Modellierung Beschleunigt oder bremst MBSE die Entwicklung von 500 kW Bremsleistung?

Kern des Beitrags ist ein Erfahrungsbericht über den Einsatz von modellbasiertem Systems Engineering (MBSE) in einem Kundenprojekt. Ziel des Projekts war die Entwicklung und Bereitstellung eines Bremsfahrzeugs mit einer Bremsleistung von 500 Kilowatt.

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Bereits zum Projektstart wurde kontrovers diskutiert, ob MBSE eingesetzt werden soll, welche Erwartungen an das Modell gestellt werden und welche Ausprägung der Einsatz der Methode haben soll und darf. Diese Fragen wurden besonders durch das straffe Projekt-Budget geprägt. Somit war klar, dass ein Einsatz der Methodik möglichst pragmatisch und effektiv ablaufen muss. Der Beitrag geht auf die frühe Projektphase, die Umsetzung von MBSE sowie auf ein Resümee des Ganzen ein.

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„Wir hätten gerne ein Fahrzeug, das unsere Zugmaschine mit bis zu 500 Kilowatt gezielt abbremsen kann. Ach ja, bis Ende des Jahres bitte!“ Diese Aufgabenstellung ist lösbar. Mit und ohne den Einsatz von MBSE. Was ist besser? Pauschal kann das sicher nicht beantwortet werden. Der gemeine Systems Engineer spricht sich gemäß seiner inneren Überzeugung natürlich für den Einsatz von MBSE aus. Der gemeine Gesamtverantwortliche kann dies unter Umständen jedoch anders sehen.

Als Entwicklungsdienstleister und Systemintegrator ist die enders Ingenieure GmbH bei der Entwicklung mechatronischer Gesamtsysteme auf eine eng verzahnte und gut abgestimmte interdisziplinäre Arbeitsweise angewiesen. MBSE stellt hierfür prinzipiell genau das richtige Werkzeug dar. Da das behandelte Projekt jedoch ein knapp kalkuliertes Budget aufwies, war der Einsatz der Methodik gut abzuwägen und entsprechend zu planen.

Bremsfahrzeug – Vorstellung des Projekts

Die enders Ingenieure GmbH erhielt von einem führenden Landtechnik OEM die Beauftragung, ein spezielles Bremsfahrzeug zu entwickeln und voll funktionsfähig bereitzustellen. Von der Beauftragung bis zur Auslieferung war ein Zeitraum von knapp einem Jahr geplant.

Die Kern-Funktion des Fahrzeugs ist es, an eine Zugmaschine angehängt zu werden und über diese direkte mechanische Kopplung eine vorgegebene Bremslast aufzubringen. Dabei sollen Spitzen von bis zu 500 kW Bremslast realisiert werden. Zur Anwendung kommt dieses Fahrzeug bei messtechnischen Untersuchungen an der Zugmaschine.

Im Folgenden wird kurz das technische Grundkonzept umrissen. Das Bremsfahrzeug (BFZ) besteht im Wesentlichen aus einem Zwei-Achs Anhänger, der über eine spezielle Deichsel an die Zugmaschine angehängt wird. Die Bremskraft wird durch eine Wirbelstrombremse erzeugt und über ein Getriebe direkt an die beiden Achsen des Fahrgestells gekoppelt.

Aufgrund der hohen Leistungen von bis zu 500 kW erfolgt die Wärmeabfuhr von der Wirbelstrombremse über eine Wasserkühlung. Alle elektrischen Verbraucher werden durch einen mobilen Dieselgenerator versorgt. Die Steuerung des BFZ erfolgt über ein Bedieninterface welches in die Kabine der Zugmaschine installiert wird und eine direkte Verbindung zur eigentlichen BFZ Steuerung hat, welche direkt im Anhänger sitzt. (siehe Bild 1 in der Bildergalerie)

MBSE – Auswahl und Festlegung der Vorgehensweise

Die Grundidee für das Projekt bestand im Einsatz einer Systemmodellierung mit SysML zur Unterstützung der Konzeptphase. Diese Idee galt es jedoch zuallererst mit den Projektbeteiligten und den Gesamtverantwortlichen abzustimmen. Genauer gesagt galt es zunächst etwas Überzeugungsarbeit zu leisten. (siehe Bild 2 in der Bildergalerie)

Dies gestaltete sich nicht zuletzt deswegen herausfordernd, da viele der Beteiligten eine sehr geringe oder kaum vorhandene Kenntnis über die Vorgehensweise des MBSE und im Speziellen über die Modellierungssprache SysML hatten. Diese Ausgangsbasis stellte einen wichtigen Einflussfaktor auf die Ausprägung der ausgewählten Methodik dar.

So war von vorn herein klar, dass alles sehr pragmatisch und einfach nachzuvollziehen sein musste. Es sollte nicht den faden Beigeschmack von Zusatzaufwand haben oder eine umständliche Einarbeitung voraussetzen. Des Weiteren war zu beachten, dass die Ausarbeitung der Modellierung mit geringen Aufwänden umzusetzen sein musste, da das Projektbudget insgesamt sehr straff ausfiel.

Die angewandte MBSE-Methodik ist gemäß der Rahmenbedingungen des Projekts skaliert und beinhaltet im Prinzip fünf Schritte (Bild 2). Die einzelnen Punkte sind als eine Abfolge dargestellt. Die tatsächliche Umsetzung erfolgt allerdings vielmehr iterativ und inkrementell. Eine Modellierung der Struktur kann etwa Auswirkungen auf das Verhalten haben oder die genauere Betrachtung von Anwendungsfällen Rückwirkungen auf die Requirements.

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