Nichts bleibt wie es war: Die Automotive-Systementwicklung wird agil

Der Gastartikel diese Woche wurde von Andreas Kreß und Dr. Thaddäus Dorsch geschrieben, die beide Berater der HOOD Gruppe sind. Thematisch reit sich dieser Beitrag gut bei SE-Trends ein, da hier ja sowohl die Automobilindustrie als auch agile Vorgehen schön öfter beleuchtet wurden.

Andreas hält am 25. Oktober auf der ASK in München den Workshop Daily Build @ Hardware – Der iterative Zusammenbau als Grundlage einer agilen Entwicklungsstrategie an (Zur Anmeldung).

Nichts bleibt wie es war

Agile Methoden wie Scrum oder Kanban sind seit Jahren in der Softwareentwicklung bekannt und weitgehend etabliert. Agile Organisationsformen wie LeSS oder SAFe wurden vielerorts angenommen. Doch wenn es um die Entwicklung von Systemen aus Mechanik, Elektronik und Software geht, stoßen diese Ansätze auf bisher gut funktionierende klassische Methoden und Organisationsformen. Für die Entwicklung neuer Systeme mit mehr „Intelligenz“ kann das aber oft nicht ausreichen oder teilweise sogar der falsche Ansatz sein.

In der neuen automobilen Welt wird so agiles Vorgehen zu „State of the art“. Eine Voraussetzung dafür ist, dass sich die Entwicklung der von IT-Systemen angleicht. Mit anderen Worten: Das Auto wird zum mobilen Superrechner. Die Antriebselektrifizierung sorgt zudem dafür, dass Steuergeräte für Verbrennungsmotoren dann weniger gefragt sind als Energiemanagementsysteme. Die Digitalisierung schreitet auch in der Elektronik voran, TCP/IP-Busse und digitale Sensorik werden die Norm. Leitungsstrukturen die weniger Bus als Stern sind, aber viel mehr noch ein komplexes Netzwerk aus Bussen und Sternen, sind heute notwendig, um vielfältigsten Anforderungen gerecht zu werden. Diese Ziel-Systemveränderung wird auch die Organisationsform herausfordern. Sie wird aber auch die Fähigkeitsprofile der Aktoren in der Systementwicklung verändern.

Vom einfachen Control Loop zum Real Time Parallel Computing

Komplexe Standards, wie beispielsweise Autosar oder QNX, abstrahieren die Hardware und erhöhen die Übertragbarkeit auf verschiedenste Microcontroller Umgebungen. SoC-Lösungen vereinfachen die Platinen Layouts und machen den Schaltungskauf (IP) kostengünstiger als die Pflege und Weiterentwicklung eigener Schaltungslösungen. Beobachtet man diese Entwicklung, so wird klar, dass der programmierende Elektroniker immer mehr zum elektronikaffinen Informatiker wird.

Entwicklung zum Superrechner

Eines der vielen Institute, die eine Entwicklung des Autos zum mobilen Superrechner voraussahen und diese Entwicklung erforschten, ist das Institut für Informatik der TU Clausthal.

Dort wurden bereits 2009 verschiedene Projekte durchgeführt und darauf basierend eine Studie entwickelt. Sie ließ für den weiteren Verlauf der Automobilentwicklung folgende Prognosen zu:

• 2015: Das Auto ist zum mobilen Parallelrechner mit bereits sehr aufwendiger Verkabelung geworden.
• 2020: Alle Kabeltechnologien sind im Fahrzeug gleichzeitig vertreten, d.h. shielded twisted Pair, Koaxialkabel, Glasfaser, Standard-Signalkabel und Starkstromkabel sind erforderlich und machen den Kabelbaum heterogen und teuer.
• 2030: Autonomes Fahren erlangt Serienreife. Das Auto ist nach den Maßstäben von 2009 ein mobiler Supercomputer. Er wird von einem Elektroantrieb auf telematisch kontrollierten Straßen bewegt.

Was autonomes Fahren betrifft, so scheint die Studie die beschleunigte und exponentielle Entwicklung nicht vorausgesehen zu haben. Stand 2018 gibt es bereits teilautonomes Fahren in Serie.

Wirkung auf die Organisation der Automotive-Elektronikentwicklung

Warum sich der Entwicklungsprozess von Autos so gestaltet hat, wie er ist, liegt an der fortdauernden Kostenoptimierung nach dem Prinzip von Henry Ford und an den tiefen Lieferketten.

Als Endkunde könnten wir glauben, dass der Autobauer der alleinige Hersteller unseres neuen Fahrzeugs ist. Doch hier übersehen wir die komplexe, dynamische und manchmal auch als chaotisch wahrgenommene Entwicklungswelt mit all ihren unterschiedlichen Mitspielern. All diese beteiligen sich an einem Neu- und Weiterentwicklungsprozess, der zwischen Konkurrenz und Kooperation entsteht und dem „Design to Cost“ unterworfen ist.

