ab. Die Aufgaben der Automatisierungstechnik müssen hierbei meist durch eine Kombination aus Mechanik, Hardware und Automatisierungssoftware realisiert werden. Diese Teildisziplinen werden bei der Abwick­lung eines Projektes im Leitfaden durch die Rollen Mechanikerstellung, Hardwareerstel­lung und Softwareerstellung repräsentiert. – Mechanik: Die Mechanik dient der technischen Realisierung des technologischen Prozesses. – Hardware: Hardware sind elektrische oder elektronische Geräte, die zum automatischen Messen, Steuern und Regeln sowie zum Bedienen und Beobachten eines technologischen Prozesses dienen. – Automatisierungssoftware: Die Automatisierungssoftware läuft auf den Hardware-Komponenten und dient zur Realisierung von Mess-, Steuerungs- und Regelungsfunktionen sowie von Funktionen zum Bedienen und Beobachten. Tailoring Unter Tailoring wird sowohl die Anpassung an die bestehenden Prozesse und Begriffe in einem Unternehmen als auch die Anpassung der Phasen and die universellen Bedürfnisse eines Automatisierungsprojektes verstanden. Dies beinhaltet das Zuschneiden der Vorgaben aus dem Leitfaden auf die eigenen Belange eines Unternehmens als auch die Auswahl der in den Phasen zu bearbeitenden Aufgaben entsprechend der Größe und der Inhalte eines Automatisierungsprojektes. Status und Ausblick Mit der Fertigstellung des Elsa V1.0 wurde im Mai 2006 das erste große Etappenziel der Automation Valley Projektgruppe \“Softwareprozesse in der Automatisierung\“ erreicht. Aktuell steht nun die Validierung des Elsa mit Hilfe von ausgewählten Pilotanwendern aus dem Bereich der Automatisierungstechnik an. Der Elsa will und muss sich an der Tauglichkeit in der praktischen Anwendung messen lassen. Dazu sind Firmen aus dem Bereich der Automatisierungstechnik gefragt. Sei es als Pilotanwender einer maßgeschneiderten Version oder als aktives Mitglied in der Projektgruppe.