Wichtige Erkenntnisse
- Modell-Nutzung, nicht Modell-Erstellung, ist der Engpass – die meisten Digital Twins sterben nach der Konzeptgenehmigung.
- Software-definierte Produkte erfordern End-to-End Systems Engineering, das Anforderungen, Architektur und nachgelagerte Hardware/Software-Entwicklung umfasst.
- Fragmentierte Prozesse kosten Millionen – ein einzelnes Automobilprogramm verzeichnete > 200 Software-Defekte pro Tag im Endtest, wodurch Tausende Techniker eingreifen mussten.
- Ein ganzheitlicher „Digital-Thread“-Ansatz reduziert Nacharbeit um 30-40 % und beschleunigt die Markteinführung um bis zu 25 %.
Die software-definierte Ära navigieren: Warum ganzheitliches Systems Engineering nicht mehr optional ist
Von Hans-Jürgen Mantsch, Siemens Digital Industries Software & Moshe Cohen, IBM Engineering
Der Paradigmenwechsel hin zu software-zentrierten Produkten
In der Automobil-, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung macht Software jetzt 30-50 % der gesamten Fahrzeug-Stückliste (BOM) aus, gegenüber unter 10 % vor einem Jahrzehnt. Over-the-Air (OTA) Updates haben jedes Fahrzeug zu einem lebenden System gemacht; jeder Patch löst eine Kaskade von Anforderungsänderungen, Sicherheitsanalysen und Schnittstellen-Revisionen aus. Dennoch behandeln viele Organisationen Systems Engineering weiterhin als front-lastige Tätigkeit und verwerfen das Modell, sobald das Konzept genehmigt ist.
Das eigentliche Problem: Modell-Nutzungs-Lücke
Mehrere IEEE-Studien (z. B. IEEE Access, Vol. 9, 2021) und interne Audits bei Siemens und IBM zeigen, dass > 85 % der Systemmodelle nach der Konzept-Freigabe nie wieder betrachtet werden. Das „Modell-Erstellungs-Problem“ ist gelöst; das „Modell-Nutzungs-Problem“ bleibt.
Warum ein fragmentierter Ansatz kostspielig ist
Real-World-Folgen
- Automotive News (2023) berichtete über ein nicht genanntes Spitzenprogramm, das bei der Endvalidierung ≈ 250 Software-Defekte pro Tag aufdeckte.
- Der Defektanstieg erforderte ≈ 3.200 Techniker-Stunden pro Woche für die Triagierung, was die Programmkosten um geschätzte 12 M $ durch Überstunden und Nach-Engineering erhöhte.
Diese Zahlen illustrieren ein klassisches „Wall“-Szenario: Anforderungs-Ingenieure übergeben detaillierte Modelle an Systemarchitekten, die dann annehmen, die nachgelagerten Implikationen bereits zu kennen. Das Ergebnis ist doppelte Arbeit, verpasste Sicherheitsprüfungen und verzögerte Releases.
Der ganzheitliche Systems-Engineering-Plan
Vom Silo zum Digital Thread
Ein Digital-Thread verbindet jede Engineering-Disziplin – mechanisch, elektrisch, software und test – über ein gemeinsames, kontinuierlich aktualisiertes Modell. Der Thread ermöglicht:
| Aspekt | Traditioneller silo-basierter Ablauf | Ganzheitlicher Digital-Thread-Ablauf |
|---|---|---|
| Modell-Lebenszyklus | Erstellt → nach Konzept archiviert | Erstellt → kontinuierlich über Phasen verfeinert |
| Auswirkungs-Analyse bei Änderungen | Manuell, ad-hoc, fehleranfällig | Automatisierte Rückverfolgbarkeit, 30 % schneller |
| Domänen-übergreifende Zusammenarbeit | Übergaben, „Wall“ von Dokumenten | Echtzeit-gemeinsame Ansicht, reduziert Nacharbeit um 35 % |
| Time-to-Market | 18–24 Monate für eine neue Fahrzeugvariante | 14–18 Monate (≈ 25 % Beschleunigung) |
| Defektdichte in der Validierung | > 200 Defekte/Tag (Fallstudie) | < 80 Defekte/Tag (prognostiziert) |
Implementierung des End-to-End-Loops
- Vereinheitlichte Anforderungs-Repository – Alle Stakeholder-Anforderungen leben in einer einzigen, versionierten Datenbank (z. B. IBM Engineering Requirements Management DOORS Next).
- Modell-zentrierte Architektur – SysML- oder AADL-Modelle sind die einzige Wahrheitsquelle, verknüpft mit nachgelagerten CAD-, ECAD- und Code-Repositories über APIs.
- Automatisierte Rückverfolgbarkeit & Impact-Analyse – Jede Anforderung, Designelement und Testfall ist durch die Toolchain rückverfolgbar, was sofortige Impact-Reports bei vorgeschlagenen Änderungen ermöglicht.
- Continuous Integration für Systeme – CI-Pipelines kompilieren, simulieren und validieren das integrierte Modell bei jedem Commit und fangen Integrationsdefekte früh ab.
Quantifizierbare Vorteile
- 30-40 % Reduktion der Nacharbeit (IBM interne Daten, 2022).
- 25 % schnellere OTA-aktivierte Feature-Rollouts (Siemens-Fall, 2023).
- Bis zu 3× ROI auf modell-basierte Investitionen innerhalb von 18 Monaten (INCOSE-Umfrage 2022).
Fazit
Die software-definierte Zukunft komplexer Produkte kann nicht auf einem Flickenteppich isolierter Engineering-Aktivitäten basieren. Unternehmen, die von einer „Modell-Erstellung“-Mentalität zu einem kontinuierlichen Modell-Nutzungs-Paradigma übergehen – verankert durch einen robusten Digital Thread – werden Defektraten senken, Entwicklungskosten reduzieren und die Markteinführung beschleunigen. In einer Ära, in der OTA-Updates ein Produkt über Nacht neu definieren können, ist ganzheitliches Systems Engineering kein nettes Extra; es ist das strategische Fundament für nachhaltige Wettbewerbsfähigkeit.
