Fraunhofer IEM

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Best Practice MBSE für KMUs

Häufig kommt die Frage auf, wie iQUAVIS den Weg nach Deutschland geschafft hat. Vieles basiert auf den Forschungsaktivitäten der Fraunhofer-Gesellschaft mit ihrem Standort in Paderborn, die das Werkzeug iQUAVIS im Rahmen ihrer intensiven Forschung im Bereich Systems Engineering in Japan entdeckt hat.

Auf dem Tag des Systems Engineering – TdSE 2016 beim Automobilzulieferer Schaeffler in Herzogenaurach – wurden erstmal die Ergebnisse über das Arbeiten mit iQUAVIS veröffentlicht – und als Testsieger in den Kategorien „Anpassbarkeit“ und „Funktionsumfang“ gekürt. Für das Kriterium Anpassbarkeit wurden die Anpassungsmöglichkeiten der betrachteten Werkzeuge hinsichtlich der Modellierungssprache, Methode und der Bedienoberfläche sowie der notwendige Aufwand für die Anpassung berücksichtigt. Bezüglich des Funktionsumfangs wurden die Unterstützung der Prozesse nach ISO 15288 bewertet. Dabei wurde unterschieden in Kernprozesse nach Basisprofil der ISO 29110 und der verbleibenden Prozesse nach ISO 15288. Bis dahin waren ISID als Hersteller von iQUAVIS und das Werkzeug selbst weitgehend unbekannt. Aus der Veröffentlichung von Fraunhofer IEM in Paderborn stammen weitgehend die folgenden Auszüge:

Im SE LIVE LAB des Fraunhofer IEM wurden in den letzten Jahren zahlreiche Workshops mit kleinen und mittelgroßen Unternehmen (KMU) des Maschinen- und Anlagenbaus sowie mehrere Werkzeugbenchmarks für MBSE-Werkzeuge durchgeführt. Daraus resultieren ein breiter Marktüberblick sowie Erfahrungen hinsichtlich der Leistungsfähigkeit und Anwendbarkeit dieser Modellierungswerkzeuge. Weit verbreitet und häufig im Fokus bei der Erstellung von Systemmodellen im Kontext des MBSE sind SysML-Editoren. Diese haben ihren Ursprung häufig in der UML-Modellierung für Software und wurden durch die Implementierung eines SysML-Profils der UML erweitert. Die Werkzeuge sind auf die Systemmodellierung mit SysML ausgelegt und damit inhärent an die Einschränkungen der SysML im Kontext von KMU gekoppelt. Je nach Werkzeug werden leistungsfähige Anpassungsmöglichkeiten der Sprache geboten. Die Anpassung erfordert jedoch tiefgehende Sprachkenntnisse der SysML. Zudem ist die Anzahl der zu unterstützten Systems Engineering-Prozesse häufig sehr begrenzt. Dadurch werden mehrere verschiedene Werkzeuge benötigt, die sich in der Praxis oft, jedoch nur eingeschränkt, miteinander vernetzen lassen. Die Administration und Konsistenzhaltung der Datensätze wird somit erschwert und es entsteht ein hoher Aufwand bei der Einführung und Anwendung von SE. Weitere Modellierungswerkzeuge bieten proprietäre Sprachen. Diese unterscheiden sich sehr stark hinsichtlich der Implementierung und der Anpassungsmöglichkeiten der Sprache. Häufig ist dies nur durch ein Customizing möglich, welches tiefgehende System- und Programmierkenntnisse erfordert. Dies führt insbesondere bei Releasewechseln zu hohen Implementierungs- und Testaufwänden. Dies ist beispielsweise bei verschiedenen PLM-Lösungen mit integrierten Editoren der Fall. Nicht selten bieten diese Systeme jedoch im Vergleich zu den SysML-Editoren deutlich erweiterte Funktionsumfänge. Hinzu kommt häufig eine bessere Durchgängigkeit der Daten und die Möglichkeit Governance-Prozesse zu unterstützen. Hier ist jedoch wieder zu bedenken, dass die Administration solcher Werkzeuge enorm aufwändig sein kann und häufig nicht dem Gedanken von „out of the box“ gerecht wird.

