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Was ist Systems Engineering?

Systems Engineering ist ein „interdisziplinärer und integrativer Ansatz zur erfolgreichen Entwicklung, Nutzung und Außerbetriebnahme technischer Systeme unter Anwendung von Systemprinzipien und -konzepten sowie wissenschaftlicher, technologischer und managementbezogener Methoden.“ (INCOSE)

Moderne Produkte sind komplexe Systeme, und es wird für Ingenieure sowie andere Beteiligte mit unterschiedlichem Fachwissen zunehmend schwieriger, Konstruktionsdetails zu erstellen, zu kommunizieren und gemeinsam daran zu arbeiten, während gleichzeitig während des gesamten Produktlebenszyklus ein einheitliches Verständnis der Entwicklungsabsicht erhalten bleiben muss. Systemingenieure (SEs) sind die Fachleute des Systems Engineering. Mithilfe der Prinzipien des systemischen Denkens erfassen sie die Entwicklungsabsicht in einem Systemmodell, das als verbindendes Element zwischen den detaillierten Implementierungen der verschiedenen Bestandteile dieser komplexen Systeme dient. Häufig werden diese Modelle zu einer Sammlung von Systemmodellen zusammengefasst, die als System-of-Systems bezeichnet wird.

Systemmodelle ermöglichen es allen Geschäftsbereichen und ihren Lieferketten, ein gemeinsames Verständnis der Entwicklungsabsicht aufrechtzuerhalten. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:

Anforderungen als modellierte Verhaltensweisen statt als Text zu beschreiben

• Besseres Verständnis der Anforderungen, da diese als Verhaltensmodelle statt als Text beschrieben werden
• Verbesserte Zusammenarbeit zwischen Teams, da Systemmodelle grafische und interaktive Darstellungen komplexer Architekturen sowie logischer und funktionaler Strukturen ermöglichen
• Besseres Verständnis von Ursache und Wirkung, da ein zentrales Modell sichtbar macht, wie sich Änderungen an Systemkomponenten oder externe Einflüsse auf das Gesamtsystem auswirken
• Höhere Qualität und Genauigkeit, da Teams Konflikte mithilfe der Rückverfolgbarkeit von Entscheidungen über einen durch PLM verwalteten Digital Thread schneller erkennen und lösen können
• Beseitigung von Silos im Systems Engineering, da Systemingenieure während jeder Phase des Systemlebenszyklus eng mit allen anderen Teams zusammenarbeiten
• Beschleunigung der Innovationsgeschwindigkeit, da Unternehmen neue Ideen mithilfe von Systemmodellen gemeinsam erproben und verschiedene Umsetzungsmöglichkeiten entwickeln können

Systemdenken und Systems Engineering

Systemdenken und Systems Engineering sind eng miteinander verbunden, aber nicht identisch.

Systemdenken ist eine Denkweise, um komplexe Situationen zu verstehen. Es fordert dazu auf, über einzelne Komponenten hinauszublicken und zu betrachten, wie Menschen, Prozesse, Technologien und externe Faktoren zusammenwirken. Anstatt Probleme isoliert zu betrachten, konzentriert sich das Systemdenken auf Zusammenhänge, Abhängigkeiten, Rückkopplungen und unerwartete Auswirkungen, die entstehen können, wenn sich ein Teil eines Systems verändert.

Systems Engineering hingegen ist die Disziplin, die sich mit der Entwicklung, Konstruktion, Prüfung und dem Management komplexer Systeme über deren gesamten Lebenszyklus hinweg befasst. Systemingenieure nutzen systemisches Denken, verlassen sich jedoch ebenso auf strukturierte Entwicklungsmethoden, Anforderungsmanagement, Systemmodellierung, Testplanung, Risikoanalysen und die Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen Teams, um sicherzustellen, dass Produkte sowohl technische als auch geschäftliche Anforderungen erfüllen.

Vereinfacht gesagt hilft das Systemdenken Teams dabei, komplexe Systeme zu verstehen, während Systems Engineering die Methoden und Werkzeuge bereitstellt, um diese Systeme erfolgreich zu entwickeln und zu verwalten. Da Produkte zunehmend softwarebasiert sind und viele Disziplinen miteinander verbinden, gewinnen beide Ansätze weiter an Bedeutung. Systemdenken hilft Unternehmen dabei, die Auswirkungen von Änderungen frühzeitig vorherzusagen, während Systems Engineering die notwendige Struktur und Rückverfolgbarkeit schafft, um diese Änderungen sicher umzusetzen.

