Positionspapier Systems Engineering - GfSE · Positionspapier Systems Engineering Best Practice Circle Erfahrungsaustausch-Plattform... für Experten und Interessierte

PositionspapierSystems EngineeringBest Practice Circle

Erfahrungsaustausch-Plattform... für Experten und Interessierte

2 Positionspapier SE-BPC

Systems Engineering ‒ Best Practice Circle

Autoren

Mitwirkende Personen:

Andrea DengerVIRTUAL VEHICLE Research CenterInformation & Process Management

Christian TschirnerFraunhofer-Projektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik (IPT-EM)Systems Engineering Management

Sascha Ackva, Airbus Defence & SpaceGerd Beck, John DeereRainer Bernhard, AVLRobert Braun, Siemens AG ÖsterreichFrank Bürgschens, John DeereDirk Denger, AVLJohannes Fritz, Virtual VehicleAlexander Geldmacher, Huf Hülstbeck & Fürst GbmH & Co. KGTorsten Gilz, Daimler AGJan Groever, Claas KGaA mbHMichael Hillebrand, Fraunhofer-Projektgruppe IPT-EMJohannes Hirtenlechner, Siemens AG ÖsterreichDr.-Ing. Christian von Holst, John DeereDr.-Ing. Lydia Kaiser, Fraunhofer-Projektgruppe IPT-EMProf. Alfred KatzenbachMartin Klöckl, AVLDr.-Ing. Simon Königs, BMW AGRobert Korošec, AVLMartin Krammer, Virtual VehicleJesko Lamm, Bernafon AGDr.-Ing. Michael Maletz, AVLJürgen Menhart, AVL DiTestBernd Mödeker, VW AGJürgen Rambo, Daimler AGNicolas Schmitt, Audi AGMarkus Walker, Schindler ElevatorJulia Weber, AVLDr.-Ing. Christian Zingel, AVL

3Version 1.0 - Dezember 2014


Mit Systems Engineering zum Erfolg

Warum Systems Engineering?

Systems Engineering (SE) ist ein Ansatz, den Herausforderungen komplexer Entwicklungsprojekte gerecht zu werden. Basis ist eine ganzheitliche Betrachtung des Systems aus Produkt- und dazuge-höriger Prozess- und Organisationsgestaltung. Hier ist Transparenz das zentrale Schlagwort: SE schafft allen Stakeholdern ein einheitli-ches Verständnis über die Aufgaben und die systemischen Abhän-gigkeiten – über den gesamten Produktlebenszyklus. Mit dem noch jungen Model-Based Systems Engineering (MBSE) wird es zudem gerade auf eine neue Leistungsstufe gehoben. Ein uneinheitliches Verständnis von SE und MBSE verhindert allerdings den branchen-übergreifenden Durchbruch als zentrales Management- und Entwick-lungsparadigma. Der SE-Best Practice Circle als Industriearbeits-kreis der Gesellschaft für Systems Engineering e.V. will dies ändern.

kungsweise aufgrund der vielen spezialisierten Einzeldisziplinen nicht vollständig bekannt, wich-tige Informationen werden erst spät im Lebenszyklus verfügbar.

Gleichzeitig ist der Gestaltungs-spielraum für notwendige Ände-rungen bereits stark eingeschränkt (Bild 1). Das wird zusätzlich er-schwert durch gewachsene Wert-schöpfungsstrukturen: Heutige Pro- jekte sind über zahlreiche Zuliefer-erstufen, Zeitzonen und Kulturkrei-se verteilt.

Bild 1: Verfügbare Informationen vs. Gestaltungsspielraum entlang des Produktlebenszyklus [1]

VerfügbareInformation

Gestaltungs-spielraum bzw. Grad

der Fokussierung

Lebens-zyklus

ProduktionEntwicklungKonzeptParameter & Randbedingungen

Struktur

Funktion & Verhalten

Anforderungen

par

act

req

ibd

Die frühen Phasen der Produktent-wicklung sind von zentraler Bedeu-tung, um innovative Produkte kun-dengerecht und rechtzeitig auf den Markt zu bringen. Eine systemati-sche Herangehensweise, die von allen Beteiligten gleichermaßen verstanden und geschätzt wird, fehlte lange Zeit. Systems Enginee-ring als interdisziplinärer Ansatz unterstützt bei der erfolgreichen Lösung komplexer und interdiszi-plinärer Aufgabenstellungen. Es integriert alle Disziplinen und Sta-keholder (inkl. Kunden und Märkte) und ermöglicht einen strukturierten Entwicklungsprozess vom Konzept bis zur Produktion und dem an-schließenden After Sales. Alles ist dem Ziel untergeordnet, ein qualita-tiv hochwertiges Produkt zu schaf-fen, das nicht nur die Bedürfnisse der Nutzer erfüllt, sondern auch wettbewerbsfähig realisiert wurde.

