Die zunehmende Digitalisierung durchdringt auch die Entwicklung und Nutzung von komplexen Anlagen immer stärker. Dies erfordert die Verwendung von formalisierbaren Modellen für immer mehr Aspekte der Anlagenentwicklung und des Einsatzes von Anlagen. Die ingenieursmäßige Entwicklung von komplexen und heterogenen Systemen wird auch aus diesem Grund immer wichtiger und wird unter dem Begriff „Systems Engineering“ zusammengefasst.
Neben den „statischen“ Aspekten von Anlagen, wie sie etwa in CAD und PLM modelliert werden, besteht die Notwendigkeit, die „dynamischen“ Aspekte, das sind Abläufe, Interaktionen und Flüsse zwischen Anlagenkomponenten, des Umfelds (einschließlich Benutzern) und anderen Systemaspekten zu modellieren. Erst dadurch ist es möglich, Anlagenverhalten zusammen mit seinem Umfeld zu simulieren und wesentliche Eigenschaften, insbesondere auch sicherheitsrelevante Eigenschaften, zu verifizieren.
Folgende Aufgaben ergeben sich daraus:
- Eine formale, übergreifende Sprachdefinition und Semantik für das „Systems Engineering“ einzusetzen, die folgende vier Teilaspekte umfasst:
- Komponentenmodell (structure model)
- Diskretes zustandsbasiertes Verhaltensmodell (behaviour model)
- Integration nicht-diskreter Zustandsübergänge (parametrics model)
- Modellierung von Constraints (requirements model)
- Methoden und Werkzeuge für das „Model-based Engineering“ (MBE) zu entwickeln und Anwendern zur Verfügung zu stellen, wobei folgende Aktivitäten zu unterstützen sind:
- Erfassen von Grundmodellen und ihren Verfeinerungen
- Validierung, Simulation und Animation
- Hybride Erweiterungen bestehender Modellierungsmethoden
- Verifikation mittels „model checking“
- Generierung von massiv parallelem Programmcode
- Anwendung der formalisierten Methode und der zugehörigen Werkzeuge für konkrete Aufgabenstellungen (Beschreibung virtueller Produkte und virtueller Produktion) partizipierender Unternehmen
- Anwendung der formalisierten Methode und der zugehörigen Werkzeuge für „Systems Quality Engineering“ anhand von konkreten Problemstellungen partizipierender Unternehmen
- Entwicklung von integrierten Methoden zur Erfüllung von Sicherheitsanforderungen (safety & security)
Die Integration der verfügbaren Ansätze ist unabdingbar für die Weiterentwicklung der Anlagenentwicklung und der verbesserten Einsatzes in der Produktion. Es ist daher nicht mehr nur die Frage, wie das funktionieren kann, sondern auch, wann eine Lösung verfügbar ist und wer diese gestaltet. Mit dem vorgestellten umfassenden Ansatz der Formalisierung und Integration der Ebenen sowie der Lösung wichtiger Probleme (z.B. hybrider Ansatz, Integration stetiger Funktionen) ist eine umfassende Betrachtung der Thematik möglich.