Der Bedarf an höheren Leistungen von Produkten macht die entsprechenden Entwürfe immer komplexer. Software wird in diesem Zusammenhang immer mehr zu einem entscheidenden Faktor für den Erfolg eines Produkts auf dem Markt. Angesichts der Anforderung, immer komplexere Software in besserer Qualität und in kürzerer Zeit zu entwickeln, wenden sich die Entwickler dem Model-Based Design zu.
Einführung in Model-Based Design
Model-Based Design bietet einen mathematischen und visuellen Ansatz zur Entwicklung komplexer Systeme. Es unterstützt und fördert die Zusammenarbeit, weil es funktionsübergreifenden, in mehreren Domänen tätigen Teams eine gemeinsame Sprache ermöglicht. Model-Based Design kommt in einem breiten Spektrum von Branchen und Anwendungen zum Einsatz, beispielsweise Bewegungssteuerung, Signalverarbeitung, Industrieanlagen, Luft- und Raumfahrt oder Anwendungen in der Automobilindustrie. Im Mittelpunkt steht dabei der systematische Einsatz von Modellen im gesamten Entwicklungsprozess – in der Anforderungsbestimmung, Modellierung von Systemarchitekturen, Entwurfsimplementierung, Simulation, automatischen Codegenerierung sowie Verifikation und Validierung.
Model-Based Design ergänzt und unterstützt agile Entwicklungspraktiken. Wie die agile Entwicklung ermöglicht auch Model-Based Design es den Entwicklern, Mängel und Entwurfsprobleme schon in den frühen Phasen eines Projekts zu erkennen, veränderte Anforderungen zu berücksichtigen und ein System bereitzustellen, das die Kundenanforderungen erfüllt. So können Benutzer beispielsweise schnelle Iterationen durchführen, indem sie Verbindungen mit kontinuierlichen Integrationssystemen (Continuous Integration, CI) herstellen, um Modelle und Codes im gesamten Entwicklungszyklus zu testen und zu verifizieren.
Agile Systementwicklung mit Model-Based Design konzentriert sich auf Simulation und Code-Generierung zur inkrementellen Bereitstellung von Design- und Testartefakten, Studien und Evaluierungen.
Model-Based Design unterstützt die digitale Transformation Ihrer Produkte und Services. Benutzer können den Einsatz bereits entwickelter Modelle umfassender auf betriebsbereite Systeme ausweiten, indem sie digitale Zwillinge erstellen, um den Systembetrieb zu optimieren, den Systemstatus überwachen und einen Feedback-Mechanismus bereitstellen, damit das Entwicklerteam kontinuierliche Verbesserungen vornehmen kann. Durch diesen Ansatz werden Anwendungen wie vorausschauende Wartung und Echtzeit-Fehlererkennung ermöglicht.
Model-Based Design: systematischer Einsatz von Modellen im gesamten Entwicklungsprozess.
Erreichen Ihrer Geschäftsziele
Model-Based Design kommt bei den Marktführern zum Einsatz, um:
Auf mehr Projekte zu bieten – und auch den Zuschlag zu erhalten.
„Kürzlich haben wir den Zuschlag für ein Projekt erhalten, auf das etliche unserer Konkurrenten aufgrund seiner strengen Zeitvorgaben nicht bieten wollten. Mit Model-Based Design konnten wir den vorgegebenen Abgabetermin ohne Probleme einhalten.“
Produkte zu entwickeln, deren Entwicklung andernfalls nicht möglich gewesen wäre.
„Früher war es schlicht zu teuer, die erforderliche Regler-Hardware für spezialisierte Produkte zu entwickeln. Mit Simulink können wir unsere Reglerentwürfe mühelos auf unserer vorhandenen SPS-Hardware implementieren. [Jetzt können wir] neuen Geschäftsmöglichkeiten für die Entwicklung von Reglerprodukten in Kleinserien nachgehen.“
Früher Umsätze und Einnahmen zu erzielen.
