Vorlesungen an der FDIBA. Überblick. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova

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1 Virtual Engineering I Vorlesungen an der FDIBA Überblick Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Dipl.-Ing. Jurica Katicic Dipl. Wi.-Ing. Peter Schubert Dipl. Wi.-Ing. Dan Gutu SS 2010

2 Gegenstand der Vorlesung VE I 0. Überblick Gegenstand der Vorlesung VE ist die Darstellung der informationstechnischen Zusammenhänge im Kontext der integrierten virtuellen Produktentstehung. Dabei werden folgende grundlegende Problemstellungen behandelt: - Product Lifecycle Management (PLM) als Strategie- und Organisationsansatz für die Information, die während des gesamten Lebenszyklus eines Produktes entsteht - Computer Aided Design (CAD) / Computer Aided Manufacturing (CAM)-Systeme als Entwicklungstools des digitalen Produktes im Hinblick auf die Planung, Konstruktion, Fertigung und Wartung - Computer Aided Engineering (CAE)-Systeme als Validierungstools zur Überprüfung der Konstruktion im Hinblick auf Statik, Dynamik, Sicherheit und Baubarkeit Problemstellungen von VE II: - Virtual Reality (VR)-Systeme als immersive Visualisierungstools von den Einzelteilen bis zum kompletten Produkt - Virtuelle Prototypen (VP) als funktionsorientierter virtueller Zusammenbau der Bauteile und Baugruppen für immersive Visualisierung und integrierte Funktionalitätsuntersuchungen im Kontext des gesamten Produktes - Integrierte virtuelle Produktentstehung als holistische Abbildung des gesamten Produktentstehungsprozesses mit Unterstützung des Virtual Engineering. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 2

3 Struktur der Vorlesung VE I 1. Kapitel: Einleitung Begriffsdefinition Virtual Engineering aus Systemsicht Virtual Engineering aus Prozesssicht Virtuelle Produktentstehung Der Produktlebenszyklus Anwendungsbeispiel: Dassault Falcon 7X 0. Überblick Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 3

4 Struktur der Vorlesung VE I 0. Überblick 2. Kapitel: Product Lifecycle Management Grundlagen des Product Lifecycle Management - Motivation - Begriffsdefinition - Prozess - Entwicklung Grundlagen der Produktdatenmodellierung - Begriffserklärung - Nutz-, Meta- und Stammdaten - Klassifikation - Nummernsysteme - Dokumente - Versionierung und Varianten - Sichten - Produktstruktur und gliederung Systemarchitektur - Durchgängiges Informationsnetzwerk - Aufbau der Informationstechnologie Funktionen des Product Lifecycle Management - Anwendungsbezogene Funktionen - Administrative Funktionen - Handhabungsfunktionen Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 4

5 Struktur der Vorlesung VE I 3. Kapitel: Computer Aided Design (1) Einführung - Historische Entwicklung - Ziele der Modellierung Geometrische Modellierung - Einführung in die geometrische Modellierung - 2D-Geometriemodellierung - 3D-Geometriemodellierung - Grundelemente der 3D-Modellierung - 3D-Drahtmodelle - 3D-Flächenmodellierung - 3D-Volumenmodellierung - Modellierungstechniken 0. Überblick Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 5

6 Struktur der Vorlesung VE I 3. Kapitel: Computer Aided Design (2) Erweiterte Geometriemodellierung - Makrotechnik - Variantentechnik - Parametrische Modellierung - Feature-basierte Modellierung - Knowledge Based Engineering CAD-Systemarchitektur 0. Überblick - Softwarearchitektur - Modelliererkerne - Schnittstellen - CAD im Anlagenbau Kommerzielle Systemlösungen: Demo CATIA v.5, ProE Wildfire, Unigraphics NX 3 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 6

7 Struktur der Vorlesung VE I 4. Kapitel: Computer Aided Engineering Grundlagen der CAE-Methode Methodische Vorgehensweise zur Durchführung von Berechnungen Strukturmechanik-Simulation Feld- und Strömungssimulation Kinematik- und Dynamiksimulation 0. Überblick Mehrkörpersysteme Optimierungsrechnung CAD/CAE-Schnittstellen und Datenaustausch Weitere Simulationsverfahren Marktübersicht: CAE-Systeme Beispiel: Optimierungsprozess mit TOSCA Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 7

