Höhenflug für unbemanntes Luftfahrzeug von Insitu dank Integrity

Die Nachfrage nach den unbemannten Luftfahrzeugen (Unmanned Aircraft Systems, UAS) oder „Drohnen“ von Insitu nimmt rasch zu, weil sie tragbar, klein und leicht anpassbar sind.

Die Nachfrage nach den unbemannten Luftfahrzeugen (Unmanned Aircraft Systems, UAS) oder „Drohnen“ von Insitu nimmt rasch zu, weil sie tragbar, klein und leicht anpassbar sind. Dieses explosive Wachstum erfordert ein Tool, das alle Artefakte der technischen Entwicklung in einer einzigen, integrierten Lösung verwalten und dabei die Einhaltung der Compliance- Anforderungen von Militär- und Regierungsverträgen sicherstellen kann.

Nach sorgfältiger Prüfung erwies sich die ALM-Lösung von PTC als die beste Lösung, um möglichst schnell und ohne zusätzliches Personal oder Beeinträchtigung der aktuellen Abläufe CMMI-Stufe III zu erlangen. Kurz nach der Implementierung erhielt Insitu einen Auftrag des US-amerikanischen Verteidigungsministeriums.

Unternehmensüberblick

Als Spezialist für das Design, die Entwicklung, Produktion und den Betrieb von unbemannten Luftfahrzeugen (Unmanned Aircraft Systems, UAS) für Spionage-, Observations- und Aufklärungseinsätze (Intelligence, Surveillance and Reconnaissance, kurz: ISR) konnte sich Insitu, Inc. seit 2004 in dieser Branche als internationaler Marktführer etablieren. Die autonomen UAS-Lösungen von Insitu können bereits Hunderttausende von Kampfflugstunden zu Land und zu Wasser verzeichnen. Die beeindruckende Leistung und das innovative Design dieser anpassbaren, kostengünstigen Systeme haben dazu beigetragen, die Nachfrage nach dem Produkt zu beschleunigen, und dem Unternehmen ein enormes Wachstum beschert. Diese kleinen Flugroboter kommen ohne Pilot aus und werden sowohl von Regierungen als auch kommerziell in vielfältigen militärischen und zivilen Einsatzbereichen genutzt. Mit 800 Mitarbeitern ist Insitu, Inc. eine 100 %ige Tochtergesellschaft der Boeing Company.

Insitu hat zwei Hauptproduktlinien: (1) den ScanEagle® und (2) den (etwas größeren) Integrator™. Beide haben einzigartige Merkmale, die sie von anderen ISR-Produkten differenzieren und ein breites Einsatzfeld eröffnen. Die kleine Baugröße und die Tragbarkeit ermöglichen es, dass das Luftfahrzeug ohne Rollbahn starten und landen kann – somit ist es ideal für den Einsatz auf Schiffen geeignet. Darüber hinaus können die Luftfahrzeuge von Insitu über 20 Stunden in der Luft bleiben. Diese Ausdauer und die einfache Nutzung machen sie ideal für taktische Militäreinsätze, bei denen man sofort herausfinden muss, was sich jenseits des Horizonts abspielt.

Zusammenfassung für die Geschäftsleitung

Seit 2002/2003 nimmt Insitu an Regierungsvorführungen teil. 2004 schloss das Unternehmen einen Vertrag mit den Marines, um Überwachungsvideos für den Schutz von Convoys und Militärbasen im Irak und in Afghanistan zu ermöglichen. 2006 bewarb sich Insitu für eine Regierungsausschreibung, für die CMMI-Stufe III erforderlich war – eine schwierige Aufgabe für so ein kleines Unternehmen. Mit der vorhandenen Technologie war es nicht möglich, all die komplexen Softwaresysteme miteinander zu integrieren, da sie nur für die Verfolgung von Defekten und Änderungsanträgen genutzt wurde. Insitu benötigte außerdem ein Tool, das die Erreichung von CMMIStufe III ermöglichte, ohne den Personalbedarf zu verdoppeln oder die vorhandenen Entwicklungszeitpläne zu gefährden. Das Unternehmen entschied sich daher, verschiedene ALM-Tools (Application Lifecycle Management) zu evaluieren.

