In unserem früheren Beitrag „MBSE – Model Based Systems Engineering“ haben wir die Grundlagen des modellbasierten Systems Engineerings vorgestellt. In diesem Fachbeitrag vertiefen wir das Thema und zeigen, wie MBSE dabei helfen kann, komplexe Entwicklungsprozesse zu strukturieren, Zusammenhänge transparent zu machen und die Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Engineering-Disziplinen zu verbessern.

Wenn klassische Entwicklungsansätze an ihre Grenzen stoßen
Moderne Produkte werden zunehmend zu komplexen Gesamtsystemen. Mechanik, Elektronik, Software und Sensorik müssen nicht nur einzeln funktionieren, sondern als integriertes System zusammenspielen. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an Qualität, Funktionalität und Entwicklungsgeschwindigkeit.

Bei dokumentenbasierten Entwicklungsansätzen werden Informationen häufig über verschiedene Dokumente, Tabellen und Softwarelösungen hinweg verwaltet. Ändern sich Anforderungen oder Systemkomponenten, müssen die betroffenen Informationen an mehreren Stellen geprüft und aktualisiert werden. Dabei können Inkonsistenzen entstehen, die erst in späteren Entwicklungsphasen sichtbar werden.

Model-Based Systems Engineering (MBSE) setzt hier an: Statt einzelne Dokumente isoliert zu betrachten, stehen digitale Systemmodelle im Mittelpunkt. Sie bilden wichtige Eigenschaften, Strukturen und Zusammenhänge eines Systems ab und unterstützen damit eine durchgängige Betrachtung über den Entwicklungsprozess hinweg.

Was ist MBSE?
MBSE bezeichnet die formalisierte Anwendung von Modellen zur Unterstützung der Systementwicklung. Dazu gehören unter anderem die Erfassung und Verwaltung von Anforderungen, der Entwurf der Systemarchitektur sowie Analysen, Verifikation und Validierung.

Ein Modell bildet dabei ausgewählte Aspekte eines realen oder geplanten Systems abstrakt ab. Es macht Zusammenhänge sichtbar und schafft eine gemeinsame Grundlage, auf der verschiedene Fachdisziplinen arbeiten können.

Entscheidend ist, dass die Modelle miteinander verknüpft sind. So lässt sich beispielsweise nachvollziehen, welche Funktion eine bestimmte Anforderung erfüllt und welche Komponenten für ihre Umsetzung verantwortlich sind. Änderungen können dadurch in ihren Auswirkungen besser bewertet werden.

MBSE ersetzt dabei nicht zwangsläufig sämtliche Dokumente. Vielmehr können benötigte Dokumentationen und unterschiedliche Systemsichten aus den vorhandenen Modellen abgeleitet werden. Ziel ist es, Informationen konsistenter zu verwalten und Zusammenhänge über den gesamten Entwicklungsprozess nachvollziehbar zu halten.

Von Anforderungen zur Systemarchitektur: RFLP und SysML
Um die Systementwicklung zu strukturieren, kommt unter anderem der RFLP-Ansatz zum Einsatz. Die Abkürzung steht für vier aufeinander bezogene Betrachtungsebenen:

  • Requirements: Welche Anforderungen und Erwartungen muss das System erfüllen?
  • Functional: Welche Funktionen sind erforderlich, um diese Anforderungen umzusetzen?
  • Logical: Wie werden die Funktionen logisch strukturiert und miteinander verbunden?
  • Physical: Welche konkreten Komponenten und technischen Elemente realisieren das System?

Die Betrachtung unterstützt dabei, Anforderungen systematisch mit Funktionen, logischen Strukturen und der physischen Umsetzung zu verknüpfen. Dadurch wird nachvollziehbar, wie einzelne Entwicklungsentscheidungen aus den ursprünglichen Anforderungen hervorgehen.

Für die Modellierung kann beispielsweise SysML (Systems Modeling Language) verwendet werden. Die grafische Modellierungssprache bietet standardisierte Möglichkeiten, um Strukturen, Verhalten und Zusammenhänge technischer Systeme darzustellen.

