Modellbasierte Systementwicklung (MBSE)
Die drei Grundsätze
System im System
Abstrakt zu Konkret
Modellbasierter Ansatz
MBSE – Modellbasierte Systementwicklung
MBSE (Model-Based Systems Engineering) ist eine Entwicklungsmethode mit hohem Innovations- und Digitalisierungspotenzial. Der Ansatz beruht auf drei eng verknüpften Grundsätzen, die in den drei Abbildungen dargestellt sind:
1) System im System (linkes Bild)
Jedes technische System ist Teil eines übergeordneten Systems und besteht gleichzeitig aus Subsystemen bis hin zur Komponentenebene. Für eine robuste Entwicklung ist entscheidend, Schnittstellen, Abhängigkeiten und Wechselwirkungen zwischen den Ebenen konsequent mitzudenken. So werden Effekte durch Integration, Umwelteinflüsse und Systemgrenzen früh sichtbar – und spätere Überraschungen im Gesamtverbund reduziert.
2) Abstrakt zu Konkret (mittleres Bild)
Aus einer Projektidee entsteht schrittweise ein reales System – entlang einer klaren Entwicklungskette:
Zuerst werden Zweck und Randbedingungen als Anforderungen formuliert. Darauf folgt die lösungsneutrale Funktionsbeschreibung. Anschließend werden technische Prinzipien ausgewählt und zu Konzepten kombiniert – hier liegt ein wesentlicher Hebel für Innovation. Die Prinzipfindung erfolgt dabei systematisch über die Zerlegung in Elementarfunktionen und eine literaturbasierte Effektsuche (u. a. Koller/Kastrup). Die Kandidaten werden in einem morphologischen Kasten zu wenigen, begründeten Konzeptfamilien verdichtet – entscheidungsreif. Aus dem gewählten Konzept werden Prototypen abgeleitet und detailliert ausgearbeitet. MBSE unterstützt dabei sowohl agile Vorgehensweisen (Restriktionen werden iterativ ergänzt) als auch klassisches Requirement Engineering mit umfassender Berücksichtigung der Randbedingungen. Die Gegenüberstellung von Analyse- und Syntheseergebnissen dient der Verifikation und Qualitätssicherung.
3) Modellbasierter Ansatz (rechtes Bild)
Modelle sind zielgerichtete Abbildungen der Realität (nach Stachowiak). In MBSE werden bevorzugt digitale, miteinander verknüpfte Modelle für Anforderungen, Funktionen, Konzepte und Prototypen eingesetzt.
Der Nutzen entsteht insbesondere durch durchgängigen Datenaustausch, Konsistenz über die Ebenen und Wiederverwendung von Modellinhalten. Erst durch Ergänzung und Vernetzung entfalten die Modelle den vollen MBSE-Mehrwert.
Die vollständige Präsentation können Sie gerne bei mir anfragen.
Modelle im Entwicklungsprozess
Vorgehensweise bei der Problemlösung mit Modellen
Modelle als Projektionen des realen Objekts
Ergebnis-Qualität in der Strukturdynamik
Methoden im modellbasierten Entwicklungsprozess
Die drei Abbildungen zeigen, wie ich Modelle als methodisches Werkzeug einsetze: von der strukturierten Modellbildung über die saubere Ableitung von Anforderungen/Funktionen/Konzepten bis hin zur Bewertung der Ergebnis-Sicherheit in der Strukturdynamik.
1) Vorgehensweise bei der Problemlösung mit Modellen (linkes Bild)
Reale technische Objekte werden in ein geeignetes Modell überführt – im Sinne der Modelltheorie nach Herbert Stachowiak. Dieser Schritt der Modellbildung entscheidet über Zweck, Abstraktionsgrad und Parameterisierung. In der Modellebene wird das Problem bearbeitet (z. B. Simulation, Analyse, Variantenvergleich) und die gefundene Lösung anschließend zurück in die reale Ebene übertragen. Zentral sind dabei zwei Leitfragen: Wie soll modelliert werden? und Wie belastbar sind die Ergebnisse?
Genau diesen Fragen – Modellierungsentscheidungen, Validierung, Unsicherheiten und Entscheidungssicherheit – widmet sich ein wesentlicher Teil meiner Vorlesung und meiner praktischen Methodik.
2) Modellwürfel: Modelle als Projektionen des realen Objekts (mittleres Bild)
Der von mir entwickelte Modellwürfel (inspiriert durch einen Ansatz von Kongsberg) strukturiert, welche Sichtweisen eines realen Objekts modelliert werden. Im Zentrum steht das Original. Die Flächen des Würfels zeigen Projektionen des Originals auf unterschiedliche Ebenen:
Anforderungen (Grundfläche): Projektion des fertigen Systems auf die Anforderungsebene.
Funktionen (linke, grüne Fläche): funktionale Sicht – was das System leisten muss.
Konzepte (hintere, blaue Fläche): konzeptuelle Sicht – welche Prinzipien/Lösungsansätze zugrunde liegen.
Prototypen (rechte, rote Fläche): Prototypen-/Realisierungsebene – wie Lösungen umgesetzt und erprobt werden.
Verhalten (Deckfläche): Verhaltenssicht – wie sich das System unter Betriebsbedingungen tatsächlich verhält.
Der Modellwürfel unterstützt damit eine nachvollziehbare, konsistente Entwicklung – mit klarer Traceability von Anforderungen über Funktionen und Konzepte bis zu Prototyp und Verhalten.
3) Ergebnis-Qualität in der Strukturdynamik (rechtes Bild)
In der Strukturdynamik habe ich mich über viele Jahre mit den Einflussgrößen auf die Qualität von Simulationsergebnissen beschäftigt. Meine Kompetenz liegt darin, diese Einflussgrößen strukturiert zu erfassen, zu bewerten und zu priorisieren, um die Ergebnis-Sicherheit gezielt zu erhöhen. Dazu gehören insbesondere: Modellannahmen, Material & Parameter, Randbedingungen, Lasten & Anregung, FE-Diskretisierung, Numerik/Solver, Auswertung (z. B. FRF) sowie Unsicherheit. So werden Modelle nicht nur „gerechnet“, sondern methodisch so aufgesetzt und abgesichert, dass Ergebnisse belastbar und entscheidungsreif sind.
Wenn Sie Interesse an meiner Methode haben, freue ich mich über Ihre Kontaktaufnahme.
Gemeinsam Konzepte entwickeln.
Ideen und Technologien systematisch in Produktkonzepte überführen.
Methodisch. Nachvollziehbar. Entscheidungsreif.