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Modellbasierte Prozess- und Systemgestaltung für die Innovationsbeschleunigung

Airbus Szenario

Die Auslegung der Avionik Plattform ist von unterschiedlichen Einsatzszenarien, Lebenszyklen und damit von Geschäftsprozessen
bei Airbus, den Kunden und Zulieferern abhängig. Dazu müssen diese Aspekte aus den jeweiligen Partialmodellen (z. B. Produkt, Prozess) in die Bewertung einbezogen werden. Die angestrebte Integration der jeweiligen Partialmodelle wurde im Airbus-Use Case exemplarisch betrachtet.
Ziel war die integrierte Entwicklung und Bewertung von zwei Varianten einer Hardware-Architektur, die das Hosting von Steuerungssoftware verschiedener Flugzeugsysteme, wie z. B. Klimasystem oder Fahrwerkssystem, übernehmen soll. Die untersuchten Varianten der Hardware-Architekturen unterscheiden sich folgendermaßen voneinander:

  • In Variante 1 besteht die Gesamtarchitektur aus einem offenen Modul, das mehrere kleine Funktionsbausteine (Systemboards) integriert. Die einzelnen Systemboards werden von Zulieferern entwickelt. Dafür spezifiziert Airbus jedes Systemboard sowie das Integrationskonzept und führt die Modultests selbst durch.
  • In Variante 2 besteht die Gesamtarchitektur aus mehreren geschlossenen Modulen, die jeweils eine feste Anzahl von Funktionsbausteinen (Systemboards) integrieren. Die geschlossenen Module werden komplett von einem Zulieferer entwickelt und produziert. Hierfür erstellt Airbus eine Modulspezifikation, die im Vergleich zur Spezifikation von Systemboards weniger komplex ist. Die Modultests werden eigenverantwortlich vom Zulieferer durchgeführt. Airbus integriert die einzelnen Module zur Gesamtarchitektur.

Integrierte produkt- und prozessorientierte Entwicklung und Bewertung von Systemarchitekturen

Mit Hilfe der angewandten Methoden:

  • Integrierte Produkt- und Prozessmodellierung
  • (ISYMO2GO),
  • Effiziente Modellkomposition (Pacelab Suite 5.0),
  • Design und Analyse von Systemarchitekturen (Pacelab
    Suite 5.0) und
  • Modellübergreifender Variantenvergleich (ISYIPPL)

erfolgt die produktseitige Modellierung und Bewertung von Systemarchitekturen erheblich effizienter. Des Weiteren konnten darauf basierend Auswirkungen von Veränderungen innerhalb der Systemarchitekturen auf die korrespondierenden Entwicklungsprozesse identifiziert und bewertet werden. Die abschließende integrierte Bewertung (anhand produkt- und prozessrelevanter KPI’s) bietet dem Systemarchitekten eine umfassendere Entscheidungsgrundlage.

ESG Szenario

Der Trend der globalen Vernetzung ist auch in der Automobilbranche immer mehr spürbar. Kooperative Fahrerassistenzsysteme
sowie durchgängige Infotainment-Vernetzung sind Forschungs- und Entwicklungsfelder im Bereich Automotive Connectivity. Bekannte Beispiele für zukünftige Fahrzeugfunktionen sind:

  • Staugefahr wird von den im Stau befindlichen Fahrzeugen an die sich dem Stauende nähernden Fahrzeuge angezeigt und
  • Verkehrsampel warnt Fahrer über verdecktes Fahrzeug an einer Kreuzung.

Mittels Fusion von Daten aus unterschiedlichen Fahrzeugen sowie der Infrastrukur können diese Funktionen realisiert werden. Car-to-X Kommunikation ist hierfür die Basis. Eine Synchronisation der Entwicklungen im Fahrzeug sowie der Infrastruktur – in unterschiedlichen Domänen – ist erforderlich.
Die ESG sieht den Funktionsorientierten Systementwurf als effizientes und effektives Instrument, diese Synchronisation zu realisieren. Dieser Ansatz definiert auf Funktionsebene das System mit ihren Teilnehmern (Komponenten) und deren Datenaustausch (Abhängigkeiten). Die Entwicklungen in den unterschiedlichen Domänen werden somit funktional abgestimmt. Die detaillierten Entwicklungen werden anschließend
in den vorhandenen und domänen-spezifischen Prozessen fortgesetzt.

