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7. PLM Future Tagung 2015 // Industrial Internet - Rethink Products, Processes and IT-Tools
System Lifecycle Management im Kontext von Industrial Internet mit Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste
Technische Universität KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE)Professor Dr. Martin Eigner
Tagungszentrum "Brauhaus an der Gartenschau", Kaiserslautern // 07. Oktober 2015
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 2
Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung
Professor Dr.-Ing. Martin EignerLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung
Technische Universität Kaiserslautern
1968 - 1971 Werkzeugmacher
1971 - 1976 Universität Karlsruhe (TH)
Studium des Maschinenbaus
1977 - 1980 Universität Karlsruhe (TH)
Promotion bei Professor Dr. Hans Grabowski
1980 - 1985 Robert Bosch GmbH
Technische Datenverarbeitung und Organisation
1985 - 2003 Eigner & Partner GmbH, AG, Inc.
Systemhaus für e-Engineering Technologien
bis 1997: Geschäftsführender Gesellschafter,
bis 2001: Vorstandsvorsitzender
bis 2003: Aufsichtsratsvorsitzender und CTO
seit 2003 Geschäftsführer EIGNER Engineering Consult
seit 2004 TU Kaiserslautern
Lehrstuhlinhaber
seit 1992 Universität Karlsruhe (TH)
Gastdozent
seit 1999 TU Sofia | Bulgarien
Gastdozent
im Jahr 2009 Auszeichnung mit dem Titel
UNICUM Professor des Jahres 2009
im Jahr 2014 Auszeichnung mit dem Lehre Plus Preis der TU Kaiserslautern
für „Industrie 4.0“ und „Informationstechnologie“
Model-Based Systems Engineering (MBSE)Methoden der modellbasierten Virtuellen Produktentwicklung
Vernetzte IT-Toolketten und StandardsDatenintegration, Datenföderation, Business Analysen sowie serviceorientierte Kollaboration
Industrial InternetMegatrend im Kontext von Industrie 4.0
und Internet der Dinge und Dienste
NachhaltigkeitLeitbild der Vereinten Nationen
für das 21. Jahrhundert
System Lifecycle Management
(SysLM)
HERAUSFORDERUNGENan eine moderne, interdisziplinäre und integrierte
Entwicklung smarter Systeme und Dienstleistungen
THEMENSCHWERPUNKTEim Kontext einer Vernetzung der physischen Welt der Dinge mit der virtuellen Welt der Daten
VPE Themenprofil 2015
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
FORSCHUNGam Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung
Methoden, Prozesse und IT-Tools
LeitbildIndustrial Internet wird die Engineering Prozesse durch Digitalisierung, Interdisziplinarität, Integration und Kollaboration grundlegend verändern.
Es ist eine neue, moderne Entwicklungs- und Konstruktionsmethodik nötig, um Prozesse sowie IT-Werkzeuge aller Disziplinen in einen gemeinsamen Ansatz zu überführen. System Lifecycle Management wird hierzu als nächste Stufe von PLM aufgebaut und als Schlüsselkonzept zur detaillierten Ausgestaltung des Industrial Internet angesehen.
Digitalisierung, Interdisziplinarität, Integration und Kollaboration
Interdisziplinäre, integrierte, modellbasierte Entwicklungsprozesse
Ein Beispiel aus dem Bereich Automotive
Vom PDM über PLM zum SysLM
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 4
Mechanisches Produkt System von Systemen Mechatronische Produkte
WLAN Hotspot
Intelligentes mechatronischesSystem
Ein Netz aus smarten Services für das Fahrzeug:
Notfall Service
Navigation- Service
Diebstahl Service
Motorsteuerung
Fehlerdiagnose
Cybertronische Produktebzw. Produktsysteme
Verkehrsleitsystem
Bsp. Autonomes Parken Romote
Verkehrsinfrastruktur
Versicherung
Wartung
Stadtplanung
Stadtplanung
PDM PLM PLM SysLM
Kommunizierendes mechatronischesSystem
SysLM
Ganzheitlicher Ansatz
Abdeckung von Entwicklung, Produktion und Service
Do
män
en
inte
rdis
zip
linä
r
Produktlebenszyklusintegriert
Mechanik
Elektronik
Software
Dienstleistungen
Anforderungs-definition
Produkt-planung Entwicklung Prozess-planung Produktion Betrieb Recycling
OEM
Serviceanbieter
Zulieferer
…
Entwicklung Produktion Betrieb/Service
Anm: Die meisten Industrie 4.0 Ansätze haben ihren Schwerpunkt in der Produktion!!!
