Grundlagen der Industriellen Informationstechnik. Einführungsveranstaltung

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1 Fakultät für Verkehrs- und Maschinensysteme (Fakultät V) Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Fachgebiet Industrielle Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. R. Stark Einführungsveranstaltung

2 Gliederung Vorwort Einführung in die Industrielle Informationstechnik Auszug der Themenkomplexe Organisatorisches Schlussbemerkung 2

3 Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark 3 Studium des Maschinenbaus an der Ruhr-Universität Bochum Integriertes einjähriges Studium an der Texas A&M University, USA, im Bereich Mechanical Engineering Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik/ CAD an der Technischen Fakultät der Universität des Saarlandes System-Ingenieur Karosserieentwicklung der Ford Werke in Köln (Senior) Technischer Spezialist CAD, Produktmodellierung und Product Information Management in Ford Europa Technischer Leiter / Europäischer Manager "Virtuelle Produktentstehung & Methoden in der Ford Motor Company Leiter des Fachgebiets Industrielle Informationstechnik an der Technischen Universität (TU) Berlin und Direktor des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung des Fraunhofer Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin

4 Die Multidisziplinarität der Industriellen Informationstechnik 4

5 Definition und Fachgebiet an der TU Berlin Die Industrielle Informationstechnik ist eine multidisziplinäre Disziplin und bezeichnet die Anwendungen von Methoden der Informatik zur Lösung ingenieurwissenschaftlicher Problemstellungen in der industriellen Konstruktion, Fertigung und Montage, sowie zur Erfassung von Prozessen entlang der gesamten virtuellen Produktentstehung in der Industrie. Fachgebiet Industrielle Informationstechnik an der TU Berlin Ist eingebettet in der Fakultät für Verkehrs- und Maschinensysteme, sowie in das Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung der digitalen Lösungen zur Verbesserung und Erweiterung der Ingenieurtätigkeiten im gesamten Ablauf der virtuellen Produktentstehung von der Produktidee und - planung, der Produktentwicklung bis zur Planung und Anlaufabsicherung der Produktion. 5

6 Lehrangebot Einführung in die Informationstechnik für Ingenieure Grundlagen und Anwendungen der Industriellen Informationstechnik Technologien der Virtuellen Produktentstehung Entwicklung und Management digitaler Produktentstehungsprozesse Informationstechnische Prozesse für den digitalen Fabrikbetrieb Virtual Engineering in Industry Ergebnisse projektorientierter Übung aus Anwendungen der Industriellen Informationstechnik (beispielhaft) 6

7 Lernziel und Inhalte dieser Lehrveranstaltung Lernziel Studierende sollen lernen, die Potenziale und Techniken informationstechnischer Lösungen im industriellen Umfeld einzuschätzen und zielorientiert benutzen zu können Inhalte Überblick über anwendungsspezifische Einsatzmöglichkeiten grundlegender Techniken der Datenverarbeitung zur Lösung ingenieurwissenschaftlicher Problemstellungen Vermitteln von theoretischen und praxisnahen Kenntnissen zur unternehmensweiten Integration von Prozessen entlang der Wertschöpfungskette 7

8 Themenüberblick: Vorlesungen 1. Einführungsveranstaltung 2. Projektmanagement 3. Entwicklungsmethodik 4. CAx Techniken 5. Datenbanken 6. Produktdatenmanagement (PDM/PLM): Einführung 7. PDM/PLM: Produktstruktur, Stückliste, Kosten- und Gewichtsmanagement 8. Enterprise Resource Planning (ERP) 9. Enterprise Application Integration (EAI) 10. Netzwerke 11. Kommunikationstechnik 12. Wissensmanagement 8

9 Themenüberblick: Übungen Folgende Systeme werden Sie in den Übungen kennenlernen und anwenden: Projektmanagement: Microsoft Project CAD-Modellierung: Spaceclaim Produktdatenmanagement: Teamcenter Enterprise Resource Planning: Semiramis 9

11 Sichtweisen des Produktlebenszyklus Produktlebenszyklus ist ein theoretisches, abstrahierendes Modell zur zeitlichen Einteilung der Lebensphasen von Produkten Ziel der Modelldarstellung ist ein besseres Verständnis über den Nutzen eines Produktes über die einzelnen Lebensphasen, um daraus Entscheidungen hinsichtlich der Produktentwicklung treffen zu können Vier Hauptbetrachtungen des Produktlebenszyklus (nach Pahl/Beitz): 1. Betriebswirtschaftliche Betrachtung: Untersuchung betriebswirtschaftlicher Kenngrößen wie Umsatz, Gewinn oder Verlust über das Produktleben 2. Technologische Betrachtung: Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Technologien über die Zeit 3. Ökologische Betrachtung: Genauere Betrachtung von Materialflüssen, die während des Produktlebens auftreten 4. Technische Betrachtung: Aufgliederung des Produktlebenszyklus in Phasen, die das Produkt durchlebt wie z.b. Entwicklung/Konstruktion 11