„Unser dreiköpfiges Team konnte mit den Tools von MathWorks innerhalb von nur sechs Monaten einen voll funktionsfähigen Prototyp entwickeln. Ohne diese Tools hätte uns das Projekt mindestens weitere sechs Monate gekostet.“
Funktionen und Leistung anzubieten, mit denen die Konkurrenz nicht mithalten kann.
„Der hybride hydrostatische Antriebsstrang, den wir mithilfe von Model-Based Design entwickelt und optimiert haben, hatte eine etwa 25% höhere Kraftstoffeffizienz als ein herkömmlicher hydrostatischer Antriebsstrang – bei 15–20% geringeren Gesamtbetriebskosten.“
Produktqualität zu erzielen, mit der die Konkurrenz nicht mithalten kann.
„Simulationen und Echtzeittests mit Simulink haben uns geholfen, ein äußerst zuverlässiges Regelungssystem zu entwickeln. Unser Regler hat sich im Vergleich zu herkömmlichen Systemen als zuverlässiger erwiesen, ohne für Ausfallzeiten in der Produktion zu sorgen. Das ist wichtig, da Ausfälle 5.000 Euro oder sogar mehr pro Stunde kosten können.“
Reduzieren von Ausgaben und Verschwendung
Entwicklerteams erzielen den Erfolg in der Entwicklung und im Betrieb mit Model-Based Design durch:
- Modellierung, Simulation und Codegenerierung
- Wiederverwendung von Modellen für Zertifizierung, Dokumentation und Artefaktgenerierung
- Agile Entwicklungsmethoden, kontinuierliche Integration und digitale Transformation
Modellierung, Simulation und Codegenerierung
Weniger Komponenten zu günstigeren Preisen.
„Die ersten Schätzungen für das Lanai-System beinhalteten eine 700-Kilowattstunden-Batterie. Die Simulink-Simulationen haben gezeigt, dass eine etwa halb so große Batterie ausreichen würde und dass kein Flexible-AC-Transmission-System notwendig war. Insgesamt haben wir damit mehr als 200.000 US-Dollar an Kosten eingespart.“
Minimieren der Anzahl physischer Prototypen.
„Bei diesem Projekt entsprach die Leistung der tatsächlichen Hardware den Simulationsergebnissen unseres Simulink-Modells des Maglev-Systems, daher mussten wir nichts an unserem Testsystem ändern. Wenn wir nicht gezwungen sind, mehrere Prototypen zu entwickeln, sparen wir nicht nur Zeit, sondern auch – angesichts von Prototypkosten in Höhe von 20.000 bis 30.000 US-Dollar, wie es bei diesem Projekt der Fall war – viel Geld.
Wiederverwendung von Modellen und Anpassung von Entwürfen.
„Wenn wir bei früheren Programmen eine kleine Änderung am Entwurf vornahmen, mussten wir manchmal Wochen darauf warten, dass das Softwareteam den Code liefert. Mit Simulink und Embedded Coder konnten wir die Änderung einfach vornehmen und den entsprechenden Code generieren. Innerhalb einer Stunde hatten wir einen neuen Testaufbau.“
Keine negativen Auswirkungen durch verpasste Termine.
„Hätten wir auf die Fertigstellung des restlichen Fahrzeugs warten müssen, bevor wir unseren Aufhängungsentwurf testen, dann wäre es uns nicht möglich gewesen, unsere enge Abgabefrist einzuhalten.“
Wiederverwendung von Modellen für Zertifizierung, Dokumentation und Artefaktgenerierung
Niedrigere Dokumentationskosten.
„Wir nutzten unsere Simulink- und Stateflow-Modelle als ausführbare Spezifikation und konnten den Prozess der Designüberprüfung damit deutlich optimieren. Es ist uns gelungen, eine gründliche Überprüfung in nur 10% der Zeit durchzuführen, die wir früher brauchten, und dabei 90% der Papierdokumentation für jede Überprüfungsphase unnötig zu machen.“
Reduzierung der Kosten und der Dauer der Zertifizierung.
„Das Modellieren, Simulieren und Implementieren der Embedded Software mit Simulink hat die Compliance-Zertifizierung des Beatmungsgeräts erheblich vereinfacht. Das Modell lieferte eine gründliche Dokumentation und eine visuelle Darstellung des Systems für die Zertifizierungsprüfung.“
Agile Entwicklungsmethoden, kontinuierliche Integration und digitale Transformation
Einsatz kleinerer Teams.
