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AutomotiveModellierung & MBSE

Der Denkfehler beim softwaredefinierten Fahrzeug

Alle reden vom softwaredefinierten Fahrzeug. Brauchen wir das wirklich? Und wenn ja, ist eine Softwareplattform der richtige Weg? Das zumindest behauptet McKinsey in einem schon 2020 veröffentlichten Bericht.

Grundsätzlich gehen die Ideen schon in die richtige Richtung. Aber ein entscheidender Punkt wird häufig übersehen.

Das softwaredefinierte Fahrzeug

Tesla hat gezeigt, welchen Stellenwert Software in einem Fahrzeug haben kann, mit entsprechenden Auswirkungen auf das Geschäftsmodell. Viele Hersteller haben das Konzept inzwischen kopiert und bieten bereits verbaute Features per Softwarefreischaltung zum Kaufen oder Mieten nachträglich an.

Damit das (sicher) funktioniert, muss die Fahrzeugarchitektur dies entsprechend unterstützen. Während bspw. Tesla von Anfang an Over-The-Air-Updates (OTA-Updates) ermöglichte, mussten traditionelle Hersteller feststellen, dass sich OTA nicht so ohne weiteres Nachrüsten lässt.

Ein „softwaredefiniertes Fahrzeug“ bezieht sich auf ein Konzept, bei dem die Hauptfunktionen, Merkmale und Leistungen eines Autos durch Software gesteuert und verbessert werden, statt hauptsächlich von der physischen Hardware abhängig zu sein. Dieser Ansatz ermöglicht es, dass Fahrzeuge nach der Herstellung durch Updates und Upgrades der Software verbessert oder mit neuen Funktionen ausgestattet werden können.

Schon 2019 kündigte Mercedes an, der Konzern werde zur Softwarefirma. Ein paar Jahre später wurde das Projekt Eclipse Software Defined Vehicle gegründet, der mehrere deutsche OEMs und Zulieferer angehören.

Probleme mit konventionellen Architekturen

Vor ein paar Jahren veröffentlichte das Beratungsunternehmen McKinsey den Bericht The case for an end-to-end automotive software platform und nahm damit klar Stellung zu diesem Thema. Insbesondere können die viele Probleme laut McKinsey nur mit einem softwaredefinierten Fahrzeug nachhaltig gelöst werden.

Viele Probleme entstehen durch die hohe Komplexität der Gesamtsystems „Fahrzeug“, bzw. des aus vielen Fahrzeugen bestehenden „System of Systems“. Die Architektur besteht aus hunderten von funktionalen Komponenten im Fahrzeug und in der Cloud. Schon heute werden 30 bis 50 Prozent der Ressourcen für die Integration aufgewendet. Und die Softwarekomplexität wird sich voraussichtlich in den nächsten zehn Jahren verdreifachen.

Keine einzelne Softwareplattform auf dem Markt kann alle systemübergreifenden Anforderungen erfüllen. Stattdessen findet die Entwicklung von Automobilsoftwaremodulen oft isoliert statt: Sowohl durch Zukäufe, aber auch durch nicht ausreichend eingebundene Teams des Herstellers. Dadurch erfordern Änderungen an einem Softwaremodul häufig umfangreiche Überarbeitungen. Diese Systeme sind nicht immer abwärtskompatibel und benötigen daher alle paar Jahre eine umfangreiche Neuentwicklung, um mit neuen Funktionen und Leistungen Schritt zu halten.

McKinsey fordert eine Softwareplattform

McKinsey sieht die Lösung in einem Betriebssystem, das robust und flexibel genug ist, um die Hauptsysteme im gesamten Fahrzeug abzudecken. Softwaremodule müssen auf einer gemeinsamen Codebasis entwickelt werden, um eine saubere Integration und Weiterentwicklung zu ermöglichen. Durch einheitliche Schnittstellen würde sich damit auch die Komplexität reduzieren.

McKinsey hofft, dass sich durch die Vereinfachung der Schnittstellen die Komplexität senkt. Ich sehe das skeptisch, da die Gesamtkomplexität eines Systems nicht beliebig gesenkt werden kann (Gesetz der Komplexität).

Aber auch ohne eine signifikante Reduktion der Gesamtkomplexität könne eine geschickte Architektur bspw. die Integrationskosten drastisch senken. Diese könnte auch die Wiederverwendung erhöhen.

Ob so eine Plattform von den etablierten Herstellern entwickelt werden wird oder ob neue Marktteilnehmer dieses tun werden, ist noch offen.

Der Denkfehler: Wo bleibt das Systemdenken?

Das Problem ist, dass die Software zwar in den Vordergrund rückt, wir aber trotzdem immer noch Hardware haben. Der McKinsey-Report bleibt da vage und tut die Hardwareplattform für das Deployment quasi als Nebensächlichkeit ab. Statt dessen verweist der Bericht auf andere Domänen. So haben beispielsweise Hersteller von Dronen Wege gefunden, eine einzige Software-Architektur für viele Gerätetypen wiederzuverwenden. Konkret spricht McKinsey von der Vereinheitlichung des Betriebssytems für Flugsteuerung, Funkverbindung und Kamerasoftware.

Standardisierte Schnittstellen zwischen diesen Systemen sind sicherlich wichtig und relevant. Schließlich hilft es der Stabilisierung der Kamera, auf Informationen der Flugsteuerung zurückzugreifen. Im Automotive-Umfeld wird oft zitiert, wie schwierig es ist, das Infotainmentsystem für die Anzeige von Fahrzeuginformationen zu nutzen, bei gleichzeitigem Anspruch auf hohe Sicherheit.

Doch ein Fahrzeug wird immer ein Verbund aus Hardware und Software sein. Oder genauer gesagt, ein Verbund aus Mechanik, Elektrik und Software. eine Softwareplattform kann dem nicht gerecht werden, das kann nur eine Systemplattform.

Wir brauchen eine Systemplattform — Softwareplattform reicht nicht!

Insbesondere MBSE fordert mindestens drei Abstraktionsebenen ein: Die Problemebene, die logische und die physikalische Lösungsebene. Auf der physikalischen Ebene haben wir Komponenten, wie Bremslicht, Blinker oder Betriebssystem. Auf der mittleren Ebene haben wir Subsysteme, die die verschiedenen Elemente der physikalischen Ebene kombinieren, um Probleme auf der Problemebene zu lösen. Das hat übrigens Sodius-Willert sehr schön im Whitepaper Systems und Software Architektur erfasst.

Manche Verfechter des softwaredefinierten Fahrzeug hoffen nun, dass die mittlere Ebene vollständig über Software abgebildet werden kann. Aber genau das bezweifle ich. McKinsey nennt das „Softwaremodule“. Sicherlich lässt sich auf diesem Weg kurzfristig etwas Effizienz gewinnen. Aber um nachhaltig skalierbar Fahrzeuge entwickeln zu können, reicht eine Softwareplattform nicht aus. Dafür benötigen wir eine Systemplattform.

Bildquelle: FreePik

Michael Jastram

Creator and Author of SE-Trends