Disziplinübergreifendes Arbeiten mit Produktmodellen und MBSE

Nahezu jedes technische Produkt, mit dem wir heute umgehen, ist aus der Zusammenarbeit der verschiedenen Entwicklungsdisziplinen entstanden: Mechanik, Elektronik und Software wirken zusammen, um die Funktionen des Produkts zu erfüllen.

Grundlage hierfür ist im Entwicklungsprozess das, was wir als “mechatronische Produktstruktur” kennen. Die Mechatronik ist jedoch nur ein Teil aus einer größeren Aufgabenstellung, die nicht aus dem Blick verloren werden darf: Dem disziplinübergreifenden Arbeiten. Dieses umfasst nicht nur die Domänen der Produktentwicklung, sondern ebenfalls die Disziplinen der Wertschöpfung.

So betrachtet wird schnell klar, dass es bei der disziplinübergreifenden Entwicklung von Produkten um weit mehr gehen muss als um das Verknüpfen von Entwicklungsdaten und Stücklisten. Eine solche Vorgehensweise wäre grundsätzlich auch nur dort angebracht, wo die abzugleichenden Daten eine kompatible Struktur aufweisen und die beteiligten Entwicklungsdomänen eine zumindest ähnliche Entwicklungsmethode (etwa bauteilorientiert oder funktionsorientiert) besitzen. Aber selbst dann gerät ein solcher Ansatz spätestens mit zunehmender Produktkomplexität an seine Grenzen.

Modellbasierte Entwicklung als Alternative

Bereits in den 70er Jahren stellte man im Rahmen des amerikanischen Raumfahrtprogramms den Bedarf fest, die an der Entwicklung komplexer Geräte beteiligten Ingenieursdisziplinen – und darunter die neue Domäne der Software – miteinander abzustimmen. Model-Based Systems Engineering (MBSE) ist aus der Motivation entstanden, disziplinübergreifend komplexe Geräte zu entwickeln und mögliche Fehler frühzeitig im Entwicklungsprozess zu erkennen.

Was ist hier anders? Modelle verzichten auf eine direkte Verknüpfung physischer Produktstrukturen (auch weil das unter Einbeziehung der Software schlicht nicht möglich ist). Sie nutzen stattdessen zwei Kniffe:

1. Die Funktionsstruktur dient als gemeinsamer Nenner sowohl für die einzelnen Entwicklungsdomänen (in welche Funktion “zahlt” eine Komponente ein) als auch für eine dynamische Verknüpfung mit den Anforderungen.
2. Modelle sind deskriptiv: Das Modell hat (etwa im Gegensatz zur Idee des “digital Twins”) einen gewissen Abstraktionsgrad. Das zu entwickelnde Produkt wird nicht bis auf die Ebene der Einzelkomponente beschrieben. Das ist bewusst so gewählt, um die erforderliche Sichtbarkeit von Abhängigkeiten bei Produktentscheidungen zu gewährleisten.

Gerade der zweite Punkt sorgte jedoch dafür, dass ein Bruch zwischen der Beschreibung des Produkts im Modell und seiner tatsächlichen Struktur in den Entwicklungssystemen entstehen kann. Dieses mögliche Problem ist heute jedoch weitgehend entschärft, weil direkte Verbindungen zwischen Modellierungstools und CAD-Tools existieren.
Der erste Punkt enthält jedoch ein bedeutendes Versprechen: Nämlich, die Entwicklungsdomänen zu synchronisieren, indem man sie über die Funktionsstruktur miteinander verknüpft. Die erst Frage ist: Funktioniert das?

MBSE in verschiedenen Branchen

Im Bereich der Luft- und Raumfahrt ist MBSE das etablierte Rahmenwerk für die Produktentwicklung. Fragen wir also lieber: Funktioniert das auch für andere Branchen? Hier zeigt sich: Auch wenn nicht durchgängig der Begriff MBSE verwendet wird, die Herangehensweise ist doch dieselbe. Sie zeigt sich etwa als funktionsorientierte Produktentwicklung im Automobilbau oder bei der Nutzung von Produktarchitekturen für Modularisierung und Varianzbeherrschung im Maschinen- und Anlagenbau. Bleibt die Frage: Wer kann so etwas umsetzen?

Die Antwort ist: Keiner kann das allein. Software-Hersteller haben die technologischen Bausteine, Berater besitzen das Wissen um die methodisch korrekte Gestaltung von Produktmodellen und der Kunde schließlich muss dafür sorgen, dass die Lösung für ihn spezifisch umgesetzt wird. Zusammen wird ein Modell daraus, könnte man sagen.

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