Systems Engineering - IMK Engineering – Ingenieurbüro für Mechatronik und Kybernetik Dr. Bruns

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Kompetenzen

Kompetenzen ⇒ Systems Engineering

Die rasche Zunahme der Komplexität technischer Systeme im 20. Jahrhundert führte parallel auch zu einer Zunahme von Planungsfehlern und Planungslücken, mit all ihren Konsequenzen. Der wesentliche Grund dafür ist darin zu sehen, dass die bis dahin verwendeten Entwurfsmethoden für den neuen Komplexitätsgrad nicht mehr geeignet waren. Der Ruf nach neuen Methoden und Techniken für den Entwurf komplexer technischer Systeme wurde deshalb zunehmend lauter. Eine Antwort darauf war das „Systems Engineering“, eine Disziplin, die seit den 1940er Jahren vorwiegend in den USA entwickelt wurde und damit quasi parallel zur Kybernetik und Systemtheorie entstanden ist. Deshalb ist es auch nicht verwunderlich, dass die „Modellvorstellung“ und der „Systemgedanke“ zentrale Bestandteile des „Systems Engineering“ sind. „Systems Engineering“ (auch „Systems Design“ oder „Systems Design Engineering“) ist ein interdisziplinärer Ansatz, um komplexe technische Systeme in großen Projekten erfolgreich entwickeln und realisieren zu können.

Seit den 1960er Jahren haben sich die Grundgedanken des „Systems Engineerings“ auch verstärkt im europäischen Raum durchgesetzt. Im Jahre 1976 ist erstmals der „Klassiker“ des deutschsprachigen Raumes (Systems Engineering – Grundlagen und Anwendung [1]) erschienen; 2015 in seiner 13. Auflage. Dieser „Klassiker“ bildet die Grundlage und die Leitlinie für das „Systems Engineering“, das auch am IMK praktiziert wird und mit dessen Methoden und Techniken wir unsere Kunden bei der Realisierung komplexer Systeme und Projekte unterstützen.

Allerdings muss klar hervorgehoben werden, dass wir am IMK das „Systems Engineering“ nicht isoliert sehen und anwenden, sondern stets in Verbindung und in Symbiose mit dem „Funktionsorientierten Entwurf mechatronischer Systeme“ (FEMS) sowie unseren Erkenntnissen und Herangehensweisen aus den Gebieten der Systemtheorie und der Kybernetik.

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Das „Systems Engineering“-Konzept, wie es gemäß [1] formuliert wird und wie es auch am IMK in weiten Teilen zur Anwendung kommt, wird im Folgenden kurz skizziert:

Das „Systems Engineering“ (SE) stellt das Systemdenken in den Vordergrund. Der Systemgedanke, mit all seinen Facetten, ist Voraussetzung für die Strukturierung von Situationen und Sachverhalten, um diese besser verstehen, abgrenzen und gestalten zu können. Weitere Informationen zu diesem komplexen Thema finden Sie auf unserer „Website“ zum Thema Systemtheorie, aber auch unter Kybernetik.

Das Vorgehensmodell des SE setzt auf die Entwicklung und Realisierung einer Lösung durch die konsequente Untergliederung des Gesamtproblems in überblickbare Teilprobleme gemäß dem „Top-Down“-Prinzip (Modul 1). Dabei wird der Variantenbildung (Modul 2) besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Der arbeitstechnische Prozess wird ferner in feste und zu überwachende Projektphasen gegliedert (Modul 3), wobei die frühen Projektphasen durch einen „Problemlösungszyklus“ (Modul 4) flankiert werden, der grob in die Bereiche Zielsuche, Lösungssuche und Lösungsauswahl untergliedert werden kann und bei Bedarf iterativ mehrfach durchlaufen werden kann. Die 4 zuvor genannten Module bilden die „Eckpfeiler“ des SE-Vorgehensmodells und sind prinzipiell frei kombinierbar. Das Vorgehensmodell kann damit flexibel an die Größe und Komplexität des Projekts angepasst werden.

Der eigentliche Problemlösungsprozess ist durch die zuvor beschriebenen Elemente der SE-Philosophie geprägt und kann selbst in die folgenden Elemente bzw. Komponenten untergliedert werden.

Systemgestaltung: Hier steht der inhaltliche Aufbau der Lösung im Vordergrund, wobei nach Konzept und Architektur unterschieden wird. Die Konzeptgestaltung wendet den oben eingeführten Problemlösungszyklus (Modul 4) vertieft auf unterschiedlichen Konkretisierungsebenen an. Dabei geht es im Wesentlichen um Situationsanalyse, Zielformulierung, Konzeptsynthese, Konzeptanalyse, Bewertung und Entscheidung. Die Architekturgestaltung versucht eine für das definierte Problem optimale Systemarchitektur zu finden. Dabei geht es im Wesentlichen um die Bedeutung, Aufgabe, Möglichkeiten und Auswirkungen der Wahl einer bestimmten Architektur.
Projektmanagement: Hier stehen die organisatorischen Aspekte im Vordergrund, wie bspw. die Zusammenstellung der Projektgruppe, die Planung, Verteilung und Terminierung von Aufgaben sowie die Überwachung des Arbeitsfortschritts durch ein adäquates Berichtswesen.

[1]

Haberfellner, Reinhard (Hrsg.) et al.: Systems Engineering – Grundlagen und Anwendung. Orell Füssli Verlag, Zürich, 1976-2015

Das „Systems Engineering“-Konzept gemäß [1]

Der Problemlösungsprozess wird durch Techniken für die Systemgestaltung und das Projektmanagement unterstützt. Diese Techniken sind dabei keineswegs auf das SE beschränkt. Vielmehr sind es häufig auch in anderen Bereichen fest etablierte Techniken, die auch sehr vorteilhaft im Rahmen des SE angewendet werden können. Bspw. wird in [1] ausdrücklich auf den Bereich der Bionik hingwiesen, wenn es um die Kreativität bei der Synthese von Lösungen geht. Methoden aus dem Bereich des Operations Research werden expliziert bei der Optimierung von Lösungen erwähnt. Generell sind für alle Phasen des Problemlösungsprozesses eine Vielzahl flankierender Methoden und Techniken bekannt. Die Kunst besteht darin, für das jeweilige Problem die besten Methoden auszuwählen und optimal zu kombinieren.