Autoren: Dr. Maximilian Junker, Qualicen GmbH, Prof. Dr. Andreas Vogelsang, Dr. Wolfgang B\u00f6hm, Technische Universit\u00e4t Berlin<\/p>\n
Viele Unternehmen wollen die zunehmende Komplexit\u00e4t ihrer Produkte sowie die steigenden Anforderungen an Wiederverwendbarkeit und Kosteneffizienz durch den Einsatz von modellbasierten Ans\u00e4tzen in den Griff bekommen. Die Einf\u00fchrung dieser Ans\u00e4tze stellt jedoch eine gro\u00dfe Herausforderung f\u00fcr die Organisation dar, die nicht auf einen Schlag erfolgen kann und auch nicht sollte. In diesem Beitrag stellen wir ein Reifegradmodell vor, das speziell auf die schrittweise Einf\u00fchrung von modellbasiertem Systems-Engineering (MBSE) zugeschnitten ist. Dabei ber\u00fccksichtigt das Modell die besonderen Gegebenheiten des Unternehmens.<\/strong><\/p>\n In der Software- und Systementwicklung sind wir heute immer h\u00e4ufiger mit vernetzten und hochkomplexen Systemen konfrontiert. Der traditionelle, dokumentenzentrierte Ansatz zur Entwicklung und Beschreibung von solchen Systemen ist nicht mehr in der Lage, mit dieser Komplexit\u00e4t umzugehen. Auch in Bezug auf Wiederverwendbarkeit und die F\u00e4higkeit, mit einer Vielzahl an Varianten umzugehen, st\u00f6\u00dft der dokumentenzentrierte Ansatz an seine Grenzen. Modellbasiertes Systems-Engineering (MBSE) verspricht eine Antwort auf diese Herausforderungen. Durch Abl\u00f6sen von Dokumenten durch durchg\u00e4ngige Systemmodelle, in denen Systemteile (z.B. Funktionen und Komponenten) explizit als Modelle repr\u00e4sentiert und auch die Abh\u00e4ngigkeiten durchgehend modelliert sind, l\u00e4sst sich die Komplexit\u00e4t gro\u00dfer Systeme beherrschen. Anders als reiner Text lassen sich Modellelemente mit eindeutig modellierten Schnittstellen leichter und sicherer wiederverwenden. Schlie\u00dflich erm\u00f6glichen Modelle fortgeschrittene Qualit\u00e4tssicherungstechniken, wie beispielsweise Simulation. Fehler und Inkonsistenzen, lassen sich damit schon fr\u00fch ermitteln und beheben. Insgesamt verspricht MBSE eine Reduktion der Entwicklungskosten, eine Beschleunigung der Entwicklungszeit (z.B. durch einfachere und schnellere Qualit\u00e4tssicherung) und eine Anhebung der Qualit\u00e4t.<\/p>\n Der Weg zur Einf\u00fchrung von MBSE ist jedoch oft steinig. Neue Methoden und Werkzeuge m\u00fcssen etabliert und die Prozesse f\u00fcr MBSE angepasst werden. Die MBSE-Einf\u00fchrung stellt zudem hohe Anforderungen an das Change Management in einer Organisation. Eine schlagartige Einf\u00fchrung eines vollumf\u00e4nglichen MBSE-Ansatzes ist daher h\u00e4ufig nicht m\u00f6glich und auch nicht ratsam. Doch auch bei einer Schritt-f\u00fcr-Schritt-Einf\u00fchrung von MBSE stellen sich zahlreiche Fragen: Welche Themenbereiche (z.B. Anforderungen, Funktionen, Architektur) sollen zuerst in eine MBSE-Methodik \u00fcberf\u00fchrt werden? Welche Inhalte sollten in den Modellen erfasst werden und in welchem Detailgrad? Welche Modellierungstechniken bieten sich hierf\u00fcr an?<\/p>\n Reifegradmodelle bieten hierzu eine Richtschnur, indem sie einen Fahrplan f\u00fcr die schrittweise Verbesserung aufzeigen. Generelle Rahmenwerke, wie beispielsweise CMMI oder SPICE, helfen jedoch bei der Einf\u00fchrung von MBSE meist nicht weiter, da sie zu generisch und oft auch zu schwergewichtig sind. Daher schlagen wir ein Reifegradmodell vor, das speziell f\u00fcr die Einf\u00fchrung von MBSE zugeschnitten ist. Das Reifegradmodell erlaubt es, die Ziele einer Organisation in Bezug auf MBSE zu definieren und ihre aktuellen MBSE-F\u00e4higkeiten zu messen. Durch Vergleich von Ist- und Soll-Zustand lassen sich aus dem Modell konkrete Schritte ableiten (z.B. Einf\u00fchrung spezifischer Methoden), die eine Organisation als n\u00e4chstes angehen kann.