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METHODEN FORSCHUNG Bild: IPEK Generisch Baukasten Deduktion Deduktion Domäne Deduktiv: Ausleitung der Konzepte System Induktion Induktion Induktiv: Meta n - Produktmodelle Beschreibung des Baukastens Sprache Systemspezifische Sprache Domänenbezogene Sprache Konzept Deduktion Induktion 1 2 3 generische Referenz- Modelle 4 Domänenbezogene Referenz- Modelle Produktmodelle Referenz- Produktmodelle Induktion 5 6 Gesamtheit aller Modelle Domänenbezogene Gesamtheit der Produktmodelle Induktion Gesamtheit der Produkte 7 Modellbasierte Unterstützung der Serienentwicklung von Fahrzeugsystemen In einem weiteren Projekt mit einem Automobilhersteller wird der Einsatz von SysML-Modellen in der Serienentwicklung von Fahrzeugsystemen am Beispiel von Triebstrang-Komponenten auf Praxistauglichkeit untersucht [Al15b]. Diese SysML-Modelle ergänzen die bereits zum Einsatz kommenden Produktmodelle (u.a. CAD-System, Anforderungsmanagement-Tools) und beinhalten die funktionale Architektur sowie den Funktions-Gestalt-Zusammenhang des zu entwickelnden Systems. Zur Modellierung wurde die Modellierungstechnik von Zingel [ZI12] eingesetzt. Durch die SysML-Produkt- Modelle (vgl. Abb. 1) soll zum einen das Systemverständnis aller Mitglieder des Entwicklerteams gesteigert werden, da mithilfe der funktionalen Architektur komplexe Wirk-Zusammenhänge leichter erkannt werden können. Zum anderen kann relevantes Wissen, das in der Entwicklung vorangegangener Produktgenerationen zu Lösungsprinzipien und Gestaltmodellierung angefallen ist, in Referenz- Produkt-Modellen (vgl. Abb. 1) gespeichert werden. So gelingt es, einen modellbasierten Wissensmanagement-Ansatz im Unternehmen einzuführen, der Informationen wie Best Practices den Entwicklern an einem zentralen Speicherort zur Verfügung stellt. Diese Referenz-Produkt-Modelle können als Ausgangsbasis für Produkt- Modelle künftiger Produktgenerationen dienen, wodurch der Wissenstransfer von Produktgeneration zu Produktgeneration automa- Deduktion Produktmodell Deduktion Referenz- Produktmodelle Referenzmodell Produktmodelle Reale Produkte Domänenbezogene Gesamtheit der Produkte Reale Produkte Abbildung 2: Wechselwirkungen zwischen Baukastenentwicklung und Produktentwicklung (links); Modell von Baukasten und Produkt (rechts) [Al15b] 6 Unterstützung der frühen Phase der Baukastenentwicklung Die Baukastenentwicklung wird mit dem Ziel eingesetzt, dem Kunden eine große Produktvielfalt anzubieten, diese aber auf Basis weniger Module zu schaffen. Dies senkt die Produktkosten durch Skaleneffekte in der Produktion. Gleichzeitig führt es jedoch zu zusätzlichen Herausforderungen in der Produktentwicklung. Ein Beispiel hierfür ist, dass die Produkte häufig zu unterschiedlichen Zeitpunkten auf dem Markt eingeführt werden. Dies führt dazu, dass Anfor- 5 Modellbasierte Entwicklung derungen der unterschiedlichen Produkte an die Module in einer früheren und damit unsichereren Phase betrachtet werden müssen von Systems-of-Systems Punkt Im Rahmen eines kooperativen Forschungsprojektes Instanziierung des IPEK wird (formale Spezifikation) [ABS14]. Deshalb ist es zielführend, sowohl die Baukastenentwicklung als auch die Entwicklung der Produkte parallel voranzutreiben der Einsatz von modellbasierten Methoden in der Entwicklung von Systems-of-Systems (SoS) bei einem Automobilhersteller im Kontext des vernetzten Fahrzeugs (engl. „Connected Car“) untersucht. es notwendig in einem Modell sowohl den Baukasten als Domäne (vgl Abb. 2, links). Um diese konsistent modellieren zu können, ist Bei 1 einem 10.12.2013 SoS interagiert eine Vielzahl von heterogenen Einzelsystemen (z.B. Fahrzeug, Smartphone u.v.m.), welche zu einem Ge- werden, dass beide auf einem ähnlichen am Karlsruher Institut für Technologie Referenz-Systemmodell als auch das Produkt zu modellieren. Dies kann dadurch unterstützt Institut für Produktentwicklung samtverbund integriert werden. Diese Einzelsysteme operieren unabhängig, haben eigenständige Ziele und werden von unterschiedlilung von Fahrzeugen in einem Projekt mit einem Automobilherstel- basieren. Dieses Vorgehen wurde anhand der Baukastenentwick- 10.12.2013 chen, interdisziplinären Parteien entwickelt. Dadurch können Inkonsistenzen oder Konflikte zwischen den Zielsystemen der Einzelsys- Baukasten als auch die dazugehörigen Produkte konsistent am