KEM Konstruktion: Dr. Dumitrescu, warum wurde die Fachgruppe Systems Engineering gegründet?
Dr. Roman Dumitrescu: Im Spitzencluster it’s OWL leite ich das Querschnittsprojekt Systems Engineering, in dem Forscher neue Methoden für den multidisziplinären Entwurf intelligenter technischer Systeme erarbeiten. Jetzt wollen wir aber nicht an Dingen forschen, die keiner braucht, sondern wir wollen uns am tatsächlichen Bedarf der Unternehmen orientieren. Daher haben wir im August diese Fachgruppe gestartet, um Industrie und Wissenschaft im Bereich Systems Engineering noch näher zusammenzubringen. Dabei findet natürlich auch ein intensiver Austausch zwischen den Unternehmen statt.
KEM Konstruktion: Ist eines der Ziele der Fachgruppe, die digitale Durchgängigkeit aus dem Product Lifecycle Management (PLM) bis hinein in die Automatisierung zu realisieren, die heute noch fehlt?
Dumitrescu: Unter anderem. Die Frage danach war aber schon eine Motivation zur Durchführung der Studie ‚Systems Engineering in der industriellen Praxis‘, die wir kürzlich durchgeführt haben. Interessant war dabei, dass es keine einheitliche Definition von Systems Engineering gibt. Einigen können sich allerdings alle auf den Aspekt des ‚ganzheitlichen Systemdenkens‘. Personen im PLM-Umfeld verstehen darunter vor allem ein durchgängiges Datenmodell, das im Rahmen der Entwicklung abgelegt und im Verlaufe des Produktlebenszyklus konkretisiert wird – im Vordergrund steht also der Datenstamm, der die Produkt- und Systemarchitektur beschreibt. Der Automatisierer will dagegen den Entwurf, die Inbetriebnahme und zum Teil auch das Monitoring einer gesamten Anlage als Gesamtsystem verstehen und managen. Die entsprechenden Modelle aus den beiden Welten stimmen deswegen heute noch nicht überein. Das zusammenzubringen, hier eine Durchgängigkeit zu erreichen, ist die Herausforderung.
KEM Konstruktion: Welche Hürden gilt es zu überwinden?
Dumitrescu: Es reicht nicht aus, einfach nur viele Tools einzukaufen. Denn abgesehen vom Handling der Schnittstellen, wofür es schon einige Standards gibt, interessiert stets der jeweilige Fokus. Ziel muss sein, Modelle zu entwickeln, die verschiedene Sichten auf ein Produkt, eine Maschine oder eine Anlage erlauben. Den Produktioner interessieren naturgemäß andere Dinge als den Konstrukteur oder Automatisierer. Ziel der Fachgruppe Systems Engineering ist es deshalb, sich mit Ansätzen für ein solches disziplinübergreifendes Systemmodell, das verschiedene Sichten erlaubt, zu beschäftigen und die damit in Zusammenhang stehenden Fragen vor allem pragmatisch zu lösen. An dieser Stelle ist allerdings auch noch einige Forschungsarbeit zu leisten.
KEM Konstruktion: Muss für ein erfolgreiches Systems Engineering in dem oben beschriebenen Sinne also ‚nur‘ ein im weitesten Sinne ‚offenes‘ Modell entwickelt werden, das in der Lage ist, die daraus resultierende Komplexität handhabbar zu machen?
Dumitrescu: Ja, ein disziplinunabhängiges Modell ist die Idealvorstellung – da müssen wir Schritt für Schritt darauf hinarbeiten. Ich sehe aber noch einen Punkt davor, der vor allem die Methodik betrifft. Wie sieht das Modell aus, was für Informationen muss es beinhalten – noch vor den Schnittstellen wird es in der Fachgruppe um die Methodik gehen. Dazu gehört dann auch, dass sich die ‚klassischen‘ Konstrukteure in den Unternehmen damit auseinander setzen müssen, dass bezüglich der Gesamtfunktionalität am Ende des Tages auch die Elektrotechnik, Informatik und die Automatisierung eine wesentliche Rolle spielen. Oftmals ist es ja so, dass diese Prozesse traditionell nacheinander durchgeführt werden, basierend jeweils auf Design-Reviews – besser wäre es aber, wenn sich alle Beteiligten zu Beginn einmal zusammenfinden und zunächst das Verständnis über das zu entwickelnde System in einem Modell zusammentragen.
