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EFFIZIENTE ENTWICKLUNG SICHERHEITSKRITISCHER SYSTEME DANK MODEL BASED ROBUST ENGINEERING

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Von M.Sc. Holger Wessels, Junior Consultant Systems Engineering


Komplexe Systeme mit Model Based Systems Engineering im Ganzen besser überblicken und die optimale Lösung für Anforderungen aller Stakeholder entwickeln.
Dank der Kombination von MBSE und Robust Engineering werden mögliche Fehlerursachen schon frühzeitig in der Erstellung der Architektur berücksichtigt und Gegenmaßnahmen integriert.
An einem Entwicklungsbeispiel wird deutlich, dass durch die modellbasierte Arbeitsweise alle notwendigen Informationen für die Robustheitsanalyse generiert werden können.

Modellbasiertes Systems Engineering (MBSE) gewinnt für die Entwicklung komplexer Systeme in einer Vielzahl unterschiedlicher Branchen zunehmend an Bedeutung. Im Gegensatz zum dokumentenbasierten Systems Engineering integriert MBSE die Systeminformationen in zentralen digitalen Systemmodellen und verknüpft sie miteinander, um Nutzerpotenziale entlang des gesamten Entstehungsprozesses hinweg auszuschöpfen.

Im Zuge der Entwicklung von sicherheitskritischen Systemen kommen neben dem MBSE auch Methoden wie Robust Engineering zum Einsatz, mit denen die Funktionsweise dieser Produkte auch unter widrigen Bedingungen und Schwankungseinflüssen sichergestellt werden soll. Die Grundidee ist, die Absicherung der Qualität des System-Outputs zunächst ohne eine Einengung von Toleranzen zu erreichen, insbesondere um hohe Kosten zu vermeiden.

INTEGRATION VON SICHERHEITSANALYSEN BEREITS BEI DER ERSTELLUNG DER ARCHITEKTUR BERÜCKSICHTIGEN

invenio hat im Zuge der täglichen Arbeit Optimierungspotenziale in den Entwicklungsmethoden identifiziert, um – dank der Vernetzung von MBSE und Robust Engineering zum sogenannten Model Based Robust Engineering – innovative Systeme in Zukunft noch zeiteffizienter und kostengünstiger zu realisieren.

Model Based Robust Engineering

Die Vorteile des systembasierten Model Based Systems Engineering werden mit denen des Robust Engineerings verknüpft, um bereits in der Produktentstehungsphase auf eventuelle Störgrößen eingehen zu können..

Während der Entwicklung wird ein System für gewöhnlich mithilfe einer Vielzahl von Analysemethoden auf Verbesserungsmöglichkeiten und Fehlerursachen untersucht. Die unterschiedlichen Parameter, wie beispielsweise FMEA, FMEDA, Robustheitsanalyse sowie die Architektur an sich, sind bisher unabhängig voneinander untersucht und in separaten Dokumenten oder Tools gepflegt worden – das Betrachten möglicher Wechselwirkungen ist dadurch wesentlich erschwert worden. Die getrennten Betrachtungsweisen, welche in Robustheit und Zuverlässigkeit unterschieden werden, können mithilfe modellbasierter Entwicklungsansätze und der Nutzung von entsprechenden Methoden und Prozessen überwunden werden. Auf diese Weise sind Veränderungen und Weiterentwicklungen am System automatisch und vor allem durchgängig mittels Verknüpfungen, sogenannter Trace-Links, in allen Entwicklungsumgebungen verfügbar – was zu einer besseren Fehlererkennung und in der Folge zu einer Zeitersparnis in der Entwicklung sowie Systemintegration führt.

„Die notwendigen Informationen für das Robust Engineering werden in den MSBE-Schritten ermittelt und in den Systemmodellen abgebildet. Diese Informationen werden wiederum aus dem Systemmodell über eine Schnittstelle dem weiterführenden Robust Engineering zur Verfügung gestellt. Die Konsistenz der Daten ist also zu jedem Zeitpunkt sichergestellt. Die Vernetzung der bisherigen Einzellösungen ermöglicht es, schon während der Anforderungs- und funktionalen Analyse die Aufwände in der späteren Phase der Designfestlegung abzufangen. Die Integration der Robustheitsanalyse in das Systemmodell liefert auch im Hinblick auf die zentrale Dokumentation der Ergebnisse und der gesteigerten Traceability, sprich Nachvollziehbarkeit, einen großen Mehrwert im Entwicklungsprozess”, erläutert Herr Holger Wessels.

MUSIKBOX FÜR DEN AUSSENEINSATZ – EIN BEISPIEL DES MODEL BASED ROBUST ENGINEERINGS

Die Funktionsweise der Vernetzung von MBSE und Robust Engineering wird nachfolgend am Anwendungsfall einer fiktiven Entwicklung einer Musikbox deutlich, welche im Outdoor-Bereich eingesetzt werden soll.

Zunächst wird auf der Requirements-Ebene – auf Basis der Anforderungen an das System der Musikbox – neben den Anwendungsfällen und Aktivitäten auch der Systemkontext analysiert: Es kann beispielsweise starker Regenfall auf die Musikbox einwirken, was direkt in die Modellierung des Kontextes mit einfließt. Auf diese Weise werden die für die Robustheitsanalyse relevanten Informationen ins Modell integriert und es können sofort Gegenmaßnahmen in der weiteren Systemarchitektur mitberücksichtigt werden.

Von der Stör- zur Steuergröße

Dank des MBRE kann die Robustheit nachgewiesen werden, sodass das Produkt gegen jede Störgröße mit einer dieser entgegenwirkenden Steuergröße abgesichert ist.

Nach der Identifikation der Anforderungen, Anwendungsfälle und des Kontextes kann nun die Definition der funktionsrelevanten Systemeigenschaften erfolgen. In anschließenden Aktivitätsdiagrammen werden die Abläufe und Informationsflüsse dargestellt. Somit beschreiben die Diagramme übersichtlich, wie der benötigte System-Output erzeugt wird. Zu guter Letzt muss das Design verifiziert und die Robustheit nachgewiesen sowie die definierten Systemeigenschaften in das Modell integriert werden, um den Nachweis zu liefern, dass alle Störgrößen mitberücksichtigt werden und das entsprechende Design gegen diese abgesichert und ausgelegt worden ist. Über diese Verknüpfung wird die Traceability zwischen Stör- und Steuergrößen sichergestellt.

Die Vernetzung der beiden Prozesse als völlig neuartige Lösung im Bereich des Systems Engineering kann in Produkten eingesetzt werden, bei denen menschliche Leben durch einen Fehler im System gefährdet sein könnten.

Haben auch Sie Interesse, mit uns Ihr sicherheitskritisches Produkt zu verwirklichen? Wir freuen uns auf ihre Kontaktaufnahme.
Holger Wessels
Ihr Holger Wessels
Junior Consultant Systems Engineering
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