Systems Engineering packt die Hauptherausforderung der Pro-duktentwicklung an: Transparenz über das Produkt und das dazu-gehörige Projekt. Die große An-zahl teilweise widersprüchlicher Anforderungen an das Produkt ist kaum zu überblicken, sein Wir-



Was ist SE und wie hat es sich entwickelt?

Über den gesamten Produktlebenszyklus existieren bislang Fra-gen und Aufgaben, die nur mit hohem Aufwand sauber und mehr-wertstiftend für alle Projektbeteiligte beantwortet werden können.

• „Welche Funktion wird benötigt, um die Anforderung zu erfüllen?“

• „Welche Technologie muss eingesetzt werden, um diese Funktionen bereitzustellen?“

• „Was ist die beste Kombination von Einzellösungen zur Erreichung des Projektziels?“

• „Wie schaffe ich ein Verständnis für die Funktionsweise des techni-schen Systems – auch für Disziplinen wie Einkauf oder Service?“

• „Wie ist das Gleichgewicht zwischen Zeit-, Kosten- und Qualitätszie-len trotz hohen Markt- und Managementdruck zu erreichen?“

• „Wie koordiniere ich ein Projekt mit seinen zahlreichen Rollen bei ei-ner scheinbar unendlichen Anzahl an eingesetzten Software-Werk-zeugen für alle Beteiligten einheitlich und verständlich?“

• „Wie koordiniere ich ein Projekt ideal trotz widersprüchlicher Ziele?“

Die Produktentstehung steht mit der Mechatronisierung vor Heraus-forderungen, denen die auf eine singuläre Sichtweise reduzierten aktuellen Entwicklungs- und Ma-nagementansätze nicht gewachsen sind. Viele Ingenieure und Projekt-manager suchen nach neuen An-sätzen, um die Produktentstehung zu beherrschen. In der Fertigung hat „Lean“ Effizienzsteigerungengeschaffen, im Qualitätsmanage-ment hat Total Quality Management (TQM) eine ganzheitliche Sicht auf das Thema Qualität geworfen. In

Systems Engineering hat sich im letzten Jahrhundert als zentraler Ansatz der Produktentwicklung in der Luft- und Raumfahrt und der Verteidigungsindustrie etabliert – vornehmlich in den USA und den angelsächsischen Ländern. Wobei Systems Engineering sehr facet-tenreich ist, was sich in unterschied-lichen Ausprägungen und einer relativgroßenAnzahlvonDefinitio-nen äußert. Eine der jüngeren De-finitionen, als kleinster gemeinsa-

mer Nenner der Fachwelt, stammt vom US-amerikanischen Systems Engineerings Research Center:

“Any application of a combinati-on of traditional engineering and holistic systems thinking, working with domain engineering, human sciences, management and com-mercial disciplines, to support the engineering of one or more systems of interest to come.” [2]

der Entwicklung laufen diese Fä-den zusammen – neue Ansätze sind hier allerdings aufwändiger zu realisieren: Änderungen ha-ben Auswirkungen auf sämtliche Prozesse und Organisationsstruk-turen – weshalb neue Konzepte gescheut werden, obwohl damit auch die Chance positiver Effek-te für alle Bereiche besteht. Sys-tems Engineering stellt sich dieser Herausforderung und geht mit der jungen Idee des Model-Based Systems Engineering (MBSE) sogar noch einen Schritt weiter.

Alexander Geldmacher, Senior Manager Product Development Systems - Car Access and Immobilization, Huf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. KG „Design Rules, Lessons Lear-ned, Requirements Manage-ment und FMEA sind selbst-verständlicher Bestandteil des Entwicklungsprozesses, die zur richtigen Zeit einge-setzt und abgeschlossen sind, indem die dabei eingesetzten Tools unauffällig aber effektiv unterstützen, ohne als effi-zienzmindernde Herausfor-derung wahrgenommen zu werden – Systems Engineering gibt dem Ganzen den richti-gen Rahmen.“



Bild 2: Disziplinübergreifendes Wissen und Expertenwissen in der Produktentwicklung [5]

Somit verbindet SE das Experten-wissen einzelner Fachdisziplinen und gibt ihm einen ganzheitlichen Rahmen (Bild 2).

