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Systemmodelle als Schlüssel zur Effizienz

Autos basieren auf komplexen elektronischen Systemarchitekturen, deren Steuergeräte eine Vielzahl von Funktionen übernehmen müssen. Es gilt, aus dem Dreikampf von Mechatronik, Elektronik und Software einen wohlklingenden Dreiklang zu machen. Wie das gelingen kann, erläutern die Experten der Technologieberatung Zielpuls.

04. Oktober 2018
Bild 1: Systemmodelle als Schlüssel zur Effizienz (Die Automobilindustrie nimmt im Bereich der Digitalisierung eine Vorreiterrolle ein.)

Was in mechanischen Designprozessen längst gang und gäbe ist – nämlich ein anschauliches CAD-Modell, das das Fahrzeug bis ins kleinste Detail darstellbar macht – ist auf der Ebene des System Engineerings noch eine ferne Zukunftsvision. Dabei würde die modellbasierte Entwicklung eine Vielzahl von Erleichterungen bringen. „Ein gutes Systemmodell gibt der Entwicklung Sicherheit und bessere Planungstreue“, ist sich Zielpuls-Beraterin und Mechatronikexpertin Dr. Evelin Tscheslog sicher. Ein ganz wesentlicher Aspekt ist die Erhöhung der Effizienz auf allen Ebenen. „Eine rein textbasierte Spezifikation ist schlichtweg nicht mehr möglich, denn die Anforderungen an die Systemarchitektur eines Fahrzeugs sind viel zu komplex“, erläutert Daniel Einicke, Zielpuls-Experte für autonomes Fahren. Dennoch geht der Einführung des modellbasierten System Engineerings (MBSE) die Überwindung einer Reihe von Hürden voraus. „In der Frühphase ist der Benefit nur schwer zu erkennen, da am Anfang die Bewältigung einer neuen Aufgabe steht, die zunächst als Mehraufwand angesehen wird“, schildert Zielpuls-Experte für Elektrik und Elektronik, Patrick Tassi. „Das ist zunächst abschreckend, denn die Organisationsstrukturen in den meisten Unternehmen sind darauf nicht ausgelegt und die modellbasierte Entwicklung funktioniert nur, wenn wirklich alle beteiligten Organisationseinheiten an einem Strang ziehen.“

Das ist leider häufig nicht der Fall, stellen die Berater bei ihren zahlreichen Projekten immer wieder fest. „Die Tatsache, dass der Arbeitsalltag von einem hohen Termindruck bestimmt wird, stark projektgesteuert ist, die Strukturen und Abläufe fachspezifisch organisiert sind und parallel ablaufen, erschwert die übergreifende Zusammenarbeit“, erläutert Patrick Schalast, Senior Projektmanager bei Zielpuls. Das Fazit: Was im Tagesgeschäft gut zu funktionieren scheint, schafft leider kaum die Freiräume, die nötig sind, um neue Arbeits- und Gedankenmodelle für MBSE zu entwickeln und einzuführen. Die im ersten Schritt kaum erkennbare Effizienzsteigerung verlangsamt den Fortschritt eines konsequenten modellbasierten System Engineerings zusätzlich. „Neuland zu betreten und gleichzeitig auch die Methode zu ändern, erfordert Mut – vor allem im Hinblick darauf, dass ja Vergleichswerte bislang fehlen“, weiß Dr. Evelin Tscheslog.

Der Blick von außen schafft Klarheit

Um eine neue Methode in einem Unternehmen einzuführen, müssen zunächst ganz grundlegende Begrifflichkeiten geklärt werden. „Oft fehlt ein abteilungsübergreifendes Wording, sprich die Einheitlichkeit der Begrifflichkeiten“, schildert Projektmanager Johannes Esterer seinen Alltag beim Kunden.

Gefragt ist die Chefetage

Sind die Grundlagen und die Prozesse geklärt, gilt es die Methodik und den Einsatz von entsprechenden Tools zu bestimmen. „Die Einführung eines MBSE-Ansatzes erfordert ein gut geschultes Wissen über Modellierung sowie dessen Anwendung in Tools. Deren Verwendung und die Einrichtung von Schnittstellen zu anderen Systemen bedeuten in der Implementierung wiederum einen erheblichen Aufwand“, fasst Johannes Esterer die Herausforderungen zusammen. Hier muss noch viel Überzeugungsarbeit geleistet werden. Dabei sind vor allem die Entscheidungsträger in den Chefetagen gefragt, da der Mehraufwand zunächst mit Mehrkosten verbunden ist.

Liegt ein derartiges Systemmodell vor, erübrigen sich viele mühsame Schritte und Prozesse einfach aufgrund seiner Wiederverwendbarkeit. Das ist kostensparend, denn die im Entwicklungsprozess notwendigen Systembeschreibungen, für zum Beispiel so unterschiedliche Analysen wie die Untersuchungen zur Gebrauchssicherheit und die Optimierungen von Hardware-Ressourcen, wurden bislang weitgehend unabhängig und mehrfach erarbeitet. Dies entfällt mit einem zentralen Systemmodell schlichtweg. Hinzu kommt, dass diese fachspezifischen Analysen bis hin zur Software-Architektur durch das einheitliche Modell eine bis dato nicht erreichte Konsistenz aufweisen. Aus der sich ergebenden Robustheit und Nachvollziehbarkeit der Entwicklung komplexer, verteilter Systeme erwächst wiederum eine zusätzliche Kosteneffizienz.

Das Modell als umfassendes Netz

Soll etwa die Funktions- und Softwarearchitektur für ein Steuergerät modelliert werden, das Funktionen aus verschiedenen Fachbereichen, wie zum Beispiel Fahrwerk und Fahrerassistenz, verbindet, lässt sich das auf analogem Wege kaum abbilden. Der modellbasierte Ansatz hingegen ist in der Lage, den durchgängigen Pfad von der Kundenfunktion bis zur Softwarekomponente darzustellen. Dieses Modell kann genutzt werden, um zum einen die Funktionen dieser einen Komponente zu beschreiben, vor allem aber auch um technische Details hinzuzufügen und letztlich ein umfassendes Netz aus System-, Hardware und Softwarekomponenten zu visualisieren, diese auch formal zu verifizieren und das Gesamtmodell zu optimieren. Somit können schon in einer frühen Phase Entscheidungen getroffen und möglicherweise notwendige Änderungen umgesetzt werden. All das spart Zeit und Kosten.

Die Norm als Zugpferd

Trotz all der Vorteile des MBSE-Ansatzes wird es – darin sind sich die Zielpuls-Experten einig – noch einige Jahre dauern, bis er endgültig Einzug in die Automobilbranche gefunden hat. Die Zielpuls-Experten sehen die bestehende Norm ISO 15288 als eine treibende Kraft bei der Einführung von MBSE durch Automobilhersteller und -zulieferer. Zudem setzen sie auf die zunehmende Verbreitung von SYSML als Standardmodellierungssprache, die in Zukunft branchenübergreifend genutzt wird.

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