Systematic Aggregation of Multiple Views onto a Complex System as Individual Design Structure Matrices

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1 Systematic Aggregation of Multiple Views onto a Complex System as Individual Design Structure Matrices M. Kreimeyer, N. Bradford, S. Langer, W. Biedermann, U. Lindemann 2010 Prof. Lindemann

2 Agenda Scope of this research overall industrial need Solution idea a short example Principles of aggregation illustration Application to the initial example procedure and particularities Conclusion Results and further work 2010 Prof. Lindemann 2/2010

3 Status Org.Elemente. I/EB Fahrzeugkonzepte I/ED Design I/EK-11 Aufbau- Vorentwicklung I/EK-13 Strak I/EG Gesamtfahrzeug I/EK-2 Entwicklung Karosserie I/EK-3 Entwicklung Innenausstattung I/EK-5 Entwicklung Fahrzeugsicherheit I/EK-8 Funktionsauslegung Aufbau Externer Berechner Externer Konstrukteur Lieferant Betriebsfestigkeit Struktur Anabuteile Systemteile Verkleidungen Aerodynamik Klimatisierung Projektidee erarbeiten PPS (Projektplanungsstart) Entwicklungsbestätigung Projektplanungs- start Strategische Strategische Grundüberlegungen Grundüberlegungen Unternehmen Unternehmen und Produkt und Produkt -erivate, -familien Festlegung der Zielsegmente Strategisches Fahrzeuggrundkonzept, Derivate, Familien Karosseriekonzept Fahrzeugbezogene Konzeptvorentwicklung Designideen entwickeln Grundmaße festgelegt erstellt 3D-Drahtmodelle Designfindung Clay-Designmodelle erstellt Flächenmodell Produktstrategie Konzeptsteckbrief Package- Vorgabe in CAD 2D-Schnitte erstellt Grundkontur festgelegt An Problemlösung Karosseriekonzept- konzept- - incl. Packagevorgabe - Innenausstattungs An Strukturentwicklung Systemteileentwurf Innenausstattungs- konzept Technisches Gesamtfahrzeug Abgleichen mit Karosserie entwurf- Fahrzeugsicherheit Fahrzeugauslegung Karosserie Gesamtkonzept Karosseriekonzept- Innenausstattungs- PVS (Produktionsversuchserie) Karosseriekonzept- Innenausstattungs- abgestimmter Packageplan Gesamtkonzept PE (Projektentscheid) 1:1 physische Modelle Außendesign 1:1 physische Modelle Innendesign Gesamt. entwurf Clay-Innendesignmodell abtasten Packageplan Strukturentwurf Anbauteileentwurf Innendesignmodell Fahrzeugsicherheit Fahrzeugsicherheits- konzept entwickeln Außenstrak An entwicklung Crash Anbauteileeigenschaften Außenstrak Strukturentwurf- Innenstrak Strukturentwurf Anbauteileentwurf Fahrzeugauslegung Fahrzeugauslegung Anbauteileeigenschaften Strukturentwurf- Innenstrak An Systemteileentwicklung Strukturentwurf- Anbauteileentwurf- konzept- Anbauteileentwurf- Struktureigenschaften konzept- An Strukturentwicklung entwurf- Systemteielentwurf Systemteileentwurf- Sitzanlagenentwurf Struktur Aerodynamikeigenschaften Systemteileentwurf- Struktureigenschaften Innenausstattung entwurf- Sitzanlagenentwurf Sitzanlagenentwurf Anbauteileeigenschaften Anbauteile egebnisse entwurf- Verkleidungsentwurf- An Strukturentwurf An Anbauteileentwurf Außendesign mit Package abstimmen Clay-Außendesignmodell abtasten Struktureigenschaften 3D-Netz- Außendesignmodell Verkleidungsentwurf- Aerodynamikeigenschaften Aerodynamikberechnung Aerodynamik Struktur Anbauteile egebnisse Aerodynamik Klima Innendesign mit Package abstimmen Luftkanäle modellieren Struktureigenschaften An Strukturentwurf- Anbauteileeigenschaften der Luft An Verkleidungsentwicklung An Anbauteileentwurf- Vernetztes Klimagerät Anbauteileentwurf Verkleidungsentwurf entwurf Strukturentwurf Sicherheitskomponenten Funktionsauslegung An Strukturentwurf der Luft vernetzen Außendesign verabschieden Vernetztes der Luft Innendesign verabschieden bericht Innenausstattung Klima Verkleidungseigenschaften eigenschaften Aeroakustikeigenschaften Sitzanlageneigenschaften Sitzanlagenberechnung berechnung Sitzanlageneigenschaften Verkleidungsberechnung eigenschaften entwurf Sicherheitskomponentenentwurf An Strukturentwicklung Gesamtentwurf Verkleidungseigenschaften Final ausgewähltes Final ausgewähltes 3D-Netz -Innendesignmodell Außendesignmodell An Anbauteileentwicklung Luftkanäle modellieren Anbauteileeigenschaften Bauraummodell Sicherheitskomponente Sicherheitskomponenten modell Klima der Luft FE (Fahrzeugentscheid) der Luft