Aufbau einer Testautomatisierungsumgebung bei der ZF Friedrichshafen AG

Anfang 2007 beauftragte die ZF Friedrichshafen AG MicroNova, das Testautomatisierungssystem EXAM an einen der Hardware-in-the-Loop Prüfstände für Getriebesteuerungen im Bereich TE (Zentrale Elektronik) in Friedrichshafen zu installieren. Im Rahmen dieses Pilotprojektes wurde eine ZF Testdesignerin in EXAM geschult, um Testfälle zu  erstellen und Tests durchzuführen. Der für Testautomatisierung zuständige Arbeitskreis der ZF hatte sich nach Analyse verschiedener auf dem Markt vorhandener Testautomatisierungssysteme für die UML-basierte Testautomatisierung EXAM (EXtended Automation Method) entschieden.  Der Ausbau des Einsatzes im ZF-Konzern wird aktuell diskutiert.

Was waren die Vorteile und die Ziele des Einsatzes von EXAM bei ZF?

EXAM ermöglicht plattformunabhängige Zugriffe auf Testsysteme und auf verschiedene Hilfswerkzeuge sowie Generatoren. EXAM bietet eine modellbasierte, grafische Implementierung der Testspezifikation sowie Bibliotheken für die Testauswertung und für die Testdokumentation. Der Einsatz einer Standardbibliothek und einfache Wiederverwendbarkeit vorhandener Module werden garantiert.
Die gute Visualisierung des Ablaufs und die Unabhängigkeit von der Testumgebung waren die Ziele des Einsatzes von EXAM bei ZF. EXAM gewährleistet grundsätzlich eine einfache Wiederverwendung durch die Trennung von Testsequenz und Testdaten und durch die Modularisierung von Testfunktionen und Testsequenzen. Durch Wiederverwendung sollte die Effizienz bei ZF gesteigert werden und der Austausch von Modulen mit anderen Testern bzw. Abteilungen vereinfacht werden. Durch die klare Strukturierung in EXAM,  der Abstrahierung der Testumgebung (unterschiedliche HiL-Varianten) und des Testobjektes Getriebesteuergerät (Varianten für die unterschiedlichen Kunden) bleiben auch  komplexe Testumgebungen übersichtlich.

EXAM im Einsatz bei ZF

Anbindung eines HiLs an EXAM

EXAM wurde an einem der Getriebe Hardware-in-the-Loop Prüfstände im Bereich TE installiert, an denen bisher die kundenspezifische von ZF entwickelte Software für Getriebesteuergeräte manuell getestet wurde. Anschließend erfolgte die softwaretechnische Anbindung an diesen HiL-Typ in EXAM. Des Weiteren wurde die Parametrierung der im Leistungsumfang von EXAM bereits vorhandenen Schnittstellen zu ansteuerbaren Testhilfsmitteln durchgeführt. Darunter fallen z.B. die Relais-Kartenansteuerung zur Fehlererzeugung, die Ansteuerung der analogen HiL-Stromquelle und die Verwendung von Standard Test-/Diagnosewerkzeugen (z.B. INCA der ETAS GmbH, EDIABAS-Schnittstelle der Softing GmbH).
Für den von ZF selbst entwickelten Diagnosetester AZG 2000 V3.0 wurde eine Tester spezifische Implementierung der Schnittstelle durch EXAM-Diagnose-Interface realisiert. Diese Schnittstelle ermöglicht über den CAN-Bus Diagnoseinformationen des Getriebesteuergerätes auszulesen und ist für die spätere Realisierung von Diagnosetests notwendig.

PKW-Hybridgetriebe

Realisierung der Testaufgaben

Nach erfolgreicher Anbindung des HiLs und der Testmittel wurde mit den eigentlichen Testaufgaben, der Erstellung von Testfällen und der Testdurchführung begonnen. Als Testaufgaben waren folgende Arbeitspakete definiert:

• Umsetzung spezifizierter Testfälle an der CAN-Schnittstelle mit Trennung Sequenz/Daten
• Ableitung von Standardsequenzen aus den spezifizierten Testfällen
• Diagnosetests für Hardware-Signale
• Signalaufbereitungstests

Für die Fehlerdiagnose von CAN-Nachrichten wurden Standardtestsequenzen für Cyclic-Redundancy-Check-Fehler, ALIVE-Counter- Fehler und Timeout-Fehler identifiziert und implementiert. Die Testdaten für diese Standardsequenzen wurden mittels der Parametervererbung von EXAM hierarchisch strukturiert aufgebaut, so dass die CAN-Nachricht,  die dazugehörigen Signalinformationen und die Fehlerinformationen nur einmal als ParameterSet-Objekt im EXAM-Repository angelegt werden mussten. Durch die Vererbung der einzelnen Parameterdatenobjekte werden dann die Testparameterdatensätze bei der Codegenerierung in EXAM aus den einzelnen Parameterdatenobjekten vollständig erzeugt. Diese Vorgehensweise wurde auch bei den nächsten Testgebieten benutzt. Für Hardwarediagnose- und Signalaufbereitungstests wurden Standardsequenzen identifiziert und die Parameterschnittstelle durch MicroNova spezifiziert. Nach der Implementierung dieser Standardsequenzen konnte ZF die Testfälle realisieren.

EXAM-Schulung

Eine Mitarbeiterin aus der ZF Niederlassung Shanghai wurde innerhalb von fünf Wochen als Testdesignerin im Testautomatisierungssystem EXAM geschult,  so dass sie Testfälle  erstellen konnte und Tests durchführen konnte. Nach kurzer Zeit implementierte sie erfolgreich die spezifizierten Testfälle unter Verwendung der Standardsequenzen.