Karlsruher Institut für model- Technologie ler untersucht (vgl. Abb. 2, rechts) [Al15b]. So kann sowohl der Institut für Produktentwicklung teme und dem Zielsystem des System-of-Systems auftreten. Aussagen über Auswirkungen auf den SoS-Gesamtverbund bei Ändeliert und mit entsprechenden Sichten ausgeleitet werden. rungen an einem Einzelsystem sind nur schwer möglich. Diesen Herausforderungen wird in diesem Forschungsprojekt mit einer durchgängigen, disziplinübergreifenden Systemmodellierung begegnet. Dazu wurde ein neuer Ansatz entwickelt, der die Zielsystembildung von Systems-of-Systems durch ein Vorgehens- und Referenzmodell unterstützt [AKM14]. Der gesamte Entwicklungsprozess wird dabei Top-Down durch eine Funktionszuordnung zwischen SoS- und Einzelsystem-Ebene im SysML-Modell unterstützt. Albers und Lohmeyer sprechen in diesem Zusammenhang von vertikaler und horizontaler Durchgängigkeit [AL12]. Die SysML wurde dazu um neue Stereotypen zur Modellierung von Systems-of-Systems erweitert [AKM14]. 7 Individualisierung (inhaltsbezogene Spezifikation) 40 develop 3 systems engineering 01 2016
FORSCHUNG METHODEN Kontakt I N F O IPEK – Institut für Produktentwicklung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Karlsruhe Albert Albers albert.albers@kit.edu tisch erfolgt [Al15b]. Derzeit werden die SysML-Modelle einem umfangreichen Praxistest unterzogen, der insbesondere die Akzeptanz der Entwickler sowie den entstehenden Aufwand aufgrund der Einführung von SysML in der Serienentwicklung zutage fördert. Zukünftige Forschung für die Umsetzung der Vision MBSE In zukünftigen Forschungsvorhaben wird das IPEK daran arbeiten, die Verbreitung der MBSE in der praktischen Anwendung zu verbessern. Vor allem im Bereich der Produktentwicklung mit hohem Anteil an klassischem Maschinenbau sehen die Autoren weiteren Entwicklungsbedarf. Hierzu muss die Akzeptanz, Skalierbarkeit sowie auch die Durchgängigkeit und Konsistenz [AL12] verbessert und der erkennbare Mehrwert gesteigert werden. Zum Erreichen dieser Ziele muss zum einen die Flexibilität von Sprachen, Methoden und Tools verbessert werden, so dass diese je nach Anwendungsfall individuell und ohne größeren Anpassungsaufwand eingesetzt werden können. Durch die Anwendung der Forschungsergebnisse in Lehre und industrieller Praxis werden entscheidende Erkenntnisse für die Weiterentwicklung von Sprachen, Methoden und Tools gemacht. Zudem werden in zukünftigen Arbeiten die vorhandenen und etablierten Ansätze der Produktentwicklung einbezogen, um den Mehrwert des MBSE in Unternehmen zu steigern. Dadurch werden Synergien genutzt und Doppelarbeit minimiert. Das IPEK wird demnach die Forschung an weiteren Schnittstellen zwischen disziplinspezifischen Ansätzen & Tools und der interdisziplinären Modellierung mit allen Aspekten des Modeling-Triples vorantreiben. Hierdurch werden die Zielgrößen Durchgängigkeit und Konsistenz adressiert. Um diesen Mehrwert in Unternehmen etablieren zu können, wird es zielführend sein, Referenz-Systemmodelle zu erstellen, die es künftig erlauben, effizient Modelle neuer Produktgenerationen auszuleiten und nur die Neuentwicklungsanteile im Modell zu ergänzen. Auf diese Weise können induktiv Erkenntnisse für Referenz- und Metamodelle gewonnen werden und diese deduktiv in folgenden Produktentwicklungen angewendet werden. Um diese Themen erfolgreich bedienen zu können, ist die Zusammenarbeit mit kompetenten Partnern aus Industrie und Wissenschaft unabdingbar. Hierbei werden zukünftig Kooperationen mit Partnern aus unterschiedlichen Disziplinen weiter ausgebaut und bestehende erfolgreiche Kooperationen gestärkt. co Die Autoren: Albert Albers, Sven Matthiesen, Nikola Bursac, Georg Moeser, Simon Klingler, Sebastian Schmidt, Florian Munker, Helmut Scherer, Armin Kurrle; IPEK Literaturverzeichnis [ABS14] Albers, A.; Bursac, N.; Scherer, H.: Modelbased Systems Engineering zur Unterstützung der Baukastenentwicklung. WiGeP News. Bd. 2014/1: WiGeP, 2014 [ABW15] Albers, A.; Bursac, N.; Wintergerst, E.: Produktgenerationsentwicklung – Bedeutung und Herausforderungen aus einer entwicklungsmethodischen Perspektive. In: Konferenzband Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung. Stuttgart, 2015 [AD10] Albers, A.; Düser, T.: Implementation of a Vehicle-in-the-Loop Development and Validation Platform. 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