Fahrerloses Einparken im Parkhaus, die per Sprachansage gesteuerte Haustechnik oder die Fertigungsstraße, die sich auftragsbezogen selbst umgruppiert - Produkte und vor allem ihre Anwendung basieren immer mehr auf dem Verbund intelligent vernetzter Einzelsysteme. Damit solche Systems-of-Systems (SoS) die gewünschte Leistung bringen, müssen auch ihre Entwickler*innen intelligent vernetzt zusammenarbeiten. Im Projekt »MoSyS« wird erforscht, wie sich die Ingenieur*innenarbeit dafür wandeln muss und welche Methoden und technischen Hilfsmittel das SoS-Engineering unterstützen können.

Wer heute einen Neuwagen fährt, besitzt nicht den technischen Komfort, der schon in ein paar Jahren Standard sein könnte, wie beispielsweise, wenn Roboter das Einparken in Parkgaragen übernehmen. Beherrscht ein kurz zuvor gekauftes Auto die dafür notwendige Kommunikation mit Systemen wie diesem nicht, würde es schnell zum Fahrzeug der Generation Gestern. Aber muss das so sein? In Zukunft könne sich der Kundennutzen eines Fahrzeugs auch nach seinem Kauf noch erhöhen, sind sich Dr. Harald Anacker und Rik Rasor vom Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM sicher. »Das klingt paradox, ist perspektivisch aber möglich«, so Rasor. Erwartbar wäre dies beispielsweise, wenn das Fahrzeug die Zusammenarbeit mit neuen Systemen auch noch nachträglich »erlernen« kann. Softwareupdates für das Bordsystem zum Beispiel könnten Bestandsfahrzeuge dazu befähigen, mit den jeweils neuesten Systemen zusammenzuarbeiten und damit den Nutzwert während der Produktlebensdauer zu erhöhen. »Solche Szenarien gilt es bei der Architektur der technischen Systeme heute schon zu berücksichtigen«, erklärt Rasor.

Aber Fahrzeuge seien nur ein Beispiel, wie moderne technische Produkte als Systemverbund zusammenarbeiten können und müssen. »Die Fähigkeit von Geräten und Anwendungen sich zu verschiedensten Systems-of-Systems zu vernetzen – auch mit Systemen, die es zum Zeitpunkt ihrer Herstellung noch gar nicht gab – entscheidet auch in anderen Branchen immer mehr über deren Nutzen und Wert«, betont Annacker. So sei ein Sprachassistent, der die Geräte der Haustechnik nicht ansteuern kann und umgekehrt, genauso wenig hilfreich wie die Maschine in der Produktionshalle, die sich mit dem Logistik-Backend nicht versteht.

Ein Team vom Fraunhofer IEM bieten deshalb grundlegende Antworten auf Fragen zur Weiternutzung technischer Produkte: Wie entwickelt man Geräte und Anwendungen, die als Teil verschiedenster Systems-of-Systems funktionieren? Wie gelingt es einem Entwicklungsteam sein Produkt so zu gestalten, dass es sich auch in einen Systemverbund der nächsten Entwicklungsgeneration noch integrieren kann?

Entwickler*innenarbeit für komplexe Systems-of-Systems

Um diese Antworten zu finden, müssen sich auch die Menschen, die neue Geräte und Anwendungen entwickeln, stärker als bisher flexibel und agil vernetzen. »Analog zur Technik brauchen wir dafür eine Art Systems-of-Systems der Ingenieur*innenarbeit«, sagt Harald Anacker. Bereits in den Unternehmen sei eine gut organisierte Zusammenarbeit diverser Fachrichtungen, Aufgabenbereiche und Menschentypen deshalb essenziell, so ist beispielsweise die Kollaboration von Produktentwicklung und den After-Sales-Services wichtig, um zu gewährleisten, dass ein neues Produkt so ausgelegt ist, dass es mittels entsprechender Servicedienstleistungen über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg nachhaltig updatefähig bleibt. Vor allem aber erfordert das SoS-Engineering in allen Entwicklungsphasen projektbezogen enge Kooperationen über die Unternehmensgrenzen hinweg – mit verschiedensten Partnern, die ergänzende Komponenten für mögliche Systems-of-Systems liefern. Das betrifft den Autohersteller und die Entwickler*innen des Roboterparksystems ebenso wie die Hausgerätehersteller, deren Produkte mit verschiedensten Smart-Home-Lösungen zusammenarbeiten können sollen.

