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Unity AG - PLM - Standadisierung für Systems Engineering

Product Lifecycle ManagementStandadisierung für Systems Engineering

Interaktion und Vernetzung sind typische Innovationstreiber, gleichzeitig steigern sie die Produktkomplexität und Variantenvielfalt. Das hat für produzierende Unternehmen enorme Auswirkungen auf die Entwicklung von Produkten und Services. Neben Veränderungen bei den Geschäftsmodellen, Organisationsstrukturen und Entwicklungsnetzwerken ergeben sich neue Herausforderungen an die Plan- und Steuerbarkeit der komplexer werdenden Entwicklungsprojekte. Die Anforderungen relevanter Stakeholder-Gruppen müssen in allen Phasen des Produktlebenszyklus berücksichtigt werden.

Product Lifecycle Management: Standadisierung für Systems Engineering

Die zunehmende Vernetzung von Produkten erfordert neue Ansätze für die disziplinübergreifende Zusammenarbeit. Systems Engineering (SE) adressiert diese Diskrepanz. Der grundsätzliche Bedarf einer fachbereichsübergreifenden Systembetrachtung im Sinne des „Systems Engineering“ steht in der Praxis zumeist außer Frage. Auf Basis einer unternehmensspezifischen Systems Engineering Strategie können Handlungsfelder bezüglich Kompetenzen, Prozesse & IT sowie Organisation abgeleitet und mit dem Ziel der Befähigung konkreter Entwicklungsprojekte etabliert werden.
Mit diesem systematischen Vorgehen werden die folgenden Fragen beantwortet:

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  • Was muss ein Unternehmen für seine Produkte von morgen beherrschen?
  • Welches methodische und fachliche Know-how wird benötigt?
  • Welche Veränderungen ergeben sich für Prozesse?
  • Wie lässt sich Systems Engineering – insbesondere Model-based Systems Engineering – in einer komplexen und durch viele unterschiedliche IT-Systeme geprägten Entwicklungsumgebung umsetzen?
  • Welche Veränderungen ergeben sich dadurch in der Zusammenarbeit in Projekten und in der Organisation?
  • Welche Verantwortungen und Machtverhältnisse verschieben sich zwischen den Fachbereichen?
  • Wie steuert man den Veränderungsprozess, die Umsetzung in Projekten und weist den Nutzen nach?


In der Realität stehen Unternehmen bei der Einführung von Systems Engineering vor diversen Herausforderungen: Die IT-Welt ist fragmentiert, unterschiedliche Fachbereiche in der Entwicklung arbeiten mit verschiedenen etablierten IT-Systemen, die wiederum verschiedene Datenformate nutzen. Innerhalb der Fachbereiche existieren eingespielte Arbeitsweisen. Erschwerend kommt hinzu, dass in der Zusammenarbeit mit Zulieferern und OEMs die beteiligten Stakeholder mit verschiedenen Softwareversionen arbeiten. Standards im Bereich Prozesse und IT sind daher notwendig und können helfen, dieser Prozess- und IT-Komplexität Herr zu werden.

Wir stellen im Folgenden Ansätze für die Standardisierung auf der Ebene Prozesse und IT vor, die sich aktuell entwickeln und etablieren. Unter IT verstehen wir sowohl einzelne Modelle und Modellformate als auch Applikationen.

Standardisierungen auf der Ebene Prozesse & IT

Product Lifecycle Management: Standadisierung für Systems Engineering

Neue Anforderungen an zukünftige Produktentwicklungsprozesse ergeben sich insbesondere im Bereich geeigneter Vorgehensmodelle und Beschreibungsmethoden des Model-based Systems Engineering (MBSE), da mit dem in fast allen Branchen zunehmenden Anteil modellbasierter Entwicklungsschritte in erheblichem Umfang neue Werkzeuge und Modelle Eingang in die Entwicklung finden. Hier lässt sich mit aufkommenden Standards arbeiten, um die Komplexität nicht weiter ausufern zu lassen.

