Systems Engineering – Vorher mehr denken

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Mit der wachsenden Komplexität von Produkten und der immer engeren Verzahnung von Mechanik, Elektronik und Software wachsen die Ansprüche an die Konstruktion. Immer mehr Wechselwirkungen müssen berücksichtigt, immer mehr Funktionen aufeinander abgestimmt werden. Doch eine formalisierte Herangehensweise an die frühe Phase der Konstruktion bietet auch Vorteile.

Die Verzahnung von Mechanik, Elektronik und Software in Produkten bringt bisher ungekannte Flexibilität – und das gleich in mehrfacher Hinsicht: Der Entwickler kann bei vielen Funktionen entscheiden, ob er sie mechanisch, elektronisch oder in Software umsetzt. „Smarte“ Produkte lassen sich durch ein Softwareupdate in ihrer Funktionalität erweitern oder an neue Anforderungen anpassen – und nicht zuletzt besteht die Chance, eine erst in der Serie erkannte Schwachstelle durch ein Softwareupdate zu beheben.

Die Mechatronik hat aber auch einen Nachteil: Die Produkte sind weitaus komplexer als früher, nicht nur in ihrem Aufbau, sondern auch dadurch, dass eben alle drei Disziplinen in der Entwicklung gleichermaßen berücksichtigt werden. Die Zeiten, in denen der Maschinenbauingenieur eine Maschine entwickelte und der E-Techniker dann sehen musste, wie er die Verkabelung in das fertiggestellte Produkt einpassen konnte, sind vorbei. Die beiden älteren Disziplinen und die relativ junge Softwareentwicklung stehen gleichberechtigt nebeneinander – oder können einander sogar ersetzen.

Dies erfordert einen neuen Ansatz in der frühen Entwicklungsphase. Man muss wegkommen von der Gleichsetzung von Funktion und Umsetzung und den Prozess formalisieren. Heraus kommt dabei das Systems Engineering, in dem zunächst die Funktionalität des Produkts ganz neutral beschrieben – und sogar schon simuliert – wird. Erst im zweiten Schritt erfolgt dann die Festlegung, wie die einzelne Funktionalität umgesetzt wird.

Dies erfordert jedoch, dass die Disziplinen stärker miteinander vernetzt werden – die Abteilungen müssen nicht nur miteinander reden, sondern nahtlos zusammenarbeiten. Bisher steht dem oft die unterschiedliche Denkweise entgegen – für den Maschinenbauer hat eine Funktion immer gleich etwas mit einem Konstruktionsprinzip zu tun, der Elektroniker denkt stärker formalisiert und unabhängig von Geometrien, während der Softwareentwickler völlig andere Ansichten hat, wie viele Releasezyklen sinnvoll sind.

Dass die Disziplinen voneinander lernen können, zeigt sich unter anderem daran, wie PTC viele Funktionalitäten aus der PTC Integrity-Produktserie in PTC Windchill integriert hat. Von den Softwareentwickler lässt sich unter anderem lernen, wie schnelle Änderungszyklen sicher und zuverlässig gehandhabt werden.

Am Ende des Tages ist Systems Engineering eine dieser Funktionalitäten aus dem Softwarebereich. In der Programmierung – und auch er Elektronik – wird oft zunächst ein Funktionsschema aufgebaut, dessen einzelne Elemente dann in einem zweiten Schritt programmiert werden. Unter anderem in Embedded-Bereich ist dies die typische Vorgehensweise. Für den Maschinenbau bietet sich hier eine wertvolle Gelegenheit, von den anderen Disziplinen zu lernen – und PTC hat mit seinen PLM- und ALM-Angeboten die richtigen Werkzeuge dazu.

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