Software Product Line Engineering (SPLE) has been proven to reduce development and maintenance costs, improving the time-to-market, and increasing the quality of product variants developed from a product family via systematic reuse of its core assets. SPLE has been successfully used in the development of safety-critical systems, especially in automotive and aerospace domains. Safety-critical systems have to be developed according to safety standards, which demands safety analysis, Fault Tree Analysis (FTA), and assurance cases safety engineering artefacts. However, performing safety analysis, FTA, and assurance case construction activities from scratch and manually for each product variant is time-consuming and error-prone, whereas variability in safety engineering artefacts can be automatically managed with the support of variant management techniques. As safety is context-dependent, context and design variation directly impact in the safety properties changing hazards, their causes, the risks posed by these hazards to system safety, risk mitigation measures, and FTA results. Therefore, managing variability in safety artefacts from different levels of abstraction increases the complexity of the variability model, even with the support of variant management techniques. To achieve an effective balance between benefits and complexity in adopting an SPLE approach for safety-critical systems it is necessary to distinguish between reusable safety artefacts, whose variability should be managed, and those that should be generated from the reused safety artefacts. On the other hand, both industry and safety standards have recognized the use of model-based techniques to support safety analysis and assurance cases. Compositional safety analysis, design optimization, and model-based assurance cases are examples of techniques that have been used to support the generation of safety artefacts required to achieve safety certification. This thesis aims to propose a model-based approach that integrates model-based development, compositional safety analysis, and variant management techniques to support the systematic reuse and generation of safety artefacts in safety-critical software product line engineering. The approach contributes to reduce the effort and costs of performing safety analysis and assessment for a particular product variant, since such analysis is performed from the reused safety artefacts. Thus, variant-specific fault trees, Failure Modes and Effects Analysis (FMEA), and assurance case artefacts required to achieve safety certification can be automatically generated with the support the model-based safety analysis and assurance case construction techniques. / Engenharia de Linha de Produtos de Software (ELPS) contribui para a redução dos custos de desenvolvimento e de manutenção, a melhoria do time-to-market, e o aumento da qualidade de produtos desenvolvidos a partir de uma família de produtos por meio do reuso sistemático dos ativos principais da linha de produtos. A ELPS vem sendo utilizada com sucesso no desenvolvimento de sistemas embarcados críticos, especificamente nos domínios de sistemas automotivos e aeroespaciais. Sistemas embarcados críticos devem ser desenvolvidos de acordo com os requisitos definidos em padrões de segurança, que demandam a produção de artefatos de análise de segurança, árvores de falhas e casos de segurança. Entretanto, a realização de atividades de análise de segurança, análise de árvores de falhas e construção de casos de segurança de forma manual para cada produto de uma linha de produtos é uma tarefa demorada e propensa a erros. O gerenciamento de variabilidade em artefatos de análise de segurança pode ser automatizado com o apoio de técnicas de gerenciamento de variabilidades. Em virtude de safety ser uma propriedade dependente de contexto, a variabilidade no projeto e contexto inerente uma linha de produtos software impacta na definição de propriedades de segurança do sistema, modificando as ameaças à segurança do sistema, suas causas e riscos, medidas de mitigação aplicáveis, e resultados de análise de árvore de falhas. Dessa forma, gerenciar variabilidades em artefatos relacionados à safety em diferentes níveis de abstração aumenta a complexidade do modelo de variabilidade mesmo com o apoio de técnicas de gerenciamento de variabilidades. Para alcançar o equilíbrio eficaz entre os benefícios e a complexidade da adoção de uma abordagem de ELPS para o desenvolvimento de sistemas embarcados críticos é necessário fazer a distinção entre artefatos de safety reusáveis, em que a variabilidade deve ser gerenciada, e artefatos de safety que devem ser gerados a partir de artefatos reusáveis. Por outro lado, tanto a indústria quanto os padrões de segurança têm reconhecido o uso de técnicas dirigidas a modelos para apoiar a análise segurança e a construção de casos de segurança. Técnicas de análise de segurança composicional e otimização de projeto, e de construção de casos de segurança dirigido a modelos vêm sendo utilizadas para apoiar a geração de artefatos de safety requeridos para certificação. O objetivo desta tese é a proposta de uma abordagem dirigida a modelos que integra técnicas de desenvolvimento dirigido a modelos, análise de segurança composicional e otimização de projeto, e construção de casos de segurança dirigido a modelos para apoiar o reuso sistemático e a geração de artefatos de safety em engenharia de linhas de produtos de sistemas embarcados críticos. A abordagem proposta reduz o esforço e os custos de análise e avaliação de segurança para produtos de uma linha de produtos, uma vez que tal análise é realizada a partir de artefatos de safety reusados. Assim, artefatos como análises de árvores de falhas e de modos de falha e efeitos, e casos de segurança requeridos para certificação podem ser gerados automaticamente com o apoio de técnicas dirigidas a modelos.