vernetzen Vernetztes der Luft Karosserie Akustik- modell Struktur Anbauteile egebnisse Aeroakustik Crashberechnungs Klima Crashberechnungs Finalen Außenstrak Karosserie Akustik- Crashberechnungs eigenschaften eigenschaften Verkleidungseigenschaften Verkleidungseigenschaften Finaler Außenstrak Finalen Innenstrak Aeroakustik Sitzanlageneigenschaften Sitzanlageneigenschaften modell Sicherheitskomponente Sicherheitskomponentenentwicklung Systemteilemodell Finaler Innenstrak An Sitzanlagenentwicklung Verkleidungeigenschaften modell modell Karosserie Crashberechnungs Aerodynamikeigenschaften Aeroakustikberechnung An Verkleidungsentwicklung Sitzanlagen Fahrzeugauslegung entwicklung Klima An entwicklung Sitzanlagenmodell Sitzanlagenmodell An Sitzanlagenentwicklung Klima Aeroakustik Crashberechnungs mechanische eigenschaften Sitzanlagenmodell An Verkleidungsentwicklung mechanische Systemteilemodell Systemteilemodell Aeroakustikeigenschaften Crashberechnung Karosserieberechnung mechanische Sitzanlageneigenschaften Karosserie 2 technikkonforme Außendesignthemen Sitzanlagenmodell Sitzanlagenmodell modell Sitzanlagenmodell modell Insassensicherheitsberechnung An entwicklung Verkleidungs Struktur Anbauteile Systemteile Verkleidung Sitzanlage Aeroakustikeigenschaften Aeroakustik Karosserie Insassensicherheit Insassensicherheit Crashberechnungs An Anbauteileentwicklung Innenausstattungs- konzept Insassensicherheit An Anbauteileentwicklung Insassensicherheit Insassensicherheit Akustikeigenschaften An Sicherheitskomponentenentwicklung An entwicklung modell weiterentwickeln An Strukturentwicklung Systemteilemodell Baustufe Baustufe Verkleidung DKM außen DKM innen Standversuch mit Sicherheitskomponente durchführen DF (Design Freeze) weiterentwickeln Konzeptfahrzeug Karosseriekonzept Leistungsvereinbarung Pflichtenhaft Fahrzeug auf Prüfstrecke testen aufbereiten Prototyp RE (Richtungs- Entscheid) Vorserien- Fahrzeug modell- Lastmodell Verbundenes Betriebsfestigkeit An Verkleidungsentwicklung modell- - Systemteilemodell- - - Lasten Betrtiebsfestigkeitsberechnung aufbringen - An Sitzanlagenentwicklung Strukturberechnung Anbauteileberechnung Sitzanlagenmodell- Versuchsdaten Sicherheitskomponente - modell modell- Crashversuch durchführen Systemteilemodell- 2 technikkonforme Innendesignthemen modell modell Sitzanlagenmodell Sitzanlagenmodell- koordnieren Problemteil - Sitzanlagenmodell- Sitzanlagenmodell- Crashversuchsdaten kalibrieren Struktureigenschaften Betriebsfestigkeits- eigenschaften Sitzanlagen Verkleidungs Schlüsselversuche Problemteileigenschaften Problemfeldbeschreibung Problemteil Kalibriertes Betriebsfestigkeitseigenschaften Betriebsfestigkeits- Crashsimulationen verifizieren Belastungskollektiv Betriebsfestigkeits- kalibrieren Betriebsfestigkeits- modell - anpasung - komponente verifiziertes - anpasung modell- - Sitzanlagenmodell- Angepasste Sicherheits- Systemteilemodell modell Verkleidungs- Sitzanlagen- Struktur Anbauteile Systemteile Verkleidung Sitzanlage Modellierungsgrenze LF Launchfreigabe B-Frei Struktur Anbauteile Systemteile Verkleidung Sitzanlage Systemteilemodell Systemteilemodell Entwicklung I/EK-4 Aerodynamik/Klimatisierg./ Aggregatekühlung Kundenbedürfnis Beschaffungsfreigabe Baumusterfreigabe Fertigungs/ Marktreifes Produkt Scope of this research: An example of a process chart & unters tützt & unters tützt & unters tützt & unters tützt I/ED Sitzanlagen- Sitzanlagenentwurf..entwurf... Sitzanlagenentwurf An Struktur- An komponenten- Sicherheitsentwurf..entwurf Anbauteileentwurf-... Abgeglichene s Berechnung... Abgeglichene s Berechnung I/EK-2 Bauraummod ell Sicherheits-... Sitzanlagenmodell Verkleidungs- Verkleidungs- An An An entwicklunmodell...entwicklung..komponente... modell- Verkleidungs- Sicherheits- Sitzanlagen- An modell-... entwicklung... Sitzanlagen- Sitzanlagenmodell modell... modell modell... modell... I/EK-2 An Anbauteileentwicklung An Strukturentwicklung Crashberechnung Systemteile- An modell-... Systemteileentwicklung... Systemteilemodell I/EG I/EK-2 Crashberechnungs I/EK-3 Sicherheitskomponentenentwicklung Systemteilemodell... Systemteilemodell... Insassensic... Insassensic... Crash-... I/EK-5 I/EK Prof. Lindemann 3/2010