KEM Konstruktion: Im ersten Schritt geht es also zunächst einmal um die organisatorische Aufstellung?
Dumitrescu: Ja, nehmen wir etwa stellvertretend ein Beispiel aus der elektrischen Verbindungstechnik. Setzen wir uns mit den Beteiligten zusammen und fragen nach einem Modell, liefert der Konstrukteur ein 3D-Modell des Gehäuses, der Schaltungstechniker aber ein Schaltbild. Fragt man dann, wie sie sich über Probleme austauschen, stellen wir häufig fest, dass hier die Kommunikation verbessert werden muss. Unser Vorgehen ist dann, dass wir andere Methoden vorschlagen, um die Systeme disziplinunabhängig und damit letztlich systemübergreifend zu modellieren. In gewisser Weise ist dieses Problem aber hausgemacht!
KEM Konstruktion: Hausgemacht? Könnten Sie das erläutern?
Dumitrescu: Nun – wir haben die Leute so ausgebildet und dann auch noch die Unternehmen entsprechend organisiert! An dieser Stelle besteht an Hochschulen und Unternehmen gleichermaßen Optimierungsbedarf. Die Vermittlung von spezialisiertem Fach-Know-how ist zwar gut und erforderlich, es fehlt aber das Verständnis, dass es neben der eigenen Disziplin auch andere Kollegen gibt, die an einer Entwicklung mitwirken. Dieses Verständnis muss geschaffen und gestärkt werden, hier fehlt vor allem die entsprechende Methodenkompetenz.
KEM Konstruktion: Der einzelne Konstrukteur, Entwickler und auch Automatisierer muss also so weit ‚über den Tellerrand‘ blicken können, dass er sich mit den Kollegen verständigen kann?
Dumitrescu: Exakt so ist es. Wir haben übrigens in der eingangs erwähnten Studie auch untersucht, welche Wege es denn gibt, zum Systems Engineer zu werden. Neben speziellen Studiengängen, von denen ich persönlich nicht überzeugt bin, denke ich, dass die Ausbildung zum traditionellen Ingenieur mit den zahlreichen Vertiefungen sinnvoll ist – was fehlt, sind zusätzliche Ausbildungsinhalte, in denen erläutert wird, wie die anderen Disziplinen ‚ticken‘ und wie man kooperieren kann, um einfach effizienter zu arbeiten. Der Blick auf die Hochschulen zeigt, dass das nicht so einfach ist, denn aufgrund der Einteilung in Fakultäten ist es oft nicht möglich, sich Vorlesungen aus anderen Bereichen anrechnen zu lassen. Viele Probleme sind also gerade in diesem Bereich selbst verursacht.
KEM Konstruktion: Blickt man auf die sich daraus logischerweise ergebende Diskussion Richtung Industrie 4.0 fällt auf, dass hier neben Mechanik- und Elektrotechnikingenieure sowie Automatisierer auch die ITler treten – die Anforderungen sind also noch einmal höher?
Dumitrescu: Interessanterweise wird das durch die Studie ebenfalls belegt. Gefragt wurde dort unter anderem, welche Anforderungen die Unternehmen an ihre Ingenieure stellen. Heraus kam, dass neben dem Fachwissen in der Breite fast gleichbedeutend die Soft Skills sind – und dabei geht es nicht um die Fähigkeit zum Präsentieren oder Ähnliches. Es zeigt sich vielmehr: Die meisten Probleme in den Unternehmen tauchen nur an den Schnittstellen zwischen den Disziplinen auf! Und diese bekommt man nur in den Griff, wenn man sich unterhält und kommuniziert – leider haben Entwickler mit sehr fokussierten Aufgabenstellungen das ein bisschen verlernt! Mit dieser Erkenntnis sind die Unternehmen übrigens den Hochschulen voraus. Um das Ganze in einem einfachen Bild zusammenzufassen: Der Systems Engineer spielt die Rolle des Dirigenten in einem Orchester. Er selbst spielt nicht zwingend perfekt ein Instrument, muss aber sicherstellen, dass alles zusammenpasst. Wichtig dabei ist, dass dies kein reines Projektmanagementthema ist – es ist vielmehr erforderlich, wirklich in die Inhalte reinzugehen, in die Modelle und die Technik. Und das ist eine sehr fordernde Aufgabe.