Submitted by Angela Maria de Oliveira (amolivei@uepg.br) on 2017-11-30T10:37:02Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Felipe Costa.pdf: 2622002 bytes, checksum: ae1227fbb019301002367ceabaa6dd1e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-30T10:37:02Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Felipe Costa.pdf: 2622002 bytes, checksum: ae1227fbb019301002367ceabaa6dd1e (MD5) Previous issue date: 2017-06-30 / O presente trabalho tem por objetivo apresentar a aplicação da metodologia baseado em modelos (MBD – model-based design) para o desenvolvimento de dispositivos eletrônicos de controle e automação para máquinas agrícolas. Baseado nos conceitos de MBD, foi proposto o desenvolvimento de uma central eletrônica embarcada para controle de funções específicas de uma plantadeira. Baseado na definição de requisitos, utilizou-se um conjunto dos principais sensores e atuadores para o desenvolvimento do modelo. Utilizou-se ferramentas como Matlab/Simulink® para o modelamento em fluxo de estados e geração de código automático o qual foi validado em software através da etapa MIL (Model-in-the-Loop). Posteriormente, realizou-se a geração automática de código através da etapa SIL (Softwarein- the Loop), validando-se o firmware gerado em software; e, através da etapa PIL (Processor-in-the Loop), validou-se experimentalmente o código gerado gravando-o no microcontrolador e utilizando materiais de apoio para simulação experimentalmente dos sensores e atuadores. Posteriormente, uma vez validadas as partes do projeto e, como forma de avaliação do sistema em uma situação próxima da realidade de um plantio, desenvolveu-se uma aplicação para avaliar com dispensa controlada de sementes, inclusive avaliando uma possível obstrução de um dos orifícios do disco de dispensa. Como resultado, esta aplicação teve por objetivo propor uma ferramenta para avaliar a distância média do plantio entre sementes, velocidade média do plantio e gerar informações estatísticas a respeito da precisão da dispensa de sementes. Por fim, os resultados de validação e experimentais são apresentados, os quais permitiram concluir que a metodologia baseada em modelos pode ser aplicada também em sistemas agrícolas resultando no rápido desenvolvimento de dispositivos de eletrônica embarcada e permitindo os processos de teste e validação durante o seu desenvolvimento. / The present work presents the application of the model-based methodology (MBD) for the development of electronic control and automation devices for agricultural machines. Based on the concepts of MBD, it was proposed the development of an embedded electronic central to control the specific functions of a planter. Once the requirements were defined, we used a set of the main sensors and actuators for the development of the model. We used tools such as Matlab/Simulink® for stateflow modeling and automatic code generation which was tested and validated in software through MIL (Model-in-the-Loop) step. Later, the automatic generation of code was performed through the Software-in-the-Loop (SIL) step, validating the firmware generated in software; and, through the Processor-in-the-Loop (PIL) step, the generated code was validated by recording it in the microcontroller and using support materials for experimental simulation of sensors and actuators. Later, once the parts of the project were validated and, as a way of evaluating the system in a situation close to the reality of a planting, an application was developed to evaluate with a controlled dispense of seeds, including evaluating a possible obstruction of one of the holes in the dispensing disc. As a result, the objective of this application was to propose a tool to evaluate the average planting distance between seeds, average planting velocity and to generate statistical information about the accuracy of the seed dispensation. Finally, the validation and experimental results are presented, which allowed to conclude that the model-based methodology can be applied also in agricultural systems resulting in the rapid development of embedded electronics devices and allowing the processes of testing and validation during its development.