MBSE in der Forschung

Mit welchen Themen aus dem Bereich Model Based Systems Engineering (MBSE) setzt sich im Moment die Forschung auseinander? Dieser Frage ist eine internationale Gruppe von Forschern nachgegangen, geführt von Junda Ma vom Beijing Institute of Technology. Über eine Literaturrecherche beantworteten sie eine Reihe von Fragen zu MBSE in der Forschung, mit teilweise überraschenden Ergebnissen, insbesondere bezüglich Werkzeugketten.

Das Paper Systematic Literature Review of MBSE Tool-Chains wurde 2022 in Applied Sciences veröffentlicht. Neben dem Junda Ma beteiligten sich auch Guoxin Wang und Yan Yan, ebenfalls vom Beijing Institute of Technology, sowie Jinzhi Lu und Dimitris Kiritsis (École Polytechnique Fédérale de Lausanne) und Hans Vangheluwe (University of Antwerp).

Die Analyse basiert auf insgesamt 260 Veröffentlichungen zum Thema MBSE.

Fragestellungen

Die Forscher setzten sich das Ziel, die folgenden vier Fragen zu beantworten:

1. Wie viel Forschung zu MBSE-Werkzeugketten wird überhaupt betrieben? Mit diese Frage sollte der Umfang der Forschungsthemen im Zusammenhang mit MBSE Werkzeug-Ketten erfasst werden.
2. Welches sind die am häufigsten untersuchten Forschungsbereiche im Zusammenhang mit MBSE-Werkzeugketten? Und in welchen Anwendungsbereichen wurden sie eingesetzt? Anhand dieser Forschungsfrage wurde analysiert, wie MBSE-Werkzeugketten die Arbeit von Forschern im Systems Engineering unterstützen und in welchen Bereichen sie zum Einsatz kommen.
3. Welches sind die am häufigsten angewandten Forschungsmethoden? Mit dieser Frage wollten die Forscher verstehen, welche Techniken für den Aufbau von MBSE-Werkzeugketten verwendet werden können. Es wurden vier Aspekte berücksichtigt, basierend auf dem SPIT Framework für die Entwicklung von Werkzeugketten. Das SPIT Framework wurde 2017 auf dem INCOSE Symposium vorgestellt.
4. Die letzte Frage beschäftigte sich mit dem Beitrag der Forschung im Zusammenhang mit MBSE-Toolchains.

In 20 Jahren von 0 auf 30

Null ist vielleicht übertrieben, aber bis ca. 2007 gab es verschwindend wenig Forschung zu MBSE-Werkzeuggketten. Das mag insofern etwas irreführend sein, da es damals schon einen gewissen „Modellierungsboom“ gab. Doch damals fokussierte sich die Industrie auf Softwaremodellierung im Allgemeinen und UML im speziellen.

Anwendungsbereiche

Bei der zweiten Frage untersuchten die Forscher die Stakeholder von MBSE und deren rollen, als auch die Entwicklungsphasen, in denen MBSE eingesetzt wird.

Insbesondere die zweite Frage spiegelt sicher nicht den wirklichen Einsatz von MBSE wider, da ja speziell Forschungspapiere untersucht wurden. Dementsprechend wurde auch MBSE in knapp 60% der Papers für Forschungsprojekte verwendet.

Interessanter für uns ist die Analyse der Stakeholder. Bei gut der Hälfte der Papers ist dies der Systems Engineer. Überraschend ist hingegen, dass in einem drittel der Fälle der Domain Engineer der Stakeholder ist. An nächster Stelle kommt dann mit lediglich 5% der Project Manager.

Neben dem Systems Engineer ist der Domain Engineer einer der größten Stakeholder des MBSE.

Systematic Literature Review of MBSE Tool-Chains

Weiterhin untersuchten die Forscher die Domänen für den Einsatz von MBSE. Hier gab es kaum Überraschungen: Luft- und Raumfahrt sowie Automotive dominieren, wobei das volle Spektrum an Industrien vertreten ist. Knapp 50 der untersuchten Papers haben sich auf keine bestimmte Domäne bezogen.

Techniken für funktionale Sicherheit dominieren

Frage 3 setzt sich mit den konkreten Techniken auseinander, die mit MBSE-Werkzeugketten unterstützt werden können, wie Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Ähnliches. Nicht überraschend dominieren Techniken der funktionalen Sicherheit wie Safety, Zuverlässigkeit, Resilience, Quality, die zusammen knapp 50% darstellen.

Für Manager und Entscheider ist der Verwendungszweck von MBSE wahrscheinlich noch interessanter. Dabei dominiert das abstrakte verstehen von Problemstellungen (knapp 50%). Domänenspezifische Modellierung stand an zweiter Stelle, was sich mit der Stakeholderanalyse deckt.

Modellierungssprachen: SysML und UML

SysML und UML stellen zusammen 75% der verwendeten Modellierungssprachen dar. Erwähnenswert ist sind noch die domänenspezifischen Modellierungssprachen (DSML), die in immerhin 13% der Fälle eingesetzt wurden.

Spannend, aber auch mit Vorsicht zu genießen, sind die eingesetzten Werkzeuge. Dies spielt sicher nicht den Industrieeinsatz wider sondern ist spezifisch für die Forschung. Trotzdem: Die Studenten von heute sind die Industrienutzer von morgen.

Viele dieser Werkzeuge sind so flexibel, dass sie für verschiedene Aktivitäten eingesetzt werden können. Das Titelbild von diesem Artikel zeigt, wie sich die Werkzeug auf die fünf Einsatzbereiche Anforderungsmanagement, Systemmodellierung, -analyse, -verifikation und Projektmanagement verteilen.

Quo vadis, MBSE?

Die letzte Frage untersuchte die Schwerpunkte der MBSE-Forschung. Zumindest für Praktiker ist es kaum verwunderlich, dass dies bei satten 60% Frameworks bzw. Methoden sind. An nächster Stelle stehen Werkzeugketten mit knapp 12%. Das spiegelt auch meine Erfahrung aus der Praxis wieder. An diesen Stellen (Methoden, Frameworks) ist der Leidensdruck in der Industrie chronisch sehr hoch, eine Zusammenarbeit im Forschungsprojekt verspricht Abhilfe.

Bezüglich Werkzeugentwicklung in der Forschung bin ich inzwischen desillusioniert: Die Werkzeuge sind selten Praxistauglich, weil die Doktoranden an den Themen arbeiten, die ihnen Spaß machen (oder für die Dissertation wichtig sind), und nicht den Aspekten, die langweilig aber für den Praxiseinsatz essentiell sind.

Fazit: Ich finde Literaturanalysen wie diese gerade für uns Praktiker sehr hilfreich, um den Überblick zu behalten. Viele Ergebnisse bestätigen meinen Eindruck des Marktes, zum Beispiel die Dominanz von SysML. Andererseits war die größte Überraschung für mich die Dominanz von Domänenspezifischen Aspekten, was wir bei den Stakeholdern, Problemstellungen und Sprachen gesehen haben.

Interessierten kann ich empfehlen, sich das Paper selbst noch einmal in Ruhe anzuschauen.

Bildquelle: Systematic Literature Review of MBSE Tool-Chains (CC-BY)