SE-Tool iQuavis von Two Pillars verbindet Innovation mit Transparenz

Systems Engineering in der Praxis

Tool iQuavis verbindet Innovation mit Transparenz

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Das Systems-Engineering-Männchen gibt die Richtung für erfolgreiches Arbeiten vor. Dies und die Zusammenarbeit mit Prof. Jürgen Gausemeier sowie Prof. Roman Dumitrescu, Paderborn, die an der Methode Consens zur Spezifikation mechatronischer Systeme gearbeitet haben, führten unter anderem zur Gründung des Unternehmens Two Pillars. Beteiligt ist auch das japanische Unternehmen ISID mit seinem Tool iQuavis Bild: Two Pillars/team::mt/Konradin Mediengruppe
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SE-Tool iQuavis: mehr Schub für Innovations- und Entwicklungsprozesse „Systems Engineering ist gute Ingenieurarbeit – das heißt ganzheitliches Denken, kein Denken in Schablonen“, sagt Professor Reinhard Haberfellner, der ‚Vater‘ des Systems-Engineering-Männchens. Dieses steht fest auf den zwei Beinen Systemgestaltung und Projektmanagement. Zusätzlichen Schub verspricht nun das aus Japan stammende Tool iQuavis, das im deutschsprachigen Raum von dem neu gegründeten Unternehmen Two Pillars angeboten wird (Anm. d. Red.: siehe Interview auf Seite 16 mit der Geschäftsführung). Es verändert grundlegend die Art und Weise, wie in der Produktentwicklung zusammengearbeitet wird.

Dr.-Ing. Christian Tschirner, Geschäftsführer, Two Pillars GmbH

Aktuell spricht alle Welt über Model-Based Systems Engineering (MBSE) – und das ist auch gut so. Der Ansatz hat Potential, die Zusammenarbeit in der Produktentwicklung positiv zu verändern und die Innovationsfähigkeit von Unternehmen nachhaltig auf ein neues Niveau zu heben. Das Grundprinzip ist: Statt Folienschlachten und langen Texten werden von Beginn an semi-formale graphische Modelle erzeugt, die fachdisziplinübergreifend verständlich sind und als Grundlage für die Projektsteuerung dienen. Jedoch ist MBSE mehr als nur Modellieren am Computer. Es ist Teil des Systems Engineering und betrifft im Kern nur wenige SE-Prozesse – beeinflusst aber das gesamte Geschehen im Unternehmen. Um MBSE wirkungsvoll einzusetzen muss daher Systems Engineering verstanden werden. Leider wird das häufig übersehen. Systems Engineering ist nicht neu und hat eine sehr weitreichende Definition:

  • „[…] an interdisciplinary approach and means to enable the realization of successful systems. It focuses on holistically and concurrently understanding stakeholder needs; exploring opportunities; documenting requirements; and synthesizing, verifying, validating, and evolving solutions while considering the complete problem, from system concept exploration through system disposal.“ (Quelle: Guide to the Systems Engineering Body of Knowledge (SEBoK) – www.sebokwiki.org)

Ähnlich wie bei Lean Production die 5S-Methode oder Fischgrät-Diagramme kann man im Systems Engineering selbstredend auch einzelne Methoden, Werkzeuge und Diagramme wirkungsvoll selektiv einsetzen. Richtig erfolgreich wird eine Produktion aber nur reorganisiert, wenn sie sich auf den Lean-Ansatz von Kopf bis Fuß einstellt. Ähnlich ist es mit Systems Engineering. Deshalb ist das SE-Männchen von Haberfellner so besonders, da es sinnbildlich die einzelnen SE-Handlungsfelder in Bereiche von Kopf bis Fuß einteilt.

  • Der Kopf gibt die Richtung vor: Hier ist die normative Idee des Systems Engineering verankert, die Vision, Systemdenken sowie Grundprinzipien wie z.B. das Top-Down-Vorgehen, Denken in Varianten und ähnliches. Es gibt grundlegende Vorgaben aus dem SE, aber viele Dinge müssen auch unternehmensspezifisch ausgelegt werden, um bspw. in ihren Entwicklungsprozess zu passen.
  • Die Füße geben dem Männchen festen Stand: Hier sind die Werkzeuge der Systemgestaltung und des Projektmanagements verankert. Während in der Vergangenheit bei den Werkzeugen der Systemgestaltung eigentlich meist nur CAD-Werkzeuge oder andere fachdisziplinspezifische Werkzeuge zum Einsatz kamen, ändert sich das heute stark. Leider integrierten diese Werkzeuge aber nicht das zweite Standbein des SE-Männchens, wie es z.B. das Werkzeug iQuavis tut.
  • Fehlt noch der Rumpf des Männchens als Verbindungselement: Durch das Zusammenspiel von Kopf und Füßen wird das Projekt strukturiert durchlaufen; hier wird eine Idee in eine Lösung bzw. Produkt überführt. Ein Werkzeug allein hilft natürlich nicht, deshalb sind geeignete Modellierungsmethoden essentiell, wie z.B. die von Prof. Gausemeier entwickelte Methode Consens, die am Fraunhofer IEM zusammen mit Prof. Dumitrescu industriereif gemacht wurde.

