MBSE-gestützte Methoden zur Strukturierung und Anwendung von Baukästen in der Frühen Phase der PGE - Produktgenerationsentwicklung mechatronischer Steuergeräte im Einsatz in Kleinantrieben im Automobilbereich = MBSE-supported methods for Structuring and Application of Modular Kits in the Early Stages of PGE - Product Generation Engineering of Mechatronic Control Units in Small Drives in the Automotive Sector

Die Entwicklung des Automobils hin zu einem HiTech Multimediaprodukt ist nicht erst durch die neusten Erkenntnisse im Bereich des autonomen Fahrens abzusehen. Bereits seit dem Einzug der Mechatronik ins Fahrzeug ist eine stete Zunahme an Funktionalität zu beobachten. Im Zentrum des Geschehens stehen dabei die Steuergeräte, die als intelligente Schaltzentralen außerhalb oder innerhalb der elektrischen Komponenten des Fahrzeuges agieren. Der Bereich der elektrischen Kleinantriebe stellt bis heute einen der bedeutendsten Sektoren dieser Komponenten dar. Durch den zunehmenden globalen Wettbewerb sind auch in diesem Segment Individualität und Differenzierung zu unverzichtbaren Verkaufsargumenten geworden. ... mehrStandardisierungsmethoden allen voran die Baukastenentwicklung bieten an dieser Stelle die Aussicht, sich langfristig am Markt zu behaupten. Anders als in der Automobilindustrie, deren Baukästen über Jahre bestehen bleiben, zeichnet sich die Steuergeräteentwicklung aufgrund der unterschiedlichen Entwicklungszyklen der beteiligten Domänen, durch eine sehr hohe Innovationsdynamik aus. Gepaart mit den Trends der Hochintegration und der zunehmenden Funktionsdichte führt dies zu einem drastischen Anstieg der Produktkomplexität. Gerade in der frühen Phase eines Produktentstehungsprozesses, die sich ohnehin durch eine hohe Unsicherheit auszeichnet, gilt es geeignete Wege zum Umgang mit der vorherrschenden Komplexität zu ermöglichen. Hieraus entsteht der Bedarf nach geeigneten Ansätzen
die spezifischen Herausforderungen der Steuergeräteentwicklung im Einsatz elektrischer Kleinantriebe mittels Baukastenentwicklung adressieren zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden, an die Spezifika der frühen Phase der PGE – Produktgenerationsentwicklung mechatronischer Steuergeräte angepasste Methoden zur Baukastenstrukturierung und -anwendung entwickelt. Methodisches und modelltheoretisches Fundament des Forschungsvorhabens bilden dabei die Erkenntnisse der KaSPro – Karlsruher Schule für Produktentwicklung. Mittels der
Strukturierungsmethode wird eine detaillierte Vorgehensweise beschrieben, die den Leser ausgehend von einem Produktportfolio mechatronischer Steuergeräte zur Erstellung eines MBSE-gestützten Baukastenmodells führt. Um die Anwendung des Baukastens in der industriellen Praxis zu ermöglichen, wird eine Toolkette entwickelt, die dazu in der Lage ist, basierend auf realen Kundenanforderungen Produktempfehlungen aus dem Baukastenmodell heraus zu generieren und gegeneinander abzuwägen. Die unter der Durchführung von Fallstudien und Experteninterviews generierten Evaluationsergebnisse bestätigen die Eignung der Methoden zum praktischen Einsatz. Die automatisierte Baukastenanwendung zeichnet sich zusätzlich durch einen signifikanten Beitrag hinsichtlich der Effizienzsteigerung in der Ableitung von Produktkonzepten in der frühen Entwicklungsphase aus.

The development of the automobile into a high-tech multimedia product is not only foreseeable due to the latest findings in the field of autonomous driving. Ever since mechatronics entered the vehicle, a steady increase in functionality has been observed. At the center of the action are the control units, which act as intelligent control centers outside or inside the vehicle's electrical components. The field of small electric drives still represents one of the most important sectors of these today. Due to increasing global competition, individuality and differentiation have become indispensable sales arguments in this segment as well. ... mehrStandardization methods, above all modular kits, offer the prospect of long-term market success. Unlike in the automotive industry, where modular kits remain in place for years, ECU development
is characterized by very high innovation dynamics due to the different development cycles of the domains involved. Coupled with the trends of high integration and increasing functional density, this leads to a drastic increase in product complexity. Particularly in the early phase of a product development process, which is characterized by a high degree of uncertainty anyway, it is important to enable suitable ways of dealing with the prevailing complexity. This leads to the need for suitable approaches to address the specific challenges of ECU development in the use of small electric drives by means of modular development. In the context of the present work, methods for modular structuring and application adapted to the specifics of the early phase of the PGE – Product Generation Engineering of mechatronic ECUs are developed. The methodological and model-theoretical foundation of the research project is formed by the findings of the KaSPro
- Karlsruhe School for Product Development. By means of the structuring method, a detailed procedure is described that leads the reader from a product portfolio of mechatronic control units to the creation of an MBSE-supported modular kit model. In order to enable the application of the modular kit in industrial practice, a tool chain is developed which is able to generate product recommendations from the modular kit based on real customer requirements and to weigh them against each other. The evaluation results generated by conducting case studies and expert interviews confirm the suitability of the methods for practical use. The automated modular kit application also makes a significant contribution to increasing efficiency in the derivation of product concepts in the early development phase.