Abdeckung der Variantenvielfalt durch Lean-Mapping

Zur Unterstützung der Testdesignerin wurden zusätzlich die in EXAM vorhandenen OFFLINE-Fähigkeiten der EXAM-Hardwareschnittstelle auf die ZF spezifischen Testmittel erweitert.  Dadurch konnten die erstellten Testfälle ohne HiL-Zugriff im Offline-Betrieb auf dem Testerstellungsrechner simuliert durchgeführt und Fehler in dem Aufbau der Testparametersätze erkannt und korrigiert werden. Dies reduzierte den Zeitaufwand für die Inbetriebnahme von neu erstellten Testfällen.

EXAM ermöglicht das Abtesten einer großen Anzahl von Softwarevarianten.

Die im bisherigen Projektverlauf erstellten Testfälle waren für nur einen Softwarestand und für eine Variante eines Getriebesteuergerätes eines ZF-Kunden bestimmt. ZF muss jedoch auch die Anforderungen anderer Kunden mit jeweils eigenen Anforderungen abdecken. Um diese Varianten am HiL ansteuern zu können, werden z.B. mehrere  MatLab-Modelldateien und innerhalb des Modells verschiedene SubSystem-Blöcke verwendet. Damit die Anbindung von unterschiedlichsten Prüfständen und Testmitteln klar und einfach zu realisieren ist, werden sie je nach Funktion verschiedenen Schnittstellengruppen (devices, operating system, reports, …)  zugeordnet, für die jeweils eine Standardschnittstelle zum Zugriff definiert ist. Zum automatischen Testen der  Varianten ist es notwendig, auf die Modellvariablen der  einzelnen Varianten lesend oder schreibend zuzugreifen. Die Testautomatisierung muss wissen,  welche MatLab-Modelldatei in das HiL-Targetsystem geladen bzw. in welchem SubSystem-Block sich die Modellvariable für die spezifische Softwarevariante befindet.

Lean-Mapping

In EXAM war für Version 1.2 geplant, das Interfacekonzept Lean-Mapping einzuführen, damit der Testdesigner die Variantenvielfalt unterstützen konnte. Bei Projektstart stand dieses Standardinterface noch nicht zur Verfügung, so dass ein projektspezifisches Interface „userInterfaceHilConfiguration“ implementiert wurde. Dieses Interface kapselt alle Zugriffe auf HiL-Modell spezifische Variablen und die verschiedenen CAN-Variablen der verschiedenen Varianten ab. Nach Realisierung einer Standardimplementierung dieser Schnittstelle waren für die hinzukommenden HiL-Modell- bzw. CAN-Varianten nur geringe Anpassungen notwendig. Für die Objektmodellierung von EXAM bedeutet das, dass für jede Variante eine abgeleitete Implementierungsklasse erstellt wurde. Für die unterschiedlichen Modellpfadangaben mussten dann nur einzelne Zugriffsfunktionen (operations) in den abgeleiteten Implementierungsklassen überschrieben werden.
Bei Migration von EXAM V1.1 auf EXAM V1.2 im Projektverlauf war die Integration des Lean-Mapping Interfaces durch einfache Modifikation einzelner Zugriffsfunktionen im „userInterfaceHilConfiguration“ Interface mit minimalem Aufwand möglich.

Integration der SoftCar-Prüfplätze als neue EXAM-Plattform

In EXAM existiert für die Anbindung von HiL-Prüfständen die PlatformDevice- Schnittstelle. Für diese Schnittstelle sind Implementierungen für  LabView, CARTS, dSPACE und  RTLab bereits vorhanden.
Bei ZF ist in vielen Bereichen eine selbst entwickelte HiL-Familie mit dem Namen SoftcarRT im Einsatz. Zur Ansteuerung dieser Prüfstände entwickelte ZF in Zusammenarbeit mit MicroNova eine Implementierung der PlatformDevice-Schnittstelle, die den Einsatz des Testautomatisierungssystems EXAM an den vielen bei ZF bereits existierenden Prüf- und Entwicklungsplätzen ermöglicht. Damit können die bereits vorhandenen Testfälle auch an anderen SoftcarRT-HiLs ablaufen und die vorhandenen Standardsequenzen in anderen Projekten wiederverwendet werden.

Fazit

Im Rahmen des Pilotprojektes passte MicroNova EXAM in kurzer Zeit an die Getriebe-HiL Testumgebung an. Nach Implementierung von Standard-Testsequenzen für die CAN-Nachricht- und Signaltests wurden die Testfälle in Zusammenarbeit mit einer ZF-Mitarbeiterin erfolgreich umgesetzt und in Betrieb genommen. Weitere Testgebiete waren Hardware-Diagnose und Signalaufbereitungstests. Für den zukünftigen Einsatz von EXAM wurden die Voraussetzungen geschaffen, so dass auch die ZF-spezifischen SoftcarRT-HiLs mittels EXAM angesteuert werden können. ZF-Mitarbeiter im Entwicklungsbereich haben nun die Möglichkeit am ständig wachsenden Pool der Testfälle zu partizipieren und die Softwarequalität bereits im Entwicklungsprozess zu steigern. Nach Realisierung des Pilotprojektes unterstützt MicroNova ZF auch weiterhin bei dem Einsatz von EXAM.