Ein wenig haben wir das SE-Männchen angepasst – aber es ist klar zu erkennen: Die Basics des Systems Engineering sind beinahe banal. Dennoch haben wir in unseren Projekten oft festgestellt, dass man in der Zusammenarbeit zwischen Menschen nicht häufig genug an diese Basics erinnern kann. Denn nur dann wird die Zusammenarbeit elegant, schlank und wirksam auf eine neue Stufe gehoben.

Visualisierung erleichtert komplexe Projekte

Moderne technische Produkte weisen eine zunehmende Integration von Mechanik, Elektronik und Softwaretechnik auf. Auch die Bedeutung von Services wächst. Die Abhängigkeiten zwischen den involvierten Disziplinen steigen. Daher ist es wichtiger denn je, Anforderungen und Konzepte zwischen dem Kunden, den Zulieferern, aber auch innerhalb des Unternehmens zu erarbeiten und offen zu kommunizieren. Nur wie dokumentiert man diese, wenn schon an einfache technische Systeme tausende von Anforderungen gestellt werden und die sich anschließenden Produktstrukturen schwierig zu überschauen sind? Bislang basiert die Produktentwicklung im Idealfall auf gut gelenkten Dokumenten, wie z.B. dem in einer Textverarbeitung erstellten Lastenheft – was jedoch an die Grenzen der Leistungsfähigkeit in den hier betrachteten Entwicklungsprojekten und -organisationen stößt. PLM-Prozesse starten im Regelfall jedoch erst mit Erstellung der ersten CAD-Files. Experten empfehlen hier die Einführung von Model-Based Systems Engineering. Mit dem Systemmodell soll von Beginn des Lebenszyklus an die Systemspezifikation konsistent beschrieben und genutzt werden. Durch die Fokussierung auf unterschiedliche Modelle sollen fachdisziplinübergreifend verschiedene Sichten auf das in der Entwicklung befindliche System entstehen und den Stakeholdern des Projekts entsprechend ihren Anforderungen dienen. Immer mehr MBSE-Werkzeuge kommen inzwischen zum Einsatz – und zwar an der Stelle, wo bislang häufig Textverarbeitungsprogramme, Tabellenkalkulationen oder Präsentationssoftware regieren; oder lediglich Requirements-Managementwerkzeuge, die allerdings auch zu kurz greifen.

Gutes Engineering basiert auf einer durchdachten Systemarchitektur und einem darauf abgestimmten Projektmanagement. Bis heute fehlten einfache Softwaretools und Methoden, um beides miteinander zu verknüpfen und so das im Unternehmen vorhandene Expertenwissen nachhaltig für Projekte verfügbar zu machen – und gleichzeitig die Idee von MBSE im Sinne des Systems Engineering umzusetzen. Während der Großteil der MBSE-Werkzeuge aus der Softwareentwicklung stammt und damit hohe Anwendungsbarrieren aufbaut, kommt iQuavis aus den Anwendungsdomänen. Zusammengeflossen sind hier ursprünglich Werkzeuge aus den Bereichen Qualitäts-, Projekt- und Risikomanagement – also Themen, die auch in den einschlägigen SE-Normen eine große Bedeutung haben.

So ist es nicht verwunderlich, dass iQuavis für ISID Quality Visualisation steht. ISID ist der Name des japanischen Herstellers des Tools. Im Mittelpunkt steht die einfache und rigorose Visualisierung von Wissen über das Produkt. Über die Zeit hinweg hat sich iQuavis dann zu einem SE-Werkzeug weiterentwickelt und mit Einflüssen des Fraunhofer IEM dann vor einigen Jahren die aktuelle Stoßrichtung MBSE aufgetan. Im Sinne der Zusammenarbeit kommt dem Wort iQuavis dann eine ganz neue Bedeutung zu: In Anlehnung an das Lateinische kann es heißen i (ich) und Quavis (jeder) – also ‚von mir für jeden‘. Die Grundidee des Systems Engineering in anderen Worten.

