Zukunftsdisziplin Modellbasiertes Systems Engineering

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1 Zukunftsdisziplin Modellbasiertes Systems Engineering 8. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme Tim Weilkiens Geschäftsführer by oose GmbH

2 by oose GmbH Die Sorgen der Projekte Der Markt fordert immer komplexere Systeme und gleichzeitig kürzere Time-to- Market-Zeiten, hohe Qualität und abnehmende Kosten.

3 by oose GmbH Komplexität, Time-to-Market, Qualität, Kostenreduktion Entwicklungstechniken müssen der Komplexitätssteigerung folgen Markt Zeit

4 2010 by oose GmbH INCOSE MBSE Vision In many respects, the future of systems engineering can be said to be modelbased. A key driver will be the continued evolution of complex, intelligent, global systems that exceed the ability of the humans who design them to comprehend and control all aspects of the systems they are creating. The role of modeling will mature to respond to this need. Modern engineering is critically dependent on modeling and simulation to allow building complex systems. (Dr. Michael Ryschkewitsch, NASA Chief Engineer)

5 Definition Modellbasiertes Systems Engineering (MBSE) Modellbasiertes Systems Engineering (MBSE) ist der Entwurf, die Spezifikation und die Verifikation und Validierung von komplexen Systemen mit einem Systemmodell, das den gesamten Entwicklungsprozess begleitet und die Quelle der wesentlichen Entwicklungsartefakte zu Anforderungen, Architektur und Test ist. Basierend auf einer Diskussion Was ist ein Modell in der syng-gruppe:

6 Definition Systemmodell Das Systemmodell im Kontext des MBSE ist das Abbild eines realen oder noch zu entwickelnden Systems, wobei mittels Abstraktion nur die für einen definierten Zweck relevanten Attribute berücksichtigt werden. Das Systemmodell ist gekennzeichnet durch die folgenden Eigenschaften: Das Modell darf sich aus mehreren Repositories zusammensetzen, muss aber in sich konsistent sein und sich nach außen wie ein einzelnes Modell verhalten. Das Modell erlaubt unterschiedliche Sichten auf die Informationen. Das Modell ist maschinell auswertbar und liegt in einer abstrakten Syntax vor, die explizit MBSE-Konzepte wie Anforderungen oder Systemarchitekturen unterstützt. Basierend auf einer Diskussion Was ist ein Modell in der syng-gruppe:

7 OMG Systems Modeling Language (OMG SysML) SysML is designed to provide simple but powerful constructs for modeling a wide range of systems engineering problems. It is particularly effective in specifying requirements, structure, behavior, allocations, and constraints on system properties to support engineering analysis. (SysML 1.2 specification) UML 2 UML für SysML SysML by oose innovative Informatik GmbH

8 Intensität der Modellierung Visualisierung der groben Strukturen und Abläufe Spezifikation des Systems (Analyse und Design) MDx Ausführbare Modelle

9 Maturity INCOSE MBSE Roadmap MBSE Capability Reduced cycle times System of systems interoperability Design optimization across broad trade space Cross domain effects based analysis June 15, 2008 Institutionalized MBSE across Academia/Industry Distributed & secure model repositories crossing multiple domains Defined MBSE theory, ontology, and formalisms Well Defined MBSE Ad Hoc MBSE Document Centric Emerging MBSE standards Architecture model integrated with Simulation, Analysis, and Visualization Matured MBSE methods and metrics, Integrated System/HW/SW models Refer to activities in the following areas: Planning & Support Research Standards Development Processes, Practices, & Methods Tools & Technology Enhancements Outreach, Training & Education Source: Friedenthal et al, INCOSE Model Based Systems Engineering (MBSE) Workshop, February 1-3, by oose GmbH

10 INCOSE MBSE Initiative by oose GmbH Quelle:

11 Beispiel: Teilsystem APE des E-ELT INCOSE MBSE Challenge Team SE^2 Präsentationen und Modell: Images on this slide were produced by ESO