12 Technologische Leistungsfähigkeit Entwicklung Konstruktion Betriebswirtschaftliche Betrachtung des Produktlebenszyklus ENTSTEHUNG EINFÜHRUNG WACHSTUM REIFE SÄTTIGUNG DEGENERATION Produktentstehung Wird das Produkt durch ein neues Produkt ersetzt, ist der Kreislauf (Zyklus) geschlossen. Markteinführung Produktionsplanung Unternehmenserfolg Umsatz bzw. Investitionen Gewinn bzw. Verlust Einführung Wachstum Reife Sättigung Degeneration Zeit Quelle: nach ILTIS GmbH Quelle: Porter, M. E. / Back-Hock, A. 12

13 Technologische Leistungsfähigkeit Technologischer Produktlebenszyklus Einführung Wachstum Stagnation Hat die Technologie die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit erreicht, wird eine neue Technologie eingeführt Der erste Ottomotor (1876) Quelle: Helmut Hütten, "Motoren", Motorbuchverlag Saugmotor mit Benzindirekteinspritzung (1968) Ottomotor mit Abgasturboaufladung und variablem Ventiltrieb (2004) Technologische Weiterentwicklung bzw. F&E Aufwand [Quelle: Pahl&Beitz: Konstruktionslehre] 13

14 Produktentwicklung Ökologische Betrachtung des Produktlebenszyklus Aufgabe Klären Definieren von Prozessen Konzipieren Entwerfen Antizipieren von Prozessen Ausarbeiten Services Materialfluss Werkstoffherstellung Herstellung Nutzung Recycling/ Entsorgung Produktlebenslauf Umweltauswirkungen CO 2 -Ausstoß, Recycling, Wiederverwendung 14

15 Technische Betrachtung des Produktlebenszyklus (1/5) Der Produktlebenszyklus setzt sich aus den Hauptprozessphasen der Produktentstehung (Planung, Entwicklung, Arbeitsvorbereitung), der Produktherstellung (operative Produktion) und des realen Produktlebenslauf (Nutzung und Entsorgung/Recycling) zusammen. Hauptprozessphasen werden durch Begleitprozesse, wie Marketing, Beschaffung/Einkauf und Vertrieb, ergänzt Hersteller Kunden Begleitprozesse Marketing Beschaffung/Einkauf Vertrieb Realer Produktlebenslauf Produktentstehung Produktherstellung Planung Entwicklung (Konstruktion, Erprobung) Arbeitsvorbereitung operative Produktion Reales Produkt Nutzung Entsorgung & Recycling Iterationen Informationsfluss 15

16 Technische Betrachtung des Produktlebenszyklus (2/5) Folgende Phasen/Begleitprozesse lassen sich definieren: Produktplanung (Spezifikation, Konzept) Festlegung und Beschreibung neuer Produktideen und -konzepte Quelle: Marketing: Marktforschung, Festlegung gewünschter Produkteigenschaften, Kundensegmentierung, Definition einer Markteinttrittsstrategie, Ausarbeitung Marketing Mix etc Quelle: nach Prof. Ovtcharova, Universität Karlsruhe (TH)

17 Technische Betrachtung des Produktlebenszyklus (3/5) Entwicklung (technisch-planerische Phase):Konstruktionstätigkeiten, Validierungstätigkeiten zur Informationsbeschaffung und vollständige Beschreibung des zukünftigen Produktes Quelle: Einkauf: Allokation von Ressourcen als Inputfaktoren für die operative Produktion, sowie zur Unterstützung von Produktentstehungsprozessen wie z.b. Kauf von Entwicklungssoftware 17

18 Technische Betrachtung des Produktlebenszyklus (4/5) Erprobung: Durchführung und Auswertung virtueller (z.b. Simulationen) und realer Produkttests Quelle: Arbeitsvorbereitung (Fertigungsplanung): Arbeitsplanung und -steuerung mit Schwerpunkt auf Fertigungs-, Montage- und Qualitätsplanung Quelle: Produktherstellung (Produktion): Vorliegende Informationen über Produkte werden mittels Material und Energie in reale Produkte umgewandelt Quelle: 18

