SmartFunctions – Der modulare Werkzeugkasten zur effizienten Modellierung

Die modellbasierte Systementwicklung (MBSE) gilt als Schlüsseltechnologie in der digitalen Transformation komplexer Systeme. Wer jedoch mit SPARX Enterprise Architect (EA) arbeitet, kennt auch die Grenzen des Werkzeugs: Viele Aufgaben sind wiederkehrend, fehleranfällig oder schlicht nicht effizient umsetzbar. Genau hier setzt das SmartFunctions Framework an – eine leistungsfähige Lösung, die am Fraunhofer IESE entwickelt wurde, um den Arbeitsalltag von Modellierern deutlich zu vereinfachen.

Was sind die SmartFunctions?

Die SmartFunctions sind ein modulares Framework zur einfachen und leistungsfähigen Erweiterung von SPARX Enterprise Architect (EA) durch Add-Ins. Entwickelt vom Fraunhofer IESE seit 2018, ermöglichen sie die schnelle Umsetzung und Nutzung maßgeschneiderter Funktionen.

Das Prinzip:

Ein zentrales »Base Add-In« dient als Laufzeitumgebung und lädt bei Bedarf projektspezifische Module, die direkt in der Benutzeroberfläche von EA eingeblendet werden. So lassen sich unterschiedliche Funktionen – von der Modellanalyse bis zur Modelltransformation – flexibel und individuell zusammenstellen.

Warum SmartFunctions? – Ihre Vorteile im Überblick

1. 🧩  Modularität und Wiederverwendbarkeit

   • Jedes Modul funktioniert eigenständig und kann unabhängig entwickelt und aktualisiert werden.
   • Stellen Sie sich Ihre Werkzeuge flexibel zusammen: Mehrere Module lassen sich parallel einsetzen und exakt an Ihre Bedürfnisse anpassen.

2. 🖥️  Modernes und intuitives UI

   • Die Benutzeroberfläche ist klar strukturiert und modern gestaltet, was eine benutzerfreundliche und verständliche Bedienung ermöglicht.
   • Tabs, Icons, Farben und Layouts können individuell angepasst werden – für eine Nutzererfahrung im Design Ihres Unternehmens.

3. ⚙️ Hohe Erweiterbarkeit

   • Neue Funktionen und Module lassen sich unkompliziert hinzufügen – ganz ohne erneute Installation mit Administratorrechten.
   • Perfekt für den Einsatz in industriellen Szenarien, in denen maßgeschneiderte Lösungen gefragt sind.

4. 🚀  Effizienz durch API-Extensions

   • Durch eine speziell entwickelte Bibliothek wird die EA-API so erweitert, dass komplexe Operationen direkt auf Datenbankebene und dadurch deutlich schneller durchgeführt werden können.
   • Besonders effizient für große Modelle mit vielen Elementen und Verknüpfungen – ideal für Analyse, Suche und Filterung.

Anwendungsbeispiele aus der Forschung

Das Framework bildet die Grundlage für mehrere wissenschaftlich fundierte Werkzeuge, die am Fraunhofer IESE entwickelt und bereits in Projekten erprobt wurden.

Generierung Digitaler Zwillinge aus MBSE-Modellen

Eine nützliche SmartFunction ist die automatische Generierung Digitaler Zwillinge (Digital Twins) auf Basis bestehender MBSE-Modelle. Durch eine gezielte Erweiterung des Modells mit AAS-Metadaten (Asset Administration Shell) und Konnektoren lassen sich komplette Verwaltungsschalen automatisch erzeugen – kompatibel mit der Open-Source-Middleware Eclipse BaSyx.

Highlights der Lösung:

• Automatische Erzeugung von Verwaltungsschalen und deren Teilmodellen, abgeleitet aus bestehenden Systemmodellen
• Vereinfacht die Integration mit realen Assets wie Sensoren und Aktoren
• Einfache Anpassung an Systemänderungen über den gesamten Lebenszyklus des Digitalen Zwillings durch MBSE-getriebene Pflege und Dokumentation

Anwendungsnutzen:

• Enorme Zeitersparnis bei der Entwicklung Digitaler Zwillinge
• Hohe Präzision und Konsistenz durch modellbasierte Grundlage
• Wiederverwendung vorhandener MBSE-Systemmodelle zur nahtlosen Implementierung Digitaler Zwillinge bestehender Legacy-Systeme

Neugierig auf die technischen Details?

In diesem ausführlichen Fachartikel werden die methodischen Grundlagen sowie die praktische Umsetzung der automatischen Generierung Digitaler Zwillinge aus MBSE-Modellen umfassend beschrieben.
Hier finden Sie die Beschreibung des Ansatzes und anschauliche Anwendungsbeispiele:
Barbie P., Pollom A., Fischer R. and Becker M. (2025). Automated Generation of Standardised Digital Twins Based on MBSE Models. In Proceedings of the 13th International Conference on Model-Based Software and Systems Engineering – Volume 1: MODELSWARD; SciTePress, pages 75-84. ISBN 978-989-758-729-0; DOI: 10.5220/0013190300003896

InTra – Interaktionsbasierte Modelltransformation

Die SmartFunction InTra reduziert die Komplexität von Systemmodellen durch regelbasierte Interaktionsmuster. Anstatt alle Relationen explizit im Modell abzubilden, werden wiederkehrende Interaktionen als Regeln formalisiert. Das macht das Modell nicht nur übersichtlicher, sondern reduziert auch Redundanzen und Fehlerrisiken.

Die Relationen im Modell lassen sich jederzeit durch Anwendung oder Deaktivierung der Interaktionsregeln dynamisch erzeugen oder entfernen. Der Informationsgehalt des Modells bleibt vollständig erhalten, es ändert sich lediglich die Art und Weise, wie diese Informationen dargestellt und strukturiert sind.

Die Interaktionsregeln selbst sind integraler Bestandteil des Modells und können direkt in Enterprise Architect grafisch erstellt, angepasst und angewendet werden. Das fördert die Transparenz und macht modellbasierte Transformationen intuitiv verständlich.

Typische Einsatzbereiche:

• Regelbasiertes Pair-Modeling mit Fachexperten zur Unterstützung der frühen Modellierungsphasen
• Semantikprüfung bestehender Modelle (Meta-Modell-Compliance)
• Variantenbildung durch regelbasierte Transformation

Ihre Vorteile:

• Höhere Verständlichkeit für Domänenexperten
• Reduktion redundanter Informationen
• Flexible Analyse und Validierung bestehender Systeme

Interesse an den wissenschaftlichen Hintergründen?

Die theoretischen Grundlagen und praktische Anwendung von InTra wurden in diesem wissenschaftlichen Fachartikel detailliert beschrieben:
Barbie, P., Becker, M. & Pollom, A., 2023. Abstracting Complexity in MBSE Models: InTra – A Practical Approach for Rule-Based Model Transformation. In: F.J. Domínguez Mayo, L.F. Pires & E. Seidewitz, eds. Model-Driven Engineering and Software Development – 11th International Conference, MODELSWARD 2023, Lisbon, Portugal, February 19–21, 2023, Revised Selected Papers. Communications in Computer and Information Science, vol. 2106. Springer, pp. 77–94. ISBN: 978-3-031-66338-3; DOI: 10.1007/978-3-031-66339-0

Fazit: Mehr Potenzial aus Ihren EA-Modellen holen

Die SmartFunctions des Fraunhofer IESE erweitern Enterprise Architect um zusätzliche Funktionen und erhöhen damit die Flexibilität und Einsatzmöglichkeiten des Werkzeugs.