Dabei gilt: MBSE ist nicht gleich SysML. MBSE beschreibt die übergeordnete Methodik für die modellbasierte Systementwicklung. SysML ist eine mögliche Sprache, um die dafür benötigten Modelle zu erstellen. Welche Methoden, Sprachen und Werkzeuge geeignet sind, hängt unter anderem von den Anforderungen, der Systemkomplexität und den bestehenden Entwicklungsprozessen ab.

Welche Vorteile bietet MBSE?
Der modellbasierte Ansatz kann insbesondere bei komplexen Entwicklungsprojekten mehrere Vorteile bieten.

Mehr Transparenz und bessere Zusammenarbeit: Ein gemeinsames Systemmodell erleichtert es unterschiedlichen Fachdisziplinen, die Gesamtarchitektur und ihre Abhängigkeiten zu verstehen. Es schafft eine gemeinsame Informationsgrundlage und unterstützt die Abstimmung zwischen den Beteiligten.

Nachvollziehbare Anforderungen und Änderungen: Durch Verknüpfungen zwischen Anforderungen, Funktionen und Komponenten lässt sich besser nachvollziehen, welche Elemente von einer Änderung betroffen sind. Das unterstützt die Konsistenz der Systeminformationen und erleichtert die Bewertung möglicher Auswirkungen.

Frühzeitige Fehlererkennung: Analysen und Simulationen können helfen, Probleme bereits in frühen Entwicklungsphasen zu identifizieren – bevor aufwendige physische Prototypen oder Integrationsschritte erforderlich werden. Fehler lassen sich dadurch unter Umständen früher beheben.

Durchgängigkeit über den Lebenszyklus: Die Systemmodelle können über die Konzeptions- und Entwicklungsphase hinaus als Informationsgrundlage für Tests, Verifikation, Validierung und spätere Änderungen dienen. Damit bildet MBSE zugleich einen wichtigen Baustein für Digital Engineering und kann die Entwicklung digitaler Zwillinge unterstützen.

Wie stark diese Vorteile tatsächlich zum Tragen kommen, hängt allerdings von der konkreten Umsetzung, der Qualität der Modelle und ihrer Einbindung in die vorhandenen Prozesse ab.

Was ist bei der Einführung zu beachten?
MBSE ist nicht allein ein IT-Projekt. Die Einführung erfordert ein abgestimmtes Zusammenspiel aus Methoden, Prozessen, Werkzeugen und qualifizierten Mitarbeitenden.

Unternehmen sollten zunächst klären, welche Herausforderungen sie mit dem modellbasierten Ansatz lösen möchten. Ein klar abgegrenzter Pilotanwendungsfall kann helfen, geeignete Modellierungsmethoden zu erproben, Verantwortlichkeiten festzulegen und den konkreten Nutzen zu bewerten.

Ebenso wichtig sind die Integration in bestehende Engineering- und PLM-Prozesse, ein konsistentes Datenmanagement sowie klare Regeln für Pflege und Weiterentwicklung der Modelle. Ohne abgestimmte Arbeitsweisen und ausreichende Qualifizierung besteht die Gefahr, dass neue Modelle lediglich zusätzliche Informationsbestände schaffen, statt bestehende Entwicklungsprozesse nachhaltig zu verbessern.

Fazit: MBSE als Baustein des Digital Engineering
Je komplexer technische Systeme werden, desto wichtiger sind transparente Zusammenhänge, konsistente Informationen und eine enge Zusammenarbeit der beteiligten Fachdisziplinen. MBSE bietet dafür einen strukturierten Ansatz, indem digitale Systemmodelle Anforderungen, Architektur und Entwicklungsschritte miteinander verbinden.

Der Erfolg hängt jedoch nicht allein von der eingesetzten Software ab. Erst das Zusammenspiel aus geeigneten Methoden, klaren Prozessen, integrierten Werkzeugen und qualifizierten Mitarbeitenden macht den modellbasierten Ansatz zu einem wirksamen Bestandteil einer durchgängigen Engineering-Strategie.