Validierung der Systemarchitektur vor der Detailkonstruktion

Der technologische Fortschritt führt zu einem wachsen Funktionsreichtum moderner Produkte und damit auch zu wachsender Komplexität. Um die Interkonnektivität und das Benutzererlebnis zu bieten, das der moderne Verbraucher erwartet, müssen Produkte heute hochentwickelte elektronische und elektrische Systeme enthalten. Aus diesem Grund setzen viele Unternehmen zunehmend auf Systems Engineering.

In diesem Beitrag möchte ich mich mit einigen typischen Problemstellungen bei der Entwicklung von Systemarchitekturen befassen. Im Mittelpunkt meiner Überlegungen steht dabei die Frage, wie die Zusammenarbeit zwischen der Detailkonstruktion und dem System-Engineering durch einen eine formale Validierung vor Beginn der Detailkonstruktion verbessert werden kann.

So machen Sie Systems Engineering für Ihr Unternehmen nutzbar

System-Ingenieure sind Experten auf ihrem Gebiet. Sie verfügen über ein spezifisches Fachwissen, das in der gesamten Industrie schwer zu finden ist. Oft bedarf es jahrelanger Erfahrung, um ihre Fähigkeiten auszubilden und zu verfeinern, denn das Arbeiten mit Systemen ist nicht einfach. Die Methoden des Model Based Systems Egineering (MBSE) können aber zu einem messbaren Mehrwert führen.

Allerdings ist Vorgehensweise insgesamt bei weitem noch nicht perfekt. In vielen Fällen sind viele Ingenieure mangels entsprechender Aus- und Weiterbildung schlichtweg mit der Methode überfordert.

Definition der Systemarchitektur im Top-Down Verfahren

Die heutigen System-Engineering-Prozesse verfolgen in der Regel einen Top-Down-Ansatz. Sie beginnen mit der Erfassung der Kundenanforderungen und zerlegen diese dann in technische Anforderungen. Als nächstes werden diese technischen Anforderungen spezifischen Funktionen zugeordnet. Und zuletzt werden diese Funktionen in logische Architekturen überführt und schließlich in eine physikalische Systemarchitektur übersetzt.

Die Anwendung dieses Verfahrens ist ein langwieriges Unterfangen. Es erfordert eine Reihe kultureller Veränderungen, Anpassungen von Rollen und Verantwortlichkeiten, Änderungen von Prozessen und Verfahren sowie neue Technologien. Selbst wenn die Systems-Engineering-Prozesse in den frühen Entwicklungsphasen perfektioniert werden, gibt es keine Garantie dafür, dass die realierten Systeme in jedem Fall den spezifizierten Anforderungen entsprechen.

Woran liegt das? In vielen Fällen sind Systemarchitekturen in der Praxis schlicht nicht realisierbar. Im schlimmsten Fall sehen sich Konstrukteure mit einer Reihe von nicht erfüllbaren Anforderungen konfrontiert. Mit anderen Worten: der Systementwurf ist mit zu vielen Anforderungen und mit Einschränkungen überfrachtet. Diese Patt-Situationen können erhebliche Verzögerungen verursachen, die dazu führen, dass Unternehmen Projekttermine und Budgets nicht einhalten können.

Validierung der Systemarchitektur im Bottom-up Verfahren

Es gibt allerdings einen besseren Weg. Diese Situationen können durch den Einbau einer zusätzlichen Phase in den System-Engineering-Porzess durchaus vermieden werden. In dieser Phase geht es darum, die Realisierbarkeit einer spezifierten Systemarchitektur sicherzustellen indem die spezifierte Systemdefinition und -architekturvon der Detailkonstruktion bewertet, simuliert und validiert wird.

