Im Ingenieurwesen lassen sich mittels Model-Based Systems Engineering (MBSE) komplexe Systeme verwalten, Kommunikationsprozesse verbessern und Produkte optimieren. Bei einer erfolgreichen Umsetzung von MBSE werden alle Stakeholder-Anforderungen in entsprechenden Systementwürfen und Architekturmodellen zusammengeführt, um intuitive Systembeschreibungen zu erstellen.
MATLAB, Simulink, System Composer und die Requirements Toolbox bilden zusammen eine einheitliche Umgebung zur Entwicklung deskriptiver Architekturmodelle, die nahtlos mit detaillierten Implementierungsmodellen verknüpft sind. Die vernetzte Umgebung stellt sicher, dass die Elemente sowohl in der Architektur- als auch der Designwelt synchron bleiben. Systemingenieure können einen digitalen Faden (Digital Thread) erstellen, um zwischen Systemanforderungen, Architekturmodellen, Implementierungsmodellen und eingebetteter Software (Embedded Software) zu navigieren.
MATLAB, Simulink, System Composer und die Requirements Toolbox erleichtern folgende Aufgaben:
- Erstellen von Architekturmodellen, um ein System anhand von Struktur, Verhalten und Ansichten zu definieren
- Erfassen und Verwalten von Systemanforderungen, die eine Auswirkungs- und Abdeckungsanalyse ermöglichen
- Durchführen von Vergleichsstudien, um Systemarchitekturen zu optimieren und Architekturen mit benutzerdefinierten Modellansichten zu analysieren
- Erstellen von Software- und AUTOSAR-Architekturen sowie von serviceorientierten Architekturen
- Verwenden von Model-Based Design, FMUs und Code, um Architekturmodelle mit detaillierten Komponentendesigns zu verknüpfen, die in Simulink, Stateflow und Simscape implementiert sind
- Validieren von Anforderungen und Verifizieren von Systemarchitekturen anhand von simulationsbasierten Tests
Verwenden von MATLAB, Simulink, System Composer und der Requirements Toolbox für MBSE
Architekturmodelle entwickeln
Verwenden Sie System Composer zum intuitiven Entwerfen hierarchischer Architektursysteme unter Verwendung eines Komponenten-, Port- und Konnektor-Modellierungsansatzes. Entwerfen Sie Schnittstellen, um zu gewährleisten, dass die zwischen Komponenten ausgetauschten Informationen hinsichtlich ihrer Eigenschaften wie Datentypen, Dimensionen und Einheiten kompatibel sind.
Dabei können Sie den benötigten Detailgrad wählen und spezifischere Angaben nach Bedarf hinzufügen. Beginnen Sie zum Beispiel mit einem generellen Überblick komplexer Systeme, die aus mehreren Subsystemen bestehen, oder nehmen Sie mithilfe von Verhaltensdiagrammen detaillierte Systemaktivitäten in den Fokus oder arbeiten Sie mit beliebigen Detailstufen dazwischen.
Importieren Sie Architekturdesigns basierend auf SysML, AUTOSAR (ARXML), Capella und weiteren Drittanbieter-Tools zugunsten der nahtlosen Integration in MATLAB und Simulink. Exportieren Sie Entwürfe, um Änderungen zu kommunizieren. Importieren Sie externe Repositorys und Dateien über eine MATLAB API, um vorhandene Designartefakte und ICDs (Interface Control Documents) wiederzuverwenden. Außerdem können Sie Architekturmodelle aus bestehenden Simulink-Systemmodellen extrahieren.
Prozess zur Optimierung der Stakeholder-Erwartungen in Systemanforderungen, der zu detaillierten Spezifikationen führt.
Verwalten von Systemanforderungen
Bei der Entwicklung von Architekturmodellen können Sie Systemanforderungen mit der Requirements Toolbox direkt erfassen, anzeigen und verwalten. Verknüpfen Sie Systemanforderungen mit verschiedenen Architekturelementen, um einen „digitalen Faden“ (Digital Thread) zur Rückverfolgbarkeit von Anforderungen zu erstellen und um die Anforderungsabdeckung zu analysieren. Bei verknüpften Anforderungen wird eine Revisionshistorie erstellt, mit deren Hilfe Sie Auswirkungsanalysen durchführen und wichtige Änderungen an nachgelagerte Teams kommunizieren können.
Nutzen Sie weitere Produkte von MATLAB und Simulink für Tests und Analysen. Simulink Fault Analyzer ermöglicht die systematische Fehlereinfluss- und Sicherheitsanalyse mithilfe von Simulation. Simulink Coverage analysiert die Modell- und Codeabdeckung, um die Testvollständigkeit in Modellen und erzeugtem Code zu messen.
Durchführung von Vergleichsstudien und Analyse von Architekturen mit benutzerdefinierten Detailansichten
Nutzen Sie Stereotypen, um domänenspezifische Entwicklungsdaten wie Größe, Gewicht, Leistung oder Kosten zu Ihren Architekturmodellen hinzuzufügen. Gruppieren Sie verwandte Stereotypen in Profilen, die Sie konsistent über eine Architektur hinweg anwenden oder in anderen Architekturen wiederverwenden können. Um die Komplexität einer Architektur zu begrenzen, können Sie benutzerdefinierte Ansichten erstellen und damit relevante Komponenten für verschiedene Stakeholder isolieren, gezielt einen Teilbereich der Architektur bearbeiten oder spezifische Analyseaktivitäten unterstützen. Mit System Composer lassen sich Verhaltensdiagramme erstellen und ausführen, um die Informations- und Aktionsflüsse des Systems in Ihrer Komposition besser zu analysieren.
