Konstruktionslehre II V6 Prozess- und Datenmanagement. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 21. Mai 2014

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1 Konstruktionslehre II V6 Prozess- und Datenmanagement Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 21. Mai 2014

2 Lernziele dieser Vorlesung Sie können die beiden Hauptaspekte von PLM erklären. Sie können die Partialmodelle eines Unternehmens erklären. Sie kennen die Funktionalitäten eines PDMS und können diese erläutern. Sie können die Bedeutung von Wissensmanagement im E/K-Prozess erläutern. Sie können die Inhalte von internen und externen Unternehmenswissen erläutern. Sie können die Lebenszyklus von Wissen erläutern. Sie können die Komponenten des integrierten Wissensmanagements im E/K-Prozess erläutern. Sie können den Einsatz der Komponenten des integrierten Wissensmanagements im E/K-Prozess erläutern. 2

3 KL II Vorlesung 7 Inhalt 1. Produkt Daten Management 1. Ausgangssituation 2. Ansatz 3. Funktionen eines PDMS 2. Wissensmanagement 3. Integriertes Wissensmanagement im E/K-Prozess 3

4 Typische Problemstellung heutiger Produkte externe Vielfalt zur Positionierung am Markt Korrelation interne Vielfalt zur profitablen Produktherstellung Marktgerechte Optimierung der externen Vielfalt Entkopplung von externer und interner Vielfalt? Bewältigung der internen Vielfalt Ansatz PLM-Strategie 4

5 Aspekte der PLM-Strategie PLM-Strategie Produkt und seine Gestaltung Baureihe Baukasten Modularisierung Plattform Multi-Life-Produkt Differential-/Integralbauweise Kontrolle und Steuerung der Informationsflüsse PRODUKT (Daten) PROZESS (Ablauf) ORGANISATION (Akteur) 5

6 Aspekte der PLM-Strategie PLM-Strategie Kontrolle und Steuerung der Informationsflüsse Unternehmens- Modell PRODUKT (Daten) PROZESS (Ablauf) ORGANISATION (Akteur) 6

7 Partialmodelle des Unternehmens Sicherstellen: Vollständigkeit Referenzierung Unternehmensmodell Produkt- daten- Modell Sicherstellen: Vollständigkeit Schnittstellendef. Prozess- Modell Rollen- Modell Definition: Sichten Berechtigungen 7

8 Definition Produktdatenmodell Was ist ein Produktdatenmodell? Das Produktdatenmodell ist eine modellhafte Darstellung, welche sämtliche zum Produkt gehörigen Daten (einschl. Klassifizierung, Referenzierung und Regeln) beinhaltet. 8

9 Definition Prozessmodell Was ist ein Prozessmodell? Das Prozessmodell ist eine modellhafte Darstellung, welche die Grundlage für unternehmensinterne Ausführungsanweisungen/Abläufe (einschließlich der prozessrelevanten Daten und Rollen) beinhaltet. 9

10 Definition Rollenmodell Was ist ein Rollenmodell? Das Rollenmodell ist ein Hilfsmittel zur modellhaften Abbildung der Organisation. Eine Rolle ist eine nutzerneutrale Beschreibung einer Aufgabe. Die Aufgabenbeschreibung der einzelnen Rollen steht bereits im logischen Zusammenhang zum zugeordneten Prozess. 10

11 Definition: Prozess Ein Prozess ist eine inhaltlich und zeitlich logisch geordnete sowie zielgerichtete Reihenfolge von Aktivitäten (Prozessschritten) Prozesse haben einen definierten Beginn und ein definiertes Ende mit Schnittstellen zu anderen Prozessen Zu jedem Prozess und auch zu jedem Prozessschritt gehören klar definierte In- und Output-Werte Für jeden Prozess gibt es einen Prozessverantwortlichen Quelle: Canales 11

