Ein Beitrag zur Potenzialausschöpfung von Systemarchitekturmodellen durch methodische Verknüpfung zu Berechnungsmodellen = A contribution to the exploitation of the potential of system architecture models by methodical linkage to computational models

Komplexe, mechatronische Produkte stellen besondere Herausforderungen an interdisziplinäre Entwicklungsteams hinsichtlich eines gemeinsamen Systemverständnisses und der Konkretisierung des Zielsystems unter Berücksichtigung der gesamtsystemischen Zusammenhänge. Systems Engineering bietet Ansätze und Methoden, diesen Herausforderungen zu begegnen, zentraler Aspekt ist dabei der Wandel von dokumentenbasierter hin zu modellbasierter Entwicklung. Ein Ansatz ist die Nutzung eines qualitativen Systemarchitekturmodells zur zentralen Dokumentation der Systemstruktur und –zusammenhänge. ... mehrDieses Modell kann als Rückgrat der Produktentwicklung eine Basis für die Konsistenz weiterer Systemmodelle darstellen. Aktuelle Studien legen nahe, dass die Umsetzung von modellbasiertem Systems Engineering in der Praxis hinter den forschungsseitig aufgezeigten Potenzialen zurückbleibt.
Ziel dieser Arbeit ist es daher, einen Ansatz zur methodischen Unterstützung der Verknüpfung zwischen Artefakten eines Systemmodells und eines Berechnungsmodells zur Zielsystemkonkretisierung zu entwickeln um dadurch Akzeptanz und Nutzung von Systemarchitekturen zu unterstützen. Der Arbeit liegt dabei die Hypothese zugrunde, dass durch einen Ansatz zur systematischen Nutzung der Systemarchitektur Faktoren reduziert werden können, die zu geringer Akzeptanz und Anwendung dieser führen. Insbesondere wird die Nutzung der Systemarchitektur für die Modellbildung eines Berechnungsmodells und für die Dokumentation der daraus abgeleiteten Entscheidungen und Anforderungen betrachtet.
Um die Hypothese zu untersuchen, werden auf Basis aktueller Studien und semi-strukturierter Interviews Faktoren identifiziert, die einen Hinderungsgrund für Akzeptanz und Nutzung von Architekturmodellen darstellen. Die Arbeit zeigt auf, dass wesentliche Hinderungsfaktoren der Aufwand der Architekturerstellung in Kombination mit der geringen Nutzbarkeit für die Erstellung quantitativer Systemmodelle und die Nachvollziehbarkeit der daraus konkretisierten Anforderungen sind. Darauf aufbauend wird analysiert, wie Erstellung und Nutzung von Architekturmodellen besser in bestehende Entwicklungsprozesse – insbesondere in die Erstellung quantitativer Modelle - integriert werden können. Ergebnis ist ein methodischer Ansatz, der am Beispiel eines elektrifizierten Fahrzeugantriebs experimentell angewendet wird. Aus den Erkenntnissen der experimentellen Anwendung werden Potenziale und Risiken für die Implementierung des Ansatzes in die Praxis abgeleitet.

Complex, mechatronic products pose special challenges to interdisciplinary development teams with regard to a common understanding of the system and the concretization of the system of objectives, taking into account the overall system interrelationships. Systems engineering offers approaches and methods to meet these challenges, a central aspect is the shift from document-based to model-based development. One approach is the use of a qualitative system architecture model for central documentation of system structure and interrelationships. As the backbone of product development, this model can provide a basis for the consistency of further system models. ... mehrBut current studies show that the implementation of model-based systems engineering in practice falls short of the potential shown by research.
Therefore, this thesis aims to develop an approach to methodically support the linkage between artefacts of a system model and a computational model in order to support acceptance and use of system architectures. The work is based on the hypothesis that an approach to systematically use the system architecture for modelling a computational model and documenting the decisions and requirements derived from it can reduce factors that lead to low acceptance and use of the system architecture.
To investigate the hypothesis, factors that are barriers to acceptance and use of architecture models are identified based on recent studies and semi structured interviews. The thesis shows that significant hindering factors are the effort of architecture creation in combination with the low usability of the architecture model for the creation of quantitative system models and the traceability of the requirements concretized from them. Based on this, it is analysed how the creation and use of architecture models can be better integrated into existing development processes - in particular into the creation of computational models. Result is a methodological approach that is applied experimentally using the example of an electrified vehicle powertrain. Potentials and risks for the implementation of the approach in practice are derived from the findings of the experimental application.