Mit MATLAB können Sie Analysen und Vergleichsstudien direkt an Ihrer Architektur durchführen, zum Beispiel:
- Multidisziplinäre Designanalyse und ‑optimierung (MDAO)
- Basis-Ansatz (Bottom-up-Methode) oder Überbau-Ansatz (Top-down-Zuweisung) (Größe, Gewicht, Leistung, Kosten usw.)
- Netzwerk- oder Flussanalyse (lückenlose Latenz, kürzester Pfad, Materialfluss usw.)
- Benutzerdefinierte Analysen mit MATLAB-Skripten (oder Python®-Skripten)
- Vergleichsstudien (zur Identifizierung der bestmöglichen Lösung)
Benutzerdefinierte Ansichten zur Verwaltung der architektonischen Komplexität und zur Kommunikation mit verschiedenen Beteiligten erstellen.
Weitere Informationen
Entwickeln von Softwarearchitekturen
Mithilfe von System Composer können Sie Softwarearchitekturen und serviceorientierte Architekturen (SOAs) entwerfen und dabei einem Komponenten-Port-Konnektor-Paradigma mit Softwarekomponenten und Schnittstellenports (einschließlich Client/Server-Ports) folgen:
- Anzeigen und Bearbeiten Ihrer Softwarekompositionen mit Class Diagram Viewer
- Verknüpfen von Softwarearchitekturen mit Komponentendesigns in Simulink und Stateflow
- Visualisieren und Bearbeiten der Ausführungsreihenfolge von Simulationen für Funktionen in Ihrem Softwarearchitekturmodell, bevor sie tatsächlich ausgeführt werden
- Iteratives Verfeinern Ihres Designs zur Erfüllung aller Anforderungen
- Automatisches Generieren von Code zur Bereitstellung Ihres Designs in Embedded Hardware, HPC-Plattformen (High-Performance Computing) und der Cloud
Referenzen
- Migration eines monolithischen Algorithmus zu einer serviceorientierten Architektur (SOA) (24:36)
- Mit Model-Based Design SOA-Anwendungen für fahrzeuginterne Betriebssysteme entwickeln (15:53)
- Service-orientierte Arbitrierung von ADAS-Features mit Model-Based Design (15:36)
- Model-based Framework for Data and Knowledge-Driven Systems Architecting Demonstrated on a Hydrogen-Powered Concept Aircraft
Vernetzen mit Model-Based Design
Model-Based Design ermöglicht die native Integration in detaillierte Designmodelle in Simulink und Stateflow. Mit Simscape lassen sich physikalische Mehrdomänen-Systeme modellieren und simulieren. Importieren Sie FMUs und Code in C/C++, um Ihren Entwicklungsprozess zu straffen.
Folgen Sie einem Top-down-Workflow, um Simulink- und Simscape-Modelle automatisch aus Architekturkomponenten zu generieren, oder erstellen Sie eine Architekturkomponente aus einem Simulink-Komponentenmodell. Verknüpfen Sie Architekturmodelle mit Simulink-Verhaltensmodellen, um die Synchronizität Ihrer Architektur- und Implementierungsmodelle zu gewährleisten und das Systemverhalten zu simulieren.
Führen Sie eine Systemverifikation durch, um Entwürfe zu debuggen und inkonsistente Anforderungen zu ermitteln.
Verifikation und Validierung von Systemen
In Simulationen können Sie Architekturen testen, Komponenten prototypisch einsetzen sowie Komponentenspezifikationen erstellen und gleichzeitig das Systemverhalten schon früh im MBSE-Prozess prüfen und verbessern. Um dies für umfangreiche und komplexe Systeme zu skalieren, automatisieren Sie die Verifikation mithilfe von Testsuites, um Anforderungen zu validieren und das Systemverhalten während des gesamten MBSE-Prozesses schrittweise zu verifizieren.
Spezifizieren Sie Tests auf Systemebene, um die Konsistenz und Korrektheit der Anforderungen für nachgelagerte Implementierungsteams sicherzustellen. Überführen Sie Anforderungen mit komplexer, zeitabhängiger Signallogik in Bewertungsprozesse mit klarer, definierter Semantik zum Debuggen von Designs und Identifizieren von Inkonsistenzen.
Simulink Fault Analyzer ermöglicht systematische Fehlereinfluss- und Sicherheitsanalysen (z. B. Failure Mode and Effects Analysis, FMEA) mithilfe von Simulationen. Nach der Verifikation und Validierung von Modellen können Tools wie Simulink Check, IEC Certification Kit und DO Qualification Kit zusammen mit MathWorks Consulting Ihre Zertifizierungsprozesse für DO-178, ARP-4754, ISO-26262 und weitere Standards optimieren.
Nutzen Sie Designs und die automatische Berichterstellung anhand von Modellen und Simulationen, um effektiv mit Stakeholdern und Aufsichtsbehörden zu kommunizieren und wertvolle Zeit bei weiteren MBSE-Aufgaben zu sparen.
Weitere Informationen
- Validieren von Anforderungen durch Simulation und formale Methoden
- Agile verhaltensgesteuerte und testgesteuerte Entwicklungen mit Model-Based Design
- Model-Based Design für ARP-4754
- Finden von Fehlern in Anleitungen für System- und Softwarearchitektur während der Bearbeitung (3:32)
- Simulink Fault Analyzer Essentials – Videoreihe
- Einführung in FMEA (5:50)
Beispiele
- Helikopter-Flugsteuerung: Model-Based Design für DO-178C und DO-331
- Spurhalteassistent auf Autobahnen
- Definieren des Fehlerverhaltens
- Export von Verknüpfungsinformationen aus Safety Analysis Manager für Excel
- Verifikation von Fehlererkennungslogik im Höhenruder-Steuerungssystem eines Luftfahrzeugs
- Durchführung einer Fehlerempfindlichkeitsstudie mit einem Lagerhaus-Roboter
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