4 Scope of this research Extracting the knowledge about the process Complexity of process network too high for manual interaction Focused and balanced improvement hard to judge Comprehensive identification of possible weak spots difficult Several domains together form a network, consisting of several views Entities cannot be compared directly across domains Goals of this research Generate singular views onto domains Avoid simplification to represent factual complexity of process Enable the identification of structural patterns and their significance 2010 Prof. Lindemann 4/2010

5 Solution idea Native process model Aggregate view on tasks task generates business object business object starts task Task A object 1 This aggregate relation is computed only via one intermediate domain: business objects Task A object 2 Task B XOR object 3 This aggregate relation is computed via two intermediate domains: connectors and business objects Task B Task C Task D Task C Task D 2010 Prof. Lindemann 5/2010

6 Boundary conditions for solution design Different kinds of networks Intra-domain (e.g. DSM) Inter-domain (e.g. DMM) Multiple-domain (e.g. MDM) à These networks can be the input and the output Different kinds of relationship types Directed / undirected Simple / weighted / multigraphs à The solution needs to be able to work with these types 2010 Prof. Lindemann 6/2010

7 Possible strategies to create aggregate views Path searching Follow reachable paths across domains object 1 object 2 objects e.g. DSM: Find cycles at meta-level Task A Attribution Deduce relations for attribution to common entities e.g. DSM: Find adjacent nodes in next domain object 1 Task A object 2 objects Superposition Overlay two networks with similar entities object 1 object 2 objects e.g. DSM: Add all relations object 1 object Prof. Lindemann 7/2010

8 Example: Aggregate view on tasks for initial process model Organizational unit is responsible for task Org. unit IT system supports task Based on system-graph of process (=meta-model) Aggregation strategy works at metalevel and is then implemented object is input for task OR-decision precedes OR-decision OR Task object IT system Task generates business object object is necessary to reach milestone Milestone Steps 1) Designate target domain of aggregation, e.g. tasks 2) Designate type of aggregation, e.g. path searching 3) Find possible paths e.g. searching cycles in meta-model 4) Compute relationships e.g. through matrix multiplication 2010 Prof. Lindemann 8/2010

9 A particularity of the example: Coexisting paths Path searching (three outgoing and three incident possibilities for targeted domain) ID 1.1a Task 1 object A object A Task 2 ID 1.1b Superposition ID 1.2a Task 1 OR object A object A OR Task 2 ID 1.2b ID 1.3a Task 1 OR OR object A object A OR OR Task 2 ID 1.3b Aggregate view ID 1 Task 1 Task 2 Task generates business object that is input for task ~ Task precedes task 2010 Prof. Lindemann 9/2010

10 Resulting graph Graph with 160 tasks, connecting them via intermediate documents Representation e.g. as DSM possible Grants access to e.g. clustering, sequencing and other analyses 2010 Prof. Lindemann 10/2010

11 Conclusion Reflexion Aggregation enables analysis of large networks by providing more condensed aggregate views Aggregate views reduce number of domains without ignoring structure of overall network Aggregate views enable the application of existing analysis strategies without running danger of comparing apples and oranges Deficits and future work Purposeful choice of aggregation strategies still not unclear Treating aggregate relationship types not systematically supported Support of sometimes very densely connected resulting aggregate views still poses problems 2010 Prof. Lindemann 11/2010