8 Struktur der Vorlesung VE I 5. Computer Aided Manufacturing (evtl.) Schnittstellen CAD/CAM NC-Maschinen NC-Programmierung Montage- und Demontageuntersuchungen 0. Überblick Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 8

9 Neue Wege in der Lehre und Forschung Product Lifecycle Management Virtual Engineering 0. Überblick Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 9

10 Trends INDIVIDUUM GESELLSCHAFT WISSENSCHAFT WIRTSCHAFT 0. Überblick Subjektive, emotionale Wahrnehmung, Erlebnis und Begeisterung Zunehmende Vielfalt von Ausbildungsformen und -fächern Bessere Chancen für professionelle Entfaltung durch Training und Weiterbildung Flexiblere Arbeitszeiten und Organisationsstrukturen Steigende Mobilität und weltweite Vernetzung Rasante Entwicklung und Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien Wachsende Bedeutung interdisziplinärer Forschungsbereiche Steigende Qualität und Nachhaltigkeit der Forschungsergebnisse Bessere Integration regionaler, nationaler und internationaler Forschungsaktivitäten Durchdringende Globalisierung bei Produkten und Dienstleistungen Deutliche Verkürzung der Innovationszyklen bei höherer Qualität und sinkenden Kosten Wachsende Bedeutung des Cross Enterprise Engineering Lebenslanges Lernen Wissensgesellschaft Wissensnetze Wissen auf Abruf Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 10

11 Fakten Rascher Wechsel der Wissens- und Technologiegenerationen, die sich heute in vielen Bereichen innerhalb 3-5 Jahren ablösen. Diese Zeit liegt häufig unter der Ausbildungszeit an Universitäten. Stärkere Vernetzung, Interdisziplinarität und Komplexität erfordern neuartige Forschungsaktivitäten bei Problemlösungen. Verschärfte Wettbewerbsituation, die Clusterbildung von Wissen und Kompetenz von Forschung und Industrie verlangt. 0. Überblick Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 11

12 Product Lifecycle - Phasen KONSTRUKTION FERTIGUNGS- PLANUNG PRODUKTION VERKAUF PRODUKTION Product Lifecycle Information NUTZUNG KONZEPT ENTWICKLUNG VERKAUF UND NUTZUNG SERVICE & WARTUNG MARKETING RECYCLING 0. Überblick SPEZIFIKATION Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 12

13 Product Lifecycle - Inhalte 0. Überblick Anforderungen Spezifikation Design-in-Context Prototypbezogene Konfiguration Integrierte virtuelle Validierung Kundenpräsentation Produktoptimierung Entwicklung Erprobung Fertigung Verkauf Nutzung Wartung Recycling PROZESS PRODUKT Product Lifecycle Information VIRTUELLES PRODUKT KUNDE ORGANISATION Kundenwünsche Kundenbindung Kundenfeedback Projektorganisation Linienorganisation Zulieferer Händler Werkstätte Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 13

14 Virtual Engineering vs. Digital Engineering Digital Engineering 0. Überblick Frühzeitige, kontinuierliche, vernetzte (Prozesssicht) und integrierte (Systemsicht) Unterstützung des Produktlebenszyklus hinsichtlich Abstimmung, Bewertung, Konkretisierung und Validierung von Produkten und Prozessen mit Beteiligung aller Partner mit Hilfe virtueller Prototypen. Virtual Engineering Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 14

15 Mehrwert durch Virtual Reality Darstellung: realistisch, immersiv*, dreidimensional, Maßstab 1:1, Interaktion in Echtzeit * Die Sinne des Menschen werden mit technischen Hilfsmitteln getäuscht. Meistens angesprochen werden visueller, akustischer und Tastsinn. 0. Überblick Entwicklung im Kontext der gesamten Produktfamilie Transparenz über Produktvarianten und optionen Erfassung und Präsentation auf Basis einheitlicher Informationshaltung Grundlage für zielorientierte technische und Managemententscheidungen Automatisierung von Routinetätigkeiten Kommunikation für alle Partner auf Basis einer gemeinsamen Informationsplattform Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 15

