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In sechs Phasen von der Idee zum fertigen Produkt. (Bild: HEITEC AG)

Elementare Bestandteile des Designs sind eine konsequente Bedarfsanalyse für Mechanik, Elektronik und Umgebung, die verschiedenen Pflichtenhefte sowie parallele Entwicklungsstufen von der Fertigung bis hin zur vollständigen Systemintegration. Neben der Bedarfsuntersuchung spielen Best-Practice-Gehäusebau, Verifikation der einzelnen Baugruppen und ein problemloses Funktionieren in der Kombination, Simulation und Test eine große Rolle, um ein unkompliziertes Prototyping zu erreichen, im Folgenden beschrieben am Beispiel einer vollständig integrierten Kontrolleinheit. Und: HEITEC nutzt in der Entwicklung im Bedarfsfall alle Inhouse-Kapazitäten für digitales Engineering.

 

Was beim Erstellen eines Systemkonzepts zu beachten ist

Zunächst sind viele Fragen zu klären: Welche Funktion muss die Kontrolleinheit erfüllen, welche Schnittstellen sind zu bedienen, welche Anforderungen gibt es bezüglich Zuverlässigkeit des Systems, wie oft soll das System gewartet werden, steht es in einem kontrollierten Umfeld oder steht das System irgendwo weit entfernt vom nächsten Service-Punkt? Besteht die Möglichkeit, jederzeit darauf zugreifen zu können oder gibt es feste jährliche Wartungszeiten, die genau eingehalten werden müssen? Hier ist bereits erkennbar, dass es nicht nur auf eine saubere technische Implementierung einer Lösung ankommt, sondern dass auch das Servicekonzept beachtet werden muss. Es ist immer noch eine der großen Herausforderungen, dass diejenigen, die ein System designen und implementieren, einen ganz anderen (teilweise kurzfristigeren) Blickwinkel haben als diejenigen, die nachher sicherstellen müssen, dass die Kontrolleinheit, die ja auch nur das Subsystem einer Applikation ist, möglichst reibungslos und meist sehr lange funktionieren muss. Und das Ganze muss nicht nur technisch, sondern auch kommerziell effektiv umgesetzt werden; also bei wachsendem Kostendruck und möglichst ohne notwendige kostenintensive Re-Designs.

 

Was versteht man unter Requirement Engineering?

Eine entscheidende Rolle spielt das „Requirement Engineering“, das die transparente Nachvollziehbarkeit jeder einzelnen Projektphase garantiert. Zuerst werden in einer Bedarfsanalyse in enger Zusammenarbeit mit dem Kunden und im Hinblick auf dessen Zielapplikation alle Anforderungen des Gesamtsystems bezüglich Funktion, Leistung sowie der elektrischen, mechanischen und auch thermischen Vorgaben erfasst. Welche Funktionalität muss erfüllt werden? Wichtige Aspekte sind hier Systemperformance, Echtzeitfähigkeit, Datendurchsatz, Ausfallsicherheit oder thermische Eigenschaften, u.v.m. In einem zweiten Schritt werden die verschiedenen Anforderungen in die Strukturkonzeption aufgenommen und entsprechend der jeweiligen Funktionalität (Hardware/Software, Baugruppen, FPGA, etc.) aufgeteilt. Dabei können unterschiedliche Lösungsansätze entstehen, die in einer Entscheidungsmatrix zusammengeführt werden. Die Auswahl der relevanten Komponenten wird analog dazu vorgenommen, z.B. CPU, SoC, I/O Interfaces oder Speichermodule. Die Einzelmodule müssen sich zu einem stimmigen Ganzen zusammenfügen, die Anbindung untereinander muss garantiert sein, Fertigungsaspekte von Anfang an in Betracht gezogen werden. Dabei bespricht der System-Architekt aufgrund seines Know-hows in punkto Fertigung und Anwendung mit dem Kunden im Vorfeld auch die kommerziellen Auswirkungen der möglichen Designvarianten ab, um dann die effektivste und kostengünstigste Lösung auszuwählen.

System Design Workflow
Der Workflow-Prozess deckt den Entwicklungszyklus eines kompletten Systems ab. (Bild: HEITEC AG)

Die Daten zur Anforderungs-, Funktions-, Design- und Testspezifikation werden in einem Work Chart zusammengeführt, auf das alle Teammitglieder Zugriff haben. Dabei wird eine Bedarfs-Matrix erstellt, die das Team durch alle Versionskontrollen und Projektphasen begleitet. Sind die Entscheidungen gemäß der Bedarfsanalyse gefallen, können Designabläufe bei erprobten Workflow-Prozessen und breit gefächerter Expertise parallel stattfinden. Der Gesamtprozess besteht bei vollständiger Integration aus System-Konzept, Board- sowie Chip-Design, Soft- und Firmware-Design, Mechanik-Design, Design-for-Manufacturing, Prototyping, Modul-, System- und Typtests sowie Zertifizierungen mit anschließender Serienfertigung und Lebenszyklus-Management.

 

Was ein Partner für Systemlösungen mitbringen muss

Schon in der Anfangsphase müssen Schlüsselaspekte der Anwendung berücksichtigt werden - Architektur, Taktraten, Protokolle, I/O-Interfaces oder Zeitmanagement. Die Teilprozesse müssen robust sein und aufeinander abgestimmt ablaufen, um technologisch und qualitativ hochwertige Gesamtprodukte zu generieren. Dabei werden frühzeitig Fertigungsaspekte mit einbezogen. HEITEC kann durch seine Bandbreite auf industrie-spezifisches Prozess-Know-how in nahezu jedem Bereich zurückgreifen. Die Kundenvorteile in kommerzieller, technologischer und qualitativer Hinsicht liegen bei diesem Modell auf der Hand: Eine Komplettlösung aus einer Hand ohne Multi-Partner-Management verringert das Risiko sowie die Entwicklungs- und Fertigungszeit. Stabile Prozesse und erprobte Technologien basierend auf Standard-Gehäuseteilen sowie Know-how über ein breites Branchenspektrum hinweg optimieren das Gesamtsystem bzgl. Performance, Langlebigkeit und Stückkosten.

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