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:47:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MacilonACN_TESE.pdf: 3979579 bytes, checksum: 8cbe12645bc4c083bd9eabb00da34227 (MD5) Previous issue date: 2013-05-10 / The development of interactive systems involves several professionals and the integration between them normally uses common artifacts, such as models, that drive the development process. In the model-driven development approach, the interaction model is an artifact that includes the most of the aspects related to what and how the user can do while he/she interacting with the system. Furthermore, the interactive model may be used to identify usability problems at design time. Therefore, the central problematic addressed by this thesis is twofold. In the first place, the interaction modeling, in a perspective that helps the designer to explicit to developer, who will implement the interface, the aspcts related to the interaction process. In the second place, the anticipated identification of usability problems, that aims to reduce the application final costs. To achieve these goals, this work presents (i) the ALaDIM language, that aims to help the designer on the conception, representation and validation of his interactive message models; (ii) the ALaDIM editor, which was built using the EMF (Eclipse Modeling Framework) and its standardized technologies by OMG (Object Management Group); and (iii) the ALaDIM inspection method, which allows the anticipated identification of usability problems using ALaDIM models. ALaDIM language and editor were respectively specified and implemented using the OMG standards and they can be used in MDA (Model Driven Architecture) activities. Beyond that, we evaluated both ALaDIM language and editor using a CDN (Cognitive Dimensions of Notations) analysis. Finally, this work reports an experiment that validated the ALaDIM inspection method / No desenvolvimento de um sistema interativo, est?o envolvidos diversos profissionais e a integra??o entre eles se d?, principalmente, atrav?s do compartilhamento de artefatos comuns, como modelos, por exemplo. O uso de modelos possibilita uma abordagem de desenvolvimento na qual os modelos s?o usados por designers e desenvolvedores. Na abordagem baseada em modelos, o modelo de intera??o ? um artefato que cobre a maioria dos aspectos relacionados ao o que e como o usu?rio pode fazer ao interagir com a aplica??o. Al?m disso, ele pode ser usado para a identifica??o de problemas de usabilidade durante o design e n?o apenas durante os testes de interface e aceita??o, o que reduz o impacto nos custos do processo de desenvolvimento. Nesse sentido, este trabalho endere?a duas quest?es. A primeira ? a modelagem da intera??o, sob uma perspectiva que auxilie o designer a explicitar para o desenvolvedor, que ir? codificar na interface, os aspectos relacionados ao processo interativo, especificamente o que e como . A segunda ? identifica??o antecipada de problemas de usabilidade, que visa contribuir, principalmente, com a redu??o dos custos de desenvolvimento. Para isso, este trabalho apresenta (i) a linguagem ALaDIM, para auxiliar o designer na concep??o, representa??o e valida??o do modelo de intera??o; (ii) o editor ALaDIM, que foi constru?do usando o EMF (Eclipse Modeling Framework) e suas tecnologias padronizadas pelo OMG (Object Management Group); e (iii) o m?todo de inspe??o ALaDIM, que permite a identifica??o antecipada de problemas de usabilidade em modelos ALaDIM. A linguagem e o editor ALaDIM foram, respectivamente, especificada e implementado, usando padr?es do OMG e podem ser empregados em atividades MDA (Model Driven Architecture). Al?m disso, foram avaliados a linguagem e o editor ALaDIM, atrav?s da an?lise da dimens?es cognitivas de ambos, usando o CDN (Cognitive Dimensions of Notations). Finalmente, este trabalho relata um experimento para valida??o do m?todo de inspe??o