12 Engineering-Prozess Prod. Management Vertrieb Leitung VT7 Projekte Technik (E/M) Fertigung (E/M) Qualitätswesen Einkauf Kaufm. Leitung IBS Zulieferer Service = Verantwortung = Beteiligung Input Kunden- Lastenheft Produktstandards Abteilung Prozessschritt Tools Output Dokumentation Vertrieb Technik Pflichtenhefterstellung Word für Windows Pro/E Pflichtenheft für Entwicklungs-/ Konstruktionsvorgaben DIN-A-4 Ordner Ergebnisse Bremsberechnung als Datei Teilprozess Inhalte Produktstandards Fertigungs- Struktur Make or Buystrategie Produktmanagement Technik Fertigung Stücklistenstruktur PPS Mit der Fertigung abgestimmte Stücklistenstruktur Ergebnisse Reviews/ Meilensteine Lieferplan Werksterminplan Projektmanagement Auftragsterminplanung Primavera Primavera Entwicklungsterminplan Konstruktionsterminplan Primaveraterminplan 12

13 Kennzeichen heutiger E/K - Prozesse Vielzahl von internen und externen Schnittstellen (Konzentration auf Kernkompetenzen macht das Managen vieler Zulieferer erforderlich) starke Vernetzung (Schrumpfende Heimatmärkte erfordern weltweites Agieren in z. B. strategischen Allianzen) Parallelisierung der Arbeitsschritte (Kostenreduktion, Time-to-Market, ) Grauzonen bei den Verantwortlichkeiten (Schnittstelle z.b. zur Arbeitsvorbereitung verschwimmt) sehr hoher Informationsbedarf (Fehler führen zu hohen Vertragskosten, geltende Vorschriften, ) sehr hoher Dokumentationsbedarf (Produkthaftung, ISO 9001, Ersatzteilgeschäft, ) sehr hoher Datenanfall (bedingt durch hohen Dokumentations-/Informationsbedarf) 13

14 Prozesssicht der Datenentstehung In den einzelnen Phasen sind sehr unterschiedliche Produktsichten erforderlich Konzept Entwicklung Prod.- Vorb. Fertigung Montage Doku IBS After Sales Heterogene Datenstrukturen und Medienbrüche 14

15 KL II Vorlesung 7 Inhalt 1. Produkt Daten Management 1. Ausgangssituation 2. Ansatz 3. Funktionen eines PDMS 2. Wissensmanagement 3. Integriertes Wissensmanagement im E/K-Prozess 15

16 Was ist ein PDMS? PDMS steht für Produktdatenmanagementsystem und ist die Software für das Management von produktdefinierenden Daten in Verbindung mit der Abbildung und dem Management von technischen/organisatorischen Geschäftsprozessen. Mit PDMS soll während der Produktentwicklung sichergestellt werden, dass die richtigen Daten in der erforderlichen Qualität, in dem erforderlichen Umfang und zum richtigen Zeitpunkt dem richtigen Bearbeiter sowohl unternehmensintern als auch über die Grenzen des Unternehmens hinaus zur Verfügung gestellt werden. Quelle: Eigner/Stelzer, Feldhusen 16

17 Datenverwaltung mit einem PDMS Anforderungen an PDMS sind u. a.: Unterstützung der Datenorganisation Datendurchgängigkeit Unterstützung von Simultaneous Engineering Prozesstransparenz Funktionen von PDMS sind u. a.: Suchfunktion Verwaltung Produktstruktur Zugriffssteuerung für parallele Arbeit Workflow Projektverwaltung und -überwachung 17

18 KL II Vorlesung 7 Inhalt 1. Produkt Daten Management 1. Ausgangssituation 2. Ansatz 3. Funktionen eines PDMS 2. Wissensmanagement 3. Integriertes Wissensmanagement im E/K-Prozess 18

19 Suchfunktion Geometrische Ähnlichkeitssuche Quelle: Siemens PLM 19

20 Verwaltung der Produktstruktur CAD Skateboard CAD- Struktur Platte Achse komplett Radeinheit Achseinheit Rad Lager PDMS Skateboard Skateboard Produktstruktur (Konstruktionssicht) Komponente Platte Platte Rad Achse komplett Radeinheit Achseinheit Lager Achse komplett Radeinheit Achseinheit CAD-Dokument Office-Dokument TIFF-Zeichnung PDF Rad Lager 20

21 Datenverwaltung im PDMS Objekt: Baugruppe Skateboard Attribute des Objektes Weitere Menüs zum Detail des Objektes Produktstruktur Eindeutige Nummer Quelle: ProVerStand (IKT) 21