Das ursprüngliche Ziel war, eine Lösung zu finden, mit der CMMI-Stufe III in neun Monaten zu erreichen war, damit Insitu auf die vorliegende Anfrage reagieren könnte und auch in Zukunft für Regierungsaufträge berücksichtigt werden würde. Im Verlauf der Evaluierung erkannte Insitu, dass viele Anbieter nur eine Teillösung wie Anforderungs- oder Testmanagement anboten, nicht jedoch die gewünschte „All-in-One“-Lösung – ein durchgängiges Tool, das sämtliche Artefakte erfassen und verwalten konnte. Aus der Evaluierung von zunächst 16 Anbietern, von denen vier in die engere Wahl kamen, ging PTC als klarer Gewinner hervor.

Um den aggressiven Zeitplan einzuhalten, war Benutzerfreundlichkeit eine Hauptanforderung. Die Softwareentwickler bei Insitu konnten sich auch ohne Vorkenntnisse in ALM schnell in das neue Tool einarbeiten. Allein durch das Arbeiten mit dem Tool unter Zuhilfenahme des Handbuchs und mit einigen Hintergrundinformationen vom PTC Support konnten sie ihre Anwendung in kürzester Zeit für ihre Anforderungen konfigurieren. Auch das Abrufen von Informationen ist äußerst einfach und erfordert keinen Hintergrund als Softwareentwickler und keine speziellen Schulungen.

Hintergrund

Die UAS-Systeme von Insitu sind das Ergebnis der Integration einer Vielzahl von Systemen, welche nur durch Software möglich ist. Genau diesem Umstand hat der Integrator™ seinen Namen zu verdanken. Software ist nicht nur in den Flugzeugsystemen selbst enthalten, sondern auch in der Kommunikationssoftware, die das Flugzeug mit der Bodenstation verbindet, sowie in der Software am Boden, die das Flugzeug bedient, die Ladung steuert und die Kamera bewegt – mit Bildverarbeitungsfunktionen sowie Kommunikations- und Netzwerkalgorithmen. Es ist diese Software, die der Drohne ihre besondere Intelligenz verleiht.

In diesen unterschiedlichen Softwarebereichen wird auch die Komplexität deutlich. Verschiedene Video-Feeds müssen mit den Daten von den Flugzeugnavigationssystemen abgestimmt werden, um die Positionsdaten mit dem entsprechenden Videomaterial zu synchronisieren (Video-Frame an einer bestimmten Position). Dafür ist eine äußerst komplexe Verschmelzung der verschiedenen Systeme erforderlich. Die getroffenen Entscheidungen und die daraus resultierenden koordinierten Aktionen der Systeme ähneln in vielerlei Hinsicht jenen, die ein menschlicher Pilot in einem normalen Flugzeug treffen würde. Trotz dieser Komplexität müssen all diese Softwaremodule perfekt zusammenarbeiten, um den effektiven Betrieb der Drohne sicherzustellen.

In einem sicherheitsrelevanten Präzisionssystem wie diesem gibt es in der Regel Hunderte von Softwarespezifikationen für alle Sicherheitseventualitäten. Insitu benötigte ein Tool, das nicht nur alle Prozesse inklusive Anforderungsmanagement, Verfolgbarkeit von Anforderungen, Änderungskontrolle, Spezifikationserstellung und Testpläne miteinander verknüpfen, sondern auch bedarfsgemäß skaliert werden konnte. Mit einem integrierten Tool könnte Insitu prüfen und verifizieren, dass die dem wachsenden Kundenstamm ausgelieferten Produkte den Produktspezifikationen der einzelnen Kunden entsprachen.