16 Virtuelles Produkt Beispiel 0. Überblick Quelle: Adam Opel GmbH Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 16

17 Virtual Engineering I Vorlesungen an der FDIBA Einleitung Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Dipl.-Ing. Jurica Katicic SS 2010

18 Gliederung der Vorlesung VE I Inhalt Vorlesung 1.1 Begriffsdefinition 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel 1.3 VE aus Systemsicht 1.4 VE aus Prozesssicht 1.5 Virtuelle Produktentstehung 1.6 Der Produktlebenszyklus 1.7 Anwendungsbeispiel: Dassault Falcon 7X 2. Product Lifecycle Management 3. Computer Aided Design 4. Computer Aided Engineering 5. Computer Aided Manufacturing Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 18

19 Produktentstehung Die Produktentstehung besteht aus der Produktentwicklung und der Produktherstellung und fasst diese unter Prozessgesichtspunkten als Wertschöpfungsprozess eines Unternehmens zusammen. Tätigkeiten in der Produktentstehung teilen sich auf in: 1.1 Begriffsdefinition Direkte Tätigkeiten: Indirekte Tätigkeiten: - Entwerfen, - Informationen suchen, - Modellieren, - Kommunikation, - Berechnen, - Dokumentation, - Simulieren, - Archivieren. - Änderungen durchführen, - Stücklisten erstellen. Quelle: nach Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 19

20 Produktentstehung aus der Sicht des Produktlebenszyklus Der Produktlebenszyklus besteht aus den Hauptprozessphasen: - Produktentstehung (Produktentwicklung und Produktherstellung) und - Realer Produktlebenslauf (Produktnutzung/-betrieb und Produktentsorgung/- recycling) Ergänzt wird der Hauptprozess durch die Begleitprozesse, zu denen u. a. Marketing, Beschaffung/Einkauf und Vertrieb gehören. Hersteller Kunden / Produktanwender Begleitprozesse Marketing Beschaffung/Einkauf Vertrieb Realer Produktlebenslauf Produktentstehung 1.1 Begriffsdefinition Produkt- Iterationen Reales Produkt entwick- lung Produktherstellung Produktnutzung/ -betrieb Produktentsorgung/ -recycling Feedback-Informationen Quelle: nach Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 20

21 Virtuelle Produktentstehung (1) Begleitprozesse Marketing Beschaffung/Einkauf Produktentstehung Vertrieb Realer Produktlebenslauf Iterationen Reales Produkt Produktentwicklung Produktherstellung Produktnutzung/ -betrieb Produktentsorgung/ -recycling Virtuelles Produktund Prozessmodell Integrationsplattform Integrationsplattform Informationsgenerierende Werkzeuge Informationsmanagementwerkzeuge 1.1 Begriffsdefinition IT-Methoden und IT-Werkzeuge Modellierungswerkzeuge (CAD/CAM/CAPP) Berechnungs- und Simulationswerkzeuge (CAE) Visualisierung (DMU, VR, AR) Produktdatenmanagement Supply Chain Management Enterprise Ressource Planning Customer Relationship Management Product Lifecycle Management Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 21

22 Virtuelle Produktentstehung (2) 1.1 Begriffsdefinition IT-Methoden und Marketing IT-Werkzeuge Begleitprozesse Beschaffung/Einkauf Produktentstehung Produktentwicklung Iterationen Integrationsplattform Informationsgenerierende Werkzeuge Modellierungswerkzeuge (CAD/CAM/CAPP)) Berechnungs- und Simulationswerkzeuge (CAE) Visualisierung (DMU, VR, AR) Produktherstellung Vertrieb Virtuelles Produktund Prozessmodell Reales Produkt Realer Produktlebenslauf Produktnutzung/ -betrieb Produktentsorgung/ -recycling Integrationsplattform Informationsmanagementwerkzeuge Produktdatenmanagement Supply Chain Management Enterprise Ressource Planning Customer Realtionship Management Product Lifecycle Management Virtuelle Produktentstehung ist die durchgängig integrierte virtuelle Produktentwicklung, -planung und -herstellung unter Anwendung digitaler und virtueller Modelle und Validierungsverfahren über Unternehmensgrenzen und - standorte hinweg. Quelle: nach Eigner, Vorlesung Virtuelle Produktentwicklung I, Kaiserslautern, 2005 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 22