<\/p>\n Wir orientieren uns f\u00fcr unser Reifegradmodell an dem Focus Area Maturity Model (FAMM)\u00a0[1], einer generischen Methode zur Entwicklung von Reifegradmodellen, mit Schwerpunkt auf inkrementeller Einf\u00fchrung und Verbesserung. Bei der konkreten Ausgestaltung des Models nehmen wir Bezug auf den SPES-Ansatz [2], einen umfassenden Ansatz f\u00fcr modellbasiertes Software- und Systems-Engineering. Das Reifegradmodell selbst ist jedoch generisch und nicht abh\u00e4ngig von der Nutzung von SPES.<\/p>\n In diesem Artikel geben wir zun\u00e4chst einen \u00dcberblick \u00fcber die Struktur und die Inhalte des Reifegradmodells. Anschlie\u00dfend gehen wir auf die konkrete Verwendung bei der Reifegradbewertung ein. Zum Schluss beschreiben wir unsere Erfahrungen beim Einsatz des Modells in der Praxis und berichten von Herausforderungen, auf die man dabei st\u00f6\u00dft.<\/p>\n Das Kernelement in dem MBSE-Reifegradmodell sind\u00a0Capabilities\u00a0<\/em>(dt. F\u00e4higkeiten).\u00a0<\/em>Eine Capability beschreibt eine F\u00e4higkeit, die durch den Einsatz von Modellen und modellbasierten Techniken erreicht werden kann. Ein Beispiel f\u00fcr eine Capability in unserem Modell ist „Die Beziehung zwischen Anforderungen und Systemfunktionen ist modelliert“. F\u00e4higkeiten sind immer unabh\u00e4ngig von einer konkreten Modellierungssprache (z.B. SysML) beschrieben und k\u00f6nnen durch verschiedene konkrete Modellierungstechniken implementiert werden. Capabilities k\u00f6nnen aufeinander aufbauen, d.h. eine Capability kann f\u00fcr eine zweite Capability eine Vorbedingung sein.<\/p>\n Focus Areas<\/em>\u00a0fassen Capabilities zusammen und beschreiben ein Feld oder eine Aktivit\u00e4t im Rahmen von MBSE. Ein Beispiel f\u00fcr eine Focus Area ist System Function Modeling. Innerhalb einer Focus Area werden die Capabilities nach ihrer MBSE Maturity (dt. Reife) aufsteigend geordnet, indem man ihnen Reifegrade zuordnet. Die Reifegrade der Capabilities stehen dabei nie in Konflikt mit den Abh\u00e4ngigkeiten. Baut also eine Capability auf einer anderen auf, so hat sie auch einen h\u00f6heren Reifegrad.<\/p>\n Focus Areas werden in\u00a0Engineering Functions<\/em>\u00a0zusammengefasst. Die Engineering Functions in unserem Reifegradmodell decken sich mit den Sichten auf ein System, wie sie bspw. in SPES beschrieben sind, und beinhalten Context Analysis, Requirements und System Functions und einige mehr.<\/p>\n Engineering Functions, Focus Areas und Capabilities zusammengenommen bilden die MBSE Maturity Matrix. In ihr bilden die durch Engineering Functions gruppierten Focus Areas die Zeilen und die Reifegrade die Spalten. Die einzelnen Capabilities sind in den Zellen der Maturity Matrix angeordnet.<\/p>\n Wichtig ist, dass das Reifegradmodell situativ an die jeweilige Situation in einer Organisation angepasst werden kann und auch sollte. Sind beispielsweise bestimmte Focus Areas f\u00fcr eine Organisation im Rahmen von MBSE nicht relevant (z.B. Testen), so k\u00f6nnen diese Teile des Modells ausgeblendet werden.<\/p>\n Abb.\u00a01<\/em>\u00a0(s.\u00a0PDF<\/a>) zeigt ein Beispiel f\u00fcr eine generische, nicht angepasste Maturity Matrix. Man sieht darin, dass beispielsweise die Engineering Function Context Analysis zwei Focus Areas beinhaltet. Die erste davon, Operational Context, definiert sieben F\u00e4higkeiten (A-G)<\/a>*<\/a>. Den F\u00e4higkeiten sind aufsteigend Reifegrade (Maturity Levels) zugeordnet. Die leeren Zellen in der Matrix entstehen dadurch, dass Capabilities, die von einer anderen Capability abh\u00e4ngen, stets einen h\u00f6heren Reifegrad haben als die Capability von der sie abh\u00e4ngen.