Kernaspekte sind: Standardisierung im Bereich von Prozessen und Methoden zur Systembeschreibung (z.B. SysML - Systems Modeling Language). Applikationen (standardisierte Integration von Entwicklungstools, z.B. OSLC - Open Services for Lifecycle Collaboration) und Modelle (Nutzung standardisierter Datenformaten für den Austausch von Modellinformation in den frühen Entwicklungsphasen, z.B. FMI).

Prozessstandardisierung

Product Lifecycle Management: Standadisierung für Systems Engineering

Ein Lösungsansatz ist die Prozessstandardisierung. Auf Basis eines für ein spezifisches Unternehmen instanziierten Prozessmodells lässt sich bereits zu einem frühen Zeitpunkt eine Aussage bezüglich der entstehenden Kosten und Aufwände im folgenden Entwicklungsprozess ableiten. So herrscht von Beginn an Transparenz im Entwicklungsprozess bezüglich der zu erwartenden Prozesskosten, der benötigten Organisationsformen und Kompetenzen. Voraussetzung dafür ist die frühzeitige Ableitung und Definition unternehmensspezifischer KPI.
Die Erfolgsfaktoren für eine erfolgreiche Prozessstandardisierung sind:

  • Definition eines unternehmensspezifischen Prozesses auf Basis standardisierter Prozessmodule,
  • Verifikation von Reifegraden an den Meilensteinen oder Gates (als Voraussetzung für den Übergang in die nächste Entwicklungsphase),
  • Unterstützung eines domänenübergreifenden Änderungs-, Konfigurations- und Variantenmanagements,
  • Möglichkeit der frühzeitigen Integration von Dienstleistungen,
  • Frühzeitige Modellbildung von Teil- und Gesamtsystem zur Absicherung von Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit,
  • Orchestrierung von Prozessen, Methoden, Werkzeugen und Organisation.

Werkzeugkasten Systems Engineering

Um Abläufe und Arbeitsweisen im Unternehmen konsequent aufeinander abzustimmen und Standards zu etablieren, setzt das Beratungshaus Unity seinen Werkzeugkasten Systems Engineering ein, die Basis für eine Implementierung in Unternehmen, unter Nutzung der ISO15288 aus den drei Ebenen „Organisatorische Prozesse“, „Technische Prozesse“ und „Leistungsbewertungsprozesse“ zusammen.

Auf Basis der unternehmensspezifisch instanziierten Prozessmodule kann dann im jeweiligen Unternehmen ein maßgeschneiderter SE-Prozess implementiert werden. Dazu müssen zunächst die Voraussetzungen für die Umsetzung geschaffen werden: die Definition der Projektziele im Einklang mit dem Geschäftsmodell, die Sicherstellung der Unterstützung des Top-Managements sowie die Definition realistischer Ziele. Daneben können zu einem frühen Zeitpunkt entsprechende KPI definiert werden, mit denen der Fortschritt des Projektes gemonitort werden kann.

Prozessrahmenwerk mecPro²

Product Lifecycle Management: Standadisierung für Systems Engineering

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Forschungsprojektes mecPro² wurde durch Unity und die beteiligten Projektpartner eine modellbasierte und integrierte Prozessbibliothek für die Entwicklung cybertronischer Produkte und Produktionssysteme erarbeitet (mecPro² Prozessrahmenwerk, http://www.mecpro2.de). Das Prozessrahmenwerk umfasst die Elemente, welche für die Definition eines MBSE-basierten Entwicklungsprozesses erforderlich sind und welche für spezifische Entwicklungsphasen flexibel kombiniert werden können. Elemente wie einzelne Prozessaktivitäten, deren Inputs und Outputs, ausführende beziehungsweise beteiligte Prozessrollen, benötigte MBSE-Methoden und Modelle sowie benötigte Klassen von IT-Tools werden durch einheitlich definierte Deskriptoren beschrieben und zu übergeordneten Prozessmodulen zusammengefasst. Dadurch gewährleistet das Prozessrahmenwerk eine einheitliche Beschreibung des Entwicklungsprozesses.