Kollaborative Arbeitsumgebungen für die SoS-Entwicklung

Im vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Projekt »Menschorientierte Gestaltung komplexer Systems-of-Systems – MoSyS« entwickeln und erproben achtzehn Wissenschafts- und Industriepartner neue Methoden, Hilfsmittel und IT-Werkzeuge, die das SoS-Engineering unterstützen und erleichtern sollen. »Zusätzlich erarbeiten wir im Rahmen von MoSys konkrete Herangehensweisen für Unternehmen, um ihnen die Transformation hin zu einem digital unterstützen, kollaborativen Arbeitsumfeld zu erleichtern«, ergänzt Rasor. Neben dem Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM, dem Institut für Produktentwicklung IPEK, dem Institut für Produktionstechnik wbk, dem Institut für Soziologie IFS und der IG-Metall beteiligen sich an dem Projekt Unternehmen der Anwendungsbereiche Mobilität, Produktion und Smart Home sowie Anbieter von Softwarelösungen und Beratungsdienstleistungen.

Systems-of-Systems verstehen und modellieren

Zu Beginn des Projektes führte das Projektteam Experteninterviews und Workshops durch. Derzeit wird zusätzlich eine Online-Befragung mit bis zu 2.500 Beschäftigten geplant. Ziel ist es, sowohl den Status quo der Zusammenarbeit innerhalb und zwischen den Unternehmen zu ermitteln, als auch Erkenntnisse zu gewinnen, was die Mitarbeiter*innen in den Unternehmen unterschiedlicher Branchen unter agiler Arbeitsweise verstehen beziehungsweise von ihr erwarten. Parallel dazu entwickelten die Forscher*innen ein grundlegendes Rahmenwerk, um ein gemeinschaftliches SoS-Engineering möglich zu machen. Neben einem Glossar für ein einheitliches Verständnis der relevanten Sachverhalte gehört dazu auch eine einheitliche, modellbasierte Sprache, um die Zusammenhänge und Wechselwirkungen bei der Entwicklung komplexer Systeme abbilden zu können. »Die verwendete Modellierungsmethodik ermöglicht uns nicht nur die Darstellung der technischen Komponenten und Funktionsweisen eines Systems, sondern auch die Gestaltung der Organisation und des Ablaufs von Kooperations- und Abstimmungsprozessen zwischen den beteiligten Akteur*innen«, sagt Rasor.

Digitale Unterstützung für SoS-Entwickler*innen

Zudem konzipieren die Projektpartner aktuell Methoden und Tools für die Entwickler*innen und erproben unter anderem, wie künstliche Intelligenz die Gestaltung von SoS unterstützen kann. Denkbare Umsetzungsbeispiele sind die Überführung der Vorgaben eines Anforderungsheftes in ein Systemmodell. Dabei könnte ein KI-System den Anforderungstext analysieren und Vorschläge für das Architekturmodell des Systems erstellen oder die KI prüft ein fertiges Systemmodell dahingehend, ob es die geforderten Anforderungen beinhaltet und erfüllt. »Eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Produkten und Systemen, die sich über längere Zeit hinweg agil updaten lassen, spielt der Einsatz eines digitalen Zwillings«, betont Anacker. Im MoSyS-Projekt erproben die Unternehmen damit, wie sich das Änderungsmanagement gerade auch in der Zusammenarbeit mit Partnerunternehmen effizient und zielführend gestalten lässt.

Blaupause für eine agile Entwicklungsumgebung

Um Unternehmen die Umsetzung eines agilen Entwicklungsumfelds zu erleichtern, haben die Projektpartner eine interaktive Webseite aufgebaut. Die Seite nutzt spezifische Abfragen, um den Status quo des Unternehmens in Bezug auf agile Arbeitsorganisation zu eruieren. Danach werden dem Nutzer Vorgehensweisen und Hilfsmittel zur Weiterentwicklung der Zusammenarbeit im Unternehmen vorgeschlagen. Parallel dazu erarbeiten die Forscher*innen ein virtuelles Musterunternehmen. Das Unternehmen soll dann nicht nur als Demonstrator dienen, der Interessierten die Organisation und die Methoden der SoS-Entwicklung anschaulich und leichter nachvollziehbar machen soll. Er liefert auch eine Blaupause für die Adaption der verschiedenen Maßnahmen auf das eigene Unternehmen.

Leitbild für zukunftsfähiges Engineering

Das Projekt MoSyS ist Teil der Advanced Systems Engineering-Initiative im BMBF Programm »Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen«. In insgesamt neun Verbundprojekten entwickelt die Forschungsinitiative ressortübergreifend ein neuartiges Leitbild für das zukünftige Engineering in Deutschland. Die Erkenntnisse bilden dann die Basis, um Produkte, Software und Dienstleistungen von Deutschland aus im internationalen Wettbewerb intelligent und zukunftsfähig zu entwickeln. Als gemeinsame Dach über den Forschungsaktivitäten fungiert das Begleitforschungsprojekt »AdWiSE«. Eine grundlegende Analyse des aktuellen Status quo deutscher Unternehmen und der sich abzeichnenden Trends im Engineering bietet die Publikation »Advanced Systems Engineering – Wertschöpfung im Wandel«.

(ted)

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