Die primäre Organisationsform der Entwicklungsabteilungen der großen Automobil- und Automobilteilehersteller ist sowohl hierarchisch als auch matrixorientiert. Die Organisation der Entwicklungsprojekte orientiert sich dabei an den sogenannten PEPs, den formalisierten Produktentwicklungsprozessen. Diese Blaupausen strukturieren bis in Einzelaufgaben die Projektpläne und die Projektverfolgung durch Management und Qualitätsabteilungen. Eine solche qualitätsorientierte Vorgehensweise ist heute Standard. Sie zieht sich über alle Lieferkettenbeteiligten, die unter Innovationsdruck stehen.

Conways Law

Conways Law sagt folgendes aus: „Organisationen, die Systeme entwerfen, sind gezwungen, Designs zu produzieren, die Kopien der Kommunikationsstrukturen der Organisationen sind“. Diese Hypothese stammt aus der Softwareentwicklung und wurde in zahlreichen Studien nachgewiesen. Sie zeigt sich auch in der Entwicklungswelt von Fahrzeugen. Dort sehen wir schon auf der globalen Perspektive die ersten, von der Automobilarchitektur geprägten, übergreifenden Organisationstrukturen.

Gehen wir in das Elektronik-Subsystem und den Komponentenbereich, so stellt sich das Kabelnetz und die Vernetzung der Komponenten als übergreifende Instanz dar. Darunter finden wir auch nebeneinander liegende Bereiche, die sich mehr oder weniger isoliert entwickelt haben. Beispiele sind Motor, Fahrwerk oder Lichtanlage.

Früher wurden einfache Fahrzeugzustandsmeldungen, die sich auf den Zündungszustand und die Geschwindigkeit begrenzten, von den Kombi-Instrumenten gesteuert. Mit jeder neuen Funktion kam ein weiteres Steuergerät hinzu. Im Motorbereich war es eine Einspritzsteuerung, im Fahrwerk gab es ABS-Steuergeräte, und für die Karosserie wurden auch schon gerne zwei Steuergeräte für Front und Heck in den Kabelbaum integriert. Warum so kompliziert? Nun – das lag daran, dass die einmal entwickelte Struktur beibehalten werden sollte. Auch gab es in den letzten Jahren nur wenige Anpassungen oder Änderungen.

Alles fließt

Virtualisierung, Modellierung und Simulation halten immer mehr Einkehr in die Entwicklung. Dadurch wandelt sich nicht nur die automobile Industrie – mit all Ihren Entwicklungsdisziplinen – in ein Software-Unternehmen. Der Trend ist absehbar global und alles umgreifend. Einwände kommen vor allem von denen, die für Test und Absicherung verantwortlich sind. Sie sind zwar mit Testautomatisierung und Testdatenmanagement bereits IT-technisch ausgestattet, dennoch sind hier auch große Veränderungen im Vorgehen zu erwarten. Eine große Rolle spielt dabei die virtuelle Absicherung. Sie erlaubt zum einen frühe Einsichten, zum anderen macht sie späte physikalische Testläufe überflüssig. Zwar ist das alles nicht neu, jedoch war es bislang stark durch teure Rechen- und Speicherkapazität limitiert.

Neue agile Projektorganisationen

Die neuen Organisationsformen lehnen sich an „Crowd Working“ und die agilen Projektdurchführungsmethoden an. In der Softwareentwicklung ist heute Scrum die agile Methode der Wahl.

Wir können bereits erste, äußerliche Kennzeichen wie Backlog-Technologien, Ticket- und Änderungs-Tracker beobachten. Zwar bestimmen nach wie vor die Schnittstellen zu PDM-Systemen und Ablagesynchronisation die Diskussion, doch kleinere Veränderungen können wir am besten in einer kollaborativen vernetzten IT-Werkzeugwelt durchführen.

Eine aktuelle und sehr gute Möglichkeit, diesem Thema auf den Grund zu gehen, bietet die „Agile Systems Konferenz“, die am 24.-25. Okt 2018 in München stattfindet.

Über die Autoren

Andreas Kreß ist als Senior Consultant im Bereich System Engineering für IT und technische Systementwicklung für die HOOD GmbH tätig. Seine Schwerpunkte liegen im Change und Configuration Management (CCVM), im Bereich Application Lifecyle Management (ALM) und im Bereich Requirements Engineering (RE). Seine Tätigkeitsschwerpunkte liegen in der Einführung und Optimierung von Prozessen, Methoden und Werkzeugen.

Dr. Thaddäus Dorsch arbeitet seit vielen Jahren als Senior Consultant für Requirements und Systems Engineering bei der HOOD GmbH. Er beschäftigt sich mit agilen und klassischen Vorgehensweisen in der Systementwicklung und dem effektiven Umgang mit Anforderungen. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf neuen Ansätzen und Denkmodellen für die Entwicklung von komplexen Systemen. Thaddäus Dorsch hat langjährige Erfahrung in der Systementwicklung und im Systems Engineering in den Branchen Telekommunikation, Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Automotive, Landmaschinen, Biotechnologie, Print und Multimedia.

Bild: HOOD Group