12 by oose GmbH Herausforderungen des MBSE

13 by oose GmbH Aktuelle Herausforderungen Modellverifikation und -simulation Varianten Requirements Geschäftsziele Geschäftsprozesse Kostenmodell Systemmodell Modellbus (XMI, AP-233, ReqIF, EMF, ) Software Produktionsprozesse CAD Simulation Funktionale Architektur Modellintegration

14 by oose GmbH Aktuelle Herausforderungen Modellverifikation und -simulation Varianten Requirements Geschäftsziele Geschäftsprozesse Kostenmodell Systemmodell Modellbus (XMI, AP-233, ReqIF, EMF, ) Modellsimulation Software Produktionsprozesse CAD Simulation Funktionale Architektur Modellintegration

15 Beispiel: Teilsystem APE des E-ELT Das Teilsystem APE kann sowohl im Labor als auch am VLT installiert werden. Im Modell sind die beiden Kontexte als verschiedene Varianten modelliert.

16 Komplexe Modelle Die Varianten eines Systems bilden einen mehrdimensionalen Konfigurationsraum. Kern by oose GmbH Varianten

17 by oose GmbH Aktuelle Herausforderungen Modellverifikation und -simulation Varianten Requirements Geschäftsziele Geschäftsprozesse Kostenmodell Systemmodell Modellbus (XMI, AP-233, ReqIF, EMF, ) Modellsimulation Software Produktionsprozesse CAD Simulation Funktionale Architektur Modellintegration

18 by oose GmbH Modellverifikation Die Modellverifikation prüft das Modell bezüglich einer formalen Spezifikation. Der Modellierer erhält unmittelbar Feedback zu seiner Arbeit. Erhöht die Qualität des Modells. Frühzeitige Fehlererkennung.

19 by oose GmbH Beispiel: Ontologie Formale Definition der Modellstruktur

20 by oose GmbH Beispiel: Zusicherungen zur automatischen Überprüfung

21 by oose GmbH Aktuelle Herausforderungen Modellverifikation und -simulation Varianten Requirements Geschäftsziele Geschäftsprozesse Kostenmodell Systemmodell Modellbus (XMI, AP-233, ReqIF, EMF, ) Modellsimulation Software Produktionsprozesse CAD Simulation Funktionale Architektur Modellintegration

22 by oose GmbH Modellintegration Requirements Geschäftsziele Geschäftsprozesse Kostenmodell Systemmodell Modellbus (XMI, AP-233, ReqIF, EMF, ) Software Produktionsprozesse CAD Simulation

23 by oose GmbH Aktuelle Herausforderungen Modellverifikation und -simulation Varianten Requirements Geschäftsziele Geschäftsprozesse Kostenmodell Systemmodell Modellbus (XMI, AP-233, ReqIF, EMF, ) Modellsimulation Software Produktionsprozesse CAD Simulation Funktionale Architektur Modellintegration

24 by oose GmbH Funktionale Architekturen repräsentieren die fachliche Intention sind unabhängig von der technischen Umsetzung sind anwenderorientiert sind stabil nehmen keine technischen Lösungen vorweg sind über Produktfamilien und -generationen hinweg wiederverwendbar reduzieren Entwicklungsaufwände erhöhen den Kundennutzen fördern innovative Lösungen.

25 by oose innovative Informatik GmbH & Bernafon AG Beispiel: Funktionale Architektur eines Hörgeräts

26 by oose innovative Informatik GmbH & Bernafon AG Physikalische Systemarchitekturen eines Hörgeräts

27 Chancen & Risiken des MBSE Chancen Bewältigung der Komplexität Formalismus des Modells gibt Struktur Frühzeitige Fehlererkennung Verschiedene Sichten für unterschiedliche Stakeholder Weniger Aufwand als im dokumentenbasiertem Ansatz Risiken Übermodellierung Überforderung der Mitarbeiter Tool-Abhängigkeit Weltweit wird intensiv an der Entwicklung des MBSE gearbeitet Dynamik des Marktes stellt hohe Anforderungen Mangel an Experten by oose GmbH

28 by oose GmbH Die MBSE-Experten Beratung und Training Kontakt:

29 Zukunftsdisziplin Modellbasiertes Systems Engineering 8. Paderborner Workshop Entwurf mechatronischer Systeme Tim Weilkiens Geschäftsführer by oose GmbH