Insgesamt fällt auf: Gerade die pragmatischen, praxisgetriebenen Ansätze der Verteidigungsindustrie prägen das Bild von SE, jedoch in einer nicht zu überblickenden Viel-falt. In vielen Handbüchern sind Good Practices dokumentiert, wel-che die Erfahrungen der Anwender widerspiegeln und Nutzen in den klassischen An-wendungsbereichen generieren können.

Heute versucht das International Council on Sys-tems Engineering (INCOSE) diese vielen Herangehens-weisen zusammenzu-führen und das SE zu vereinheitlichen: SE soll als genereller, branchenunabhängi-ger Ansatz etabliert werden. Über die zentralen Aufgaben in der Pro-duktentwicklung hinaus berück-sichtigt SE die wechselseitigen Abhängigkeiten aller Tätigkeiten bis hin in das sozioökonomische Umfeld einer gesamten Branche (Bild 3). Systems Engineering lie-fert Methoden mit denen System-denken in der Produktentstehung unterstützt wird – anders als die weit verbreiteten spezialisierten Ansätze, wie bspw. die Design-for-X (DfX) Konzepte. Diese allein-stehenden Ansätze reichen nicht mehr aus, um die Funktions- und Wirkungsweise heutiger Systeme ganzheitlich sicherzustellen.

Systems Engineering ist also Aus-gangspunkt für die Produktentste-hung moderner technischer Syste-me. Gleichzeitig erklimmt Systems

Engineering mit dem sog. Mo-del-Based Systems Engineering (MBSE) eine neue Leistungsstufe. Mit einem zentralen Systemmodell soll als „Single Source of Truth“ von Beginn der Produktentstehung an eine fachdisziplinübergreifende Systemspezifikationkonsistentbe-schrieben und über den gesamten Lebenszyklus genutzt werden. Laut INCOSE ist MBSE

„[...] die formalisierte Anwendung der Modellierung des Systems

mittels grafischer Beschrei-bungssprachen zur Un-

terstützung von An-forderungsdefinition, Design, Analyse, Ve-rifikation und Vali-dierung von Beginn an über alle Phasen

des Produktlebenszyk-lus hinweg.“ [4]

Damit verspricht MBSE vielfältige Nut-zenpotentiale – die zunächst von einem

einheitlichen Systemverständnis bis hin zu konsistenten Produkt- undModulspezifikationenreichen.Als faszinierende Perspektive gilt die Idee, frühzeitige fachdisziplinü-bergreifende Analysen und Simu-lationen zu ermöglichen.

Bild 3: 5 Ebenen des Systems Engineerings [3]

Sozioökono-misches SE

Industriebe-zogenes SE

Unternehmens-bezogenes SE

Projekt SE

Produkt SE

Jesko Lamm,Senior Systems Engineer,Bernafon AG

„Model-Based Systems En-gineering: Teamwork wird so mit Modellen gestaltet“

Systems Engineering

Mechanik

Überblick

Detail

Fachliche Tiefe

Elektrik/Elektronik Software

Disziplinübergreifendes Wissen

Exp

erte

nwis

sen

etc.Einkauf



Was wollen wir mit dem SE-BPC erreichen?

Systems Engineering hat großes Potential für die Entwicklung und Erhaltung technischer Systeme. Allerdings ist es in Branchen au-ßerhalb der Luft- und Raumfahrt häufig noch nicht angekommen.Mit Model-Based Systems Engi-neering können die drängenden großen Herausforderungen kom-plexer Systeme noch besser an-gegangen werden. Wie bei jeder jungen Disziplin eröffnet sich hier noch ein Gestaltungsraum – bei gleichzeitig vorhandenen Kinder-krankheiten. Die vorhandenen Grundlagen sind gut, können aber noch geprägt und geformt werden. Gerade der Zuschnitt auf die Anfor-derungen jenseits des klassischen Anwendungsfelds in Luft- und Raumfahrt ist von höchster Bedeu-tung, um die existierende Adap-tionsbarriere von SE zu überwin-

den und MBSE zu einem höheren Reifegrad zu treiben. Nur so kön-nen die Bedürfnisse zukünftiger Anwender getroffen werden und Systems Engineering bzw. MBSE passgenau in die existierenden Strukturen integriert werden. Hier-bei ist das Gleichgewicht zwischen dem technisch Möglichen und dem organisatorisch Sinnvollen sicher-zustellen.Mit dem SE-BPC soll eine Kom-munikationsplattform aufgebaut werden, die sich dieser Heraus-forderung stellt. Mit diesem Erfah-rungsaustausch stellen wir sicher, dass die breitgestreute Expertise verschiedener Branchen bei der Weiterentwicklung von Systems Engineering und MBSE berück-sichtigt wird. Die Teilnehmer sind zudem Multiplikatoren für das The-ma im eigenen Unternehmen.

