Methodik zur interdisziplinären und systemischen Architekturentwicklung von Fahrzeugkonzepten

Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Urbanisierung als globale Trends treiben den tiefgreifenden Wandel in der Automobilindustrie. Mit entsprechend dynamischen Marktanforderungen, komplexen Nutzerfunktionen und neuen Technologien entwickeln sich Fahrzeuge von mechanikdominierten zu vernetzten, multidisziplinären Systemen. Die aktuelle Industriepraxis zeigt, dass dies in der Entwicklung nicht ausreichend berücksichtigt wird, da sich bestehende Prozesse und Denkweisen häufig auf einzelne Bereiche und Disziplinen beschränken. Insbesondere die Konzeptphase, mit dem größten Hebel auf die Entwicklung, fokussiert sich bislang auf den mechanischen und geometrischen Entwurf des Fahrzeugs und vernachlässigt die gesamtheitliche, interdisziplinäre Betrachtung. Lösungsansätze bietet das Systems Engineering als Entwicklungsphilosophie für multidisziplinäre Systeme, mit der Architektur als zentralen Aspekt in der Konzeptphase. Bestehende Methoden liefern strukturierte Vorgehensmodelle und Modellierungsansätze, weisen jedoch ein heterogenes Verständnis hinsichtlich Architekturentwicklung auf und sind in ihrem Umfang unzureichend für die erfassten Herausforderungen.

Vor diesem Hintergrund betrachtet die Dissertation die Fragestellung, wie multidisziplinäre Fahrzeugarchitekturen im Kontext des Systems Engineering zu entwickeln sind. Es wird eine Methodik präsentiert, um eine interdisziplinäre, konsistente, nutzer- und systemorientierte Entwicklung komplexer Fahrzeuge zu ermöglichen. Die Grundlage dafür bildet die Definition der interdisziplinären Fahrzeugarchitektur. Die Methodik gliedert sich in die vier Sichten Anforderungen (R), Funktionen (F), logische (L) sowie physisch-technische Systeme (P) und beschreibt, über mehrere hierarchische Systemebenen, das sogenannte RFLP-Framework. Die Methodik beschreibt das Verständnis, die Rolle und Teilmethoden sowie das Zusammenspiel der jeweiligen Sichten im Framework. Im Hinblick auf eine übergreifende Fahrzeugentwicklung und mögliche Architekturvarianten wird zudem das Konzept einer Referenzarchitektur vorgeschlagen, welche als Grundlage eine technologieneutrale Architektur in F und L abbildet. Die Umsetzung der Methodik erfolgt modellbasiert mit der Modellierungssprache SysML und mit einem Metamodell zur Entwicklung von Fahrzeugarchitekturen. In der abschließenden Evaluation und Anwendung erfolgt entsprechend den methodischen Schritten der Entwurf einer Architektur des Gesamtfahrzeugs und seinen Subsystemen am Beispiel mehrerer Use Cases und Produktfunktionen.