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Advanced Systems Engineering

Advanced Systems Engineering beschreibt eine neue Schule der Entwicklung intelligenter technischer Systeme von morgen

Die Digitalisierung gilt als der herausragende Veränderungstreiber der heutigen Zeit. Durch sie zeichnen sich faszinierende Nutzenpotentiale für die Industrie ab, gleichwohl verändert die Digitalisierung die Marktleistungen von morgen sowie die Art und Weise, wie diese entwickelt werden. Mehr denn je kommt es auf das übergreifende Zusammenspiel von Fachdisziplinen wie der Elektronik, der Informatik und dem Maschinenbau an. Gleichzeitig gilt es, die vier Hauptaufgaben der Produktentstehung – Strategische Produktplanung, Produktentwicklung, Dienstleistungsentwicklung und Produktionssystementwicklung eng aufeinander abzustimmen und disziplinübergreifend voranzutreiben. Klassische Entwicklungsmethodiken stoßen bei der Entwicklung der Systeme von morgen schnell an ihre Grenzen.

Advanced Systems Engineering hat das Potential, jene Disziplinen und vielfältige Aspekte der Produktentstehung zu integrieren und eine fundierte Basis für eine zwingend erforderliche ganzheitliche Produktentstehungsmethodik im Zeitalter der Digitalisierung zu bilden. Die sog. Advanced Systems weisen dabei vier Eigenschaften auf (Bild 1):
Bild 1: Die vier zentralen Eigenschaften von Advanced Systems

1) Autonomie: Advanced Systems lösen selbstständig komplexe Aufgaben innerhalb einer bestimmten Anwendungsdomäne. Dazu müssen diese Systeme in der Lage sein, ohne Fernsteuerung oder weitere menschliche Hilfe zielführend zu agieren. Beispielsweise kann die Grundlage der Steuerung der Aktorik auf einem systeminternen Umfeldmodell beruhen, das dem System erlaubt, im Betrieb auf neue Ereignisse zu reagieren und neue Aktionen zu lernen. Hierfür werden zahlreiche technologische Bausteine benötigt, wie z.B. Sensorfusion, semantische Erklärungsmodelle oder Planungsverfahren.

2) Dynamische Vernetzung: Der Grad an Vernetzung der Systeme wird zunehmen. Hieraus entstehen neue, komplexere Systeme, deren Funktionalität die Summe der Funktionalitäten der Einzelsysteme übersteigt. In Abhängigkeit des Gesamtsystemziels variieren die Systemgrenzen, die Schnittstellen und die Rollen der Einzelsysteme. Das vernetzte System, das zunehmend in globaler Dimension agiert, wird nicht mehr ausschließlich durch eine globale Steuerung beherrschbar sein, vielmehr muss auch durch lokale Strategien ein global erwünschtes Verhalten erreicht werden. Da wir davon ausgehen, dass diese Einzelsysteme autark voneinander agieren können und unabhängig bzw. von verschiedenen Anbietern entwickelt werden, spricht man von einem System-of-Systems (SoS).

3) Sozio-technische Interaktion: Die aufgezeigte technologische Entwicklung eröffnet auch neue Perspektiven der Interaktion zwischen Mensch und Maschine. Die entsprechenden Systeme werden sich flexibel an die Bedürfnisse der Anwender anpassen und sie kontextsensitiv unterstützen. Ferner werden sie auch fähig sein, sich zu erklären und dem Benutzer Handlungsmöglichkeiten zu bieten. Die Interaktion wird zunehmend multimodal (z.B. Sprache und Gestik) und auf Basis neuer Technologien (z.B. Augmented Reality oder Hologrammen) erfolgen. Dies führt zu neuartigen sozio-technischen Systemen. Vor diesem Hintergrund stellt sich weniger die Frage, bei welchen Aufgaben der Mensch ersetzt wird, sondern welche neuen Aufgaben bzw. welche bekannte Aufgaben auf neue Art durch Augmentation – also der Erweiterung menschlicher Fähigkeiten durch maschinelle Intelligenz – gelöst werden können.

4) Produkt-Service-Systeme: Produkt-Service-Systeme (auch hybride Leistungsbündel genannt) beruhen auf einer engen Verzahnung von Sach- und Dienstleistungen und bieten auf den Kunden ausgerichtete Problemlösungen. Der Nutzen neuartiger Systeme entsteht in der Regel durch datenbasierte Dienstleistungen, die die Erfassung, Verarbeitung und Auswertung von Daten umfassen. Beispielsweise kann die Auswertung der Daten einer Produktionsanlage zu einer Prognose eines Maschinenausfalls führen, auf deren Grundlage weitere Dienste wie präventive Wartung und automatische Bestellung von Ersatzteilen initiiert werden.

Um den Herausforderungen bei der Entwicklung von Advanced Systems zu begegnen gliedern sich unsere Forschungsschwerpunkte daher in die zwei Bereiche Strategische Planung und Innovationsmanagement und Systems Engineering (Bild 2).
Bild 2: Forschungsschwerpunkte der Fachgruppe Advanced Systems Engineering