Herausforderungen

Durch das explosive Wachstum wurden die vorhandenen Entwicklungstools und -prozesse von Insitu obsolet. Ihre früheren Tools waren für ein einfaches, kleines Unternehmen mit einem beschränkten Kundenstamm konzipiert und speziell für die Verfolgung von Defekten und das Änderungsmanagement entwickelt worden. Insitu benötigte ein flexibles, umfassendes Tool, das den Herausforderungen des schnelleren Wachstums gewachsen war und die Einhaltung und den Nachweis der CMMI-Stufe III ermöglichte. Außerdem sollte es eine Reihe von weiteren Schwierigkeiten lösen wie:

 

  • Einhaltung von CMMI-Stufe III in nur neun Monaten
  • Leicht erlernbares und bedienbares Tool
  • Skalierbarkeit ohne zusätzliches Personal
  • Koordination und Synchronisation der komplexen Softwarefunktionen – wie Steuerung, Video-Feeds, Bodenkontrolle und Kommunikation – in den Drohnen als ein einziges, integriertes System
  • Nachweis der Einhaltung der Sicherheitsanforderungen mit durchgängiger Verfolgbarkeit über den kompletten Entwicklungsprozess hinweg
  • Erzeugung eines einzigen Softwarepakets pro Version, das den gesamten Code für Autopilot, Ladung und Bodenstation enthält – erfordert das Testen von Hunderten von Spezifikationen und ihre Zurückverfolgung zu den ursprünglichen Anforderungen
  • Einfaches Hinzufügen von Änderungswünschen des Managements
  • Einheitliche Produktstatusberichte für Kunden
  • Iteration unterschiedlicher Softwarekomponenten zu verschiedenen Zeitpunkten, sodass sicherheitsrelevante Merkmale langsamer und unter Einhaltung der Sicherheitsanforderungen aktualisiert werden können
  • Integration von Anforderungsmanagement, Verfolgbarkeit, Änderungsmanagement, Spezifikationen und Testplänen, damit Kunden sich darauf verlassen können, dass das gelieferte Produkt den Spezifikationen entspricht
  • Unterstützung der Waterfall-Anforderungen des Kunden sowie der Entwicklung nach der Scrum-Methode bei Insitu
  • IBM Rational DOORS-Integration für Kundenanforderungsdokumente – Anpassung mittels API erforderlich

Unternehmenslösung

Mit der Lösung von PTC entwarf Insitu einen Softwareentwicklungsprozess, der Anforderungsmanagement, Verfolgbarkeit von Anforderungen, Fehlermanagement, Benutzerberichte, Änderungskontrolle, Erzeugung von Spezifikationen und Testsuiten miteinander verbindet. So kann ein einziges Softwarepaket pro Version erzeugt werden, das die gesamte Breite der komplexen Software in UAS abdeckt. Da sämtliche Informationen in einem einzigen Tool gespeichert und verwaltet werden, können diese Daten von Insitu mittels Datamining abgeschöpft und in einem kundenspezifischen Bericht (dem so genannten Verification Results Report oder VSR) zusammengefasst werden, der ein kohärentes Bild zeigt und den Projektumfang deutlich macht. Aus dem Bericht gehen die bereits abgeschlossenen und die noch laufenden Arbeitsaufgaben entsprechend dem Projektplan hervor. Der VSR zeigt die Größe der einzelnen Arbeitsinkremente, stellt die Ergebnisse aber auch für das Gesamtprojekt zusammengefasst dar. So erhalten zahlreiche Stakeholder einen schnellen Überblick über den Produktstatus zu einem bestimmten Zeitpunkt.

In einem einzigen Softwarepaket pro Version wird der gesamte Software-Code für Bodenkontrolle, Autopilot und Ladung, Navigation und Sicherheit zusammengefasst. Jede dieser Softwarekomponenten kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten iteriert werden. Dennoch werden zahlreiche unterschiedliche Spezifikationen und Änderungsanträge durchgängig verfolgt. So konnte Insitu das System dem Bedarf entsprechend skalieren und größere und auch mehr Regierungsverträge gewinnen, ohne mehr Ressourcen in der Softwareentwicklung einzustellen oder die Qualität zu gefährden.

Da alle Artefakte miteinander integriert, verknüpft und von einer zuverlässigen und allgemein gültigen Datenquelle aus verfolgt werden, lässt sich leicht feststellen, ob das Endprodukt die ursprünglichen Anforderungen erfüllt – eine wichtige Voraussetzung für den Nachweis der Einhaltung von Sicherheits- und Qualitätsvorgaben. Integrierte, umfassende Berichterstattung ist ebenfalls hilfreich, um den Fortschritt der Software hin zur standardmäßigen „Definition von Done“ von Insitu festzustellen. Dies ist ein Standardbegriff der Scrum- Methodik. Dank dieser Konfigurierbarkeit und einfachen Anpassung ist es auch möglich, Änderungsanträge vom Management und den Benutzern einfach umzusetzen.