KEM Konstruktion: Gibt es Branchen, die bei der Umsetzung der besprochenen Ansätze schon besonders weit gekommen sind?
Dumitrescu: Nun, Vieles wird implizit natürlich bereits gemacht – sonst wären viele der Unternehmen nicht so erfolgreich. In den letzten Jahren haben zudem die großen Unternehmen insbesondere im Automotive-Bereich massiv investiert. Hier ist man durch die Zusammenarbeit mit den Zulieferern ja auch darauf angewiesen, dass klare Vorgaben gemacht werden können und die daraus resultierenden Systeme oder Teilsysteme diesen auch entsprechen. In gewisser Weise hat man hier das komponentenorientierte Denken hinter sich gelassen und betrachtet eher Funktionen beziehungsweise Systeme. Das macht man im Maschinen- und Anlagenbau noch nicht in der Konsequenz und ist auch bezüglich der Investitionen in Systems Engineering noch zurückhaltender.
KEM Konstruktion: Lassen Sie mich noch einmal zurückkommen auf den Begriff der Mechatronik, der uns ja schon lange begleitet. Wo liegen die Unterschiede zum Systems Engineering oder ergibt sich dies logisch aus der Mechatronik?
Dumitrescu: Das ist eine spannende Frage, zumal ich selbst an der Universität Erlangen-Nürnberg einen der ersten Studiengänge der Mechatronik absolviert habe. Dabei ging es bereits um den Dreiklang aus Mechanik, Elektrotechnik und Software. Der Begriff Mechatronik stammt aus den 70er-Jahren und ist aus Japan zu uns gekommen, um elektromechanische Komponenten zu beschreiben – letztlich geht es aber schon seit Langem um multidisziplinäre Systeme bis hin zu verteilten eingebetteten Systemen. Interessant ist allerdings, dass der Begriff Systems Engineering deutlich älter ist, er tauchte in den Vereinigten Staaten bereits in den 40er und 50er Jahren auf; dort gab es zu diesem Zeitpunkt schon erste Vorlesungen zu diesem Themenfeld. Auch in Deutschland gab es übrigens unter der ursprünglichen Übersetzung Systemtechnik in den 70er-Jahren bereits einen VDI-Thementag. Danach ist die Systemtechnik aber komplett im Themenfeld der Konstruktionslehre verschwunden. Hier war man in der Vergangenheit aber eher fokussiert auf die klassische Konstruktion beziehungsweise das fertigungsgerechte Konstruieren. Historisch haben sich also Mechatronik und Systems Engineering unabhängig voneinander entwickelt.
KEM Konstruktion: Lassen Sie mich abschließend noch eine Frage stellen: Wann glauben Sie, wird der eingangs erwähnte, noch existierende Bruch zwischen CAD-Tools auf der einen und Programmierwerkzeugen der Automatisierer auf der anderen Seite überwunden sein?
Dumitrescu: Hier gibt es ja zwei Ansätze: Einerseits die Variante, dass alle Funktionalitäten in eine Toolwelt eines Anbieters integriert werden, und andererseits den aus meiner Sicht interessanteren ‚föderativen‘ Ansatz – sprich: Eigene Tools für das Systems Engineering, die unabhängig von den zum Einsatz kommenden CAD- und Simulationstools arbeiten und sich darauf konzentrieren, als Schnittstelle zu dienen. Das haben wir bei uns auch schon einmal getestet und das funktioniert. In diesem Sinne ist die technische Grundlage vorhanden, aber das ganze methodische Wissen – beispielsweise welches Objekt jetzt im CAD mit welchem Objekt in der Simulation korreliert – das muss noch erforscht werden. In spätestens fünf Jahren wollen wir hier über die Arbeit in unserem Systems-Engineering-LiveLab am Fraunhofer-IPT in Paderborn zu einem Ergebnis gekommen sein.
„Systems Engineering ist eine Disziplin, die Tools und Methoden für die durchgängige und disziplinübergreifende Entwicklung technischer Systeme bereitstellt – wobei das zu entwickelnde System und die Gesamtheit aller Entwicklungstätigkeiten im Mittelpunkt stehen.“
Dr.-Ing. Roman Dumitrescu ist Geschäftsführer Strategie, Forschung und Entwicklung der it‘s OWL Clustermanagement GmbH in Paderborn sowie Leiter der Abteilung Systems Engineering am Fraunhofer-IPT in PaderbornBild: it’s OWL
