Modellbasiertes Testen: Schlüsselstrategie für Qualitätssicherung in der digitalen Ära

Im Zeitalter der digitalen Transformation spielen künstliche Intelligenz und maschinelles Lernen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung innovativer Produkte und Dienstleistungen. Ein wesentlicher Aspekt bei der Entwicklung solcher Systeme ist das Modellbasierte Testen (Model-Based Testing, MBT), ein systematisches Verfahren zur Generierung von Testfällen aus Modellen der Systemanforderungen. Dies ermöglicht es, Anforderungen unabhängig vom Algorithmenentwurf und der Entwicklung zu bewerten.

Das MBT umfasst die Erstellung eines Modells der Systemanforderungen für Tests, die Generierung von Testdaten aus diesem Anforderungsmodell und die Überprüfung des Design-Algorithmus mit den generierten Testfällen. Durch die Verwendung von Anforderungsmodellen zur Generierung von Testfällen zur Verifizierung des Designs wird der Testprozess automatisiert und die Überprüfung durch die Verknüpfung von Testfällen und Verifizierungszielen mit hochrangigen Testanforderungen gestrafft.

Ein Werkzeug wie Simulink Test™ ermöglicht das Verwalten der Testfälle und ihre systematische Ausführung, um zu bestätigen, dass das Design die Anforderungen erfüllt. Qualitätssteigerungen der generierten Testfälle über traditionelle stochastische und heuristische Methoden hinaus werden durch die Verwendung von Simulink Design Verifier™ erreicht, das formale Analysetechniken verwendet. Simulink Coverage™ bietet Modell- und Code-Coverage-Metriken zur Bewertung der Vollständigkeit der modellbasierten Testbemühungen.

Um Hardware und Produktionscode in das modellbasierte Testen einzubeziehen, können dynamische Ausgaben von Simulationsergebnissen mit Daten verglichen werden, die durch Tests in Software-in-the-Loop (SIL), Processor-in-the-Loop (PIL) oder in Echtzeit mit Hardware-in-the-Loop (HIL) gesammelt wurden. Simulink Test kann verwendet werden, um diesen Äquivalenztest-Arbeitsablauf zu verwalten.

Die Model Testing Dashboard-Funktion sammelt Metrikdaten aus den Modellierungs- und Testartefakten eines Projekts, um den Status und die Qualität des anforderungsbasierten Modelltestens zu bewerten. Das Dashboard analysiert die Artefakte in einem Projekt, wie Anforderungen, Modelle und Testergebnisse. Jede Metrik im Dashboard misst einen anderen Aspekt der Qualität des Modelltests und spiegelt Richtlinien in branchenweit anerkannten Softwareentwicklungsstandards wider, wie ISO 26262 und DO-178C.

Die Einbindung von Traceability, also der Nachverfolgbarkeit, zwischen Anforderungen und Tests ist ein Standardmaß für die Testqualität. Das Dashboard hilft dabei, die Verbindung zwischen individuellen Anforderungen und den Tests, die sie verifizieren, zu bewerten, und ermöglicht es, schnell Probleme in den Anforderungen und Tests zu finden.

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DST) betont die Bedeutung von Modelltests auch in der heutigen Zeit der Computersimulationen und numerischen Berechnungen. Im Kontext der Schiffsentwicklung sind beispielsweise Widerstands- und Propulsionstests unerlässlich, um die Antriebscharakteristik und damit letztendlich die benötigte Antriebsleistung zu bestimmen. Solche Tests werden im DST üblicherweise im großen Flachwassertank durchgeführt. Darüber hinaus ermöglicht ein Unterwasserbeobachtungstunnel optische Beobachtungen der Strömung um den Schiffsboden.

Die Innovationen im Bereich des modellbasierten Testens bieten somit eine effiziente Möglichkeit, Modelle nebeneinander zu testen und zu vergleichen. Dies ermöglicht es Entwicklern und Forschern, die Leistung und Zuverlässigkeit ihrer Systeme unter verschiedenen Bedingungen zu überprüfen und zu optimieren.

Quellen:

- "Was ist modellbasiertes Testen?" MathWorks. Verfügbar unter: https://de.mathworks.com/discovery/model-based-testing.html
- "Model Testing Dashboard verwenden." MathWorks. Verfügbar unter: https://de.mathworks.com/help/slcheck/ug/model-testing-dashboard.html
- "Grundlagen des Softwaretests." Technische Universität München. Verfügbar unter: https://ase.in.tum.de/lehrstuhl_1/files/teaching/ws0708/ManagementSoftwareTesting/12-4-1-FPdef.pdf
- "Model Testing." DST - Development Centre for Ship Technology and Transport Systems. Verfügbar unter: https://www.dst-org.de/en/services/model-testing/