In einer Workshop-Reihe für KMU („SE4KMU“) wurden durch Fraunhofer IEM verschiedene mechatronische Systeme durch die Workshop-Teilnehmer modelliert. Dabei handelte es sich jeweils um Systeme, welche durch die Unternehmen selbst entwickelt werden. Die Ergebnisse der Anwendung einer für KMU gut geeigneten Methode und Sprache (CONSENS) in Verbindung mit einem Werkzeug standen dabei im Vordergrund. Von den Workshop-Teilnehmern wurde nach einer kurzen Probephase mit unterschiedlichen Werkzeugen (maßgeblich SysML-Werkzeuge) und zwei Sprachen (SysML und CONSENS) die Kombination iQUAVIS als Werkzeug und CONSENS als Methode gewählt. Begründet wurde dies mit einer intuitiven und schnell erlernbaren Bedienung, welche stark an das Microsoft Office Paket erinnert. iQUAVIS entspricht in hohem Maße dem Anforderungsprofil von KMUs an MBSE-Werkzeuge.

Diskussion im Workshop für KMU

Anforderungen von KMU an den Einsatz von MBSE …

… im Kontext Prozesse und Methoden: pragmatisch einsetzbar, einfach erlernbar, Skalierbarkeit

… im Kontext der einzusetzenden Modellierungssprache: intuitiv verständlich, eingängige visuelle, angemessener Formalisierungsgrad, Erweiterbarkeit

… im Kontext der Werkzeuge: Erweiterungen oder Anpassung einfach und aufwandsarm, Umsetzung typischer MBSE-Anwendungsfälle, geringer Schulungs- und Einarbeitungsaufwand

iQUAVIS wurde letztlich ausgewählt, da seine proprietäre Sprache mit geringem bis mittleren Formalisierungsgrad und umfangreichen Möglichkeiten zur Variation von Form und Farbe der Sprachelemente überzeugten. So lässt sich iQUAVIS durch Profile auf einfache Weise erweitern. Da das Werkzeug keine umfassende Semantik beinhaltet, wurde ein solches Profil für CONSENS schnell selbst erstellt. Die notwendigen Anpassungen können in einer grafischen Nutzeroberfläche ohne Programmieraufwand vorgenommen werden. Da für den Umgang mit dem Werkzeug nur eine Hand voll Sprachelemente erläutert werden mussten und sich diese immer auf dem gleichen Weg im Werkzeug nutzen lassen, fiel selbst Anwendern ohne jegliches Hintergrundwissen die Modellierung sehr leicht. Zur Darstellung des Systemmodells stellt iQUAVIS Baumstrukturen bereit, wie auch Blockdiagramme. Mit den Bäumen konnten gut Hierarchien und Trace-Links und Mappings abgebildet werden. Zur Darstellung von Umfeld-/Kontextmodellen und mechatronischen Architekturen stellt iQUAVIS funktionale und logische Blockdiagramme bereit.

Das Werkzeug iQUAVIS unterstützt vergleichsweise viele SE-relevante Prozesse

Neben der Systemgestaltung werden auch das Projekt-, Qualitäts- und Risikomanagement unterstützt. So können beispielsweise Gantt-Diagramme, Matrizen und Tabellen (z.B. für FMEAs) automatisiert erzeugt werden. Die in der FMEA identifizierten Schwachstellen und Maßnahmen können im Rahmen des Projektmanagement terminiert und an Verantwortliche zugewiesen werden. Dadurch kann mit einem einzigen Werkzeug ein breiter Bereich der SE-relevanten Prozesse unterstützt und der Administrations- und Schulungsaufwand reduziert werden. Dennoch wurde die Bedienung von den Workshop-Teilnehmern als einfach und intuitiv bezeichnet.

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