Systemlebenszyklus

Der Systemlebenszyklus ist die Gesamtheit der Phasen und Zustände, die ein System von dem Zeitpunkt, an dem der Bedarf dafür entsteht, bis zu seiner endgültigen Außerbetriebnahme durchläuft. Der Lebenszyklus eines Systems wird nicht als bloßer Zeitintervall seines Bestehens betrachtet, sondern als ein Prozess aufeinanderfolgender Übergänge des Systems von einem Zustand in einen anderen unter dem Einfluss externer und interner Faktoren.

Definition

In Übereinstimmung mit Standards:

• Systemlebenszyklus – die Entwicklung des betrachteten Systems über die Zeit, von der Konzeption bis zur Außerbetriebnahme (GOST R ISO/IEC 15288 - 2005)
• Lebenszyklus – ist kein Zeitintervall des Bestehens, sondern ein Prozess der sequenziellen Zustandsänderung, der durch die Art der ausgeübten Einwirkungen bedingt ist (R 50-605-80-93).

Phasen des Lebenszyklus

Der Lebenszyklus eines Systems wird üblicherweise in eine Reihe von Schlüsselphasen unterteilt, die die Hauptetappen seiner Entwicklung, Implementierung und Wartung widerspiegeln. In verschiedenen Methodologien und Standards kann die Zusammenstellung der Phasen geringfügig abweichen, aber oft werden folgende allgemeine Etappen unterschieden:

• Bedarfsermittlung (Anforderungserhebung und -analyse) — Identifizierung der Aufgaben und Bedingungen, die das System erfüllen muss. In dieser Phase werden die Ziele des Systems formuliert, die Anforderungen des Auftraggebers präzisiert und die Besonderheiten der Betriebsumgebung festgelegt.
• Konzeption (Konzeptentwurf) — Entwicklung der Gesamtidee und des architektonischen Konzepts des Systems. Es wird ein konzeptioneller Entwurf des Projekts erstellt, die Realisierungsmöglichkeiten werden bewertet und vorläufige Modelle und Schemata entwickelt.
• Entwicklung (Detailentwurf) — Ausarbeitung technischer Lösungen und Erstellung der Projektdokumentation. In dieser Phase werden Spezifikationen präzisiert, Zeichnungen, Programmcode und andere Systemkomponenten entwickelt.
• Produktion (Herstellung und Montage) — Fertigung, Montage und Testen eines Prototyps oder eines Serienmodells des Systems. Hier wird auf Basis der entwickelten Dokumentation ein fertiges Produkt erstellt und Abnahmetests durchgeführt.
• Betrieb — Einführung des Systems in die Arbeitsumgebung und seine bestimmungsgemäße Nutzung. Es erfolgen die Inbetriebnahme, die Schulung des Personals und die Überwachung des Systembetriebs unter realen Bedingungen.
• Unterstützung (Wartung) — Technische Wartung, Aktualisierung und Modernisierung des Systems während des Betriebs. Es werden Reparaturarbeiten durchgeführt, Störungen behoben sowie neue Versionen und Verbesserungen implementiert.
• Außerbetriebnahme (Entsorgung, Stilllegung) — Planung und Durchführung der Prozesse zur Beendigung der Systemnutzung. Es erfolgen die Demontage, Entsorgung oder Konservierung des Systems sowie die Weitergabe von Erfahrungen und Abschlussdaten zur Analyse.

Modelle des Lebenszyklus

Zur Beschreibung des Lebenszyklus im Systems Engineering werden verschiedene Modellansätze verwendet. Zu den bekanntesten Modellen gehören das Wasserfallmodell (Waterfall), das V-Modell (V-Model) und das Spiralmodell (Spiral):

• Wasserfallmodell (Waterfall) — ein traditioneller linearer Ansatz, bei dem die Entwicklungsphasen ohne Rücksprünge aufeinander folgen​techtarget.com. Jede Phase (Anforderungsanalyse, Entwurf, Entwicklung, Testen usw.) wird abgeschlossen, bevor die nächste beginnt. Das Wasserfallmodell eignet sich gut für Projekte mit klar definierten und unveränderlichen Anforderungen, bei denen eine strikte Reihenfolge der Etappen wichtig ist.
• V-Modell (V-Model) — eine Weiterentwicklung des Wasserfallmodells, die in Form des Buchstabens „V“ dargestellt wird. Im V-Modell entspricht jeder Entwicklungsphase eine Verifikationsphase (Testphase). Zum Beispiel ist die Phase „Entwurf“ mit der Phase „Integrationstest“ und „Codierung“ mit dem „Unit-Test“ verbunden. Dieses Modell betont die Wichtigkeit der Überprüfung und Validierung der Ergebnisse in jeder Phase und wird oft in kritischen Bereichen (Luft- und Raumfahrt, Militärtechnik) eingesetzt.
• Spiralmodell (Spiral) — ein iterativer, risikoorientierter Ansatz, der von B. Boehm vorgeschlagen wurde. Das Projekt wird in mehrere Zyklen („Spiralen“) unterteilt, in denen jeweils Planung, Risikoanalyse, Implementierung und Überprüfung durchgeführt werden​en.wikipedia.org. Nach jeder Iteration werden die Anforderungen und Ergebnisse präzisiert, was eine flexible Reaktion auf Unsicherheiten und die Reduzierung kritischer Risiken ermöglicht. Das Spiralmodell kombiniert Elemente des Wasserfall-, iterativen und Prototyping-Modells und wendet sie je nach Projektcharakter an.