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Konsumgüter
Investitionsgüter
Produkte
Produktionssysteme(Discrete Manufacturing)
Produktionssysteme(Non Discrete Manufacturing)Verfahrenstechnik
Dienstleistungen:OperatingServicesLogistics
Industrie 4.0 vs. Industrial Internet
Anwendungen und Begriffe
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Konsumgüter
Investitionsgüter
Produkte
Produktionssysteme(Discrete Manufacturing)
Produktionssysteme(Non Discrete Manufacturing)Verfahrenstechnik
Dienstleistungen:OperatingServicesLogistics
Industrie 4.0 vs. Industrial Internet
Anwendungen und Begriffe
Industrie 4.0
Internet of ThingsIoT
Internet ofServices
IoS
* Industrial Internet Consortium (IIC), http://www.iiconsortium.org/.
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Smarte Produktentwicklung …
„Im Jahre 2030 werden intelligente, über das Internet und andere Dienste vernetzte Systeme alle Industrien erfasst und die herkömmlichen, mechanischen und mechatronischen Produkte abgelöst haben. Wir müssen uns darüber klar werden, in welchen Branchen, mit welchen Produkten, mit welchen Dienstleistungen und Diensten wir dann erfolgreich sein wollen und wie wir das erreichen können .“ (U. Sendler)
Ein Wirtschaften nach dem Leitbild der Nachhaltigen Entwicklung ist dabei wesentlich.
smart | 2*
S: Systems Engineering to enable SustainabilityM: Multi-disciplinary & Model-BasedA: Adaptive + AutonomousR: Robust + Renewable +ResilientT: Team and Technology
Im Kontext von Industrial Internet mit Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste
Herausforderung
*In Anlehnung an: Stark, R. -„Smarte Produktentwicklung in der vierten industriellen Revolution“ (2013), Sendler, U. – „Industrie 4.0“ und Eigner, M. et al. – „Center for Smart Systems Engineering“ (2015).
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 10
Beispiel:
Zucker Sensor kann Diabetes kontrollieren
* Industrial Internet Consortium (IIC), http://www.iiconsortium.org/.
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Quelle: Schaeffler
Vernetzte Werkzeugmaschine
Beispiel Investitionsgüter
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Visualisierung
Ents
chei
du
nge
n
Business Analytics
Big Data
Service-orientierte Geschäftsmodelle
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Die Produkte sind vernetzt und ermöglichen vollständig neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen Der gesamte Produktlebenszyklus basiert auf vollständigen digitaler Modelle / der digitale Zwilling Die Produktentwicklung wird interdisziplinär und über die gesamten Lebenszyklusphasen integriert und
föderiert Die frühe Phase wird zunehmend wichtig Model Based Systems Engineering (MBSE) Die After Sales Phase wird ebenfalls wichtig Service-orientierte Geschäftsmodelle Der Änderungsprozess wird komplexer da er mehrere Bereiche umfasst ( mehr Configured Items) Die IT Architekturen werden komplexer und überlappender (ALM/PLM/ERP) Die Autorensysteme im MBSE Bereich erweitern ihre TDM Funktionen und überlappen mit ALM und SysLM Standards für Datenaustausch und Integration werden immer wichtiger (OSLC, PLCS, AP233, AP242,…..)
