Systementwurf

1. Systementwurf

eingebettetes System?

  • Steuerrung:
    • Feed Forward Control System
  • Regelung:
    • Feed Back Control System
    • Beobacktung des Ausgangs
    • Eingang ändern, bis sich die Werte ergeben

Heterogenität?

Zusammengesetztes System, bei dem mehrere Disziplinen beteiligt sind.

Problem? Zielstellung?

  • Komplexität steigt
  • heterogene Komponenten
    • analog
    • digital
    • biologisch
  • Qualitätsanforderungen
    • Zuverlässigkeit
    • Sicherheit
    • Funktionalität
  • Vernetzung von versch. Komponenten
    • Verklemmung
    • Bsp. Schaltsysteme
  • Kosten/Zeit

Ebenenbetrachtung

  • Volkswirtschaftlich
    • Umweltschutz
    • Verkehrsgang
    • globale Vorgänge
  • Betriebswirtschaftlich
    • Marktstrategie
    • Produktplanung
  • Projektebene
    • Projektplanung
    • Ressourcen
  • Systemebene
    • Abläufe zur Entwicklung

Phasen, Spezifikation

Rechnergestützte Spez.

  • umfaßt Methoden, Beschreibungsmittel, Werkzeuge
    → konsistente vollständige Spezifikation des Zielsystems
  • unterstützt wird:
    • Ermittlung der Anforderung
    • welche Zielstellungen
    • Randbedingungen

Phasen

  • Spezifikation
  • Entwurf
  • Implementierung
  • Integration
  • Test

2. Entwurf auf Missionsebene

Systemmodelle (Bild)

  • Konzeptionelle Modelle
  • operationelle Modelle

Umgebungsmodell

Strukturmodell

Top-Down, Teilkomponenten

Pyramide Entwurfsschwerpunkt

3. Systemspezifikation

Ziel? Aktivitäten, Abläufe (Diagramm)

Ziel

vollständige konsistente Spezifikation

  • Abhängigkeiten
    • Systemdesigner
      (Entwurfsvorlage)
    • Auftraggeber
      (Funktion, Leistung, Preis)

Ablauf der Spez.

Aufgaben Inhalt
Ermittlung Vorgaben
Richtlinien
unstrukturierte Information
Bedarf
Kontext
Umgebung
Machbarkeit
Beschreibung Methoden
Beschreibungsmittel
Werkzeuge
Standarts
strukturierte/formale Information
Definition
Zuordnung
Formalisierung
Analyse Prüfverfahren
Regeln
Werkzeuge
Konsistenz
Vollständigkeit

Unterschied: Top-Down <-> Buttom-Up

Kriterien, Techniken der Spezifikation

Kriterien der Spez.

Vollständigkeit keine offenen Punkte
keine Referenz auf nicht existierende Bestandteile
Konsistenz intern
extern
verfolgbar
Machbarkeit technisch
Risikobezogen
ökonomisch
ökologisch
ethisch
Testbarkeit explizit
Qualität
Quantität

Techniken der Spez.

  • manuell
    • Lesen
    • Checklisten
  • einfach rechnergestützt
    • Querverweise
    • Syntaxanalyse
  • detailliert manuell
    • manuelle Beweise
    • Heuristik
  • detailliert rechnergestützt
    • Simulation
    • formale Verifikation
    • Lebendigkeit
    • Erreichbarkeit

4. Spezifikation./Verifikation von dig. Systemen

Vollständigkeit u. Widerspruchsfreiheit

Verklemmungsfreiheit

Unterschied: Deadlock <-> Lifelock

Wie erkennen?

Wie lösen?

5. Sicherheit/ Fehlertoleranz

Risiko? Anomalie?

Anomalie

  • Programmfehler
  • Störung
  • Ausfall
  • unerwartete Situation
  • Folgen:
    • tödliche Folge
    • großte Verluste
    • Systeme, keine Reperatur möglich

Fehlerverlauf (Diagramme)

  • Integration/Akkumulation
  • Offsetfehler
  • Nicht-Linearitäten
  • “Aufhängen” bei Prozessoren

Fehlertoleranz: Kategorien/Unterschiede

Zeitdiagramme für Wahrscheinlichkeiten

6. Hazardanalyse

Forward Search / Back Search

Forward/TopDown Search

  • was passiert bei Ereigniss A?

Back/BottomUp Search

  • was müßte passiert sein damit Folge A eintritt?

Baum Analyse

ETA - Event-Tree-Analyse

  • Vorwärtssuche
  • Beginn mit dem Ereigniss
  • 2 Alternativen (Erfolg oder Versagen)
  • Baumpfade beschreiben Unfallsequenz
  • Knotenbewertung: Wahrscheinlichkeit
  • Unfallwahrscheinlichkeit

FTA - Fault-Tree-Analyse

  • Rückwärtssuche
  • Klassifikation:

CEA - Cause-Effect-Analyse

  • Vorwärtssuche

Fehler/Sensor Problematik

  • Diskretisierung
  • Auflösung
  • Offset
  • Rauschen
  • Geschwindigkeit
  • eventuell Ausfall

Stichwort: Redundanz

  • Verwendung von mehreren Systemen, die alle den selben Zweck erfüllen
  • bei 2 Modulen → Lokalisierung nicht möglich
  • bei 3 Modulen → Fehler lokalisierbar

Knotenausfall

7. Methoden u. Beschreibungsmittel

Wissensbasiertes Verfahren

FSM, Beschreibung im Zustandsraum (Feder Masse Teil)

8. Entwurfsprozeß

Black Box (Eingangssprachen, Ausgangssprachen)

Abstraktionsebenen

  • digitale Systeme
    • Systemebene (1)
    • Layoutebene (6)

Sichten, Struktur, Geometrie

Sichten

siehe Y-Diagramm

  • Verhalten
  • Geometrie
  • Struktur
  • Test

Ebenen

  • Systemebene
  • Algorithmenebene
  • Register Transfer
  • Gatter Ebene
  • Schaltebene
  • Layout

Geometrie

  • Vektor
  • Raster
  • Flächenmodelle

9. geograph. Modelle

Vektor-, Rastermodelle

Höhen/ Flächen

Eigenschaften: Verzerrung

Abbildung, Projektion

Generierung Höhenmodelle

10. Navigation

Koordinatentransformation

  • Verzerrung
    • Konfürmität (Winkeltreue)
    • Äqistanz (Längentreue)
    • Aquivokation (Flächentreue)

Standartisierung, Laufzeitsteuerung (GPS, Pseudorange)

Ortsbestimmung, Algorithmen

 
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