Die gemeinsamen Ziele aller vertretenen Unternehmen sind:

• Gemeinsames branchenübergreifendes Verständnis zu SE/MBSE etablieren

• SE/MBSE-Kommunikationsplattform aufbauen und beleben

• Informationsaustausch unter Anwendern zum Thema SE/MBSE ermöglichen

• Methodik, Prozessintegration bzw. konkrete Anforderungen an die IT-Infrastruktur weiterentwickeln und daraus Handlungsempfehlun-gen ableiten.

Die konkreten Ergebnisse des SE-BPC sind

• Produkte, die für die tägliche Arbeit der Teilnehmer einen direkten Nutzen bringen, bspw. Best Practice-Beispiele oder Checklisten

• Standpunkt-Veröffentlichungen, die eine gemeinsame Sicht der Be-teiligten auf das Themenfeld festhalten und zur Kommunikation mit u.a. Tool-Vendoren, Beratern herangezogen werden können

• Präsentationen, Methoden- und Begriffslandkarten zur Multiplikation von SE-Wissen im eigenen Unternehmen

Markus Walker,Elevator Systems Architect,Schindler Aufzüge AG

„Mit MBSE verfolgen wir mehrere Ziele. Dazu gehören beispielsweise: Produktopti-mierung durch ein besseres Verständnis der Abhängigkei-ten, eine bessere Wiederver-wendung von Komponenten und Kostenreduktion durch Ausreizen von Grenzen.“

Johannes Hirtenlechner,Development Bogie,Siemens AG Österreich

„SE als Disziplinen übergrei-fender Entwicklungsansatz in der frühen Phase bietet die beste Möglichkeit der Produk-toptimierung in Bezug auf Kosten und Anforderungs-erfüllung. Voraussetzung dafür ist generalistisches Ingenieurswissen des System Engineerings und laufende hohe Transparenz über den Produktentwicklungsstand.“



Was sind die Rahmenbedingungen im SE-BPC?

Wie wird der SE-BPC organisiert?

Der SE-BPC ist ein Industrie-arbeitskreis der GfSE und eine Kommunikationsplattform von An-wendern aus verschiedenen tech-nischen Branchen der D-A-CH-Region (Deutschland, Österreich, Schweiz) – OEMs und Zulieferer aus Automotive, Rail- und Nutzfahr-zeugen, Maschinen- und Anlagen-bau, Aerospace, Medizintechnik, … Die vertrauliche Zusammenarbeit steht im Vordergrund des Wirkens, wenngleich über den SE-BPC im Rahmen der üblichen Kommuni-kationsarbeit der GfSE berichtet wird – inhaltliche Ergebnisse wer-den jedoch nur nach Abstimmung und Freigabe durch die Beteiligten des SE-BPC kommuniziert. Bera-tungsunternehmen, Tool-Vendoren und universitäre Einrichtungen sind im SE-BPC nicht vertreten. Vielmehr werden sie zielgerichtet alsDiskussionspartner für spezifi-

sche Themen und Vorträge einge-laden.Der SE-BPC ist auf die Weiterent-wicklung des methodischen Kerns von Systems Engineering und Model-Based Systems Enginee-ring ausgerichtet. Die Fokussie-rung auf die Kerngebiete von SE und MBSE, der Kontakt zum Stand der Technik und die methodische Begleitung wird durch die zwei unabhängigen wissenschaftlichen Einrichtungen Fraunhofer-Projekt-gruppe Entwurfstechnik Mecha-tronik, Paderborn und VIRTUAL VEHICLE, Graz sichergestellt. Sie übernehmen die Koordination und Organisation des SE-BPC und ge-währleisten die Kommunikation mit der GfSE e.V. und anderen the-mennahen Initiativen und Organi-sationen wie bspw. ProSTEP iViP und den BMBF-Spitzenclustern wie z.B. its-OWL.

