Modellbasiertes System-Engineering SysML 2.0: Eine Entdeckungsreise durch die neuen Features

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Im September 2025 veröffentlichte die Object Management Group (OMG) SysML 2.0, den aktuellsten Sprachstandard zur Modellierung komplexer Systeme. Was sind die wichtigsten Features, und wo die bedeutendsten Unterschiede zu den Vorgängerversionen 1.7-1.0?

Jetzt ist sie offiziell da, die Systems Modeling Language 2.0. Das Standardisierungsgremium Object Management Group (OMG) hat den neuen Sprachstandard zur Modellierung komplexer Systeme im September 2025 offiziell veröffentlicht . Auf dem ESE Kongress 2022 konnte die MBSE-Community bereits vor Jahren einen ersten Eindruck von dem bekommen, was Neues auf sie zukommen wird.

Auch in SysML 2.0 ist es grundsätzlich möglich, alles, was man mit der SysML 1.7 – der letzten Version der 1.x-Serie – modelliert hat, ebenfallszu modellieren. doch es existieren durchaus einige noch nicht so bekannten Ecken der Modellierungssprache, die einen näheren Blick wert sind.

KerML – das formale Fundament

Wir starten unsere Reise an den Fundamenten der SysML v2. Denn wer mit der neuen SysML arbeiten möchte, sollte wissen, dass sie es eigentlich mit zwei Sprachen zu tun hat: Der Systems Modeling Language 2.0 als Sprache speziell für das Model-Based Systems Engineering (MBSE), sowie auch mit der Kernel Modeling Language (KerML), die den architekturellen Unterbau für die SysML bereitstellt (siehe Bild 1). KerML positioniert sich selbst als eine anwendungs- und domänenunabhängige Modellierungssprache für Systeme im weitestmöglichen Sinne. KerML umfasst:

• Allgemeine syntaktische Konstrukte zur Strukturierung von Modellen, wie beispielsweise Beziehungen, Annotationen und Namensräume;

• Zentrale semantische Konstrukte, deren Semantik auf Klassifizierung basieren; sowie

• Zusätzliche Konstrukte für häufig benötigte Modellierungsfunktionen, wie beispielsweise Assoziationen und Verhalten.

KerML ersetzt das, was bei der SysML 1.x noch die UML war. Doch warum hat man sich im Submission Team, welches die Sprache entworfen hat, entschieden, sich bei der Spracharchitektur der neuen SysML von der UML gänzlich zu trennen?

Die UML bietet zwar eine strukturierte, aber nicht vollständig formalisierte Notation. Das bedeutet, sie ist nicht eindeutig mathematisch interpretierbar. KerML hingegen ist so spezifiziert, dass diese Sprache präzise, eindeutig und maschinell überprüfbar ist. Dies geschieht in der Spezifikation mit Hilfe von Ausdrücken in logischer Notation 1. Ordnung (Prädikatenlogik). Das hat den Vorteil, dass es keine Interpretationsspielräume mehr gibt, denn jedes KerML-Modellierungskonzept hat eine klar definierte Semantik. Das wiederum ermöglicht eine formale Verifikation, d.h. es ist mathematisch beweisbar, ob ein KerML-Modell – und infolgedessen auch ein SysML-v2-Modell – bestimmte Eigenschaften erfüllt (z. B. Korrektheit, Konsistenz, Vollständigkeit). Analysewerkzeuge können somit automatisch Beweise führen, Modelle prüfen (Simulationen), Fehler finden oder auch andere Repräsentationen, wie beispielsweise Code, generieren. Das ist insbesondere bei der Modellierung von sicherheitskritischen und sehr komplexen Systemen ein enormer Vorteil. Gleichzeitig macht es die neue SysML v2 fit für die aktuellen und zukünftigen Herausforderungen im modernen Systems Engineering; Stichworte wären hier: Digital Twin und Digital Thread.

Sechs Spezialisierungsarten

Wahrscheinlich etwas ungewohnt und überraschend dürfte es sein, dass es nun nicht mehr, wie noch in der SysML 1.x, nur eine explizite Form von Spezialisierung (Generalisierung) gibt, sondern gleich sechs verschiedene Spezialisierungsarten.

Die frühere Generalisierungsbeziehung, die unter anderem zwischen SysML-1-Blöcken genutzt werden konnte, um eine taxonomische Hierarchie zu modellieren, wird nun in der SysML v2 durch das Konzept Subclassification ersetzt und durch das Schlüsselwort specializes (:>) ausgedrückt. Subclassification ist zwischen Definitionselementen desselben Typs, z. B. zwischen zwei Part Definitions, zulässig. Ihre grafische Notation ist identisch zur SysML 1.x geblieben.

Alle weiteren Spezialisierungsarten, die in der Abbildung gezeigt werden, sind in der SysML v2 neu hinzugekommen. So sind mit subsets (:>) nun auch Spezialisierungen zwischen Elementen auf der Verwendungsebene zulässig.

Erst sehr spät und kurz vor Veröffentlichung der Spezifikation ist das Cross Subsetting (crosses) hinzugekommen. Es wurde dabei sogar vergessen, eine entsprechende grafische Notation in die Spezifikation aufzunehmen; ein Fehler, der sicherlich mit der Version 2.1 behoben sein wird.

Jede dieser Spezialisierungen hier im Text vorzustellen, dürfte den Umfang dieses Artikels sprengen, im Vortrag werden sie aber kurz erklärt.

