Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik
MBSE für Unternehmen
Die Systemstruktur ist in vielen Unternehmen durch die Produktstruktur im PDM gegeben, enthält allerdings keine Schnittstellenbeschreibungen zwischen Systemelementen.
MBSE ermöglicht eine durchgängige Systemmodellierung mit offenen Schnittstellen für die Systementwicklung. Das Konzept des Digitalen Zwillings nutzt Modelle über die Entwicklung und Absicherung hinaus auch für Betriebsoptimierungen. Besonders um den Aufwand der Entwicklung Digitaler Zwillinge zu reduzieren, ist es notwendig die verschiedenen Elemente bereits in der Systementwicklung und -Integration mitzudenken. Model-based Systems Engineering als Systementwicklungskonzept ist besonders geeignet, den Digital Master, aber auch den Digital Shadow sowie die Verlinkung dieser beiden Elemente maßgeblich zu unterstützen. Im Rahmen von MBSE können die beiden Dimensionen Digitaler Zwillinge »Digital Model Richness« und »Simulation Capabilities« von Synergien profitieren, indem das Konzept der Datendurchgängigkeit mit MBSE über die Systementwicklung hinaus in den gesamten nachgelagerten Lebenszyklus getragen wird. So können Digitale Zwillinge effizienter entwickelt und betrieben werden. MBSE-Entwicklungsfähigkeiten lassen sich in fünf grundlegende Aspekte gliedern:
- Systems Environment Analytics
- System Definition und Derivation
- Systems Interaction Modeling
- Systems Lifecycle Engineering
- MBSE Capability Maturation Matrix
Diese fünf MBSE Disziplinen liefern prozess- und methodenunabhängige Entwicklungsfähigkeiten, die für das modellbasierte Entwickeln komplexer Systeme benötigt werden und für die effizientere Entwicklung Digitaler Zwillinge herangezogen werden können.
Case Study T-Systems: Planung einer digitalen Stellwerksinfrastruktur mit Methoden und Tools des MBSE
Herausforderung, gemeinsame Arbeit und Lösung
Für ein führendes Schweizer Eisenbahnverkehrsunternehmen sollte eine Übersicht über die erforderlichen Systeme und deren Abhängigkeiten zur Gestaltung der Architektur eines zukünftigen »digitalen Stellwerks« sowie dessen Umfeld erstellt werden. Der Fokus sollte dabei auf der Analyse der erforderlichen Funktionalitäten liegen – noch nicht auf der technischen Umsetzung.
Die Entwicklung der Architektur sollte modellbasiert mit Model-Based Systems Engineering (MBSE) erfolgen. Dabei sollte gewährleistet werden, dass am Ende alle Entwicklungsschritte vom erstellten Element bis zurück zum Interviewpartner, der die Anforderung gestellt hat, nachvollzogen werden können.
MBSE-Entwicklungsfähigkeiten für die Nutzung digitaler Zwillinge und Co-Simulationen
| MBSE-Disziplin | Systems Environment Analytics | System Definition und Derivation | Systems Interaction Modeling | Systems Lifecycle Engineering | MBSE Capability and Maturation Matrix |
| MBSE-Entwicklungsfähigkeit | Bestimmung sich gegenseitig beeinflussender Systeme und Beschreiben der Arten der Wechselwirkungen | Erzeugung von Modellen die Systeme aus unterschiedlichen Sichtweisen darstellen | Modellierung und Simulation des Verhaltens des betrachteten Systems | Verwaltung und Integration der Systemmodelle im Produktlebenszyklus | Erlangen und Meistern der notwendigen MBSE Kompetenzen |
| Fähigkeiten für den Digital Master | Semantische Verlinkung von Partialmodellen | Vollständige Ausmodellierung aller Systemelemente | Dynamische Aufnahme und Verwaltung von zeitabhängigen Daten | Einbindung von Konfigurationsparametern und Verwaltung von Versionen | Beurteilung der Anforderungen an den Digitalen Master |
| Fähigkeiten für den Digital Shadow | Beurteilung der notwendigen Eingangsgrößen/ Datengrundlage, Vollständigkeitscheck | Einfachere Zuordnung zu Architekturelementen des Systems wird einfacher | Effizientere Nutzung der Datengrundlage, durch ausschließlich nur linear unabhängige Eingangsgrößen, Modellqualität kann ermittelt werden | Verwaltung von Zugangsrechten zu Daten | Wiederverwendung des Digital Twins |