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Product Lifecycle ManagementProduct Lifecycle Management – Quo vadis?Teil 1

Das Engineering unterliegt seit den letzten Dekaden einem massiven Wandel. Neben der weltweiten Vernetzung von Entwicklung, Produktion sowie Verkauf, ist insbesondere der originäre Funktions- und damit Komplexitätsumfang der Produkte selbst rapide angestiegen. Heutige technische Produkte sind zunehmend multidisziplinäre Systeme, die von mehreren Ingenieurdisziplinen entwickelt werden. Virtualisierung, Integration und Interdisziplinarität zwischen den Bereichen Mechanik, Elektrik/Elektronik, Software und Dienstleistung sowie die Zusammenarbeit zwischen den einzelnen Phasen des Produktlebenszyklus werden zur Grundlage eines modernen Produktentwicklungsprozesses. Eine derartige multidisziplinäre Produktentwicklung erfordert daher ein Überdenken klassischer Methoden, Prozesse, IT-Lösungen und Organisationsformen, wie sie im Engineering bislang bekannt sind. Die zunehmende Integration von Informations- und Kommunikationstechnologien in die Entwicklung und in die Produktsysteme selbst bewirkt einen Paradigmenwechsel, der in den Bestrebungen von Industrie 4.0, Smart Engineering und System Lifecycle Management deutliche Ausgestaltung findet.
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Eine innovative, interdisziplinäre Produktentwicklung erfordert das Überdenken heutiger Konstruktionsmethoden, Prozesse, IT-Lösungen und Organisationsformen. Elektronik und Software stellen einen immer stärkeren Anteil am Produkt dar. Konstruktions- und Entwurfsmethoden aller Disziplinen - also Mechanikkonstruktion, Elektrokonstruktion und Elektronikentwicklung sowie Softwareentwicklung - sollten auf den Prüfstand gestellt und ihre Tauglichkeit für einen modernen interdisziplinären Konstruktionsansatz überprüft werden, sowie in einen gemeinsamen integrierten und interdisziplinären Methoden- und Prozessansatz überführt werden. IT-Lösungen sind partiell vorhanden, bedürfen aber noch einer Weiterentwicklung bezüglich Anwendbarkeit und Integration.

Statistiken der letzten Jahre belegen den permanenten Wandel des Produktentwicklungsprozesses (PEP). Die Einflüsse resultieren aus veränderten Marktbedingungen, aus neuen Anforderungen an das Produkt und aus Kundensicht. Der Anstieg der Produktkomplexität resultiert zum einen aus einer weitaus stärkeren „multi market“ – fähigen Produkt-, Derivaten- und Variantenvielfalt und zum anderen aus der ständigen Zunahme elektronischer Komponenten und der zugehörigen „embedded software“.

Der wertmäßige Anteil an Elektronik und Software ist in den letzten Jahren ständig gestiegen. Kommunizieren Produkte miteinander, wird von Cyber-Physical Systems beziehungsweise cybertronischen Systemen gesprochen. Aktuelle Forschungsinitiativen wie Smart Engineering, Industrie 4.0 und Internetbasierte Dienstleistungen konzentrieren sich auf diese technologischen Entwicklungen. Software wird in Zukunft eine Vielzahl von weiteren Produktfunktionen ermöglichen und damit einerseits die Funktionskomplexität der Produkte erhöhen, andererseits aber auch durch Verschiebung der Varianz von Hardware zu Software, die Entwicklungs- und Fertigungskomplexität der Produkte teilweise reduzieren. Dies setzt eine noch stärkere Einbeziehung der Softwareentwicklung in den PEP voraus, auch in Form der Modellbasierten Virtuellen Produktentwicklung (MVPE).

Modellbasiertes Systems Engineering und PLM

Die modellbasierte Entwicklung gewinnt innerhalb der virtuellen Produktentwicklung immer mehr an Bedeutung. Modelle können zum Beispiel topologische, physische, prozessorientierte, geometrische oder mathematische Modelle sein. Im modellbasierten Systems Engineering (MBSE) werden Modelle für die Beschreibung und Spezifikation verwendet, um eine Strukturierung von komplexen technischen Problemen zu erleichtern. Die Methoden des MBSE können damit eindeutig dazu beitragen, ein multidisziplinäres Produkt in einer abstrakten Weise zu beschreiben. Methodisch wird der systematische Ansatz mit dem V-Modell nach VDI 2206, sowie mit Erweiterungen am linken Flügel des „V“ beschrieben.