4D-Modellierung

Unser nächster Stopp auf unserer Reise führt uns zur 4D-Modellierung. Sehr viele Modellierungselemente in der neuen SysML v2 sind sogenannte Occurrences. Eine Occurrence (dt.: Erscheinung, Geschehnis oder Vorkommnis) hat die Eigenschaft, dass es eine zeitliche Ausdehnung haben kann und möglicherweise auch eine räumliche Ausdehnung.

Für die Modellierung zeitlicher Ereignisse und Ausdehnungen besitzt jede Occurrence – dazu zählen beispielsweise auch die Modellierungskonzepte Item und Part – sogenannte Time Slices und Snapshots (Letztere sind quasi Time Slices ohne Dauer).

Damit ist es nun beispielsweise möglich, temporale Aspekte in ein Modell zu bringen. So lassen sich damit die Lebenszyklusphasen eines Systems modellieren, wie es in Abbildung 3 sowohl in textueller als auch in grafischer Notation dargestellt ist.

Eine räumliche Ausdehnung kann ebenfalls modelliert werden, was ja aber nur Sinn bei physischen/materiellen Dingen macht. Die Modellierungskonzepte Item und Part haben daher eine Eigenschaft shape, die verwendet werden kann, um die räumliche Begrenzung des damit modellierten Systembestandteils zu definieren.

Feature-Based Product Line Engineering (PLE)

Die nächste Etappe unserer Reise führt uns zur Modellierung von Produktfamilien. Es dürfte heutzutage wohl so gut wie keine Produktentwicklung mehr geben, die nicht mit Varianten umgehen muss. Dabei kann die Anzahl an denkbaren Ausprägungen und Konfigurationen eines einzelnen Produkts sehr schnell astronomische Größenordnungen annehmen.

Die SysML 1.x war noch nicht nativ mit Konzepten ausgestattet, um Variantenmodellierung direkt zu unterstützen. Bei der SysML v2 gibt es nun die beiden Schlüsselwörter variation und variant, die grundlegende Möglichkeiten eines Feature-Based Product Line Engineerings, angelehnt an den internationalen Standard ISO/IEC 26580:2021, bereitstellen.

Ausgangspunkt ist dabei ein sogenanntes Shared Assets Superset, auch manchmal „150%-Modell“ genannt. Dabei handelt es sich um ein überspezifiziertes Modell eines Systems oder Produkts, weil es alle möglichen Variationen enthält, aber dadurch in seiner Gänze natürlich kein funktionierendes System repräsentieren kann.

Über ein ausgewähltes Feature Set aus einem Feature Catalogue wird dann aus diesem Shared Assets Superset exakt eine mögliche, konsistente Produktkonfiguration ausgewählt und dessen entsprechendes Modell, Product Asset Instance genannt, ausgeleitet.

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Application Programming Interface (API) & Services

Die letzte Station führt uns nun zu einem Werkzeugthema. Eine Vision des MBSE ist ja, dass das Systemmodell zur einzig relevanten Quelle für alle Informationen in einem Systems Engineering Projekt wird – man spricht auch von einer „Single Source of Truth“. Mit der neuen, standardisierten Systems Modeling API & Services dürfte man diesem Ziel einen großen Schritt nähergekommen sein: Erstmals wird damit eine standardisierte Schnittstelle zum SysML Modell-Repository spezifiziert, die es ermöglicht, mit vielen unterschiedlichen Softwarewerkzeugen auf die Modelldaten zuzugreifen: Tabellenkalkulationssoftware, mathematische Solver, ALM- und PLM-Systeme, Large Language Models (LLM), CAD/CAM-Werkzeuge, u. v. m.

Teil des API & Services Standards ist sowohl eine plattformunabhängige Dienstspezifikation (Platform Independent Model; PIM) sowie zwei plattformspezifische API-Bindings des PIM jeweils unter Verwendung einer bestimmten Technologie: HTTP/REST (RESTful API) und Open Services for Lifecycle Collaboration (OSLC). Das SysML-Modell kann damit zu einer Art Backbone für den Digital Thread werden.

Eine nutzenorientierte Betrachtung

Wie viel Architektur/Modell darf ‘s denn bitteschön sein?

Basics

Grundlagen des Modellbasierten System-Engineering (MBSE)

Fazit

Auch wenn dieser Beitrag nur die wichtigsten, und bei weitem nicht alle Neuerungen der Systems Modeling Language v2 behandelt, dürfte deutlich geworden sein: Die SysML v2 ist viel mehr als nur eine Weiterentwicklung der SysML 1.x. Die neue Modellierungssprache für komplexe Systeme hat das Potenzial, zu einem Enabler für das Systems Engineering der Zukunft zu werden. Viele Erfahrungen mit der SysML 1.x und Anforderungen aus der Industrie sind in ihre Entwicklung eingeflossen. Insbesondere die Unterstützung für das modellbasierte Product Line Engineering und die standardisierte API für den Zugriff auf die Modelldaten in einem Model-Repository stechen hervor. Derzeit entsteht gerade das Ökosystem rund um die SysML v2: Diverse Toolhersteller haben bereits Modellierungswerkzeuge angekündigt oder sogar schon veröffentlicht. (sg)

Dieser Beiutrag stammt aus dem Tagungsband des ESE Kongress 2025.

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