„Mit grafischen Entwürfen und automatischer Codegenerierung reduziert Model-Based Design die Zahl der Software-Bugs, verbessert die Wartbarkeit und Wiederverwendbarkeit der Software und erleichtert die Softwareentwicklung. So konnten wir in kürzester Zeit ein Entwicklerteam aus Motor- und Regelungsexperten zusammenstellen.“
Schnellere Anpassung an Veränderungen durch agile Entwicklung.
„In einer späten Phase des Projekts erhielten wir eine neue Anforderung, die besagte, dass der Regler Rückmeldungen zu seinem eigenen Status liefern soll. Bei manueller Codierung würde die Umsetzung einer solchen Änderung mindestens eine Woche dauern. Mit Model-Based Design haben wir nur eine kleine Änderung am Modell vorgenommen und die Anforderung innerhalb eines Tages erfüllt. Die Möglichkeit, solche Änderungen ohne Zeit- und Kostenüberschreitungen zu implementieren, war für uns ein bedeutender Vorteil.“
Verkürzung der Testdauer und Verbesserung der Codequalität mit kontinuierlicher Integration.
„Wir beschäftigen Dutzende von Ingenieuren auf der ganzen Welt, die parallel am gleichen Modell mit zahlreichen Zusammenführungen arbeiten. Durch den kombinierten Einsatz von Model-Based Design und CI konnten wir Iterationen verkürzen und Testprozesse automatisieren.“
Günstigere unterstützende Ressourcen im Betrieb.
„Mit den Tools von MathWorks können wir Daten aus der Produktionsdruckmaschine erfassen und die Fehlerbedingung intern simulieren. Dies verkürzt die Time to Resolution für unsere Kunden erheblich und senkt darüber hinaus auch unsere eigenen Support- und Reisekosten, da unsere Druckmaschinen weltweit verkauft werden.“
Senkung von Garantiekosten.
„In der gesamten Branche ist mit zunehmender Softwarekomplexität auch die Zahl der Garantiefälle gestiegen. Bei den neuesten Produkten, die wir mit Model-Based Design entwickelt haben, hatten wir nach zwölf Monaten in der Produktion keine Garantiefälle im Zusammenhang mit der Anwendungssoftware. Das ist ein Nachweis, den unsere bestehenden und zukünftigen Kunden gerne hören.“
Einführung von Model-Based Design für kleine Teams
Trotz der potenziellen Vorteile von Model-Based Design sind leitende Ingenieure oftmals wegen der Risiken im Zusammenhang mit einer Änderung ihrer Entwicklungsprozesse besorgt. Dies gilt insbesondere für kleinere Gruppen, die über kein eigenes Personal verfügen, um einen neuen Prozess zu erproben und den Umgang mit neuen Tools zu erlernen. Doch sobald Unternehmen mit dem Einsatz von Model-Based Design beginnen, stellen sie häufig fest, dass es riskanter gewesen wäre, es nicht zu tun.
Einzelheiten zu den Erfahrungen und Einführungsansätzen kleiner Teams finden Sie im Whitepaper „So nutzen Ingenieure Model-Based Design“.
Zusammenfassung
Die Einführung von Model-Based Design ist eine entscheidende Neuerung für die Systementwicklung. Unternehmen, deren Produkte Tausende oder Millionen Euro kosten, erzielen schon mit nur einem eingesparten Prototypen einen bedeutenden ROI. Unternehmen mit kostengünstigen Produkten, die einen hohen Marktanteil erzielen können, wenn sie als Erste auf den Markt kommen, erreichen ebenfalls einen großen ROI. Für sie liegt der große Nutzen von Model-Based Design in der schnelleren Entwicklung, die dadurch ermöglicht wird. In jedem Szenario profitieren Unternehmen von erheblichen und kontinuierlichen Vorteilen, wenn sie Model-Based Design in ihrer Systementwicklung einsetzen.