Die flexible Architektur und die Anwendungsprogrammier- Schnittstellen (APIs) der PTC Lösung haben Insitu in die Lage versetzt, dem Kunden die erforderliche Waterfall- Dokumentation zu liefern und dennoch von den internen Agile Scrum-Softwareentwicklungsmethoden zu profitieren. Insitu kann seine Prozesse einfach und ohne Zusatzaufwand an die Kundenerwartungen bezüglich Waterfall-Dokumentation anpassen. Dank der umfangreichen API konnte Insitu zudem die Integrity und DOORS Datenbanken miteinander integrieren, die in anderen Abteilungen für die Verwaltung von Kundenanforderungen genutzt werden. Insitu kann problemlos auf Anforderungsdaten in der DOORS-Datenbank zugreifen, kann aber dennoch sämtliche Artefakte in einer einzigen Lösung verwalten.

Betrieblicher Nutzen

Die ALM-Lösung von PTC ist für Insitu eine „All-in-One“-Lösung, die eine zuverlässige und allgemein gültige Datenquelle für alle Artefakte bereitstellt. Trotz der Komplexität ihrer Systeme funktionieren sämtliche Softwaremodule von Insitu nun kooperativ miteinander und ermöglichen so einen effektiven Betrieb der unbemannten Fluggeräte.

Das aktuelle Tool von Insitu verknüpft alle Prozesse, einschließlich Anforderungsmanagement, Verfolgbarkeit von Anforderungen, Änderungskontrolle, Erzeugung von Spezifikationen und Testpläne, miteinander. Das PTC Tool lässt sich einfach entsprechend dem Kundenbedarf skalieren und behält dennoch seine volle Flexibilität, um zu testen und zu verifizieren, dass eine Reihe von Produkten die Produktspezifikationen jedes einzelnen Kunden erfüllt. Insitu hat aber nicht nur dies erreicht:

 

  • Einhaltung von CMMI-Stufe III in weniger als neun Monaten und ohne zusätzliches
    Personal
  • Auftrag des US-Verteidigungsministeriums über ISR-Dienstleistungen mit
    ScanEagle
  • Umfassende Integrity APIs zur Integration mit DOORS-Datenbanken für
    bessere Effizienz und Zusammenarbeit
  • Flexibilität von Integrity ermöglicht Kombination von Agile Scrum-Methodik
    und Waterfall-Konzept für bessere Kundenzufriedenheit und sämtliche Vorteile
    der Scrum-Methodik für das Softwareentwicklungsteam
  • Verifizierung und Validierung von Anforderungen als Schlüssel zur Messung von
    Messgrößen und Nachverfolgung von Workflow-Zuständen, dadurch detaillierte
    Berichte für Entwicklungs- und Managementteams
  • Unterstützung aller Artefakte in einem einzigen Tool für angepasste
    Berichterstattung zum Nachweis, das das Endprodukt die Produktspezifikationen
    erfüllt, dadurch weniger Zeitaufwand für Tests und bessere Time-to-Market
  • Benutzerfreundliche Features, mit denen Stakeholder im gesamten Unternehmen sehr einfach Informationen über den Entwicklungsstatus aus Integrity abrufen können, dadurch bessere Produktivität und kürzere Schulungsdauer

  • Insitu erreichte nicht nur in gerade einmal neun Monaten CMMI-Stufe III, sondern beeindruckte die Auditoren auch damit, wie schnell es gelungen war, ein durchgängiges Tool einzuführen und zu konfigurieren. Die ALM Lösung von PTC deckt alle Artefakte ab, die für die vollständige Integration der Systeme von Insitu notwendig sind. Seit der CMMI-Prüfung hat die Verwendung von Integrity noch zugenommen, um den wachsenden Anforderungen der Softwareentwicklungsgruppe und des Unternehmens insgesamt nachzukommen. Insitu konnte sich weitere große Regierungsaufträge und -Programme sichern – ein Beleg dafür, wie effizient sich Integrity skalieren und flexibel an die sich ändernden Bedürfnisse des Unternehmens anpassen lässt.



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