22 Simultaneous Engineering User A User B Skateboard Skateboard Platte Achse komplett Öffnet eine Baugruppe und ändert diese Platte Radeinheit Radeinheit Ache komplett Achseinheit Achseinheit Bekommt direkt die Information, ob alle geladenen Teile aktuell sind Lädt geänderte Teile nach Quelle: Siemens PLM Öffnet ein Einzelteil der Baugruppe, ändert und speichert es Rad Lager Rad Lager gemeinsame Datenbasis Check-In/Check-Out von Daten Verwaltung von Zugriffssteuerung (wer hat Zugriff auf welches Datenobjekt in welchem Status) 22

23 Zusammenarbeit mit Zulieferern OEM Auto ID: 0815 Zulieferer 1.Ebene Fahrwerk ID: 0900 Chassis ID: 0816 Motor ID: 0817 Getriebe ID: 0818 Zulieferer 2.Ebene Lager ID: 0819 Zahnrad ID: 0820 Gehäuse ID: 0821 Oberhälfte ID:0822 Unterhälfte ID: 0823 Produktstruktur als Grundlage für die Zusammenarbeit mit Zulieferern 23

24 Definition Workflow Workflow Ein Workflow ist ein formal beschriebener, (teilweise) automatisierter Prozess. Er beinhaltet die zeitlichen, fachlichen und ressourcenbezogenen Spezifikationen, die für eine automatische Steuerung des Arbeitsablaufes auf der operativen Ebene erforderlich sind. Die hierbei anzustoßenden Arbeitsschritte sind zur Ausführung durch Mitarbeiter oder durch Anwendungsprogramme vorgesehen. Workflow-Management-System (WfMS) Softwaresystem zur Koordinierung von Workflows Ein WfMS ist in der Regel Bestandteil eines PDMS. 24

25 Workflow vs. Prozess Operativ und in jedem Zustand wohldefiniert, (vgl.) Algorithmus Beschreibt exakte Vorgehensweise (höchster Detaillierungsgrad) Trigger (Auslöser), Initiator, Determiniertheit (Terminierung) Spezifiziert die technische Ausführung der Arbeitsabläufe Prozesse, die beispielsweise zur Ideenfindung, strategischen Ausrichtung oder Zielsetzung eines Unternehmens dienen, sind nicht mit der Definition des Workflows vereinbar und somit in einem Workflow nicht abbildbar Der Workflow ist eine Ebene über den Prozessen (siehe Folie 27) angeordnet keine echte Obermenge! Im Allgemeinen müssen Prozesse nicht den obigen Anforderungen standhalten (operativ, etc..) 25

26 Workflow im PLM / PDM Kontext Bei Instanziierung einer Klasse (Objekt, z.b. Dokument) erhält diese einen Lebenszyklus zugewiesen Einzelnen Phasen im Lebenszyklus können Workflows zugeordnet werden (Initiator) Workflows können Unterworkflows starten, rekursiv anwendbar Zu Beachten: Definiertheit und Determinierung, sequentieller Ablauf erwünscht (Flow). Parallelität meistens nicht erwünscht, da Mutterworkflow Ergebnisse der Kinderworkflows benötigen könnte. Erhöhung der Komplexität Workflows steuern auch den Ablauf im Lebenszyklus, dadurch Verzweigungen und Zyklen möglich Das Erstellen effektiver und effizienter Workflows ist schwer 26

27 Verwaltung der Prozesse durch Workflow Konstrukteur reicht die Zeichnung/das CAD-Modell zur Prüfung ein Die Zeichnung/das Modell ist freigegeben TIFF-Zeichnung Quelle: Siemens PLM zur Prüfungsaufforderung 60_Standard-Release :13 27

28 Projektmanagement Quelle: Siemens PLM 28

29 Projektmanagement Verknüpfungen zwischen: Projektaufgabe Terminplan Projektverantwortliche relevante Bauteile/Baugruppen Quelle: Siemens PLM 29

30 Konfigurationsmanagement im PDMS Vertrieb Entwicklung/Konstruktion ERP Fertigung Produktdatenmanagementsystem CRM Office Prod. Konfigurator CAD CAE Office CAM Konfigurationsmanagement/Produktstrukturmanagement Management von Referenzstrukturen, Konfigurationsüberwachung, Konfigurationsregeln Kunden- Angebote Anfordrg. Geometrie- Werkstoff- Pflichten- Werkzeug- daten Schrift- Kalkulation daten kennwerte heft daten Marktdaten verkehr SW - Mikrogeom. Gewichte Schrift- Maschinen Makrogeom.... verkehr daten

