Durchgängige Systemmodelle ersetzen isolierte Dokumente
Model-Based Product Line Engineering optimiert die Entwicklung komplexer Produktfamilien durch die Kombination von MBSE und einem Merkmal-basierten Product Line Engineering (PLE). Dabei dienen digitale Modelle als zentrale Informationsquelle, um Variabilität über den Lebenszyklus hinweg systematisch zu steuern. (Quelle: PTC)
Modeler SySim (System Simulation) ermöglicht die Simulation von SysML-Designs auf einer Drag-and drop-Oberfläche, um das Verhalten frühzeitig zu validieren. (Quelle: PTC)
Volvo CE setzt hierfür unter anderem auf die ALM-Software Codebeamer von PTC sowie auf die Systems Modeling Language (SysML) als gemeinsame Sprache für ein konsistentes Rahmenwerk. Damit kann das Unternehmen textbasierte Anforderungen in strukturierte, maschinenlesbare Modelle überführen, was eine durchgängige Rückverfolgbarkeit und automatisierte Tests ermöglicht.
In den SysML-Modellen beschreiben die Entwicklungsteams das Verhalten der Muldenkipper mithilfe von Anwendungsfällen, Aktivitäten, Sequenz- und Zustandsdiagrammen. Alle beteiligten Disziplinen können parallel eine digitale Darstellung jedes einzelnen Teils des Systems entwerfen, testen und analysieren.
Jede Komponente ist stets mit den zugrundeliegenden Anforderungen verknüpft. Treten Abweichungen oder Fehler auf, lassen sich deren Ursachen schnell und eindeutig identifizieren und gezielt anpassen. Architektur, Funktion und späterer Code sind logisch miteinander verbunden. Dadurch werden sicherheitskritische Analysen deutlich vereinfacht. Nach der Validierung der Systemmodelle werden diese schrittweise in detaillierte Entwürfe überführt und mit der PLM-Software Windchill verknüpft.
PLM als Fundament
Bereits vor einigen Jahren hatte Volvo CE die PLM-Software eingeführt, um Datensilos und mehrere PDM-(Produktdatenmanagement-)Systeme mit zahlreichen Datenduplikaten durch einen Digital Thread und eine einheitliche Produktarchitektur zu ersetzen. Diese ermöglichen funktionsübergreifenden Teams die zentrale Verwaltung komplexer Hardware- und Softwarestrukturen.
Damit war bereits die Basis vorhanden, um CAD-Daten, Stücklisten, Fertigungsinformationen und Änderungsstände konsistent zu verwalten. Die Dokumentation bleibt dabei über den gesamten Entwicklungsprozess bis zur Produktion bestehen.
Das bringt auch Vorteile für Zertifizierungs- und Zulassungsprozesse, zudem wirken sich Änderungen automatisch auf alle betroffenen Artefakte aus.
Messbare Effizienzgewinne
Bereits die Einführung der PLM-Lösung hatte zu Verbesserungen geführt: Volvo CE konnte die späten Entwicklungsschleifen um bis zu 50 % reduzieren, die Kosten durch Qualitätsmangel waren um bis zu 30 % gesunken, die Effizienz um bis zu 70 % gestiegen. Nach der vollständigen Integration von MBSE kann Volvo CE jetzt eine erneute Effizienzsteigerung um 15 % bis 20 % verzeichnen und sieht weiteres Potenzial für bis zu 45 %. Der Weg dorthin erfordert jedoch Geduld und bringt einige Herausforderungen mit sich. Anfangs scheint der ROI gering, steigt dann aber exponentiell.
Damit dies gelingt, ist ein konsequentes Umdenken erforderlich. Denn ein zentrales Merkmal von MBSE ist der bewusste Verzicht auf frühzeitige Detailfestlegungen. Statt konkrete Geometrien zu modellieren, arbeiten die Teams zunächst mit abstrakten Systembausteinen, sogenannten Blöcken. Diese beschreiben, was ein System leisten soll und wie es strukturell aufgebaut ist, aber nicht, wie die physische Umsetzung im Detail aussieht.
Das bedeutet für Entwicklungsingenieure eine weitreichende Umstellung. Deshalb sind Schulungen, die auch die Skepsis der Ingenieure ernst nehmen, unabdingbar. Idealerweise sollten diese frühzeitig stattfinden, noch bevor Systeme aufgebaut werden. Die Akzeptanz lässt sich erhöhen, indem der Mehrwert von MBSE klar aufgezeigt wird: dass Abhängigkeiten, Varianten, Fehler und Auswirkungen von Änderungen frühzeitig sichtbar werden. Volvo CE konnte beispielsweise Modelle wiederverwenden und durch andere Abmessungen oder den Austausch von Teilen einfach anpassen. Zudem müssen alle Teams in SysML geschult werden, sodass alle dieselbe Sprache sprechen. Dabei ist ein guter Prozess entscheidend. Es erfordert Zeit, die Abläufe anzupassen, doch langfristig macht es ein Unternehmen effizienter, weil weniger Fehler passieren. Auch die Systeme sind mit Bedacht auszuwählen, sonst kann es dazu führen, dass die Effizienz sinkt. Nicht immer ist die vollständige Integration von MBSE sinnvoll. Als Minimum empfiehlt es sich, Excel durch ein professionelles Anforderungsmanagement-Tool zu ersetzen. Dies bringt bereits erkennbare Verbesserungen bei der Rückverfolgbarkeit.
Fazit
MBSE verschiebt den Fokus von der reaktiven Fehlerkorrektur hin zu einer vorausschauenden Systemgestaltung. Damit kann es dazu beitragen, komplexe Entwicklungsprojekte transparenter, robuster und effizienter zu gestalten. Die Einführung von MBSE ist mit Aufwand und Investitionen verbunden. Doch für Unternehmen wie Volvo CE, die mit steigender Produktkomplexität und hohen regulatorischen Anforderungen konfrontiert sind, rechnen sich die Investitionen definitiv.