Was ändert sich durch Industrial Internet für PLM?
Bildmaterial: SIEMENS
PLM wird durch die Funktionserweiterungen unddie Fähigkeit interdisziplinäre Systeme abzubilden zu SysLM
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Smart Farming- Plattform
Neue Geschäftsm
odelle
Produktmodelle„Virtuelles Produkt“
Prozess-modelle
Sensor-daten
Servicerelevante Daten
Landwirte
Business Intelligence
Servicepartner-Logistik, etc
Nutzer
Smart Farming
Services
Liefern Daten Sammlung, Auswertung und Veredelung der Daten
…
Business Analytics
…
Nutzung der Daten ( auch automatisiert)
…
Dienstleistungen
Nutzer
EinsatzbereitschaftErhöhter Nutzen
Optimiertes System
OEM
Smart Farming und neue Geschäftsmodelle
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Product Engineering
Service EngineeringU#1
PSE- Product and Service Engineering (Müll 4.0)
SysLM muss neben der Produktstruktur auch den Service abbilden
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 3
Die Digitalisierung des Produktentwicklungsprozess
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 20
Quelle: SIEMENS Digital Factory Division
Das digitale Modell: Herzstück des PEP
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 21
Quelle: SIEMENS Digital Factory Division
Plan Concept Design Validate Production Support
Requirements BOM Functions / Behavior / Logic Engineering BOM Simulation/Testing BOM Manufacturing BOM Service BOM
? PD
M/P
LM
ERP
Process Plan / ResoourcenCAD Structure
ECM?
ECM1 ECM2
Es existieren verschiedene Formen der Produktstrukturen Zielsetzung: ein durchgehender Freigabe und Änderungsprozess realistisch/unrealistisch?
Das Digitale Produkt/Prozessmodell wird in SysLM verwaltet
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 21
So sieht die Informationsvielfalt des Ingenieurs aus
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) | 2015 Folie: 23
Source: CIMdata
Mechatronik BOM
Anpassung an verschiedene Disziplinen
Integration zu verschiedenen Autoren Systemen (MBSE, M, E/E, SW, Simulation, Digitale Fabrik)
One single source of truth
Die Mechatronik BOM ist die Basisfür Engineering Change Management (ECM) und Configuration Management(CM) und damit für Tracebility
Die Produktstrukturen müssen integriert und interdisziplinär sein
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 25
Std Parts
Discloses & Declarations
Analysis
Requirements
CAD Model
Data Sheets
Viewables
Housing
Product
PCA
Schematic
Firmware Assy
Software
Component
ASICs
Mechanical Parts
Software
Battery
Purchased Assy
Approved SuppliersClassified Component Attributes
AVL
AML / AVL
AML / AVL
PCB
Manual
Source: nach PTC
1.1
1.2
1.3
1.1
1.2
1.3
Element A Element B
1.1
1.2
1.3
Element C
Zeit
Baseline 1.1
CM in HW (M und E/E) basiert auf BOM, CM in SW auf Files, die über Baselines (Tags) verbunden sind!!!
Freigabe und Änderungsprozesse basieren auf einer Prozessbeschreibung unter Einbindung der IT Toolkette
Interdisziplinäres Freigabe- und Änderungswesen
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 25
Submit ECR Review ECR
Aff.
ItemsPDM
ECRDo Technical
Review
Review Rej.
