Die digitale Transformation gestaltet Branchen neu und treibt Produkte in Richtung intelligenter, softwaredefinierter Lösungen. Allerdings bringt die zunehmende Komplexität erhebliche Herausforderungen mit sich. Um diese zu bewältigen, ist ein strukturierter Ansatz notwendig, der Systems Engineering, KI-gesteuerte Entwicklung und virtuelle Validierung kombiniert. Unser Showcase veranschaulicht diese Schlüsselkonzepte anhand eines realen Beispiels: der Verkehrsschilderkennung in einem Fahrzeug.

Die digitale Transformation gestaltet industrielle und Automobilprodukte neu, indem sie von elektromechanischen Systemen zu intelligenten, softwaregesteuerten Lösungen übergehen. Cloud-Technologien, IoT und KI ermöglichen völlig neue Funktionalitäten, die das Benutzererlebnis verbessern und neue Industriestandards setzen. Diese Fortschritte ebnen den Weg für innovative Geschäftsmodelle, wie digitale Dienstleistungen und personalisierte Kundenerlebnisse. Gleichzeitig haben sich die Kundenerwartungen gewandelt. Sie verlangen nun nach intelligenten Produkten, die stets aktuell, benutzerfreundlich und an individuelle Vorlieben anpassbar sind.

Während diese Fortschritte enorme Chancen bieten, bringen sie auch erhebliche Herausforderungen mit sich. Die Komplexität bei der Entwicklung und Wartung softwaredefinierter Produkte hat dramatisch zugenommen, wodurch traditionelle Entwicklungsmethoden nicht mehr ausreichen. Die Herausforderungen, die mit dieser Transformation einhergehen, lassen sich in vier Hauptbereiche kategorisieren:

• Systemkomplexität: softwaredefinierte Produkte, System of Systems, Multi-Domain, neue Technologien (z.B. KI), Varianten und Plattformen, verkürzte Produktlebenszyklen (TTM), uvm.

• Systemabhängigkeiten: Safety, Cybersicherheit, Verlässlichkeit, Verfügbarkeit, Resilienz, Nachhaltigkeit

• Multidisziplinäre Kollaborationen: große Organisationen, interdisziplinäre Teams, Partner und Lieferketten, globale Kooperationen, Kulturen, Zeitzonen, Sprachen, agile und hybride Methoden, uvm.

• Regulatorische & ethische Compliance: Regulatorieren, Rechtliches, Richtlinien, Normen, Datenschutz

Die Bewältigung dieser Komplexitäten mit traditionellen Entwicklungsmethoden ist äußerst herausfordernd und führt häufig zu Ineffizienzen und erhöhten Risiken. Die zunehmende Integration von Software, sich wandelnde Produktarchitekturen und steigende Marktanforderungen erfordern neue Ansätze, um Effizienz, Zuverlässigkeit und Konformität über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg sicherzustellen.

Die Einführung eines ganzheitlichen Systementwicklungsansatzes geht nicht nur darum, neue Werkzeuge zu kaufen und zu integrieren. Sie stellt eine grundlegende Umgestaltung des Entwicklungsprozesses dar und erfordert einen strukturierten Ansatz, der auf das aktuelle Reifegradniveau einer Organisation zugeschnitten ist. Diese Transformation umfasst Anpassungen von Prozessen, Methoden, Werkzeugketten und IT-Systemen, einschließlich ihrer Definition, Einführung und kontinuierlichen Optimierung.

Der Hauptfokus dieses Whitepapers liegt auf dem Aspekt des modellbasierten Systementwurfs (MBSE), den wir in den folgenden Abschnitten näher erläutern und anhand unseres Showcase demonstrieren werden.

In der heutigen, sich schnell entwickelnden Produktentwicklungslandschaft nehmen sowohl organisatorische als auch technische Abhängigkeiten dramatisch zu. Produkte werden interdisziplinär, Entwicklungszyklen agiler und schneller, und die Erwartungen an Transparenz und durchgängige Konsistenz waren noch nie höher. Traditionell stützt sich Systems Engineering auf Dokumente oder verschiedene disziplinspezifische Werkzeuge, die unterschiedliche Aspekte – wie Spezifikationen, Funktionsbeschreibungen oder Schnittstellendokumentationen – in natürlicher Sprache beschreiben. Diese Dokumente enthalten jedoch häufig redundante Informationen und verlieren schnell an Konsistenz im Laufe der Zeit und bei mehreren Mitwirkenden. Zudem ist natürliche Sprache oft mehrdeutig, Informationen sind verstreut, und der administrative Aufwand bleibt erheblich, da verschiedene Interessengruppen individuell angepasste Ansichten benötigen.

Wie können diese Herausforderungen effektiv angegangen werden? MBSE bietet eine leistungsstarke Lösung. Mit MBSE werden alle wesentlichen Informationen, die für das Systems Engineering relevant sind – wie Anforderungen, Schnittstellen, Systeme, Funktionen, Eigenschaften und Parameter – zentral in einer einzigen, kohärenten Datenbank oder einem Modell erfasst und definiert. Abhängigkeiten zwischen Elementen werden explizit durch hierarchische Strukturen, Instanziierungen oder Verknüpfungen dargestellt. Eine standardisierte Notation, wie die Systems Modeling Language (SysML), wird verwendet. SysML Version 1 erweitert die Unified Modeling Language (UML), während die kommende Version 2 weitere Verbesserungen speziell für das Systems Engineering einführt.

Dieses zentrale Modell ermöglicht es den Beteiligten, mehrere maßgeschneiderte Ansichten zu generieren, die für verschiedene Projektphasen oder spezifische Bedürfnisse von Interessengruppen geeignet sind. Solche Ansichten können verschiedene von SysML definierte Diagramme (z. B. Blockdiagramme, Aktivitätsdiagramme, Sequenzdiagramme), strukturierte Listen (wie Stücklisten oder Schnittstellendefinitionen), Code-Artefakte oder sogar traditionelle Dokumente umfassen, die von Prüfern oder Regulierungsbehörden benötigt werden.

Die Vorteile der Einführung von MBSE sind erheblich:

• Konsistenz: Da jedes Element nur einmal innerhalb eines zentralen Modells existiert, beziehen sich alle abgeleiteten Ansichten und Dokumentationen konsistent auf dieselben Informationen, wodurch Redundanzen und Diskrepanzen beseitigt werden.

• Transparenz: Die Zentralisierung von Informationen verbessert die Sichtbarkeit über Disziplinen und Abteilungen hinweg, fördert die Kommunikation und Zusammenarbeit und reduziert das Silodenken.

• Nachvollziehbarkeit: Explizit modellierte Abhängigkeiten verbessern die Nachvollziehbarkeit erheblich, was entscheidend für Verifizierungsprozesse, sicherheitskritische Systeme, umfassende Tests und Auswirkungsanalysen ist, die für die Verwaltung von Systemänderungen erforderlich sind.

• Klarheit: Die Verwendung einer standardisierten, strukturierten Notation reduziert die Mehrdeutigkeiten, die typischerweise mit natürlicher Sprache verbunden sind, und sorgt für größere Präzision und klarere Kommunikation.

Kurz gesagt, MBSE transformiert das Systems Engineering grundlegend, indem es einen einheitlichen, transparenten, nachvollziehbaren und präzisen Ansatz zur Bewältigung von Komplexität in der Produktentwicklung bietet.

Autoren:

André Brückmann
Technical Director Systems Engineering

Sebastian Diekhoff
Technical Head MBSE

Florian Schwab
Systemingenieur

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