Was machen Systemingenieure?

Systemingenieure stellen sicher, dass komplexe Produkte wie vorgesehen funktionieren, indem sie die Entwicklungsarbeit über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg koordinieren. Statt sich auf nur einen Fachbereich zu konzentrieren, verbinden sie Anforderungen, Systemdesign, Teams, Produktinformationen und Tests, damit alle Bestandteile eines Produkts als ein gemeinsames System zusammenarbeiten.

Ihre Arbeit beginnt bereits in den frühen Phasen der Produktentwicklung und setzt sich während Herstellung, Nutzung, Wartung und Außerbetriebnahme fort. Während dieses gesamten Zeitraums gleichen Systemingenieure technische Anforderungen, Kosten, Zeitpläne, Risiken, gesetzliche Vorgaben und Kundenanforderungen miteinander ab. Außerdem helfen sie den Teams zu verstehen, wie Entscheidungen in einem Bereich Auswirkungen auf das gesamte Produkt haben können.

Zu ihren typischen Aufgaben gehören:

• Definition und Verwaltung von Stakeholder-, Kunden- und Systemanforderungen
• Entwicklung von Systemarchitekturen und Zuordnung der Anforderungen zu Subsystemen
• Koordination der Zusammenarbeit zwischen Mechanik-, Elektrik-, Software-, Elektronik- und Fertigungsteams
• Aufbau einer durchgängigen Rückverfolgbarkeit zwischen Anforderungen, Modellen, Tests und ausgelieferten Produkten
• Bewertung technischer Abwägungen und Identifizierung technischer Risiken
• Planung und Unterstützung von Systemintegration, Verifikation und Validierung
• Bewertung der Auswirkungen technischer Änderungen auf miteinander verbundene Produkte und Prozesse
• Pflege eines vernetzten Digital Thread, der die Zusammenarbeit über den gesamten Produktlebenszyklus unterstützt

Wo arbeiten Systemingenieure?

Systemingenieure arbeiten überall dort, wo Unternehmen komplexe Produkte entwickeln, die über lange Zeit zuverlässig funktionieren müssen. Ihre Fähigkeit, unterschiedliche Ingenieurdisziplinen miteinander zu verbinden, wird immer wichtiger, da Produkte zunehmend Software, Elektronik, Konnektivität und künstliche Intelligenz integrieren.

Zu den Branchen, die häufig auf Systems Engineering angewiesen sind, gehören:

• Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung
• Automobilindustrie und Mobilität
• Industrieanlagen und Schwermaschinenbau
• Medizintechnik und Life Sciences
• Hightech und Elektronik
• Energieversorgung und Versorgungsunternehmen
• Transport und Schienenverkehr
• Staatliche und öffentliche Entwicklungsprogramme

In diesen Unternehmen arbeiten Systemingenieure mit zahlreichen unterschiedlichen Teams zusammen. Sie kooperieren mit Produktmanagern, Requirements Engineers, Softwareentwicklern, Maschinenbau- und Elektroingenieuren, Fertigungsteams, Lieferanten, Qualitätsspezialisten, Serviceteams und Programmmanagern.

Da sie den Gesamtzusammenhang im Blick behalten, verbinden Systemingenieure häufig verschiedene technische Disziplinen miteinander. Sie unterstützen Unternehmen dabei, Komplexität zu beherrschen, Änderungen nachzuverfolgen, Risiken zu reduzieren und sicherzustellen, dass Produkte auch bei Veränderungen weiterhin regulatorische Anforderungen und Kundenerwartungen erfüllen. Diese übergreifende Rolle macht Systems Engineering zu einer zentralen Disziplin für Unternehmen, die einen durchgängigen Digital Thread über den gesamten Produktlebenszyklus aufbauen möchten.