ECR
Rejected
Resubmit
Exit ECR
Route ECR
Rejected
Disposition
ECR
ECR
approved
ECR
disapprove
Investigate
CRB
CRB ECR Prepare CRB
Call Meeting
Run Online
CRB
Run Meeting
CRB
CRB
Meeting
Investigate
Investigate
Investigate
CRB
Meeting
ECR
approved
Requirement Concept Development Process Production Support
Referenzprozess: CM2 Änderungsprozess Prozessdarstellung: OMEGA Methode nach UNITY AG
CRB: Change Review BoardECR: Engineering Change RequestECI: Engineering Change ImplementationMCI: Manufacturing Change Implementation
Change Management Backbone & Control (CMBC)
Integrierter ECM Prozess auf ALM, PLM und SAP
SAPPLMALM
Anforderungen Funktionen LogischeBlöcke
EBOM MBOM Werkzeuge ArbeitsplanDokumenteCAD
…
ECM Data
CMBC Functions
CMBC User Interface
Graph Data
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 27
Graph Präsentation von „Affected Items“
Requirements
Functions
Logical Elements
Items and Assemblies (E-BOM))
Processes
Tools and ressources
Documents
Supplier
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 25
R-F Matrix F-L Matrix L-P Matrix
SRD SDD
SFN SAD
Bild
qu
elle: Aras C
orp
.
Definition
Usage
Cross-links
E-BOM
Source: VPE Research Project mecPro² (T. Gilz)
System Modell in der frühen Phase des Produkt Lebenszyklus
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 25
Architektur des SE-VPE Modeling Demonstrators
MagicDraw
Aras Innovator
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 25
Source: VPE Research Project mecPro² (T. Gilz)
Mögliche IT Architekturen (1) SysLM/PLM dominant
MCAD PDM
ECAD PDM
MC
AD
1
MC
AD
2
ECA
D1
ECA
D2
Sim PDMPDTec, …
RM MBSE CASE
SIM
1
SIM
2
ERP
System Lifecycle Management
ALMIBM/PTC und ev. Siemens Dig.
FabrikTeknomatix,
Delmia, …
ERP
TDM und Autorensystem eng verknüpft TDM/PLM und Autorensystem frei koppelbarQuelle: VPE, Eigner
…….
Kennzeichen:• ALM ordnet sich als TDM dem SysML unter• Alle Engineering Prozesse (ECM/CM) laufen auf SysLM• SysML ist der Master der interdisziplinären BOM• HW CAD und SIM mit TDM oder direkt mit SysLM gekoppelt• PLM Lieferanten liefern die SysLM/PLM Integration (noch) nicht!• In Industrieforschungsprojekten erprobt, Integration zuk. über OSLC
?
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 33
Mögliche IT Architekturen (2) ALM/PLM Dualität
MCAD PDM
ECAD PDM
MC
AD
1
MC
AD
2
ECA
D1
ECA
D2
Sim PDMPDTec, …
RM MBSE CASE
SIM
1
SIM
2
ERP
PLMProduct Lifecycle Management
Dig.FabrikTeknomatix,
Delmia, …
ERP
TDM und Autorensystem eng verknüpft TDM/PLM und Autorensystem frei koppelbar
…….
ALMApplication Lifecycle Mgmt.IBM, PTC und ev. Siemens
Kennzeichen:• ALM ist auf dem gleichen Level wie PLM• Engineering Prozesse verteilen sich auf ALM und SysLM• OSLC wird relevant für die Produkt-/Prozessintegration• Frage: Wo wird die SW an die HW BOM gekoppelt? • HW CAD und SIM mit TDM oder direkt mit SysLM gekoppelt• Wo liegt die interdisziplinäre Gesamt-BOM PLM oder ERP?• Favorisierte Lösung der ALM Lieferanten IBM und PTC
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 34
Quelle: VPE, Eigner
Mögliche IT Architekturen (3) SysLM kein ALM (Einzelösungen)
MCAD PDM
ECAD PDM
MC
AD
1
MC
AD
2
ECA
D1
ECA
D2
Sim PDMPDTec, …
RMDOORS,
Integrity,…
MBSERhapsody,
Atego,EA,
Cameo …
CASERational,Integrity,Polarion,
Subversion,MTS, … SI
M1
SIM
2
ERP
System Lifecycle Management
Dig.FabrikTeknomatix,
Delmia, …
ERP
TDM und Autorensystem eng verknüpft TDM/PLM und Autorensystem frei koppelbar
…….