Software Product Line Engineering (SPLE) has been proven to reduce development and maintenance costs, improving the time-to-market, and increasing the quality of product variants developed from a product family via systematic reuse of its core assets. SPLE has been successfully used in the development of safety-critical systems, especially in automotive and aerospace domains. Safety-critical systems have to be developed according to safety standards, which demands safety analysis, Fault Tree Analysis (FTA), and assurance cases safety engineering artefacts. However, performing safety analysis, FTA, and assurance case construction activities from scratch and manually for each product variant is time-consuming and error-prone, whereas variability in safety engineering artefacts can be automatically managed with the support of variant management techniques. As safety is context-dependent, context and design variation directly impact in the safety properties changing hazards, their causes, the risks posed by these hazards to system safety, risk mitigation measures, and FTA results. Therefore, managing variability in safety artefacts from different levels of abstraction increases the complexity of the variability model, even with the support of variant management techniques. To achieve an effective balance between benefits and complexity in adopting an SPLE approach for safety-critical systems it is necessary to distinguish between reusable safety artefacts, whose variability should be managed, and those that should be generated from the reused safety artefacts. On the other hand, both industry and safety standards have recognized the use of model-based techniques to support safety analysis and assurance cases. Compositional safety analysis, design optimization, and model-based assurance cases are examples of techniques that have been used to support the generation of safety artefacts required to achieve safety certification. This thesis aims to propose a model-based approach that integrates model-based development, compositional safety analysis, and variant management techniques to support the systematic reuse and generation of safety artefacts in safety-critical software product line engineering. The approach contributes to reduce the effort and costs of performing safety analysis and assessment for a particular product variant, since such analysis is performed from the reused safety artefacts. Thus, variant-specific fault trees, Failure Modes and Effects Analysis (FMEA), and assurance case artefacts required to achieve safety certification can be automatically generated with the support the model-based safety analysis and assurance case construction techniques. / Engenharia de Linha de Produtos de Software (ELPS) contribui para a redução dos custos de desenvolvimento e de manutenção, a melhoria do time-to-market, e o aumento da qualidade de produtos desenvolvidos a partir de uma família de produtos por meio do reuso sistemático dos ativos principais da linha de produtos. A ELPS vem sendo utilizada com sucesso no desenvolvimento de sistemas embarcados críticos, especificamente nos domínios de sistemas automotivos e aeroespaciais. Sistemas embarcados críticos devem ser desenvolvidos de acordo com os requisitos definidos em padrões de segurança, que demandam a produção de artefatos de análise de segurança, árvores de falhas e casos de segurança. Entretanto, a realização de atividades de análise de segurança, análise de árvores de falhas e construção de casos de segurança de forma manual para cada produto de uma linha de produtos é uma tarefa demorada e propensa a erros. O gerenciamento de variabilidade em artefatos de análise de segurança pode ser automatizado com o apoio de técnicas de gerenciamento de variabilidades. Em virtude de safety ser uma propriedade dependente de contexto, a variabilidade no projeto e contexto inerente uma linha de produtos software impacta na definição de propriedades de segurança do sistema, modificando as ameaças à segurança do sistema, suas causas e riscos, medidas de mitigação aplicáveis, e resultados de análise de árvore de falhas. Dessa forma, gerenciar variabilidades em artefatos relacionados à safety em diferentes níveis de abstração aumenta a complexidade do modelo de variabilidade mesmo com o apoio de técnicas de gerenciamento de variabilidades. Para alcançar o equilíbrio eficaz entre os benefícios e a complexidade da adoção de uma abordagem de ELPS para o desenvolvimento de sistemas embarcados críticos é necessário fazer a distinção entre artefatos de safety reusáveis, em que a variabilidade deve ser gerenciada, e artefatos de safety que devem ser gerados a partir de artefatos reusáveis. Por outro lado, tanto a indústria quanto os padrões de segurança têm reconhecido o uso