Systemmodelle

Obwohl Werkzeuge, Methoden und eine von systemischem Denken geprägte Unternehmenskultur entscheidend für erfolgreiches Systems Engineering sind, ist die Verfügbarkeit von Systemmodellen in jeder Phase des Produktlebenszyklus von grundlegender Bedeutung. Der wahre Nutzen eines Systemmodells lässt sich nämlich nur dann ausschöpfen, wenn auch der Rest des Unternehmens sowie die gesamte Lieferkette diese Modelle für ihre Arbeit nutzen können. Systemmodelle definieren keine detaillierten Konstruktionen mechanischer, elektronischer, elektrischer oder softwarebasierter Implementierungen. Stattdessen beschreiben sie das Verhalten von Systemen und Subsystemen anhand einer abstrahierten Darstellung der Zielarchitektur einschließlich ihrer logischen und funktionalen Gliederung.

In vielen Unternehmen werden Systemmodelle außerdem genutzt, um Geschäfts- und Organisationsprozesse abzubilden und so ein gemeinsames Verständnis dieser Prozesse zu schaffen sowie deren Weiterentwicklung zu unterstützen.

Systems Engineering und Product Lifecycle Management

Traditionell waren Systems-Engineering-Aktivitäten und Systemmodelle nicht in Product-Lifecycle-Management-Plattformen (PLM) integriert. Dadurch entstand bei der Erfassung von Stakeholder-Anforderungen in Form eines verhaltensbasierten Systemmodells (einer abstrakten Darstellung des zukünftigen Produkts) ein Daten- und Wissenssilo ohne Verbindung zum Product Lifecycle Management der detaillierten Produktimplementierung. Dies stellte eine erhebliche Lücke im Produktentwicklungsprozess dar, da PLM die Plattform für die Verwaltung detaillierter Produktdaten und aller Phasen des Produktlebenszyklus ist – einschließlich des Übergangs von der Engineering-Stückliste (eBOM) zur Manufacturing-Stückliste (mBOM).

Wenn Unternehmen die von Systems Engineering erzeugten Systemmodellstrukturen als Bestandteil ihrer PLM-Umgebung verwalten können, sind sie in der Lage, innovativere Produkte und Systeme schneller zu entwickeln. Der Grund dafür ist die kontinuierliche Zusammenarbeit zwischen Systemingenieuren und allen anderen Ingenieurdisziplinen während jeder Phase des Produktlebenszyklus. Wenn Anwender aus Systems Engineering und PLM dieselbe Sprache sprechen, können Zeit und Ressourcen deutlich effizienter genutzt werden.

5 Gründe für die Einführung von Systems Engineering

1. Die Produktkomplexität nimmt weiterhin exponentiell zu.
2. Alte PLM-Systeme können unterschiedliche Systeme nicht miteinander verbinden und erzeugen Datensilos.
3. Modellbasiertes Systems Engineering (MBSE) wird mit einer offenen PLM-Plattform integriert.
4. Prozesse werden vereinfacht, Nacharbeit vermieden und Entwicklungszyklen verkürzt.
5. Eine durchgängige Rückverfolgbarkeit über den Digital Thread wird geschaffen.

Wie Aras Systems Engineering und PLM vereint

Aras Innovator, unsere Product-Lifecycle-Management-Plattform, bietet den zentralen und vernetzten Ort, an dem Systemingenieure mit allen anderen Entwicklungsteams zusammenarbeiten können. Die Plattform verwaltet multidisziplinäre Systemmodelle innerhalb eines einheitlichen Digital Thread und schafft sowie erhält die Rückverfolgbarkeit zwischen Anforderungen, Modellen, Simulationen, Kollaborationsartefakten, physischen Stücklisten und Produktfeedback über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Diese vollständige Lifecycle-Rückverfolgbarkeit begleitet ein Produkt und seine digitalen Informationen von der ersten Idee über Entwicklung, Fertigung, Qualitätssicherung und Service.

Da alle Produktdaten über eine einzige Plattform verfügbar sind, können Systems-Engineering-Teams und andere Entwicklungsteams Produkte kontinuierlich weiterentwickeln und verbessern, ohne Arbeiten doppelt auszuführen oder wichtige Details zu übersehen. Wenn sich aufgrund von Kundenfeedback, neuen gesetzlichen Vorschriften oder anderen Faktoren ein Teil eines Produkts ändern muss, lassen sich die Auswirkungen dieser Änderung auf das gesamte System schnell erkennen.