Berechnungs-Software für Luft- und Raumfahrt

Wie Luft- und Raumfahrtingenieure mit Model-Based Design Entwicklungsprojekte realisieren

| Autor / Redakteur: Jon Friedman, Marketing Manager Luft- und Raumfahrt, Automotive- und Verteidigungsindustrie bei Mathworks / Luca Meister

Tests können mittels virtueller Prototypen bereits in einem frühen Entwicklungsstadium erfolgen.
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Tests können mittels virtueller Prototypen bereits in einem frühen Entwicklungsstadium erfolgen. (Bild: Mathworks)

>> Luft- und Raumfahrtunternehmen sind immer mehr gezwungen, ihre Entwicklungszeiten zu verringern, die Qualität ihrer Produkte zu verbessern und gleichzeitig die Anforderungen nach grösserer Systemkomplexität zu erfüllen. Model-Based Design hilft ihnen dabei, die oft komplexen Entwicklungsprojekte zeitnah und sicher umzusetzen.

In einem herkömmlichen Entwicklungsprozess für Schnellwechseleinheiten (LRU, Line-Replaceable Unit) erhalten Entwickler die Anforderungen von verschiedenen Quellen, die anschliessend zu einer Spezifikation zusammengefasst werden. Ein verteiltes Entwicklungs-Team verwendet diese als Grundlage für einen detaillierten Entwurf. Dabei werden üblicherweise mehrere Iterationen möglicher Konzepte durchgeführt, die entweder in Form von Simulationen oder als Hardware-Prototypen realisiert werden. Diese werden laufend modifiziert. Jeder akzeptable Entwurf wird wiederum an ein anderes Team zur Implementierung übergeben, das den Entwurf prüft, validiert und einen Konformitätsnachweis erbringt, wenn das Produkt einer Norm entsprechen muss. Da die Überprüfung erst am Ende dieses mehrstufigen Entwicklungsprozesses erfolgt, werden Fehler häufig sehr spät entdeckt. Die Fehlerbehebung ist kostspielig und erfordert oft schwierige finanzielle Entscheidungen.

Probleme früh erkennenund korrigieren

Model-Based Design beginnt mit der Erstellung einer ausführbaren Spezifikation, die mit den Design-Anforderungen verknüpft werden kann, wodurch eine bidirektionale Nachverfolgbarkeit zwischen Entwurf und Anforderungen gegeben ist. In deren Zentrum steht ein ausführbares Modell, das im Prozessverlauf verwendet und weiter verfeinert wird. Die Spezifikation kann ebenso Vorgabewerte und zu erwartende Ausgaben enthalten, eine Definition der Anwendungsumgebung und eine klare Formulierung der Entwicklungsziele, um eine Analyse der Realisierbarkeit der Anforderungen zu ermöglichen. Durch die Verwendung von Links (zu den ursprünglichen Anforderungen) können Entwickler im Prozessverlauf kontrollieren, ob der Entwurf allen Anforderungen entspricht und schnell beurteilen, welchen Einfluss Änderungen bzgl. der ursprünglichen Anforderungen haben.

Mit Hilfe von automatischer Code-Generierung und «Hardware-in-the-Loop-Tests» können Entwickler Fehler vermeiden, die während einer manuellen Implementierung entstehen. Dies hilft Unternehmen, signifikant Kosten zu sparen. Ein grosser Hubschrauberhersteller aus den USA hat z.B. mit Model-Based Design die Flugsteuerung für ein Schwenkrotorflugzeug entwickelt und im Vergleich zu früheren Software-Entwicklungsprojekten 40 Prozent Kosten gespart. Dies war möglich, weil Probleme im Entwurf und in den Anforderungen bereits früh erkannt und korrigiert wurden.

Anzahl Entwicklungsschritte minimieren

Die Effizienz des Entwurfs kann weiter optimiert werden, indem Modelle in verschiedenen Phasen des Entwicklungsprozesses wiederverwendet werden. Entwickler bei einem multinationalen Luft- und Raumfahrtunternehmen, die gemeinsam am Joint-Strike-Fighter-Programm arbeiten, haben drei verschiedene Varianten entwickelt und dabei einen gemeinsamen Bestand an Systemmodellen verwendet, um Elektronik-, Antriebs- und andere Systeme zu simulieren und automatisch die endgültige Flug-Software zu generieren. So konnten sie die Anzahl der Entwicklungsschritte drastisch minimieren.

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