19 Technische Betrachtung des Produktlebenszyklus (5/5) Produktvertrieb (Verkauf): Transport, Lagerung, Verteilung, Kosten und Termine Quelle: Produktnutzung (Nutzung, Service und Wartung): Nutzung, Wartung, Pflege, Reparatur, Austausch und Modifikation des Produktes Quelle: Produktrecycling und Wiederverwendung: Umweltgerechte Entsorgung und Recycling oder Wiederaufarbeitung des Produktes Quelle: 19

20 Product Lifecycle - Phasen Zusammenarbeit mit digitalen Modellen FERTIGUNGS- PLANUNG PRODUKTION PRODUKTION VERKAUF KONSTRUKTION Produktdatenmanagement NUTZUNG KONZEPT ENTWICKLUNG PODUKTPLANUNG UND MARKETING VERKAUF UND NUTZUNG SPEZIFIKATION RECYCLING / WIEDERVER- WERTUNG SERVICE & WARTUNG Quelle: Berliner Kreis, Technology Monitoring, ITM, Bochum 20

21 Der Ingenieur bei der Produktentwicklung Produktentwicklung bezeichnet den Vorgang, den eine Idee bis zu einem fertigen Produkt durchläuft stellt die Phase des technischen Produktlebenszyklus dar, an deren Ende eine vollständige Produktdefinition bestehend aus Produktstruktur, Stückliste, Dokumentation und Konfiguration vorliegt Quelle: Prof. Lindemann, TU München 21

22 Tätigkeiten im Produktentstehungsprozess Die Produktentstehung umfasst die Produktplanung, die Produktentwicklung und die Arbeitsvorbereitung der Produktion bis zum Produktionsanlauf. Die operative Serienfabrikation ( das Produzieren ) hingegen wird Produktherstellung genannt. Unter Prozessgesichtspunkten werden alle Wertschöpfungsprozesse eines Unternehmens zusammengefasst Tätigkeiten in der Produktentstehung teilen sich auf in: Direkte Tätigkeiten Entwerfen Modellieren Berechnen Simulieren Änderungen durchführen Stücklisten erstellen Indirekte Tätigkeiten Informationen und Kommunikation Dokumentation und Archivierung 22

23 Herausforderungen an die Industrielle Informationstechnik Sicherstellen von: Integrierten, parallelisierten und flexiblen Arbeitsabläufen und deren Organisation Verteilten Arbeitsschritten und Kernkompetenzen auf externe Partner und interne Abteilungen Verkürzten Entwicklungszyklen Herausforderungen aus Produktsicht: Zunehmende Variantenvielfalt Steigende Produktkomplexität und vielseitigkeit Wachsender Anteil mechatronischer Produkte Erhöhung der Sicherheit und Umweltfreundlichkeit Herausforderungen aus Prozesssicht: Kürzere Entwicklungs- und Produktionszeiten Unternehmensübergreifende, simultane und verteilte Arbeitsabläufe Stärkerer Einsatz interdisziplinärer und innovativer Technologien und IT-Lösungen Zunehmende Globalisierung (Zeitzonen, Ausbildung, Kulturen, Traditionen, etc.) 23 Quelle: Ehrlenspiel / Bender

25 CAx-Techniken: Modellierung eines Bauteils Grobgestalt als Block definieren Feingestalt Bohrung Fase 25

26 Beispiel: Modellieren mit SpaceClaim 26

27 C3P Next Generation: Produktdatenmanagement 27

28 Beispiel Kommunikationstechnik: Audio-/Video-Konferenzen Synchroner Austausch von Ton und Video Vergleichbar mit herkömmlichen Telefon Vorteile Leicht zu bedienen Geringer Einführungsaufwand Nachteile Viele heterogene Systeme verfügbar Einige Systeme sind in Firmennetzwerken aufgrund der hohen Sicherheitsanforderungen nicht einsetzbar Einführungsaufwand Installation der Clientanwendungen Eventuell Firewall konfigurieren Einsatzmöglichkeiten Jederzeit, sobald Kontaktinformationen ausgetauscht wurden Ersatz für herkömmliche Telefongespräche Quelle: Skype 28

29 Eine Auswahl an IT-gestützten Wissensmanagement-Werkzeugen Suchmaschinen Dokumenten-Management- Systeme Versionsverwaltungs- Systeme Online-Nachschlagewerke Groupware Foren 29

30 Regeln und Randbedingungen zur fertigungsgerechten Konstruktion von Karosseriesystemen im Automobilbau Welche Radien sind herstellbar? 30