Der SE-BPC besteht aus den per-sönlichen Vertretern der beteilig-ten Unternehmen, die themenab-hängig einzelne Projektgruppen bilden können. Halbjährliche Ar-beitstreffen sollen die Erreichung der gesetzten Ziele sicherstellen. Der erste SE-BPC in jedem Kalen-derjahr wird durch einen Unterneh-menspaten begleitet und am Stand-ort des Unternehmens ermöglicht, derzweiteSE-BPCfindetbpsw.imRahmen des „Tag des Systems En-gineering„ der GfSE statt. Auf die-se Weise wird der kontinuierliche branchenübergreifende Austausch

sichergestellt und gleichzeitig die Sichtbarkeit der Initiative erhöht. Jeder SE-BPC orientiert sich am folgenden generischen Ablauf: Informationsaustausch, Bearbei-tung fachlicher Themen, Come Together, Festlegung weiterer Schritte. Der Ablauf eines SE-BPC wird jeweils spezifisch ausgelegt.Fraunhofer IPT-EM und VIRTUAL VEHICLE stellen die fachliche Or-ganisation sicher, die Kosten für das Rahmenprogramm und die Organisation des SE-BPC werden auf Selbstkostenbasis unter den Unternehmen aufgeteilt.

Prof. Dr. h.c. Helmut List, CEO, AVL List GmbH

„Die Kombination von Systems Engineering zur Erfassung al-ler Anforderungen bzw. Aufga-benstellungen und die Zusam-menführung von realer und virtueller Entwicklungsumge-bung ist der Königsweg zum „Mastering Speed and Com-plexity“. Damit kann in Ent-wicklungsprozessen sehr agil zwischen verschiedenen virtu-ellen und realen Experimen-ten gewechselt werden.“ [6]

Dr.-Ing. Christian von Holst,Global Systems Engineer, Deere & Company

„Systems Engineering@John Deere – A Competitive Ad-vantage in Mastering Global Challenges.“



AnsprechpartnerAndrew AndersonHead of Engineering Airbus Defence and SpaceDr. Jürgen BestleHead of Systems & Software Engineering,

Kontakt:

Gerd PokrakaBereichsleiter Corporate R&D

Kontakt:

Dirk DengerHead of SMTD

Kontakt:

Dr.-Ing. Roman DumitrescuAbteilungsleiter Systems Engineering

Kontakt:

Jürgen MenhartHead of Project Management

Kontakt:

Jesko LammSystem Integration & Verification

Kontakt:

Sascha AckvaManager for Processes, Methods and Tools for Systems [email protected]

Jan [email protected]

Dirk [email protected]

Christian TschirnerGruppenleiterSystems Engineering [email protected]

Jürgen [email protected]

Jesko LammSenior Systems [email protected]



Dr. Matthias KleinDirector Product Development Systems

Kontakt:

Dr.-Ing. Christian von HolstVertreter der John Deere Werke Mannheim

Kontakt:

Christian TschirnerGruppenleiterSystems Engineering [email protected]

Alexander GeldmacherSenior Manager System Development Car Access and ImmobilizationHuf Hülsbeck & Fürst GmbH & Co. [email protected]

Dr.-Ing. Christian von HolstGlobal Systems Engineer Suspension [email protected]

Philippe Henneau VP Head of Elevator Systems Engineering, Corporate R&D

Kontakt: Markus WalkerElevator Systems [email protected]

Helmut RitterHead of Engineering, Bogie, Main Line Transport, Mobility, Siemens AG Österreich

Kontakt: Johannes HirtenlechnerDevelopment [email protected]

Dr. Michael SchmejaHead of Information & Process Management

Kontakt: Andrea DengerTeam Leader Cross-Enterprise Methods and [email protected]

Bernd MödekerTeamleiter Mechatronik Systeme & [email protected]

Kontakt:



Sven-Olaf SchulzeVorsitzender des Vorstands

Kontakt: Sven-Olaf [email protected]

Quellenverzeichnis[1] In Anlehnung an Fritz, J. (2012) und Züst, R. (2004)

[2] SEBOK: http://www.sebokwiki.org

[3] Hitchins, D.: Systems Engineering: A 21st Century Systems Methodo logy, Wiley, 2007

[4] INCOSE: www.incose.org

[5] in Anlehnung an Fritz, J. (2012) und Ropohl, G.: Jenseits der Diszip-linen, 2009

[6] List, H. in „virtual vehicle magazine“, Nr. 18, III/2014



SE-BPC I/2013 - AVL List

SE-BPC I/2014 - Deere & Company

Dezember 2013Graz

Unternehmenspate: AVL List GmbH

Juli 2014Mannheim

Unternehmenspate: John Deere Werke Mannheim

Positionspapier Systems Engineering Best Practice Circle (SE-BPC)

Andrea DengerVIRTUAL VEHICLEInformation & ProcessManagementInffeldgasse 21/A8010 Graz, Austria

[email protected]

Christian TschirnerFraunhofer IPTProjektgruppe Entwurfstechnik Mechatronik Zukunftsmeile 133098 Paderborn, Germany

[email protected]

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