KaufmannSchuler16 TdSE Slides Systems-Reengineering finalraschul/Publikationen/Sources/Schuler16_TdSE_Slides... · Motivation Ausgangssituation Schwerpunkt Verwaltung der Produktdaten

SYSTEMSRE-ENGINEERINGEin Beitrag zur Integration von MBSE und PLMUwe Kaufmann,ModelAlchemy Consulting

Ralf Schuler,Fachgebiet Mechatronische Systeme, Hochschule Esslingen

Übersicht

26.10.2016 Tag des Systems Engineering, Herzogenaurach 2

Motivation


MotivationAusgangssituation

Schwerpunkt Verwaltung der Produktdaten (PDM)

Dokumentenzentriert Entscheidungsfindung durch

Menschen, wenig Rechnerunterstützung

neue Projekte starten auf Basis von Unterlagen aus alten Projekten + „Struktur“ (z.B. BOM / Stückliste)

Abhängigkeiten (Traceability) zwischen den Disziplinmodellen nur manuell nachvollziehbar

Logisches und funktionales Modell sind im PLM nur implizit enthalten

immer noch meist in der frühen Phase („erweitertes Anforderungsmanagement“)

SysML für MBSE noch nicht „produktiv“ (z.B. Automotive)

SysML hat noch Defizite bei der Repräsentation aller Disziplinen (z.B. keine Gestalt/ Geometrie)

MBSE wird oft als Zusatzaufwand angesehen


PLM MBSE

Systems Re-EngineeringZielsetzung

• Die Hürden für die Einführung von MBE senken

• Bereitstellung von wiederverwendbaren Artefakten

• MBSE mit dem gesamten Produktlebenszyklus verknüpfen


MBSE hat Disruptionspotenzial,muss aber inkrementell eingeführt werden !

Systems Re-EngineeringBegriffsklärung• Def. Re-Engineering: Neugestaltung eines existierenden Produkts

oder Systems mit dem Ziel der Anpassung an geänderte Anforderungen

• Def. Reverse Engineering: Regenerierung des IST-Zustands eines Produkts oder Systems mit dem Ziel der Replikation

• Systems Re-Engineering ist die Erweiterung des Re-Engineerings mit der Zielstellung der Bereitstellung eines funktionalen und logischen Modells eines Produkts oder Systems


Systems Re-Engineering unterstützt die Nutzbarmachungexistierender Produktdaten im MBSE.

Systems Re-EngineeringNutzen und Anwendungsfälle• Unterstützung eines rapiden / automatisierten Aufbaus von

Modellbibliotheken / Normteilkatalogen für das MBSE (SysML)

• Nachdokumentation von fertigen Produkten für ein besseres Verständnis (z.B. für Diagnose, Reparatur)

• Bereitstellung detaillierter Systemparameter von Systemkomponenten im MBSE, Verbesserung der virtuellen Absicherung in der frühen Phase (z.B. Abmessungen von CAD-Modellen)

• Semantisch genauere Repräsentation von Felddaten bereits in der frühen Produktentstehungsphase

• Migrationsunterstützung für Engineering Projekte(z.B. Hydraulik Elektromechanisch)


Systems Re-EngineeringMBSE und PLM Integration

Anforderungen

Funktionsstruktur

Wirkstruktur(phys. Effekte)

ME EE SW

BauteilstrukturME: MechanikEE: ElektronikSW: Software


PLM Pflichten-

heftDaten-blätter

CAD Modelle

Stück-listen

Schalt-pläne

Software Code

PLM Datenobjekte

…

MB

SE

Bottom-Up

Top-Down

PraxisbeispielAusgangssituation

<Gegeben> Fahrzeug welches autonom einer Fahrbahnmarkierung bis zu einemgelben, roten oder grünen Farbpunkt folgt (abhängig von einer Nutzereingabe) und anschließend innerhalb der nächstgelegenen Markierung (A, B, C, E) autonom parkt.


<CAD Daten> <Software (proprietär)> <Dokumentation>

PLM Datenobjekte

PraxisbeispielRe-Engineering der mechanischen Bauteilstruktur

Verwendung von Package-Diagrammen (pkg) und Blockdefinitions-Diagrammen (bdd).