Kennzeichen:• Es gibt keine zusammenhängende ALM Lösung (Best in Breed)• Engineering Prozesse liegen in SysLM oder OSLC föderiert diese• SysML ist der Master der interdisziplinären BOM• HW CAD und SIM mit TDM oder direkt zu SysLM gekoppelt• OSLC wird noch relevanter für die Produkt-/Prozessintegration• Dies ist die Industrie historisch gewachsene Realität• Mit Sicherheit die am schwersten zu integrierende Lösung
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 35
Quelle: VPE, Eigner
Mögliche IT Architekturen (4) ERP/ALM dominant
MCAD PDM
TC UA,PDMLink, …
ECAD PDMZuken,
Mentor,Altium,
EPLAN, …
MC
AD
1
MC
AD
2
ECA
D1
ECA
D2
Sim PDMPDTec, …
RMDOORS, …
MBSERhapsody, …
CASERational,Integrity,Polarion,
Subversion,MTS, … SI
M1
SIM
2
ERPDig.FabrikTeknomatix,
Delmia, …
ERP
Application Lifecycle Management
Kennzeichen:• ALM und ERP dominieren den Engineering Prozess• Engineering Prozesse liegen in ALM oder ERP, OSLC föderiert diese• Es gibt keine interdisziplinäre Gesamt BOM auf der Engineering Seite!!!• Die gesamte interdisziplinäre BOM liegt nur in ERP• Es empfiehlt sich aufgrund der eingeschränkten Usability von SAP alle
Autorensysteme über TDM zu koppeln• Komplexe ECM/CM Prozessumsetzung• Lösung mit der geringsten Datenredundanz
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 36
Quelle: VPE, Eigner
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 38
System Lifecycle Management - Backbone
Anforderungs-definition
Produkt-plannung
EntwicklungProzess-plannung
Produktion BetriebRecycling/Entsorgung
V: VerhaltenA: AnforderungF: FunktionL: Logisches LösungselementP: Physikalisches Element
Modellbildung und -analyse
Dienst-
leistung
PhysischeTests
VirtuelleTests
A
P
HybrideTests
(z.B. HIL)
L
F
Mechanik
E/E
Software
Modellbildungund Spezifikation
Modellbildung underste Simulation
DisziplinspezifischeModellbildung
Eigenschaftsabsicherung
System Lifecycle Management Backbone
Betrieb
V
© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 39
System Lifecycle Management - Backbone
Anforderungs-definition
Produkt-plannung
EntwicklungProzess-plannung
Produktion BetriebRecycling/Entsorgung
V: VerhaltenA: AnforderungF: FunktionL: Logisches LösungselementP: Physikalisches Element
Modellbildung und -analyse
Dienst-
leistung
PhysischeTests
VirtuelleTests
A
P
HybrideTests
(z.B. HIL)
L
F
Mechanik
E/E
Software
Modellbildungund Spezifikation
Modellbildung underste Simulation
DisziplinspezifischeModellbildung
Eigenschaftsabsicherung
System Lifecycle Management Backbone
Betrieb
V
FMI
OSLC
Verfügbare Standards für SE Datenmanagement, Quelle: “WHITE PAPER Datenmanagement für Smart Systems Engineering (Smart SE)”, ProSTEP iViP, Juni 2015.
STEP AP233PLCS
ReqlF
MODELICA
S-Function
AUTOSAR,GENIVI
ODX
STEP AP242
FMI
Professor Dr.-Ing. Martin Eigner
TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE)
Postfach 304967653 KaiserslauternGottlieb-Daimler Straße 4467663 Kaiserslautern
Tel. +49 (0) 631 - 205 3873Fax: + 49 (0) 631 - 205 3872
eigner@mv.uni-kl.de http://vpe.mv.uni-kl.de
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