Querblick: Model Based Systems Engineering (MBSE) im Automobilbau Durchgängiges Konzept mit einem Herz für Kreativität - wirautomatisierer

Querblick: Model Based Systems Engineering (MBSE) im Automobilbau

Durchgängiges Konzept mit einem Herz für Kreativität

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Wie wichtig der methodische Ansatz des Systems Engineerings ist, zeigt das Beispiel des Entwicklungsdienstleisters AVL. Um die funktionalen Anforderungen im Umfeld individueller Kundenwünsche, steigender Variantenzahl, neuer Technologien und der Betrachtung der Wertschöpfungskette bis hin zum Service abzudecken, schafft das Unternehmen eine Entwicklungsplattform auf Basis des Model Based Systems Engineerings (MBSE). Umsetzen lässt sich dieses Systems Engineering nicht zuletzt auf Basis von PLM- und ALM-Bausteinen von PTC.

Die Autorin: Andrea Drescher ist freie Journalistin in Haibach ob der Donau

Kundenwünsche waren für die Ingenieure des Bereichs Powertrain Engineering des Grazer Entwicklungsdienstleisters AVL List seit jeher der treibende Faktor. Technologische Veränderungen sowie der Zugang der Kunden zur Entwicklung und die konkreten Anforderungen an das Produkt treiben die Anforderungen aber nach oben. „Das wird vor allem in Verbindung mit der seit Jahren steigenden Zahl an Fahrzeugvarianten deutlich“, berichtet Dirk Denger, Head of Synergetic Methods and Tools Development. Hinzu kommt: Standen in der Vergangenheit die Technologie – also das technische Produkt – bei Verkauf und Entwicklung im Vordergrund, treten immer mehr Wertschöpfung beziehungsweise die Umsetzung funktionaler Anforderungen in den Fokus – unter Beachtung von Einsatzgebiet, Marktsegment sowie den verschiedenen regulatorischen Randbedingungen. Insbesondere auch Service-Pakete sollen von Anfang an mitberücksichtigt werden, da in hart umkämpften Märkten der gesamte After-Sales-Markt eine immer größere Rolle spielt. „Mit klassischen Vorgehensweisen kommen wir an dieser Stelle nicht wirklich weiter – für eine Neuausrichtung sind Werkzeuge und Entwicklungsmethoden ebenso wie die Organisationsstrukturen und sämtliche Entwicklungsprozesse auf den Prüfstand zu stellen.“
Der der funktionale Fokus über alle Phasen des Entwicklungsprozesses erhalten bleiben muss, gründete AVL 2010 eigens dafür die Abteilung ‚Systems Engineering‘. Hier werden die Anforderungen erfasst und die daraus resultierenden Aufgaben auf die einzelnen Teams übertragen – was sich als sinnvoller Ansatz erwiesen hat, um die Vernetzung zwischen den Teams zielgerichtet voranzutreiben. In der interdisziplinären Zusammenarbeit lassen sich Fragen wie „Welche Funktion wird benötigt, um die Anforderung zu erfüllen?“ oder „Welche Technologie muss man einsetzen, um diese Funktionen bereitzustellen?“ wesentlich einfacher beantworten.
„Das Denken in Stücklisten – der Bill of Material oder kurz BOM – reicht heute bei weitem nicht mehr aus“, verdeutlicht Dirk Denger. „Die Aufgaben reichen nun von der Entwicklung der klassischen Baugruppe hin zum funktionalen Modul, bestehend aus Mechanik, Software und Elektronik, das mit Hilfe sämtlicher verfügbarer Prüf- und Testverfahren so früh wie möglich validiert werden muss.“ Gleichzeitig ist jederzeit ein klarer Bezug zwischen Anforderungen und Stücklistenstrukturen herzustellen. „Maschinenbauer, Softwareentwickler, Elektrotechniker bis hin zum Prüfstandstechniker – agieren alle abteilungsübergreifend, lassen sich die funktionalen Anforderungen effizient umsetzen.“
Teamübergreifende Zusammenarbeit und der Austausch über Teamgrenzen hinweg sind also die Schlüsselfaktoren. Die Grundlage dafür legt nach Ansicht von Denger eine integrierte offene Entwicklungsplattform, die von allen Disziplinen zeitgleich genutzt und – noch viel wichtiger – dank eingängiger Modellierungssprache auch von allen verstanden wird. „Bei AVL haben wir uns für die Einführung des Model Based Systems Engineerings auf Basis der Modelliersprache SysML entschieden.“
MBSE und SysML als Kernkomponenten unterstützen auch das Frontloading
Model Based Systems Engineering (MBSE) ist ein methodischer Ansatz, der Mitarbeiter aus allen Bereichen dazu befähigt, den Überblick über komplexe Systeme zu behalten. Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Disziplinen lassen sich erkennen und es kann sichergestellt werden, dass die definierten Anforderungen erfüllt werden. Grundlage des MBSE ist die Arbeit mit digitalen Systemmodellen – im Gegensatz zur bisherigen traditionell dokumentenzentrierten Entwicklung. Diese Systemmodelle, die sich etwa mit der Systems Modeling Language (SysML, siehe Kasten) erzeugen lassen, erlauben die Erfassung der Komplexität und erleichtern den Informationsaustausch zwischen den Disziplinen. MBSE unterstützt insbesondere das so genannte ‚Frontloading‘ – sprich das Ziel, Funktionalität, Betriebsverhalten, technologische und sonstige Eigenschaften eines Bauteiles oder Produktes so früh wie möglich im Entwicklungsprozess mit Hilfe digitaler Modelle zu verwirklichen; ohne Tests mit realen Prototypen durchführen zu müssen. Virtuell abgesichert lassen sich anstehende Entscheidungen früher treffen, womit die Entwicklungsprozesse kürzer werden.
