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Modellierung und Simulation

Forschung und Softwareentwicklung für Raumfahrtmissionen der Zukunft

MBSE in der Concurrent Engineering Facility (CEF)

Die Gruppe für Modellierung und Simulation unterstützt die Raumfahrtaktivitäten des DLR mit modernen Softwareprodukten, die innovative und zukunftsweisende Lösungen für den Entwurf von Raumfahrzeugen und Raketen bieten. Systems Engineering, wie es bis heute angewendet wird, stellen wir neuartige Arbeitsweisen und Analysemethoden entgegen, die an eine durchgängige digitalisierte Welt angepasst sind. Unsere Softwarelösungen basieren auf den neusten Technologien und aktuellen Ergebnissen aus Wissenschaft und Forschung. Mit neuen Ansätzen wie z.B. dem Model-Based Systems Engineering (MBSE) verlassen wir die bis heute geltenden dokumentenbasierten Entwicklungsprozesse und verlagern sich ständig wiederholende Aufgaben in die Hände von Computern. So werden die Raumfahrtingenieure entlastet und können sich Ihrer eigentlichen Aufgaben zuwenden: kreatives Design.

Virtual Satellite Software

Unser fachübergreifendes Wissen in den Bereichen des Systems Engineering, Software Engineering und der Softwareentwicklung hilft uns die Werkzeuge und Methoden zu entwickeln, die die Raumfahrtingenieure für eine effiziente Systementwicklung benötigen. Dafür beschäftigen wir uns mit vielen Themen, wie zum Beispiel den folgenden:

• Model-Based Systems Engineering – Um die passenden Methoden und Tools bereitstellen zu können, müssen wir verstehen, wie Projektingenieurinnen und -ingenieure denken und arbeiten. Daraus entwickeln wir Modelle, um das Systems Engineering domänenübergreifend zu digitalisieren und in computergerechte Arbeitsprozesse umzuwandeln.
• Virtual Satellite Software – Virtual Satellite ist das Softwarewerkzeug, auf dem die Forschungsarbeit unserer Gruppe aufgebaut ist und MBSE in die Projekte ausrollt wird. Sie wird nach modernsten Software-Engineering-Standards entwickelt und ist in Teilen frei auf der Seite software.dlr.de verfügbar.
• Interaktive 3D-Visualisierung und Smart Devices – Neue Technologien und Ansätze, wie Virtual und Augmented Reality, verändern die Art, wie Systems Engineering betrieben wird. Diese disziplinübergreifenden Themen bilden zusammen mit MBSE einen Grundpfeiler in unserer Vision der Industrie 4.0.

Smart Modelling Devices

Die Arbeitsgruppe für Modellierung und Simulation besteht aus internationalen Experteninnen und Experten aus den verschiedensten Fachbereichen. Hierzu gehören die Informatik, Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Raumfahrt sowie Raumfahrtingenieurswesen aber auch klassische Disziplinen wie Mathematik. Zusammen mit unseren Promotionsstudierenden forschen wir an den wichtigen Themen, die unsere Arbeiten untermauern und einen Mehrwert für unsere zukünftigen Entwicklungen bieten. Die folgenden Themen geben einen kleinen Einblick in unsere aktuellen Forschungsaktivitäten:

• Unterstützungsprozesse für das Systems Engineering in der Raumfahrt – Alle Planungsschritte einer Mission sollen dabei vom Computer erfasst und weiterverarbeitet werden. Es beginnt mit der Erfassung von Anforderungen an eine Mission, die von der natürlichsprachlichen Beschreibung in formal verwertbare Anweisungen überführt werden (Requirement Engineering). Als weiteres Teilgebiet wird die Unterstützung der Planungsprozesse in einer Concurrent Engineering Facility (CEF) adressiert. Aber auch andere Aspekte des Systems Engineering wie die frühzeitige Bewertung und Planung fehlertoleranter System (FDIR) werden hier erforscht.
• Modellierungsmethodik – Es geht um das Ziel einer einfacheren und damit auch verständlichere und wiederverwendbaren Art der Beschreibung eines Systems. Dazu gehört die Entwicklung von Meta-Modellen um flexible auf erweiterte Systemanforderungen reagieren zu können. Conceptual Data Models (CDMs) und Multi-Level-Modellierung sind aktuelle Forschungsthemen für den designphasenübergreifenden Systementwurf zu erreichen. Die Implementierung und Anpassung des QUDV-Standards zum korrekten und einheitlichem Umgang mit physikalischen Einheiten wurden bereits erfolgreich umgesetzt (Veröffentlichung). Aber auch die graphische Modellierung (Schnittstellen- und Struktur-Modellierung), die Berücksichtigung von Ungenauigkeiten von (Sub-)Systemen sowie die Modellierung von parallelen Missionsabläufen sind wichtige Forschungsgegenstände.
• Automatisierte Designoptimierung – Die Erforschung mathematischer Methoden zur Unterstützung der Ingenieurinnen und Ingenieure steht hier im Mittelpunkt. Ziel ist es Designmöglichkeiten schneller und effizienter zu analysieren und eine bessere Gesamtleistung der Raumfahrzeuge zu erreichen. Als gemeinsames Projekt mit der Abteilung High-Performance Computing wird auch die Anwendbarkeit von Quantencomputern untersucht.
• Formale Verifikation – Im Gegensatz zur Simulation sollen hier die Korrektheit, Robustheit und Zuverlässigkeit des entworfenen Systems erforscht und Strategien zur Beweisführung entwickelt werden. Model Checking ist dabei das Mittel der Wahl, aber wegen der Explosion des Zustandsraums häufig nicht praktikabel. Somit erforschen wir alternative Ansätze, die sich sogar während Sessions in der CEF zum Einsatz kommen können (Veröffentlichung).