Daher ist mit dem Zuwachs an Software auch mit einem deutlichen Zuwachs an Fehlern in den Fahrzeugsystemen zu rechnen. Diese Fehler muss der Softwaretester im Rahmen der Entwicklung finden, um zu verhindern, dass Endkunden die Fehler im Betrieb aufdecken und dies im schlimmsten Fall nicht überleben. Bücher zum Testen der Software in der Automobilindustrie sind dennoch selten, weshalb dieses Buch eine Lücke schließt.
Lehrplan Automotive Software Tester
Alle vier Autoren dieses Buches sind Mitglieder der Arbeitsgruppe Certified Automotive Software Tester des German Testing Board e.V. (GTB). Die Mitglieder dieser Arbeitsgruppe kommen überwiegend von Automobilherstellern (z.B. BMW, Daimler), von Automobilzulieferern (z.B. Continental, Marquardt, Schaeffler, ZF) sowie deren Dienstleistern (z.B. Werkzeughersteller, Berater, Trainingsanbieter).
Die Arbeitsgruppe entwickelt seit 2014 den (ursprünglich deutschen) Lehrplan zum CTFL Automotive Software Tester (CTFL-AuT) weiter. Gerade aktuell ist die Version 2.0.2 von 2020 [ISTQB 2020]. Die Version 1.0 des Lehrplans, auf der die GTB-Arbeitsgruppe 2014 aufgesetzt hat, erstellte 2011 die Firma Prozesswerk im Auftrag von GASQ.
Seit 2018 gibt es auch den englischen Lehrplan, der die Internationalisierung des CTFL-AuT über Deutschland, Österreich und die Schweiz hinaus angestoßen hat. Chinesische, japanische und koreanische Übersetzungen des Lehrplans sind bereits sehr weit fortgeschritten. Parallel dazu entwickelt die GTB-Arbeitsgruppe den Lehrplan inhaltlich weiter, um neuere Themen aus der Automobilindustrie mit Testbezug wie SOTIF (safety of the intended functionality) und IT-Sicherheit zu integrieren.
Der dpunkt.verlag schlug vor, zu dem in 2017 sehr stark umgestalteten Lehrplan ein Lehrbuch für die Basiswissen-Reihe zu schreiben, das die Inhalte des Lehrplans vertieft und die Vorbereitung auf die Zertifizierungsprüfung unterstützt. Daraufhin haben sich spontan vier Autoren gefunden, die allerdings nicht nur den Lehrplan in Buchform gießen, sondern diesen vertiefen und didaktisch aufbereiten wollten. Deren Lehrbuch halten Sie nun in den Händen.
Rollenbezeichnungen
Aus Gründen der besseren Lesbarkeit verzichtet das Buch auf geschlechtsneutrale Rollenbezeichnungen wie Tester*innen und verwendet stattdessen ausschließlich die männliche Form, also Tester. Sämtliche Rollenbezeichnungen gelten selbstverständlich trotzdem für alle Geschlechter.
Website zum Buch
Zum Buch gibt es die Website www.ctfl-aut.de. Auf dieser Website sind die Lehrpläne, Probeprüfungen und andere hilfreiche Materialien verlinkt. Außerdem kann dort Feedback zum Buch gegeben werden.
Danksagung
Wir danken den Gutachtern Matthias Friedrich, Thorsten Geiselhart, Thomas Hagler, Michael Haimerl, Dennis Herrmann, Peter Raab und Tobias Schmid für ihre wertvollen Rückmeldungen zu den Entwürfen einzelner Kapitel sowie Andreas Spillner für seine umfassenden Anmerkungen zum gesamten Buchmanuskript. Wir danken auch den Autoren der Geleitworte, Gerd Baumann, Thomas Konschak und Horst Pohlmann. Außerdem danken wir dem dpunkt.verlag, insbesondere Christa Preisendanz, für die unendliche Geduld ob der immer größer gewordenen Verspätung bei der Ablieferung des Buchmanuskripts. Und nicht zuletzt möchten wir unseren Familien danken, die uns bei dem umfangreichen Projekt einer Fachbuchveröffentlichung so lange und geduldig unterstützt haben.
Wir wünschen unseren Lesern nun viel Freude und viele Aha-Erlebnisse mit unserem Buch.
Ralf Bongard, Klaudia Dussa-Zieger, Ralf Reißing und Alexander Schulz
München, Baiersdorf und Coburg,
im Juli 2020
Geleitwort von Gerd Baumann
»Wir sollten uns mit großen Problemen beschäftigen, solange sie noch klein sind.« Dieser Satz der polnischen Journalistin Jadwiga Rutkowska entstammt einem anderen Kontext, er benennt aber auch ein Grundprinzip des Testens. Das Auffinden von Elektronik- und Softwarefehlern in frühen Entwicklungsphasen spart Zeit und Kosten. Fehler, die erst im Serienfahrzeug erkannt werden, verärgern Kunden und beschädigen das Markenimage.