23 Die drei Unternehmensprozesse 1.1 Begriffsdefinition Produktentwicklung (Konstruktion, Simulation) Produktherstellung, (Produktion, Beschaffung, Logistik) Ressourcenplanung (Personal, Finanzen, Anlagen) Business Community (Kunden und Zulieferer) Produktentstehung Durch die virtuelle Produktentstehung werden die drei Unternehmensprozesse Produktentwicklung, Produktherstellung und Ressourcenplanung eng miteinander verknüpft und stehen dadurch in jeder Phase in enger Verbindung zu den Kunden und Lieferanten. Quelle: Eigner, Vorlesung Virtuelle Produktentwicklung I, Kaiserslautern, 2006 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 23

24 Gliederung der Vorlesung VE I Inhalt Vorlesung 1.1 Begriffsdefinition 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel 1.3 VE aus Systemsicht 1.4 VE aus Prozesssicht 1.5 Virtuelle Produktentstehung 1.6 Der Produktlebenszyklus 1.7 Anwendungsbeispiel: Dassault Falcon 7X 2. Product Lifecycle Management 3. Computer Aided Design 4. Computer Aided Engineering 5. Computer Aided Manufacturing Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 24

25 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess (1) Produzierende Unternehmen stehen der Herausforderung gegenüber, neue Produkte in kürzerer Zeit, zu geringeren Kosten und in höherer Qualität zu entwickeln und auf den Markt zu bringen. Produkte bestehen aus mechanischen, elektrischen und elektronischen Komponenten sowie komplexen Softwarepaketen. Dabei 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel - stammen die Komponenten von verschiedenen Herstellern, die u.u. auch Konkurrenten beliefern - muss die Funktionalität durch mackeloses Zusammenspielen der Komponenten gewährleistet werden. Die Globalisierung hat eine standort- und landesübergreifende Produktentwicklung und Produktion bewirkt. Das Arbeiten in verteilten und vernetzten Entwicklungsumgebungen ist dadurch insbesondere in der Automobilindustrie unvermeidbar geworden. In der Produktentwicklung muss auch die Erstellung eines Dienstleistungsbündels rund um das Produkt berücksichtigt werden. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 25

26 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess (2) Entsprechend muss sich das Engineering neuen Anforderungen bezüglich: - Produktkomplexität mit entsprechender Änderung der Industrieprodukte, - Veränderung des Industrieumfeldes, 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel - Engineering Collaboration mit zugehöriger Veränderung des Produktentstehungsprozesses und Einbinden von Lieferenten, - Kostendruck, - Produktentwicklungszeit, - Globalisierung mit entsprechender Produkthaftung, etc. stellen. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 26

27 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Produktkomplexität Mechanische Komponenten Software 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Elektronische Komponenten Produkte bestehen aus komplexen mechanischen, elektronischen, elektrischen und Softwarekomponenten, deren Zusammenspiel von großer Bedeutung ist. Die Komplexität muss beherrscht werden können. Elektrische Komponenten Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 27

28 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderungen der Industrieprodukte (1) Merkmale gestern heute morgen Disziplinprägung mechanisch mechatronisch intelligent 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Vernetzungsgrad Individualität Materialität Lebenszyklus isolierte vernetzte, Produktlinien Produkte gebündelte Produkte individuell standardisiert konfigurierbar Sachgüter lang erweiterte Produkte (Sach- und Dienstleistungen) mittel Leistungsbündel kurz Quelle: Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 28