<\/p>\n Wir nutzen das MBSE Maturity Model zur Ermittlung einer MBSE Einf\u00fchrungsstrategie. Unser Vorgehen dabei illustriert Abbildung\u00a02<\/em>\u00a0(s.\u00a0PDF<\/a>). In einem ersten Schritt f\u00fchren wir einen oder mehrere initiale Workshops mit den wichtigen Stakeholdern von MBSE in einer Organisation durch. Typischerweise nehmen pro Workshop ein bis drei Personen aus einem Entwicklungsteam teil, die insgesamt mehrere der Engineering Functions repr\u00e4sentieren (z.B. Requirements Engineering, Funktionsentwicklung, Software-Entwicklung etc.).<\/p>\n Ein initialer Workshop orientiert sich an einem Fragebogen, der aus dem Maturity Modell abgeleitet ist. Der Fragebogen beinhaltet f\u00fcr jede Capability des Modells eine Beschreibung sowie ein Beispiel f\u00fcr eine m\u00f6gliche konkrete Umsetzung der Capability. \u00adAnhand des Fragebogens werden im Rahmen des Workshop alle Capabilities durchgegangen und festgehalten ob die jeweilige Capability in dem untersuchten Bereich (z.B. Abteilung oder Team) umgesetzt ist oder nicht. Zus\u00e4tzlich gibt es die M\u00f6glichkeit anzugeben, dass eine Capability f\u00fcr den Organisationsbereich nicht relevant ist oder dass der Interviewte \u00fcber diese Capability keine Kenntnisse hat. Die so erhobenen Informationen reflektieren den Ist-Zustand des Bereiches mit Bezug auf den Einsatz modellbasierter Techniken.<\/p>\n Neben den aktuell vorhandenen F\u00e4higkeiten werden im Workshop die Ziele der Organisation bzgl. einer Einf\u00fchrung von MBSE ermittelt. Diese sind meist auf einem deutlich h\u00f6heren Abstraktionslevel als die Capabilities. Ein Beispiel f\u00fcr ein Ziel, das wir in einem vergangenen Interviews erhoben haben, ist die Unterst\u00fctzung einer „Digitalen Integration“, d.h. dass schon auf Basis der Modelle weitgehende Aussagen \u00fcber das Zusammenspiel der Systemkomponenten getroffen werden kann. Ein weiteres, konkreteres Ziel w\u00e4re beispielweise eine st\u00e4rkere Wiederverwendung bei der Beschreibung von technischen Komponenten (z.B. Sensoren).<\/p>\n In einem zweiten Schritt werden die Ergebnisse des Workshops auf die Maturity Matrix abgebildet. Das hei\u00dft einerseits, dass die vorhandenen Capabilities in der Matrix eingetragen werden. Weiterhin werden die erhobenen Ziele auf die Capabilities abgebildet, die zur Erreichung der Ziele notwendig sind. Diese Ziel-Capabilities werden ebenfalls in der Matrix eingetragen. Das Ergebnis dieses Schrittes ist eine bef\u00fcllte Maturity Matrix, die die aktuellen F\u00e4higkeiten und Ziele der Organisation abbildet.<\/p>\n Im n\u00e4chsten Schritt wird auf dieser Basis eine Analyse angestellt. Wir ermitteln dabei, an welchen Stellen eine Diskrepanz zwischen den vorhandenen Capabilities und den Zielen vorliegt bzw. wo sie sich aktuell schon \u00fcberdecken. Weiterhin identifizieren wir L\u00fccken, wo zu bestehenden Capabilities die notwendigen Vorbedingungen fehlen. Schlie\u00dflich benennen wir Quick-Wins. Dies sind Situation in denen nur wenige Capabilities zur Erreichung des Ziels der Organisation (oder zu einem wichtigen Meilenstein) fehlen, die aber einen gro\u00dfen Schritt in Richtung der Zielerreichung bewirken.<\/p>\n Sowohl die Matrix an sich wie auch die konkreten Verbesserungsvorschl\u00e4ge werden anschlie\u00dfend in einem weiteren Workshop mit der Organisation validiert und diskutiert. Im Rahmen dieses Workshops entwickeln wir eine Roadmap, die beschreibt, welche der F\u00e4higkeiten, die zur Zielerreichung n\u00f6tig sind, nun Schritt-f\u00fcr-Schritt entwickelt werden sollen. H\u00e4ufig sind dabei die identifizierten Quick-Wins ein guter Startpunkt. Weiterhin helfen die in dem Maturity Modell hinterlegten Abh\u00e4ngigkeiten f\u00fcr die Erstellung der Roadmap.