Model Based Systems Engineering (MBSE)

Modellierung von Systemanforderungen mit Model-based Systems Engineering (MBSE)

Basierend auf der Erstellung und Nutzung eines kohärenten, digitalen Systemmodells soll Model-based Systems Engineering (MBSE) dazu dienen, Systems Engineering Aktivitäten zu verbessern, welche traditionell auf dokumentenbasierten Ansätzen beruhen.  Das International Council on Systems Engineering (INCOSE) definiert MBSE als die formalisierte Anwendung der Modellierung zur Unterstützung von Systemanforderungen sowie Entwurf-, Analyse-, Verifizierungs- und Validierungsaktivitäten, die in der Konzeptionsphase beginnen und sich über die gesamte Entwicklungsphase und die späteren Lebenszyklusphasen fortsetzen ². Die wesentlichen Vorteile von MBSE gegenüber dokumentenbasierten Ansätzen können wie folgt zusammenfasst werden^{1, 3, 4, 5, 6}

• Verbesserung der Qualität der Systemspezifikation und des Systemdesigns
• Verbesserung der Interpretation von Systemspezifikationen und damit eine Verringerung der wahrgenommenen Systemkomplexität
• Wiederverwendung von Systemspezifikationen und Designartefakten
• Verbesserung der Kommunikation zwischen den Entwicklungsteams
• Verbesserung der Rückverfolgbarkeit infolge der Verknüpfung von Modellelementen
• Systemmodell als Grundlage für die frühzeitige Systemverifizierung und -bewertung durch die Integration formeller Simulationsmodelle sowie als Grundlage für das folgende fachspezifische Design

“Model-based Systems Engineering (MBSE) is the formalized application of modeling to support system requirements, design, analysis, verification, and validation activities beginning in the conceptual design phase and continuing throughout development and later life cycle phases.”²

Um die genannten Vorteile des MBSE nutzen zu können, sind für die Erstellung eines Systemmodells die folgenden drei Elemente von wesentlicher Bedeutung:¹

1. eine (grafische) Modellierungssprache
2. eine Entwurfsmethode für die Systemspezifikation
3. ein Modellierungswerkzeug

Modellierungssprachen

Basierend auf einer festgelegten Syntax dienen Modellierungssprachen der grafischen Repräsentation des zu beschreibenden Objekts. Im Systems Engineering dient die Modellierungssprache zur Darstellung der gewünschten Systemspezifikation, welche meist Ansichten auf die Systemanforderungen, die Systemfunktionen, die innere und äußere Struktur des Systems sowie Ansichten auf das Systemverhalten integriert ^{4, 7, 8}. Im Allgemeinen können Modellierungssprachen in deskriptive Sprachen zur Beschreibung eines Systems und in Simulations-sprachen für die Analyse des Systemverhaltens unterschieden werden. Deskriptive Modellierungssprachen für die Systemspezifikation sind u.a.:

• Systems Modeling Language (SysML)⁹
• Object Process Methodology (OPM)¹⁰
• ARCADIA (ARChitecture Analysis and Design Integrated Approach) DSML (Domain Specific Modeling Language)¹¹
• CONSENS (CONceptual design Specification technique for the Engineering of mechatronic Systems)^{12, 13}

Modellierungswerkzeuge

Modellierungswerkzeuge dienen der technischen und softwareseitigen Unterstützung von Modellierungssprache und –methode zur Erstellung eines Systemmodells. Es gibt eine Vielzahl von kommerziellen und nicht kommerziellen Modellierungswerkzeugen auf dem Markt. Bekannte Modellierungswerkzeuge für die Systemspezifikation sind:

• Cameo Systems Modeler von NoMagic¹⁴
• Enterprise Architect (EA) von Sparx Systems¹⁵
• Integrity Modeler von PTC¹⁶
• Rational Rhapsody by IBM¹⁷
• Capella von PolarSys
• iQUAVIS von ISID