31 Workflow Ableitung einer Produktvariante Produktvariantenableitung aus Kombination vorhandener Bauteile/-gruppe Radiallüfter Rotor Stator Leiterplatte Anschluss Rad- : 190 AP-Mass: 74 Drehrichtung: rechts einschränkende Parameter Motorbaugröße [mm] Volumenstrom [m³/h] Spannung [V] 115 (VAC) (VDC) 115 (VAC) 230 (VAC) 31

32 Arbeiten mit dem KM-System im PDMS Auswahl der betrachteten Produktfamilie Auswahl der Optionen (Standard wird nicht dargestellt) Auswahlunterstützung durch die Darstellung der Merkmalausprägungen 32

33 Simple Abbildung der Konfigurationslogik Die Abbildung der Konfigurationsregel wird durch das Zusammenpassen der Ausprägungen (Werte der Attribute) realisiert. Beispiel 1: Stator für Spannung 230 Volt zuerst ausgewählt Einschränkung der Leiterplattenauswahl Beispiel 2: Leiterplatte für Spannung 115 Volt zuerst ausgewählt Einschränkung der Statorauswahl 33

34 Verwaltung der Varianten mit Hilfe des PDMS Referenzprodukt 34

35 Verwaltung der Varianten mit Hilfe des PDMS Referenzprodukt 35

36 KL II Vorlesung 7 Inhalt 1. Produkt Daten Management 1. Ausgangssituation 2. Ansatz 3. Funktionen eines PDMS 2. Wissensmanagement 3. Integriertes Wissensmanagement im E/K-Prozess 36

37 Managen von Wissen Der Entwicklungs- und Konstruktionsprozess ist ein Informations- und Wissensmanagementprozess. Daher muss neben dem Produktlebenszyklus der Informations- und Wissenslebenszyklus betrachtet werden. 37

38 Wissenstreppe Wie entsteht Wissen? Wie wird Wissen genutzt? + Einzigartigkeit besser als andere + richtig Handeln + Anwendungsbezug + Wollen Kompetenz Wettbewerbsfähigkeit + Vernetzung (Kontext, Erfahrung, Erwartung) Handeln + Bedeutung Können + Syntax Wissen Informationen Daten Zeichen nach North, K. (2002) Nach North, K. (2002) 38

39 Wissensarten internes Wissen explizite s Wissen explizites Wissen externes Wissen (Zulieferer, Kunden, Dienstleister, Wettbewerber, ) implizite s Wissen implizites Wissen 39

40 Lebenszyklus von Information und Wissen nutzen kommunizieren Pull & Push Kontextbezug Aktualisierung generieren Multiplikatoren verarbeiten Pull Wissen Information Maschine Mensch eingeben verarbeiten suchen präsentieren Wissen Information generieren speichern 40

41 Ansätze Wissensmanagement Explizites Wissen Implizites Wissen Formelle Wissensrepräsentation Informelle Wissensrepräsentation Datenbanksysteme (z. B. PDM Systeme) wissensbasierte Systeme (z. B. Ontologien) Fachbücher Konstruktionsleitfäden/ -handbücher Lessons-Learned Systeme Information Retrieval Systeme ( Suchmaschinen ) Pattern Languages Knowledge Maps Triadengespräche Wissenszirkel Diskussionsforen 41

42 Konstruktionshandbücher Forderungen an eine E/K-Abteilung hohe Entwicklungsqualität hohe Konstruktionsqualität Reduktion der Durchlaufzeiten Reduktion der Kosten Maßnahmen Reduzierung der Teilevielfalt Standardisierung: Lösungen Bauteile/Baugruppen Reduzierung der Änderungen Entwicklungsfehler Konstruktionsfehler Schnittstellenfehler Fertigungsgesichtspunkte Wissensspeicher 42