NASA-Lebenszyklusmodell

Nach dem Ansatz der NASA stellt der Systemlebenszyklus eine organisierte Abfolge von Phasen und Kontrollpunkten für Entscheidungen dar, die darauf abzielen, eine systematische Steuerung der Entwicklung, Implementierung, des Betriebs und der Außerbetriebnahme eines Systems während seiner gesamten Existenz sicherzustellen.

Stadien und Phasen des Lebenszyklus

Vor-Formulierungsstadium (Pre-Formulation):

• Pre-Phase A (Concept Studies): Generierung einer breiten Palette von Ideen und Alternativen, Bewertung der Machbarkeit und vorläufige Anforderungen.

Formulierungsstadium (Formulation):

• Phase A (Concept and Technology Development): Entwicklung des Missionskonzepts, der technischen Anforderungen und vorläufige Bewertung der Technologien.
• Phase B (Preliminary Design and Technology Completion): Vorentwurf und Abschluss der Entwicklung notwendiger Technologien, Festlegung der Basisanforderungen für das System.

Implementierungsstadium (Implementation):

• Phase C (Final Design and Fabrication): Endgültiger Entwurf und Herstellung der Systemkomponenten.
• Phase D (System Assembly, Integration and Test, Launch): Montage, Integration und Testen des Systems, Vorbereitung und Start.
• Phase E (Operations and Sustainment): Betrieb und Aufrechterhaltung der Funktionsfähigkeit des Systems während der Hauptmission.
• Phase F (Closeout): Abschluss der Mission, Außerbetriebnahme des Systems, Analyse der gesammelten Daten und Entsorgung der Komponenten

Besonderheiten des NASA-Ansatzes zum Lebenszyklusmanagement:

• Schlüsselentscheidungspunkte (Key Decision Points, KDP): An den Übergängen zwischen den Phasen werden Reviews und Überprüfungen durchgeführt, bei denen Entscheidungen über die weitere Entwicklung oder den Abbruch des Projekts getroffen werden.
• Technische und Managementprozesse: In jeder Phase werden technische Prozesse (Entwurf, Verifikation, Validierung usw.) und Managementprozesse (Risiko-, Konfigurations-, Schnittstellen-, technische Datenmanagement) umgesetzt​.
• Dokumente und Pläne: In jeder Phase werden technische und Managementdokumente erstellt und aktualisiert, wie z. B. der Systems Engineering Management Plan (SEMP), Integrations- und Testpläne sowie Betriebs- und Wartungshandbücher.

Management des Systemlebenszyklus

Das Management des Systemlebenszyklus ist ein zentraler Bestandteil des Systems Engineering und zielt auf die effektive Koordination aller Aktivitäten und Prozesse ab, die eine erfolgreiche Realisierung des Systems über seine gesamte Existenzdauer – von der ursprünglichen Konzeption bis zur endgültigen Entsorgung – sicherstellen. Dieser Ansatz beinhaltet die umfassende Integration und das Zusammenspiel verschiedener Ingenieur- und Managementdisziplinen mit dem Ziel, Kosten, Qualität und Zeitplan des Projekts zu optimieren.

Das Management des Systemlebenszyklus umfasst die folgenden Schlüsselelemente:

• Lebenszyklusplanung — Definition der Phasen, Aufgaben, Fristen und Ressourcen für die gesamte Lebensdauer des Systems.
• Anforderungsmanagement — Erhebung, Analyse und Kontrolle von Anforderungen, Sicherstellung ihrer Nachverfolgbarkeit und rechtzeitigen Aktualisierung.
• Konfigurationsmanagement — Identifizierung, Kontrolle und Dokumentation aller Systemkomponenten und ihrer Änderungen.
• Risikomanagement — Regelmäßige Identifizierung, Bewertung und Minimierung von Risiken, die das Projekt beeinflussen.
• Verifikation und Validierung — Überprüfung der Konformität des Systems mit den festgelegten Anforderungen und Bewertung seiner Effektivität unter Betriebsbedingungen.
• Entscheidungsunterstützung — Modellierung und Analyse von Alternativen, Auswahl optimaler Entwurfslösungen.

Literatur

• ISO/IEC 12207:2017 Systems and software engineering - Software life cycle processe
• ISO/IEC/IEEE 15288:2023 Systems and software engineering - System life cycle processes
• NASA Systems Engineering Handbook