„Im Auftrag des Toyota-Produktionssystems“

Anlass für die Entwicklung von iQuavis war die Zusammenarbeit von Unternehmen des Toyota-Netzwerks mit dem Unternehmen ISID, das über eine herausragende Engineering-Methodenkompetenz verfügt, aber gleichzeitig IT-Lösungsanbieter ist. Es sollte ein Werkzeug entstehen, das Projektmanagement und Reporting, Qualitätsmanagement-Methoden wie bspw. FMEA oder Quality Function Deployment (QFD) und Issue Management unterstützt und dabei die Gemeinsamkeiten dieser Methoden auf Basis einer zentralen Datenbank nutzt. Flexibilität und Praktikabilität waren die Entwicklungsziele von iQuavis; die erste Version wurde 2006 eingeführt und wird inzwischen in Japan von mehr als 40.000 Nutzern eingesetzt – in der Automobilindustrie von Toyota, Honda und Nissan. Aber auch andere starke japanische Marken setzen auf iQuavis, wie z.B. Nikon und Olympus.

Kern von iQuavis ist eine einfache Systemmodellierung ohne sichtbare SysML. Wie in einer Office-Anwendung können komplexe Produkte einfach und intuitiv modelliert werden – ohne die Untiefen der SysML oder anderer Modellierungssprachen verstehen zu müssen. Im sogenannten Systemmodell sind die Anforderungen, die Struktur und das Verhalten des betrachteten Systems enthalten. Die verschiedenen Daten und Informationen sind miteinander verknüpft. Die Darstellung und Bearbeitung dieser Daten kann auf unterschiedliche Weisen erfolgen – in Form von Diagrammen, Tabellen oder Matrizen. Durch die frühzeitige Modellierung von Produkthierarchien und Produktstrukturen über Bäume – inkl. der notwendigen Zusammenhänge – wird auch das Projektmanagement möglich. Ressourceneinsatz, Nachverfolgung von Aufgaben, Issue-Tracking und Kommunikation ohne Umwege über E-Mails oder Skype wird in iQuavis direkt angeboten. So werden Redundanzen vermieden. Kern der Arbeit in iQuavis ist ein Modellierungsansatz, der in Zusammenarbeit von ISID mit der Fraunhofer-Gesellschaft entstanden ist und auf der bekannten Modellierungsmethode Consens aufbaut.

  • Zur Strukturierung und Hierarchisierung von Elementen wird die Baum-Modellierung genutzt. Hierin werden Anforderungen klassifiziert und gruppiert. Anschließend werden sie so heruntergebrochen, dass sie den entsprechenden Funktionen oder Lösungselementen zugeordnet werden können. Auch Funktionen und Lösungs- bzw. Systemelemente können auf diese Weise strukturiert werden. Schließlich werden die einzelnen Bäume miteinander verknüpft – so entsteht eine Traceability zwischen Anforderungen, Funktionen und Systemelementen
  • Die Struktur eines Systems ist nicht nur durch seine Hierarchisierung, sondern auch seine Vernetzung charakterisiert. Mit Hilfe von Blockdiagrammen werden die Systemelemente und ihre Verbindungen modelliert – typischerweise werden hier Informations-, Stoff- und Energieflüsse unterschieden. Auch die Schnittstellen oder Ports der Systemelemente werden spezifiziert. Modelliert werden unterschiedliche Sichten: Zunächst ein Umfeldmodell, bei dem das System selbst als Blackbox betrachtet wird und die Einflüsse und Schnittstellen aus dem Umfeld beschrieben werden. Anschließend wird das System selbst modelliert.
  • Für die Modellierung des Verhaltens stehen unterschiedliche Editoren zur Verfügung. Die Betriebszustände des Systems werden in Zustandsdiagrammen modelliert. Innerhalb eines Zustands laufen Aktionen oder Aktivitäten ab – beschrieben im Aktivitätsdiagramm. Die konkrete Kommunikation zwischen Systemelementen wird mit Hilfe von Sequenzdiagrammen modelliert.

Die grundsätzlichen Methoden und Modellierungsansätze sind in vielen Werkzeugen gleich; die konkrete Anwendung hängt häufig auch von dem betrachteten Produkt und den Unternehmensprozessen ab. In iQuavis können Modellelemente und Vorlagen leicht angepasst werden. Wir nennen das gerne die ‚mechatronische Zeichnung‘. So steht der Integration des iQuavis-Modellierungsansatzes in die Unternehmensprozesse nichts im Wege.

www.two-pillars.de

Wie mit MBSE vorangehen?

Es ist noch kein Meister vom Himmel gefallen. Grundsätzlich gilt, dass ein Thema wie MBSE nicht ohne externe Expertenbegleitung starten sollte – sich langfristig aber natürlich selbst steuern muss: erst ichigan dann hitoridachi. Das Innovationsnetzwerk aus Two Pillars, ISID und Fraunhofer IEM begleitet gewissenhaft und erfahren bei der Anwendung von iQuavis und der Einführung von Systems Engineering.