ME

Bauteilstruktur

<PLM> CAD Modelle

bdd

pkg

Strukturinformationen aus den CAD-Daten oft zu detailliert. Konsequente Modul- und Baugruppendefinition im CAD erforderlich.

PraxisbeispielRe-Engineering der Wirkstruktur


Abbildung der Wirkstruktur mit internen Blockdiagrammen (ibd).

Wirkstruktur(phys. Effekte)

ibd

<PLM> Datenblätter

<Multiphysics>

Verzicht auf Parametrische Diagramme (par), da sehr ungewohnt. Andere „Ingenieur“-Werkzeuge besser geeignet.

Systemanalyse der Sensoren und Aktuatoren erforderlich.

PraxisbeispielRe-Engineering der Anforderungen


Clustern der Anforderungen in Package Diagramm (pkg) und Ausformulierung in Requirements Table (req).

Anforderungen

<PLM> Pflichtenheft

<Systemtests>

req

pkg

Pflichtenheft hinsichtlich Anforderungen nicht vollständig. Ergänzung von „impliziten“ Anforderungen durch Beobachtung des Systemverhaltens in Systemtests erforderlich.

PraxisbeispielRe-Engineering der Funktionsstruktur


Ableitung der Funktionsstruktur unmittelbar aus PLM Datenobjekten problematisch (diese Abstraktion liegt i.d.R. nicht vor). Es empfiehlt sich eine Ableitung aus den Anforderungen und der Wirkstruktur. Abbildung mit internen Blockdiagrammen (ibd).

Funktionsstruktur

<MBSE> Anforder.

<MBSE> Wirkstruktur

ibd

Morphologischer Kasten ist hilfreich, um Entscheidungen zu rekapitulieren.

Verzicht auf Parametrische Diagramme (par), da sehr ungewohnt. Computer Aided Software Engineering (CASE) Werkzeuge besser geeignet.

PraxisbeispielRe-Engineering der Softwarearchitektur

Beschreibung des Verhaltens mit Zustandsdiagrammen (stm).


SW

Bauteilstruktur stm

<Systemtests>

<MBSE> FA

<CASE>

Manueller Transfer der CASE Modell in SysML (ibd).

PraxisbeispielFazitPL

MM

BSE

Pflichten-heft

Bottom-Up

Daten-blätter

CAD Modelle

Software Code

PDF PDF JT proprietär

Papyrus

ME

Bauteilstruktur

bdd

pkg

Mindstorms® Inventor ®

Funktionsstrukturbdd

ibd


ME: MechanikEE: ElektronikSW: Software

Matlab®/Simulink®

Stateflow®

Embedded Coder®

Simscape®

Virtuelle Verifikation

Anforderungenpkg

req

Wirkstruktur(physik. Effekte) ibd

SW

stm

Zusammenfassung• Systems Re-Engineering ist eine

zielgerichtete Möglichkeit, eine SysMLBeschreibung eines existierenden Produktes zu erzeugen. Es bietet sich für den Einstieg in das MBSE an.

• Die erstellten Modelle sind eine Basis für Variantenentwicklungen und Baukastenkonzepte.

• Die erstellten Modelle bilden außerdem den Ausgangspunkt für eine virtuellen Verifikation und die automatische Code-Generierung.

• Für eine zukünftige Verwendung können Modellanteile in Bibliotheken überführt werden.


• Die Modellierung soll weiter formalisiertwerden.

• Eine Werkzeugkette soll aufgesetzt werden, die eine bessere Modelldurchgängigkeit ermöglicht.

• Im vorgestellten Praxisbeispiel waren die elektrischen und elektronischen (EE) Anteile bisher nicht enthalten. Diese sollen zukünftig berücksichtigt werden.

• Es soll betrachtet werden, welche Elemente der SysML-Modelle als „Configuration-Item“ in das PLM übernommen werden müssen.

Bei Interesse an diesen Fragestellungen AG PLM4MBSE der GfSE

& Ausblick

VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT


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