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Juan Valverde Alcalá, Aerospace and Defense Industry Manager – EMEA bei MathWorks

Wo sehen Sie aktuell die wichtigsten Herausforderungen in der Produktentwicklung in der Luft- und Raumfahrt – beispielsweise in Bezug auf Budget, Projektlaufzeiten, Zertifizierungen, Materialverfügbarkeit oder den Einsatz neuer Technologien?

Die größten Herausforderungen lassen sich in folgende Bereiche unterteilen: Zunehmende Systemkomplexität, lange Entwicklungszyklen und Integrationsaufwand. Luft- und Raumfahrtsysteme werden zunehmend als Teil größerer Systems of Systems betrieben, beispielsweise in Verteidigungsnetzwerken oder Satellitenkonstellationen. Dies erfordert eine einheitliche Systemarchitektur, eine isolierte Entwicklung sollte unbedingt vermieden werden. Zusammenarbeit ist in zwei Dimensionen erforderlich.

• zwischen Systemen, die miteinander kompatibel sein müssen, und
• zwischen Unternehmen, die ihre Entwürfe aufeinander abstimmen und integrieren müssen.

Ein entscheidender Faktor ist die Digitalisierung des Engineerings, um einen durchgängigen digitalen Thread auf Basis von Model-Based Systems Engineering (MBSE) und Model-Based Design (MBD) zu ermöglichen.

Übergang zu softwaredefinierten Funktionen: Ein immer größerer Teil der Systemkomplexität liegt in der Software. Viele Unternehmen streben an, einen höheren Anteil dieser Software intern zu entwickeln, was eine erhebliche Anpassung der internen Prozesse, Toolchains und Organisationsstrukturen erfordert.

Einsatz neuer Technologien und damit verbundener Zertifizierungsherausforderungen: Für KI-fähige Systeme sind akzeptable Zertifizierungsansätze noch in der Entwicklung. Herkömmliche Methoden sind nicht vollständig anwendbar, und spezielle Arbeitsgruppen definieren derzeit neue Standards, an denen MathWorks aktiv beteiligt ist.

Der Bedarf an leistungsfähigeren Prozessoren (einschließlich Multi-Core- und Many-Core-Geräten) wirft Fragen hinsichtlich ihrer Einbindung in sicherheitskritische Zertifizierungsprozesse auf. Dies ist zwar machbar, aber nach wie vor zeitaufwändig und komplex.

Die zunehmende Abhängigkeit von Cloud-Diensten und der Verarbeitung großer Datenmengen erfordert ebenfalls neue Strategien zur Gewährleistung von Compliance, Safety und Security.

Welche technologischen und organisatorischen Lösungen halten Sie für besonders richtungsweisend, um diese Aufgaben zu bewältigen?

Ein entscheidender Faktor ist die Digitalisierung des Engineerings, um einen durchgängigen digitalen Thread auf Basis von Model-Based Systems Engineering (MBSE) und Model-Based Design (MBD) zu ermöglichen:

• Deutliche Verkürzung der Markteinführungszeit durch Automatisierung und Rückverfolgbarkeit: MBSE und MBD schaffen eine durchgängige Rückverfolgbarkeit von Anforderungen über Architektur und das detaillierte Design bis hin zur Verifizierung und Zertifizierung. Dadurch steigt der Automatisierungsgrad, Nachbesserungen werden reduziert und Entwicklungszyklen lassen sich bei gleichbleibend hoher Qualität deutlich verkürzen.
• Anpassung an die akademische Ausbildung: Viele Universitäten vermitteln MBSE und MBD bereits als Standardpraxis. Absolventen bringen somit von Beginn an die Denkweise und Fähigkeiten für modellbasierte Arbeitsabläufe mit, wodurch sich die Einarbeitungszeit in der Branche verkürzt.
• Automatisierte und qualitativ hochwertigere Zertifizierungs-Workflows: MBSE und MBD eignen sich hervorragend zur Automatisierung von Zertifizierungsaktivitäten – von anforderungsbasierten Tests über Abdeckungsanalysen bis hin zur Erstellung von Nachweisen. Dies steigert das Qualitätsniveau und kann die Zertifizierung effizienter und konsistenter machen.
• Simulation mit gemischter Genauigkeit und mehreren Domänen: Um die zunehmende Systemkomplexität zu bewältigen, sind modellbasierte Simulationen über verschiedene Domänen hinweg – etwa Avionik, Antrieb, Struktur oder Kommunikation – unverzichtbar. Mixed-Fidelity- und Multi-Domain-Simulationen ermöglichen die Analyse und Integration von Systems of Systems auf eine Weise, die mit rein physikalischen Tests unpraktikabel oder unmöglich wäre.
• Unterstützung modularer offener Architekturen: Der systematische Einsatz von Model-Based Design fördert klar definierte Schnittstellen und modulare Komponenten. Dies ermöglicht modulare, offene Architekturen, die für Erweiterbarkeit, die Einführung neuer Technologien und die Zusammenarbeit mit mehreren Partnern entscheidend sind.

Welche Kompetenzen und Formen der Zusammenarbeit in der Produktentwicklung werden in Zukunft entscheidend sein, um die Innovationskraft und Wettbewerbsfähigkeit zu steigern?

Verschiedene Kompetenzen und Kooperationsmodelle werden dabei besonders wichtig sein: 

• Systemdenken für komplexe Systems of Systems: Ingenieure müssen über ausgeprägte Fähigkeiten im Systemdenken verfügen, um komplexe Systems of Systems zu entwerfen, zu integrieren und unternehmensübergreifende, interoperable Lösungen zu gewährleisten. Dazu gehört die Fähigkeit, Anforderungen auf Missionsebene zu verstehen und diese in Architekturen und Schnittstellen umzusetzen.
• Fundierte Software-Expertise, integriert in sicherheitskritische Prozesse: Unternehmen müssen ausgeprägte Software-Engineering-Fähigkeiten mit einem fundierten Verständnis für sicherheitskritische Entwicklungsprozesse (zum Beispiel DO-178C/DO-254/ARP 4754B) kombinieren. Ziel ist es, fortschrittliche Software vollständig in disziplinierte, zertifizierbare Arbeitsabläufe zu integrieren.
• Beherrschung eingebetteter KI und ihrer Verifizierung: Fachwissen über Embedded KI und Methoden zur Verifizierung solcher Systeme wird von entscheidender Bedeutung sein. Dazu zählen Kenntnisse im Datenmanagement, der Robustheit und Erklärbarkeit von Modellen sowie die Fähigkeit, glaubwürdige Nachweise für Zertifizierungsbehörden zu erstellen.

Diese Kompetenzen, kombiniert mit einer unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit auf der Grundlage gemeinsamer Modelle, offener Architekturen und transparenter digitaler Threads, werden entscheidende Faktoren für Innovation und Wettbewerbsfähigkeit in der Entwicklung von Luft- und Raumfahrtprodukten sein.