Kontakt bei Two Pillars: Dr.-Ing. Christian Tschirner christian.tschirner@two-pillars.de

Tel. +49 (0)170/7066081

Auf zwei Säulen steht das Tool iQuavis und integriert damit Systemarchitektur- und Projektmanagement
Bild: Two Pillars/team::mt
Mit dem iQuavis-Ansatz gelangt der Anwender von den Anforderungen bis ins System
Bild: Two Pillars/team::mt
iQuavis vernetzt die Disziplinen im Projekt – von Vertrieb und Projektmanagement über Mechanik- und Elektrokonstruktion bis hin zu Einkauf und Qualitätssicherung
Bild: Two Pillars/team::mt

„Die Basics des Systems Engineering sind beinahe banal – aber mit ihnen wird die Zusammenarbeit elegant, schlank und wirksam auf eine neue Stufe gehoben.“


Wie mit MBSE vorangehen?

Es ist noch kein Meister vom Himmel gefallen. Grundsätzlich gilt, dass ein Thema wie MBSE nicht ohne externe Expertenbegleitung starten sollte – sich langfristig aber natürlich selbst steuern muss: erst ichigan dann hitoridachi. Das Innovationsnetzwerk aus Two Pillars, ISID und Fraunhofer IEM begleitet gewissenhaft und erfahren bei der Anwendung von iQuavis und der Einführung von Systems Engineering.

Kontakt bei Two Pillars: Dr.-Ing. Christian Tschirner christian.tschirner@two-pillars.de

Tel. +49 (0)170/7066081

Hinweis der Redaktion:

Ein Interview mit der Geschäftsführung von Two Pillars zur Neugründung des Unternehmens finden Sie in dieser Ausgabe auf S. 16.


Schedule Chart mit Projektsicht und Auslastungssicht
Bild: Two Pillars

info

Die Technologie von iQuavis im Hintergrund

iQuavis wurde als native Windows-Anwendung implementiert, um die optimale Arbeitsumgebung auf Windows-Betriebssystemen zu erreichen, die meist von Unternehmen verwendet wird. Es basiert sowohl im Front-End als auch im Back-End auf Microsoft-Technologien und maximiert auf diese Weise die Leistung und Funktionalitäten von Windows-basierten Plattformen. Für den europäischen Markt wurde iQuavis in eine MS-Azure-Cloud-Umgebung integriert, für Deutschland in der Deutschland-Cloud. Um nicht zu stark abhängig von der Bandbreite der Internetverbindung zu sein, gibt es gleichzeitig einen schlanken Client, der aber nur besondere Operationen unterstützt. Prozesse und Datenspeicherung liegen generell in der Cloud. Durch dieses mixed Cloud-Client-Konzept ist iQuavis innerhalb weniger Minuten einsatzbereit.

Was zeichnet iQuavis aus?

Um die Zusammenarbeit zu verarbeiten müssen besondere Funktionen bereitgestellt werden. Das Konzept des integrierten Systemarchitektur- und Projektmanagements ist ein zentraler Aspekt. iQuavis verwendet ein modulares Konzept, so dass Benutzer mit unterschiedlichen Anwendungsfällen entsprechend ihrer Rollen nur die notwendigen Funktionen nutzen – egal ob es 15 Nutzer sind oder 400. Einige Highlights von iQuavis neben vielen sind der Home Screen für alle Nutzer, die besonders einfach gestalteten Projektmanagement-Funktionen oder Worksheets, die einfach und ohne Programmierkenntnisse individuell aber auch als Unternehmenstemplate konfiguriert werden können.

  • Home Screen: Jeder iQuavis-Nutzer erhält über den individuellen Home Screen einen guten Überblick über die anstehenden Aufgaben, inkl. ergänzender Informationen wie z.B. Deadlines, Verzug oder weiterführende Ansprechpartner. Als Projektmanager kann so auch bspw. der Reifegrad des Projekts verfolgt werden. Der Home Screen ist die Schaltzentrale für alle Tätigkeiten im Projekt und ersetzt damit kleine „schnell geschriebene – aber schnell vergessene“ E-Mails in kritischen Projektphasen.
  • Projektmanagement: Neben den grundlegenden Funktionen zur Projektplanung können persönliche und bereichsspezifische Zeitpläne genauso wie Langzeit-Pläne erstellt und die Konsistenz zwischen ihnen sichergestellt werden. Ressourcen können mit Bezug auf die Entwicklungsprojekte verwaltet und simuliert werden und so die Ressourcenverteilung und Arbeitsbelastung zwischen Projekten nivelliert werden. Der Projektfortschritt wird visualisiert, Rückmeldungen zum Fortschritt werden analysiert.
  • Worksheets sind Vorlagen für die regelmäßige und unternehmenskonforme Nutzung von Methoden im Projekt. Sie können über das User Interface konfiguriert werden, ohne eine Programmiersprache zu beherrschen, die Anpassung an kundenspezifische Formate ist dabei gegeben. Die im Worksheet dargestellten Daten sind dabei dauerhaft abgeglichen mit den Daten in anderen Diagrammen.
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