Die Nachteile klassischer, das heißt dokumentenzentrierter Engineering-Methoden wie beispielsweise inkonsistente und nicht aktuelle Dokumente, Brüche zwischen den Entwicklungsphasen und -beteiligten oder Fehler aufgrund unzureichender Spezifikationswerkzeuge werden durch MBSE aufgehoben. Die Modelle stellen den Ausgangspunkt aller Entwicklungsobjekte dar und über die Durchgängigkeit zwischen den Modellelementen wird sichergestellt, dass sich Anforderungen und Entscheidungen nachverfolgen lassen. Die weiterhin notwendige Dokumentation für Kunden oder Partner kann dabei dennoch jederzeit aus den Modellen aktuell generiert werden.
Die modellbasierte Spezifikation von Antriebssträngen bei AVL Powertrain Engineering auf Basis der SysML erfolgt auf einer Ebene, die für alle an der Entwicklung beteiligten Abteilungen nachvollziehbar ist. Erste Berührungen mit SysML gab es bereits 2006, doch fand zu diesem Zeitpunkt das Konzept im Unternehmen noch keine Akzeptanz. Durch die strategische Entscheidung für den Einsatz dieser Sprache werden heute aber die verschiedenen Blickwinkel der Disziplinen und Abteilungen zusammengeführt. Unterschiedliche Sichten im Entwicklungsprozess werden abgedeckt und vor allem virtuelle und reale Welt miteinander verknüpft.
Eine Kommunikationsplattform für multidisziplinäre Entwicklungsteams
„Innerhalb der nächsten Jahre werden wir die Produktentwicklung und das Engineering auf diesen Ansatz umstellen“, fährt Dirk Denger fort, der mit seinem Team an einer entsprechend durchgängigen Entwicklungsumgebung arbeitet. Diese soll Informationen auf Basis einer Kommunikationsplattform für multidisziplinäre Entwicklungsteams bereitstellen und gleichzeitig schlanke agile Prozesse unterstützen – vor allem Freiräume bieten, um kreativ und produktiv zu sein. Denn nicht zuletzt sind hochmotivierte Mitarbeiter die Grundlage einer erfolgreichen Zusammenarbeit. Das ist umso wichtiger angesichts der Erkenntnis, dass die Summe der besten Teillösungen nicht zwangsläufig zur besten Gesamtlösung führt. MBSE, SysML und Frontloading machen diese Abhängigkeiten von Anfang an deutlich.
Mit der Entscheidung für die Methodik liegen damit auch die Anforderungen an die Bausteine dieser zukünftigen Entwicklungsplattform fest. Dabei spielt das Informationsmanagement eine tragende Rolle. „Zu wissen, wie man Wissen und die Prozesse managen kann – wie man Wissen generiert, transferiert und transformiert, um es punktgenau zur Verfügung zu stellen, wenn es benötigt wird – all das sind Aufgaben, die man automatisieren muss, um effizient zu arbeiten“, betont Dirk Denger. „Werkzeuge wie die PLM-Lösung Windchill oder die ALM-Lösung Integrity von PTC sind dabei für uns unverzichtbar.“ Schon heute hat AVL damit einen hohen Automatisierungsgrad erreicht.
  • Windchill für das Product Lifecycle Management (PLM) adressiert die Aufgaben im Produktdatenmanagement und sorgt insbesondere für die konsistente Handhabung der Stücklistenstrukturen. Es verwaltet und referenziert produktbezogene Inhalte einschließlich M- und E-CAD, Dokumenten und Software und bietet so einen transparenten Überblick über sämtliche Entwicklungsinhalte.
  • Integrity für das Application Lifecycle Management (ALM) ermöglicht das Anforderungsmanagement von Software und physikalischen Elementen – und setzt dazu auf Windchill auf und managt die verschiedensten Software- und Hardwareanforderungen jedes Antriebsstranges. Dies umfasst auch die gesamte Änderungskontrolle sowie die Anpassung von Anforderungen an spezifische Produktstrukturen und Konstruktionsinhalte. Auch die Zuordnung von Anforderungen und Spezifikationen zu Arbeitspaketen sowie deren Verteilung im Prozessablauf erfolgen auf diese Weise zentral. Aufgrund der Verfolgbarkeit zwischen Kunden-, Markt- und technischen Anforderungen kann man deren Einhaltung während der Entwicklung jederzeit überprüfen.
Die PTC-Lösungen unterstützen AVL bei dem Ziel der Umsetzung einer durchgängig integrierten und gleichzeitig einfachen Entwicklungsumgebung, um die Komplexität der Entwicklungsprozesse langfristig zu beherrschen. „Sie tragen schon heute wesentlich zum Erfolg unserer Engineering-Dienstleistung bei“, so Dirk Denger abschließend. „Ich freue mich daher auf die weitere Zusammenarbeit auf dem Weg in Richtung Industrie 4.0.“ co
  • 1. Dirk Denger ist Mitglied der GfSE
  • 2. Welche Bedeutung PTC dem Thema Systems Engineering beimisst, lesen Sie auf S. 26f im Beitrag „Ein erfolgsentscheidender Imperativ“ in dieser Ausgabe
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