Das Prozessrahmenwerk wurde mit der Prozessmodellierungsmethode Omega von Unity entwickelt und dokumentiert. Die Prozessmodule können in vorgegebene unternehmensspezifische Abläufe integriert werden, wobei an den einzelnen „Gates“ vordefinierte Reifegrade der Outputs den Übergang in die nächste Entwicklungsphase steuern. Dies ist auf jeder beliebigen Prozessebene möglich. Durch iteratives Durchlaufen der einzelnen Module wird dann eine Erhöhung des Reifegrades ermöglicht. Die an den Schlüsselstellen zu erreichenden Reifegrade sind in den Aktivitäten der Prozessmodule definierbar.

Standardisierung von Applikationen und Modellen

Eine große Herausforderung für Unternehmen ist die Kopplung unterschiedlicher Systeme und Daten, wenn keine Standard-Schnittstellen vorliegen. Einen Lösungsansatz bietet hier OSLC (Open Services for Lifecycle Collaboration). Dabei handelt es sich um eine offene und von zahlreichen IT-Vendoren unterstützte Initiative, die Spezifikationen zur Integration von IT-Systemen über den gesamten Produktentstehungsprozess erarbeitet. Dabei werden die IT-Systeme auf Basis von im Internet etablierten Konzepten auf Ressourcenebene integriert. Der offene Standard macht es möglich, Referenzimplementierungen und Testsuiten für verschiedene Programmiersprachen und Rahmenwerke zu entwickeln. Thematisch werden im ersten Schritt Themen wie Änderungsmanagement, Anforderungsmanagement, Testen und PLM umgesetzt. Die Vorteile liegen in der Skalierbarkeit des Ansatzes für weitere Systeme, einer global verteilten Anwendbarkeit, der zuverlässigen Unterstützung von verschiedenen Zugriffsprofilen sowie der Erweiterbarkeit um Ressourcen, Protokolle und Dienste.

Neutrale Austauschformate schaffen

Für die Übergabe zwischen Autorensystemen in der Entwicklung gilt es gerade bei Modellbildung und Simulation, neutrale Austauschformate zu schaffen. Der Datentransfer und die redundant erzeugten Modelle, sowie die Anzahl der vorzuhaltenden Software-Lizenzen können mit Hilfe von Neutralformaten wie FMI (Funktional Mock-up Interface) reduziert werden. FMI ist ein neutrales Format zum Austausch von funktionalen Modellen. Das Konzept ist flexibel, es eignet sich sowohl zum Austausch reiner Modelle als auch von Modellen inklusive der relevanten Solver, sodass neben einer Integration von Teilmodellen auch die Co-Simulation von Modellen aus unterschiedlichsten Datenquellen ermöglicht wird. Dabei können Steuergerätemodelle, Dynamik- und Wärmemodelle etc. abgebildet und integriert werden. Die Automobilindustrie erprobt FMI derzeit und gilt als Treiber einer Etablierung in der industriellen Praxis.

Fazit

Vor dem Hintergrund einer stetig steigenden Komplexität in der Entwicklung führt für Unternehmen kein Weg an Systems Engineering vorbei. Nur so können sie ihre Wettbewerbsfähigkeit langfristig sichern. Die individuelle Ausprägung von Systems Engineering im eigenen Unternehmen stellt eine große Herausforderung dar. Ein systematisches Vorgehen ist dabei unabdingbar. Die Lösungsbausteine an sich können nur auf Grundlage von Standards aufgebaut werden. Die entstehenden Lösungsansätze zeigen den Weg auf, der sich in den kommenden Jahren als wirtschaftlichste Option durchsetzen dürfte. -sg-

Dr.-Ing. Oliver Hornberg, Dr.-Ing. Daniel Steffen, Unity AG

Unity, Büren, Tel. 02955/743-0, http://www.unity.de

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