Automobilhersteller und Zulieferer haben dies bereits vor vielen Jahren erkannt und erhebliche Investitionen in Verfahren und Anlagen zur Erprobung von vernetzten elektronischen Steuergeräten getätigt. Parallel wurden im Hochschulbereich die theoretischen Grundlagen und Testmethoden für Software im Kraftfahrzeug geschaffen. Dabei konnte man sich auf eine breite Basis von Testprozessen aus der technischen Informatik stützen, die in anderen Branchen wie der Telekommunikation bereits etabliert waren. Heute gehören Hardware-in-the-Loop-Tests von mechatronischen Fahrzeugsystemen und statische Codeanalysen zum Standardrepertoire der Fahrzeugentwicklung.
Allerdings erfolgt das Testen von Automobilelektronik und -software nicht in jedem Fall systematisch. Häufig basieren Tests primär auf Heuristiken, also auf Erfahrungswissen des Entwicklungsteams. Dies ermöglicht eine rasche und effiziente Testfalldefinition, allerdings ist in der Regel nicht bekannt, welche Testabdeckung (Coverage) erreicht wird. Am anderen Ende der Skala stehen Brute-Force-Ansätze. Dabei wird mit hohem Geräte- und Zeitaufwand versucht, alle möglichen Kombinationen von Eingangs- und Zustandsgrößen des zu testenden Moduls zu durchlaufen, was bei umfangreichen Funktionen stets an Kapazitätsgrenzen stößt.
Eine Qualifizierung des Testpersonals anhand des Schemas »Certified Tester« ist die passende Antwort auf diese Herausforderungen. Den Autoren des vorliegenden Buches ist es gelungen, das hierfür notwendige Fachwissen in kompakter und praxisgerechter Form zusammenzufassen.
Die Beherrschung der methodischen Grundlagen ist essenziell, weil der Softwarefunktionsumfang von Kraftfahrzeugen aktuell einen immensen Schub erfährt. Automatisierte, vernetzte Fahrzeuge und deren Absicherung bezüglich Safety und Security erfordern einen Quantensprung beim Testen. Beispielsweise ist heute noch unklar, ob sogenannte Künstliche Intelligenz (KI) zukünftig Bestandteil sicherheitsrelevanter Funktionen zur automatisierten Fahrzeugführung werden kann. Technisch gesehen stellt ein KI-Softwaremodul auf der Basis neuronaler Netze, dessen Parameter sich durch »Lernen« während der Fahrt verändern können, ein zeitvariantes Unikat-System dar. Die etablierten Testansätze für Blackbox- und Whitebox-Prüflinge versagen hierbei. Aufgabe der Forschung ist es, für diesen Anwendungsbereich völlig neue Methoden zu erschließen, die für den praktischen Einsatz in der Automobilindustrie geeignet sind.
Gerd Baumann Leiter Kraftfahrzeug-Mechatronik/Software, Forschungsinstitut für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren Stuttgart (FKFS)
Stuttgart, Juli 2020
Geleitwort von Thomas Konschak
Die Automobilindustrie steht in der Entwicklung von softwarebestimmten Systemen großen Herausforderungen gegenüber. Um dem Kunden ein umfassendes Fahrerlebnis zu ermöglichen, werden in modernen Automobilen die Funktionen zunehmend komplexer sowie die Wirkketten länger und hochvernetzt. Die Teilstrecken der Funktionen werden dazu in skalierbaren Baukästen organisiert. Dabei liefert eine Vielzahl an Sensoren und Off-Board-Systemen mit unterschiedlichsten Wirkprinzipien massive Datenströme an hochintegrierte Steuergeräte. Diese Steuergeräte müssen dann mit immenser Rechenpower eine Vielzahl an interagierenden Funktionen und Regelkreisen berechnen, um die Aktuatoren anzusteuern.
Um diese Herausforderungen meistern zu können, werden die Systeme arbeitsteilig entwickelt und umgesetzt. Daran sind vor allem die Automobilhersteller (OEMs) und Automobilzulieferer (Tiers) beteiligt, aber immer öfter auch innovative Start-ups und branchenfremde Unternehmen. Will man nun die Systembausteine zu einem stimmigen Gesamtsystem integrieren, so ist u.a. ein aufeinander aufbauendes, methodisches und arbeitsteiliges Testen notwendig. Das beginnt beim Test von Algorithmen und Softwaremodulen in unterschiedlichsten Integrationsstadien. Der Testprozess setzt sich dann fort bei der Zielhardware mit integrierter Software, den Teilsystemen mit den integrierten Steuergeräten bis hin zum Gesamtsystem in seinen unterschiedlichen Varianten.
Um diese Aufgabe professionell,