de técnicas dirigidas a modelos para apoiar a análise segurança e a construção de casos de segurança. Técnicas de análise de segurança composicional e otimização de projeto, e de construção de casos de segurança dirigido a modelos vêm sendo utilizadas para apoiar a geração de artefatos de safety requeridos para certificação. O objetivo desta tese é a proposta de uma abordagem dirigida a modelos que integra técnicas de desenvolvimento dirigido a modelos, análise de segurança composicional e otimização de projeto, e construção de casos de segurança dirigido a modelos para apoiar o reuso sistemático e a geração de artefatos de safety em engenharia de linhas de produtos de sistemas embarcados críticos. A abordagem proposta reduz o esforço e os custos de análise e avaliação de segurança para produtos de uma linha de produtos, uma vez que tal análise é realizada a partir de artefatos de safety reusados. Assim, artefatos como análises de árvores de falhas e de modos de falha e efeitos, e casos de segurança requeridos para certificação podem ser gerados automaticamente com o apoio de técnicas dirigidas a modelos.

Made available in DSpace on 2014-07-29T14:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Sofia Larissa da Costa.pdf: 2367903 bytes, checksum: ef9af67f05d333ef7a30026e0e9b9052 (MD5) Previous issue date: 2011-06-15 / Building user interfaces for Information Systems (IS) involves modeling and coding appearance (presentation) and behavioral (interaction) aspects. This work presents a modelbased approach to building these interfaces using tools for automatic transformation of models and for interface code generation. The proposed approach applies the concept of Interface Stereotype, introduced in this work, which identifies, in a high level of abstraction, features of user interface (UI) appearance and behavior, independently of the underlying IS application. A taxonomy of interface elements is proposed as the basis for stereotype definition, along with a interface behavior specification mechanism, which allows expressing actions and restrictions on the stereotypes by precise, objective and independently from the interface implementation platform. It is also proposed a architecture for a software component which manages model-based user interfaces building. The architecture defines how this component can be integrated in IS development process. The approach for model-based user interface development proposed in this work brings benefits in effort and cost construction terms, facilitating the maintenance and the evolution of user interface of IS. Futhermore, the use of stereotypes promotes consistency and standardization of both presentation and behavior of interfaces, improving usability of IS. / A construção de interfaces de usuário para Sistemas de Informação (SI) envolve modelagem e codificação de aspectos de aparência (apresentação) e comportamento (forma de interação). Este trabalho propõe uma abordagem baseada em modelos para construção dessas interfaces com o apoio de ferramentas de transformação automática de modelos e de geração de código de interface. A abordagem utiliza o conceito de Estereótipo de Interface, introduzido neste trabalho, que identifica, em alto nível de abstração, características de aparência e comportamento de interfaces, independentemente da aplicação do Sistema de Informação subjacente. Uma taxonomia para elementos de interface é proposta como base para a definição de estereótipos, juntamente com um mecanismo para especificação do comportamento da interface, que permite expressar ações e restrições sobre estereótipos de interface de maneira precisa, objetiva e independente da plataforma de implementação da interface. Também é proposta uma arquitetura para um componente de software que gerencia a construção de interfaces baseada em modelos. A arquitetura define como este componente pode ser integrado ao processo de desenvolvimento de SI. A abordagem para construção baseada em modelos proposta neste trabalho traz benefícios em termos de esforço e custo de construção facilitando a manutenção e a evolução de interfaces de usuário em SI. Além disso, o uso de estereótipos promove a consistência e a padronização, tanto da apresentação quanto do comportamento das interfaces, melhorando a usabilidade de SI.