Interdisziplinäre modellbasierte Systementwicklung mit SysML4Mechatronics
Idee und Ziel
Ziel ist es, PSS-Innovationsprozesse besser zu beherrschen, indem das Wissen von (IT-) Änderungszyklen während der Nutzungsphase zur Verbesserung der in der Entwicklungsphase erstellten Modelle und Dokumente genutzt wird. Hierdurch stehen den Entwicklern optimierte, auf den Lebenszyklus angepasste Modulmodelle zur Verfügung, welche eine beschleunigte Entwicklung und geringere Zahl an nötigen Änderungen ermöglichen. Die Entwicklung geeigneter interdisziplinärer Modellierungssprachen für mechatronische Systeme ist daher unabdingbar.
Anforderungen
Um mechatronische Systeme von Modellen abbilden zu können, müssen die impliziten Abhängigkeiten der jeweils disziplinen-spezifischen Komponenten (mechanische Konstruktion, Elektrotechnik und Software-Entwicklung) identifiziert und verstanden werden. Anschließend ist zu entscheiden, welche disziplin-übergreifende Abhängigkeiten vor allen Dingen im Änderungsfall erhebliche Auswirkungen auf den (Neu-)Entwicklungszyklus besitzen. Sind potentielle Änderungsentscheidungen identifiziert worden, ist abschließend die Kompatibilität zu prüfen und eine Auswirkungsanalyse durchzuführen.
Beteiligte
Die Entwicklung von mechatronischen Systemen umfasst im Wesentlichen die drei nachfolgenden Ingenieursdisziplinen: Mechanik, Elektrotechnik / Elektronik und Software. In Zeiten zunehmender Globalisierung mit einhergehendem Wettbewerb, müssen Prozesse, Produkte und Produktion noch besser aufeinander abgestimmt werden, weshalb auch weitere Disziplinen zunehmend involviert sind.
Dauer und Ort
Das interdisziplinäre Modellieren kann über den gesamten Lebenszyklus eines mechatronischen Systems erfolgen. In frühen Lebensphasen können Entscheidungen proaktiv getroffen und vermeintliche Fehlentwicklungen frühzeitig aufgedeckt werden, wodurch Zeit und Kosten eingespart werden können. In späten Phasen können Modelle vor allen Dingen zum Inkonsistenz-Management eingesetzt werden.
Vorgehensweise
Die Modellierungssprache SysML4Mechatronics ermöglicht es Komponenten (Klassen) und Schnittstellen (Ports) der jeweiligen Disziplinen Mechanik, Elektrotechnik / Elektronik und Software abzubilden. Darüber hinaus können strukturelle System-Hierarchien durch interdisziplinäre, sogenannte mechatronische, Module geschaffen werden. Die Vorgehensweise mit SysML4Mechatronics lässt sich wie folgt kurz zusammenfassen:
- Modellierung von disziplin-spezifischen Klassen und ihren Eigenschaften
- Aggregation der Klassen zu interdisziplinären Modulen
- Festlegung der Schnittstellen zwischen Disziplinen
- Analyse von Änderungsauswirkungen durch Prüfung auf Kompatibilität
Anwendungsbeispiel
Die nachfolgende Abbildung veranschaulicht die Anpassungsnotwendigkeiten eines E-Bike-Akkus, um höhere Reichweiten zu erzielen. Der linke Teil der Abbildung zeigt den bisherigen Akku, während der rechte Teil einen mögliche Variante darstellt. Einige Schnittstellen sind kompatibel, einige nicht, sodass der neue Akku nicht geeignet ist oder weitere Änderungen am E-Bike vorgenommen werden müssen.