43 Inhalte STAHLROHR Ziel: Reduzierung der Teilevielfalt Standardisierung Verkürzung der Konstruktionszeit KURZTEXT GROESSE WERKSTOFF NORM-NR. IDENT-NR. STAHLROHR 38 x 5,6 x ST 37.0 DIN STAHLROHR 44,5 x 4 x 6000 ST 37.0 DIN STAHLROHR 48,3 x 4,5 x 6000 ST 37.0 DIN STAHLROHR 57 x 6,3 x 6000 ST 37.0 DIN STAHLROHR 70 x 5 x 6000 ST 37.0 DIN ST Haltestangenbeschläge 37.0 DIN STAHLROHR 70 x 20 x 6000 Benennung Piktogramm A B Oberfläche Werkstoff T-Stück ID-Nr E5-EV1 G-Al Mg3 EQ EPS G-Al Mg3 EQ RAL EPS G-Al Mg3 EQ RAL samesiert G-Al Mg3 EQ RAL 7016 Ziel: Reduzierung der Teilevielfalt Standardisierung Verkürzung der Konstruktionszeiten Reduzierung der Änderungen RAL 2004 wegen Nichtbeachtung der Anschlußmaße Verbindung waagerechter Haltestangen EPS G-Al Mg3 EQ Pos.1: Haltestange: Rohr 30x... Pos.2: T-Kloben senkrecht Pos.3: T-Kloben Einbaubeispiel waagerecht : Haltestangen Pos.4: Haltestange: Rohr 30x... Ziel: Reduzierung der Änderungskosten resultierend aus Bauraumüberschreitung: - Haltestange behindert Voutenklappe - Haltestange wird zu tief angebracht -... Mißachtung von Anschlußmaßen - Durchmesserwechsel im Haltestangensystem nicht beachtet - Unterschiedliche Kloben für gleiche Funktion verwendet

44 Darstellung von Interdependenzen Qualitätssicherung 17 & & 1 Optik Hinweise 16 & & 2 Schnittstellen / Untersuchung Montage 14 & & 3 Aufgabenbereich Einbaumaße 14 & & 3 Lastenheft / Pflichtenheft Behindertengerecht 14 & & 4 Vorläufer / Fahrzeuge Haltestangen Trennwand 13 & Haltestangen Türsäulen 13 & Haltestangen & & 4 Erkenntnisse / Projekt 9 Halbzeuge Haltegriff 13 & & 9 Oberflächen Halteschlaufen 13 & & 9 Biegeradien Verkaufsautomaten 12 & & 10 Beschläge Sprechstellen 12 & & 10 Taster Notbremsgehäuse 11 & & 11 Entwerter Anmerkung: & Liste weitere Verzweigung 44

45 Wissensspeicher: Detaildarstellungen 45

46 KL II Vorlesung 7 Inhalt 1. Produkt Daten Management 1. Ausgangssituation 2. Ansatz 3. Funktionen eines PDMS 2. Wissensmanagement 3. Integriertes Wissensmanagement im E/K-Prozess 46

47 Integriertes Wissensmanagement 47

48 Produktwissen: Vorzugsteile Kundenspezifische Teile Bauteil Feature Katalog Teile Vorzugsteile 48

49 Abbilden des Wissens im CAD-System Vorzugsteile Bauteil-Feature Katalog Teile Kundenspezifische Teile Prozesswissen CAD-System Konstruktionswissen 49

50 Produktwissen Virtuelle Produktentwicklung Strukturieren des Wissens im CAD-System Fertigungsfeature Produktionswissen (PS) Dfx-Feature Katalog Teile Vorzugsteile Konstruktionswissen (PS) Produktlogik Konstruktions- methodik Unternehmenswissen (PS) Konstruktions-prozess Serviceprozess. 50

51 Optimieren des E/K-Prozesses CAD Rapid Tooling Physische Realisierung Rapid Prototyping Fertigung / Montage Produktionswissen Konstruktionswissen Unternehmenswissen Markt 51

52 Vision: Produkt-DNA Kunde Produkt Anforderungen Wissensspeicher (mit den Inhalten Produktelemente, Prozesselemente, Inkl. gekoppeltem Wissen) Prozess Produktentwicklung auf Knopfdruck : Kombination der Produktgene (Wissensträger) und Auslese Auslese in der Entwicklung, nicht beim Kunden Produkt 52

53 Ende der Bildschirmpräsentation

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