<\/p>\n In diesem Abschnitt berichten wir \u00fcber die Erfahrung mit dem MBSE-Reifegradmodell aus ersten Anwendungen in der Industrie. Insbesondere konzentrieren wir uns hier auf die Herausforderungen, auf die wir bei der Anwendung gesto\u00dfen sind.<\/p>\n Ein gro\u00dfes initiales Hindernis bei der Anwendung des Reifegradmodells ist h\u00e4ufig die Terminologie. Begriffe wie Kontext, Funktion, Komponente, Szenario und \u00e4hnliche sind nicht standardisiert und werden in verschiedenen Organisationen (teilweise sogar in verschiedenen Teams der gleichen Organisation) unterschiedlich verwendet. Ein einheitliches Verst\u00e4ndnis der Kernbegriffe ist jedoch f\u00fcr eine aussagekr\u00e4ftige Bewertung des Ist-Stands und der Ziele unerl\u00e4sslich. Um diesem Problem zu begegnen, haben wir konkrete Beispiele in den Fragebogen aufgenommen, die dem Interviewpartner eine bessere Vorstellung \u00fcber die Capability vermitteln sollen. Dar\u00fcber hinaus empfehlen wir vorbereitende Workshops bei denen unter anderem ein Abgleich der Terminologie durchgef\u00fchrt wird.<\/p>\n Ein zweites Problem ist, das die Ist-Stand-Analyse haupts\u00e4chlich auf Basis von Interviews geschieht. Nicht immer entsprechen die Antworten der tats\u00e4chlichen Situation. Stattdessen gehen die W\u00fcnsche und Pl\u00e4ne in die Antworten ein, auch wenn diese noch nicht umgesetzt sind. Hier empfiehlt es sich, die Antworten an konkreten Beispielen festzumachen oder anhand von Entwicklungsartefakten zu validieren. Auch ist es hilfreich, Interviews mit mehreren Personen aus dem gleichen Organisationsbereich durchzuf\u00fchren und die Resultate miteinander zu vergleichen.<\/p>\n In der Praxis sto\u00dfen wir vor allem bei gr\u00f6\u00dferen Organisationen auf den Fall, dass es innerhalb der Organisation selbst gro\u00dfe Unterschiede gibt. Die Unterschiede beziehen sich sowohl auf die Ziele (verschiedene Abteilungen haben unterschiedliche Probleme, die sie mit MBSE adressieren wollen) als auch auf die vorhandenen F\u00e4higkeiten. Daher ist es hier schwierig, ein einziges einheitliches Bild zu zeichnen. Allerdings ist genau das auch eine St\u00e4rke der Methode, denn sie erlaubt es, die Situationen in unterschiedlichen Abteilungen getrennt zu analysieren und entsprechend auch die Roadmap feiner auf einzelne Organisationsteile anzupassen.<\/p>\n Ausgehend von der Beobachtung, dass die Einf\u00fchrung von modellbasiertem System-Engineering (MBSE) schrittweise geschehen muss, haben wir in diesem Artikel ein Reifegradmodell zur Unterst\u00fctzung der Einf\u00fchrung von MBSE vorgestellt. Das Reifegradmodell basiert auf der Definition von\u00a0Capabilities<\/em>, also F\u00e4higkeiten, die eine Organisation in Bezug auf MBSE erreichen kann. Mit Hilfe des Modells kann erhoben werden, welche konkreten F\u00e4higkeiten f\u00fcr die Erreichung der Ziele einer Organisation notwendigerweise entwickelt werden m\u00fcssen. Zusammen mit der jeweiligen Organisation kann daraus eine Roadmap f\u00fcr die Einf\u00fchrung von MBSE aufgestellt werden. Bei der Anwendung in der Praxis sto\u00dfen wir auf einige Herausforderungen. Wir beschreiben die wichtigsten Herausforderungen und gehen auf m\u00f6gliche Ma\u00dfnahmen zum Umgang damit ein.<\/p>\nEinf\u00fchrung<\/h2>\n
\u00dcberblick \u00fcber das Reifegradmodell<\/h2>\n
Ableitung einer Einf\u00fchrungsstrategie mit dem MBSE Reifegradmodell<\/h2>\n
Erfahrungen beim Praxiseinsatz<\/h2>\n
Zusammenfassung<\/h2>\n
Literaturverzeichnis<\/h3>\n