32 Termin und Ort der Vorlesung So finden Sie uns: Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Pascalstr Berlin Hörsaal: PTZ 001 (kleiner Hörsaal) Mittwochs: 14:00 bis 16:00 Uhr 32

33 Bachelor an der Fakultät V Modul Modulinhalte Leistungspunkte Vorlesung Übung 6 LP Prüfungen Schriftliche Prüfung über Vorlesungsinhalte (7 von 10 Themen) Vortrag über eine wissenschaftliche Veröffentlichung, Bearbeitung der Aufgaben in den Übungen Anmeldung im Prüfungsamt Fachprüfung 33

34 Master an der Fakultät V Modul Modulinhalte Leistungspunkte Prüfungen Anmeldung im Prüfungsamt Vorlesung Übung 6 LP Mündliche Prüfung (30min) über alle Vorlesungsinhalte Vortrag über eine wissenschaftliche Veröffentlichung, Bearbeitung der Aufgaben in den Übungen Fachprüfung 34

35 Diplom an der Fakultät V Fach (Vorlesung) Inhalte Semesterwochenstunden Prüfungen Anmeldung im Prüfungsamt Fach (Übung) Inhalte Semesterwochenstunden Prüfungen Grundlagen der Industriellen Informationstechnik Vorlesung Grundlagen der Industriellen Informationstechnik 2 SWS Mündliche Prüfung über alle Vorlesungsinhalte (30 min) Fachprüfung Grundlagen der Industriellen Informationstechnik Übung Grundlagen der Industriellen Informationstechnik 2 SWS (analytisch oder konstruktiv) Vortrag über eine wissenschaftliche Veröffentlichung, Bearbeitung der Aufgaben in den Übungen 35

36 Diplom an der Fakultät V Fach (Vorlesung) Inhalte Semesterwochenstunden Prüfungen Anmeldung im Prüfungsamt Fach (Übung) Inhalte Semesterwochenstunden Prüfungen Grundlagen und Anwendungen der Industriellen Informationstechnik Vorlesung Grundlagen und Anwendungen der Industriellen Informationstechnik 4 SWS Mündliche Prüfung über alle Vorlesungsinhalte (40 min) Fachprüfung Grundlagen und Anwendungen der Industriellen Informationstechnik Übung Grundlagen und Anwendungen der Industriellen Informationstechnik 4 SWS Vortrag über eine wissenschaftliche Veröffentlichung, Bearbeitung der Aufgaben in den Übungen, Bearbeitung des Projekts in Anwendungen IIT 36

37 Bachelor an der Fakultät VII (Wirtschaftsingenieurwesen) Lehrveranstaltung LV-Art LP P/WP/W Semester Einführung Fabrikbetrieb IV 2 P Wintersemester Prof. Seliger Grundlagen der Industriellen Informationstechnik IV 2 P Sommersemester Prof. Stark Methoden des Fabrikbetriebs 1A IV 2 WP Wintersemester Prof. Seliger oder Methoden der Industriellen Informationstechnik (Übung zu Grundlagen der Industriellen Informationstechnik) IV 2 WP Sommersemester Prof. Stark oder Grundlagen Methods-Time Measurement IV 2 WP Wintersemester Prof. Seliger 37

38 Bachelor an der Fakultät VII (Wirtschaftsingenieurwesen) Modul Modulinhalte Leistungspunkte Anmeldung im Prüfungsamt Prüfungen Fabrikbetrieb und Industrielle Informationstechnik Pflicht (Vorlesungen) Wahlpflicht (Übungen) 6 LP Fabrikbetrieb Methoden der Industriellen Informationstechnik Methoden des Fabrikbetriebs MTM: Methods-Time Measurement Prüfungsäquivalente Studienleistung bis 6 Wochen nach Vorlesungsbeginn (bis ) Anmeldung über QISPOS als Modul Fabrikbetrieb und Industrielle Informationstechnik Vorlesung: Kombiklausur mit Fabrikbetrieb; IIT-Teil 37,5 min Bearbeitungszeit 5 Themengebiete (aus 10 kann gewählt werden) Übung IIT: Vortrag über eine wissenschaftliche Veröffentlichung, Bearbeitung der Aufgaben in den Übungen 38

39 Termin und Ort der Übungen So finden Sie uns: Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb Pascalstr Berlin Hörsaal: PTZ 511 (VELC 5. Etage) Anmeldung im ISIS erforderlich Gruppeneinteilung und Kursmaterial über ISIS Übungstermine werden im ISIS bekannt gegeben 39

