Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE)

Closed-Loop Systems Engineering Demonstrator - Autonome Baustelle

Vernetzte und kommunizierende Produkte am Beispiel einer autonomen Baustelle

Wie lässt sich die Komplexität von Produkt- sowie Produkt-Service-Systemen beherrschen? Wie kann das Model-based Systems Engineering (MBSE) dabei in Kombination mit Digitalen Zwillingen und IoT-Plattformen helfen? Zur Beantwortung dieser Fragestellungen wird im e4lab der “Autonome Baustelle”-Demonstrator ausgestellt, ein Closed-Loop Systems Engineering Demonstrator des Lehrstuhls für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) an der TU Kaiserslautern, der in Kooperation mit CONTACT Software GmbH aufgebaut wurde.

Der Fokus liegt hierbei auf den methodischen sowie informationstechnischen Herausforderungen bei der Entwicklung und Optimierung von komplexen, smarten Produkt- bzw. Produkt-Service-Systemen. Anhand der Modelle der Baustellenfahrzeuge – als Teilsysteme des System of Systems (SoS) „Autonome Baustelle“ – wird das Konzept des Closed-Loop Systems Engineering validiert. Dabei sind die folgenden Loops von wichtiger Bedeutung:

(1) Model-in-the-Loop: Verifizierung des Systemdesigns in Bezug auf Architektur und Verhalten und die frühzeitige Validierung von Teillösungen oder Systemkomponenten auf Basis ausführbarer Systemmodelle, (2) Twin-in-theLoop: Validierung des digitalen Zwillings eines Produkts oder eines Systems sowie der zugehörigen Datenmanagementplattform (IoT) durch die Anbindung an ausführbare Systemmodelle und (3) System-in-the-Loop: Verwendung tatsächlicher Produktnutzungsdaten in Kombination mit Systemmodellen, die über digitale Zwillinge verbunden sind, zur Analyse von Betriebsverhalten und Leistung des Systems und Umsetzung von Verbesserungen durch Rekonfiguration existierender Produktinstanzen Designänderungen zukünftiger Systemgenerationen

Closed-Loop Systems Engineering Ansatz

Incorporation of advances v/v techniques and information feedback in MBSE in order to enable shorter development cycles, higher quality and creation of systems better suited to their application scenario and environment.

Key v/v techniques:

  • Model-in-the-Loop
  • Twin-in-the-Loop
  • System-in-the-Loop

Model-in-the-Loop

Model-in-the-Loop refers to the verification of the system design in terms of architecture and behavior, and the early validation of partial solutions or system components, based on executable system models.


Twin-in-the-loop

Twin-in-the-loop refers to the validation of the digital twin of a product or a system and its management platform through an integration of executable system models and the digital twins’ management platform (IoT).


System-in-the-Loop

System-in-the-Loop refers to the approach of using actual product usage data in combination with system models connected via digital twins to analyse the system’s operational behavior and performance and implement improvements in terms of reconfiguration and/or design changes for future system generations.

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