Vom PLM zum SysLM

Das neu propagierte System Lifecycle Management (SysLM) ist dabei ein Konzept, um vorhandene Verfahrensweisen, Lösungen und Werkzeuge im Engineering so miteinander zu verknüpfen, dass deren gemeinsames Ergebnis in weitaus besserem Maße als bislang zu nachhaltigem Erfolg führt. Model-Based Systems Engineering ist innerhalb des System Lifecycle Management ein multidisziplinärer Ansatz, der das Ziel verfolgt, eine ausgewogene Systemlösung zu entwickeln. Der Ansatz hilft dem Ingenieur, den Überblick über komplexe Produktsysteme zu behalten, die Zusammenhänge zu verstehen und sowohl Spezifikationen als auch definierte Anforderungen zu erfüllen.

Für die Zukunft wird die intelligente Nutzung bestehender, digitaler Datenbestände des erweiterten Lösungsraums zur Extraktion von explizitem und implizitem Engineering-Wissen aus Informationssystemen von herausragender Bedeutung sein. Eine effiziente Bereitstellung und Nutzung des Wissens, sowie der interdisziplinäre (Informations-) und Wissensaustausch über alle Phasen des Produktlebenszyklus hinweg, sind wesentliche Erfolgsfaktoren eines ganzheitlichen Engineering-Prozesses. Zukünftige Handlungsfelder innerhalb der Engineering Tätigkeiten erstrecken sich über den gesamten Produktlebenszyklus. Es gilt von der frühen Phase der Anforderungsaufnahme bis hin zum Recycling, über alle Disziplinen und über die Bereichsgrenzen eines Unternehmens hinweg, organisatorisch und systemtechnisch ein Lifecycle Management des Produktes beziehungsweise Produktsystems zu unterstützen.

Die ursprünglich aus den USA kommenden MBSE-Vorgehensmodelle betonen hier sehr stark den Systemmodellierungsansatz. Die Administration der entstehenden Informationen wird jedoch nicht betrachtet. Hierfür bieten sich grundsätzlich PLM-Lösungen an. Heutige PLM-Datenmodelle müssen dafür um systemtechnischen Elemente erweitert werden, die in der ganz frühen Phase des PEP entstehen. Die Verwaltung von funktionalen und verhaltensorientierten Beschreibungsmodellen sowie die Einbindung in die typischen Engineering Prozesse in PLM/SysLM kann während der frühen Planungsphasen sowie später entlang des Produktlebenszyklus das Medium für die Rückverfolgung von Änderungen an Anforderungen, Funktionen, Elementen der logischen sowie der physischen Architektur aber auch an Verhaltensspezifikationen des Produktsystems sein. Eine aktuell am Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung realisierte Einbindung zur Beschreibung von verknüpften Anforderungen, Funktionen, logischer Architektur und Verhalten in eine marktgängige PLM-Lösung ist in Abbildung 2 veranschaulicht. Damit ist es zum ersten Mal möglich, die Vision eines entlang des Produktlebenszyklus durchgängigen und rückverfolgbaren Produktmodells entsprechend zu gewährleisten.

Trend zum System Lifecycle Management

Die heute am Markt existierenden PLM-Anwendungen sind streng genommen eigentlich TDM- oder PDM-Systeme, das heißt sie verwalten meistens die CAD-Daten einer Disziplin. Es wird erwartet, dass PLM-Lösungen in den nächsten Jahren sowohl entlang des Produktlebenszyklus, der Supply Chain und bei der Integration der Disziplinen neue Funktionen übernehmen. Damit wird allerdings die Überlappung und Konkurrenz zu PPS-Systemen immer größer. Werden Software- und Elektronikentwicklung in der frühen Phase des PEP integriert, in der Anforderungen, Funktionen, Verhalten und die logische Architektur festgelegt werden, spricht man auch von System Lifecycle Management (SysLM). Primäres Ziel ist nicht nur das Management der Daten, sondern insbesondere das ganzheitliche Management der Prozesse und der Organisation sowohl in der frühen Phase des PEP als auch in der Betriebsphase. After Sales PLM ist für viele Firmen eine Herausforderung geworden, um Ersatzteilmanagement, Wartung, Reparatur und Überholung (MRO) sowie das Zurückspielen von Felddaten an die Produktentwickler auf einem gemeinsamen Produkt- und Prozessmodell umzusetzen. -sg-

Martin Eigner, Radoslav Zafirov, Patrick Schäfer, Marcellus Menges

Quelle:

Eigner, M.; Roubanov, D.; Zafirov, R. (Hrsg.): Modellbasierte Virtuelle Produktentwicklung, 1. Aufl., Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 2014. – ISBN: 978-3662438152.

Technische Universität Kaiserslautern, Kaiserslautern, Tel. 0631/205-3871, http://vpe.mv.uni-kl.de

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