41 Trends in der Produktentwicklung: Nachhaltigkeit (1/3) Was bedeutet Nachhaltigkeit? Zentrales Leitthema: Befriedigung der menschlichen Bedürfnisse von Heute ohne die Bedürfnisbefriedigung von künftigen Generationen zu gefährden Für eine nachhaltige Entwicklung müssen drei Dimensionen berücksichtigt werden: 1. Ökologie: Schutz der natürlichen Lebensgrundlagen des Menschen, wie Klima, Boden, Wasser und Luft 2. Ökonomie: Langfristige Sicherung bzw. Zunahme des Wohlstands einer Gesellschaft 3. Soziales: Forderungen nach zukunftssichernden Lebensstilen und gerechten Verteilungssystemen Bildquelle: 41

42 Trends in der Produktentwicklung: Nachhaltigkeit (2/3) Wie kann die Produktentstehung zu nachhaltigen Produkten beitragen? Eigenschaften und Produktmerkmale werden in den frühen Phasen des Produktlebenszyklus, vor allem bei der Produktplanung und Entwicklung, festgelegt und damit auch das Verhalten des Produktes in nachgelagerten Lebensphasen weitgehend bestimmt Marketing Konstruktion Rohstoff Plastiki Katamaran aus Plastikflaschen Bildquellen: Fertigung Erprobung Nutzung 42

43 Trends in der Produktentwicklung: Nachhaltigkeit (3/3) Ökologische Einflussmöglichkeiten: Bspw. Nutzung von recyclingfähigen oder biologisch abbaubaren Werkstoffen, Effizienzsteigerung von Antriebstechnologien, Einsatz alternativer Energien etc. Ökonomische Einflussmöglichkeiten: Bspw. Verstärkte Kundenorientierung bei der Anforderungsanalyse, Kostenprognosen schon in frühen Phasen der Produktentstehung, Gegenüberstellung von Gewinn und Verlust mithilfe von Life Cycle Costing etc. Soziale Einflussmöglichkeiten: Bspw. Sicherstellung von Akzeptanz bei Mitarbeitern und Kunden, Aufbau einer Produktphilosophie bzw. eines Images, erkennen von Trends etc. 43

44 Trends in der Produktentwicklung: Mechatronische Produkte (1/2) Planetengetriebe (Bildquelle: Für Entwicklung von rein mechanischen Produkten gibt es Methodiken und ausreichend Wissen (basierend auf Erfahrungen, Versuchen und Messungen) Lichtmaschine (Bildquelle: Entwicklung von elektrischen Produkten ist komplexer, da Mechanik und Elektronik zusammen entwickelt werden müssen: Auch hier ist ausreichend Methodenund Produktwissen vorhanden 44

45 Trends in der Produktentwicklung: Mechatronische Produkte (2/2) ESP (Bildquelle: Neueste Entwicklungen hin zu mechatronischen Produkten: die Domänen Mechanik, Elektronik und Software müssen in der Entwicklung zusammengebracht und in ein Produkt integriert werden Produktkomplexität steigt sprunghaft an und erfordert spezielles Methoden- und Produktbzw. Domänenwissen Methoden und Produktwissen steckt noch in den Kinderschuhen 45

46 Trends in der Produktentwicklung: Product Service Systems (PSS) + Turbine + Power by the Hour (Bildquelle: Geschäftsmodell, bei dem Sach- und Dienstleistungen als gleichwertige Leistungsbestandteile verstanden werden, um Kundenbedürfnisse zu sättigen Verlagerung des Besitzrechtes eines Produkts vom Kunden zum Hersteller Hersteller hat sicherzustellen, das das Produkt die vereinbarten Leistungen erfüllen kann (z.b. durch Wartung oder Reparatur) PSS besitzen Potential, durch die Herstellung von Produkten entstehende ökologische Schäden einzugrenzen Für den Hersteller ist es nützlicher, die Lebensdauer des Produktes zu erhöhen bzw. so viel wie möglich zu recyceln, um seinen Profit zu erhöhen 46

47 Ausblick auf diese Lehrveranstaltung Kontextbezogener Entwurf Prototypbezogene Konfiguration High-end Visualisierung Validierung Feedback und Optimierung Virtuelles Produkt Entwickler Lieferanten Hersteller Kunden Team Kollaboration Engineering Netzwerk CAx PLM VR/AR Web-Portale Telekommunikationsdienste Erfahrungswissen Informations- und Kommunikationstechnologien Produktlebenszyklus Iterative Arbeitsabläufe Workflow & Workload Management Quality Gates Deliverables & Progress Management Produktentstehungsprozess Quelle: Prof. Ovtcharova, Universität Karlsruhe (TH) 47

48 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.