Gegenüberstellung Ist- und Soll-Zustand für den Funktionsorientierten Systementwurf

Dieser Ansatz ist ein Instrument, um Komplexität zu beherrschen. Die damit angestrebte Effizienz ist aber nur mit einer gewissen Durchgängigkeit in der Toollandschaft zu erreichen. Diese Durchgängigkeit wird benötigt, um Änderungen und Weiterentwicklungen in der Funktion transparent und nachvollziehbar zu machen. Die ESG hat das Anwendungsszenario „Kollaborativer Systems-Engineering Prozess am Beispiel Fahrzeug-Diagnose“ für das ISYPROM-Projekt gewählt, um einerseits ihren Ansatz des Funktionsorientierten Systementwurfs am Beispiel darzustellen und zu validieren, und um andererseits konkrete Anforderungen an die Durchgängigkeit innerhalb der Toollandschaft zu definieren. Diagnose ist eine aktuelle Fahrzeugfunktion, die auf Car-to-X Kommunikation basiert.
Bei der Diagnose-Funktionalität tauscht das Fahrzeug, in diesem Fall statisch, Daten mit dem Tester bzw. der Infrastruktur aus. Die Entwicklung der Onboard-Diagnose, d. h. die Verarbeitung und Speicherung von Fehlverhalten im Steuergerät, sowie der Offboard-Diagnose, d. h. die Analyse der Onboard-Daten anhand eines Fehlerbaumes, sind in den heutigen Prozessen nicht synchronisiert. Wie in nachfolgender Abbildung dargestellt, sieht der Funktionsorientierte Systementwurf diese Synchronisation vor.

Aus dem Anwendungsszenario wurden an das ISYPROM-Projekt unterschiedliche Anforderungen gestellt.
Für die Synchronisation der Prozesse ist die Durchgängigkeit von Daten sowie ein übergreifendes Änderungs- und Konfigurationsmanagement, insbesondere an den Schnittstellen der domänen-spezifischen Entwicklungsprozesse, entscheidend. Des Weiteren besteht die Prämisse in der ESG, bei der Einführung von Prozessänderungen etablierte Prozesse, Rollen und Tools beizubehalten und die mit der Änderung verbundenen einmaligen Anpassungsaufwände gering zu halten.

KNORR-BREMSE Szenario

Der Knorr-Bremse Konzern ist weltweit der führende Hersteller von Bremssystemen für Schienen- und Nutzfahrzeuge. Als technologischer Schrittmacher treibt das Unternehmen seit über 100 Jahren maßgeblich die Entwicklung, Produktion und den Vertrieb moderner Bremssysteme voran. Weitere Produktfelder sind Türsysteme und Klimaanlagen für Schienenfahrzeuge sowie Drehschwingungsdämpfer für Verbrennungsmotoren.
Das Unternehmen besetzt schmale Nischen auf dem Weltmarkt und ist deshalb darauf angewiesen, dem Mitbewerb permanent das „entscheidende Stück voraus“ zu sein. Deshalb ist der Innovationsprozess ein Garant für den Erfolg des Unternehmens Knorr-Bremse. Die Stärkung der Innovationsfähigkeit und die Umsetzung von Innovationen in marktfähige Produkte ist daher permanenter Gegenstand einer Optimierung im Unternehmen. Konkret können folgende Potentiale in der Innovation ausgemacht werden:

  • Integration verschiedener isolierter Einzelprozesse in den „frühen Phasen“, um eine ganzheitliche Adressierung der Innovation zu stärken
  • Unterlegung des Prozesses mit aussagefähigen Kennzahlen, die über die Einzelprozesse hinaus auch die Innovationsfähigkeit des Unternehmens steuerbar und optimierbar macht
  • Integration eines funktionalen Systems Engineering Ansatzes
  • Schaffung einer adäquaten Methoden- und IT-Unterstützung
  • Definition eines Reifegradmodells, das eine schrittweise Einführung flankieren soll

IT-Unterstützung im Innovationsprozess

Ziel ist die Neuausrichtung des Produktlebenszyklus hin zu einer innovationsgetriebenen Produktentstehung.
Die Herausforderungen hierbei sind verschiedener Natur:

Zunächst gilt es, die verschiedenen am Innovationsgeschehen beteiligten Prozesse selbst und in ihren Wechselwirkungen untereinander zu beschreiben. Dies dient als Grundlage für die Einführung weiterer Bausteine, wie der Integration des Anforderungsmanagements und der Erhöhung der Methodentransparenz. Speziell wird die konsequente Orientierung der Leitprozesse am Systemgedanken als Integrationsmittel gesehen. Der funktionale Aspekt soll helfen, das Innovationsgeschehen von einer „Diskussion am Bauteil“ zu lösen und gleichzeitig die notwendigen Absicherungsschritte zu unterstützen.
Neben der Bereitstellung eines Autorenwerkzeugs für das Ideen- und Innovationsmanagement sind die notwendigen Informationsflüsse über die Disziplinen hinweg abzubilden. Aus der IT-Sicht des Product Lifecycle Managements bedeutet das Vorhaben eine verstärkte Unterstützung der Prozesse mit Methoden und Tools und deren Integration in die unternehmensweite PLM Umgebung. Perspektivisch entsteht eine Tool-Kette, die es erlaubt, Innovationsprozesse ganzheitlich zu bedienen und durch ein geeignetes Monitoring messbar zu gestalten.