Dieses Aufgabe erfordert eine teamübergreifende Zusammenarbeit.  Konzeptentwürfe, Simulationen und abstrakte Definitionen müssen gemeinsam bewertet werden, denn die verschiedenen Disziplinen können sehr unterschiedliche Ansätze haben. Beispielsweise kann ein Elektronikdesign-Team die Anforderungen an die Prozessorleistung und die Wärmeableitung bewerten. Ein Elektroingenieur wiederum ist in der Lage, beispielsweise die Auslegung der Verkabelung validieren. Systemingenieure und Designteams müssen also eng zusammenarbeiten.

Für den Erfolg eines Entwicklungsprojekts ist es erforderlich, dass diese finale Überprüfung  vor Beginn der Detailkonstruktionsphase durchgeführt wird. Die Verifizierung der Realisierbarkeit einer Systemarchitektur noch bevor Zeit und Aufwand in die Detailkonstruktion investiert wird, bietet die Möglichkeit, gleich beim ersten Durchgang alles richtig zu machen.

Dieser zusätzliche Schritt ist zwar entscheidend, aber er alleine macht den Prozess noch nicht perfekt. Doch zumindest sorgt er dafür, dass unrealistische oder nicht realisierbare Anforderungen frühzeitig erkannt werden.

Zusammenarbeit von Systems Engineering und Detailkonstruktion

Wie funktioniert also diese neue Phase im Systems Engineering-Prozess? Wie ich bereits erwähnt habe, ist Zusammenarbeit der Schlüssel auf dem Weg zu einer optimalen Systemarchitektur.

Systemingenieure müssen in diese Phase mit Detailkonstruktionsteams zusammenarbeiten. Sie benötigen die richtigen konzeptionellen Fähigkeiten, um viele Entwurfsalternativen zu untersuchen. Außerdem benötigen sie Simulations- und Entwurfsprüfwerkzeuge, um beurteilen zu können, ob der Entwurf die in der Systemarchitektur definierten Anforderungen und Einschränkungen erfüllen kann.

Allerdings ist zu beachten, dass die in der Phase verwendeten Werkzeuge nicht notwendigerweise die gleichen sind wie die, die in der Detailkonstruktion eingesetzt werden. Die Detailkonstruktion muss in der Lage sein, diese Validierungsprüfungen sehr rasch durchzuführen, denn es geht zunächst nur darum, ein ausreichendes Vertrauen in die Realisierbarkeit des Entwurfs zu schaffen.

Zusammengefasst

• Systemingenieure leisten großartige Arbeit. Sie verfügen über spezielle Fähigkeiten, die sich in greifbaren Vorteilen für ihre Unternehmen niederschlagen. Wenn das Modell jedoch in die Umsetzung geht, besteht die Gefahr, dass einige Aspekte des Entwurfs zu stark eingeschränkt und daher nicht realisierbar sind.
• Ein typischer System-Engineering-Prozess gliedert Kundenanforderungen in technische Anforderungen. Diese werden Funktionen, logischen Architekturen und dann physikalischen Architekturen zugeordnet. Dieser Top-Down-Ansatz konfrontiert jedoch häufig die Detailkonsttruktion mit unerfüllbaren Anforderungen. Infolgedessen kann es im Verlauf des Entwicklungslebenszyklus zu gravierenden Verzögerungen und Zeitüberschreitungen kommen,.
• Die Teams für die Detailkonstruktion önnen diese Probleme vermeiden, indem sie eine Abnahmeprüfung durchführen, um die Systemdefinitionen und die Systemarchitektur zu bewerten, zu simulieren und zu validieren. Dadurch können Sie unrealistische oder undurchführbare Einschränkungen und Anforderungen identifizieren, bevor mit der aufwändigen Detailkonstruktion begonnen wird.
• Konzeptionelle Werkzeuge bieten die Möglichkeit eine große Anzahl Entwurfsalternativen zu untersuchen. Um deren Leistung zu validieren, sind Werkzeuge für die Simulation und Analyse erforderlich. Es ist hierbei von entscheidender Bedeutung, Werkzeuge zu wählen, die schnell, agil und effizient einsetzbar sind.