29 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderungen der Industrieprodukte (2) 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Disziplinprägend gestern heute morgen Mechanisch geprägte Produkte Überwiegend - Mechanik-Komponenten Quelle: Abramovici, ITM Bochum Mechatronische Produkte - Mechanik- - Elektrotechnik-/Elektronik- - Softwarekomponenten ABS ESP Reifendrucksensor Regensensor Dämmerungssensor Intelligente Produkte Mechatronische Produkte mit Computer- Intelligenz, die auch selbstständig agieren oder sich mit anderen Produkten vernetzen können Spurassistentsysteme Automatischer Parkassistent Intelligente Navigationssysteme Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 29

30 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderungen der Industrieprodukte (3) 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Vernetzungsgrad gestern heute morgen Isoliert Isolierte Hauptprodukte Quelle: Abramovici, ITM Bochum Produktlinie Hauptprodukte + Zubehör Gebündelt Hauptprodukte + Zubehör + Verwandte Produkte / Produkterweiterungen Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 30

31 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderung der Industrieprodukte (4) Materialität gestern heute morgen Sachgüter Erweiterte Produkte Leistungsbündel Hauptprodukt (Sachleistung) + optionale Dienstleistung Materielle Produkte als Dienstleistung (z.b. Betrieb) angeboten 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Hauptprodukt + Dienstleistungen Kundendienst Garantien Schulungen Bereitstellung Ferndiagnose Ersatzteildienst Nutzungsüberwachung Rücknahme/Entsorgung Produkt Rückruf-Management Produkt-Rückverfolgung Montage-/Demontage- Unterstützung Auswertung von Nutzungsinformationen Beratung Quelle: Abramovici, ITM Bochum Finanzierung Weiterbildung / Training Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 31

32 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderung des Industrie-Umfeldes (1) Zunehmende Globalisierung der Märkte Steigende Kundenanforderungen Wirtschaftliche Umfeldveränderungen Erhöhung der Komplexität Neue Gesetze und Regelwerke Neue Sicherheitsanforderungen Verschärfter Wettbewerb 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Veränderungsdynamik Produktlebenszyklen Unternehmen Web-Technologien IT-Standards Kommunikation Hardware Neue IT-Anwendungen Mobile Computing Informations- und Kommunikationstechnologie Entwicklungen Quelle: Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 32

33 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderung des Industrie-Umfeldes (2) Wirtschaftliche Umfeldveränderungen Zunehmende Globalisierung der Märkte Erhöhung der Komplexität Verschärfter Wettbewerb Steigende Kundenanforderungen Neue Gesetze und Regelwerke Neue Sicherheitsbedrohungen Veränderungsdynamik Produktlebenszyklen 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel IT-Standards Unternehmen Web-Technologien Kommunikation Hardware Neue IT-Anwendungen Mobile Computing Informations- und Kommunikationstechnologie Entwicklungen Die Änderungen im wirtschaftlichen Umfeld sind geprägt von einer erhöhten Veränderungsdynamik, die die Dauer des Produktlebenszyklus eines Produktes verkürzt und für die Eroberung größerer Marktanteilen kürzere Entwicklungszeiten fordert. Diese Anforderungen können durch die weltweite Vernetzung und Verteilung des Produktentstehungsprozesses mit Hilfe der neuen Web-Technologien erfüllt werden. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 33

34 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderung des Produktstehungsprozesses (1) gestern heute morgen 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Produktlebenszyklen Unternehmen Monodisziplinär (Mechanik-Ausprägung) Standortbezogen Unternehmensbezogen Wenig Kooperation Sequentieller Ablauf Späte Produktverifikation SW, M Multidisziplinär M,E (Mechatronik-Ausprägung) Global verteilt Unternehmensübergreifend mit Zulieferer, Kunden, Partner Starke Teamorientierung Vorverlegung der Produktverifikation (Frontloading) Quelle: Abramovici, ITM Bochum Statisch / starr dynamisch Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 34

35 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Veränderung des Produktstehungsprozesses (2) 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel gestern heute morgen Mechanik-geprägte Produktentstehung Mechanik-PE ET-PE Mechatronische Produktentstehung Mechanik-PE ET/EK-PE E-CAD E-CAD M-CAD M-CAD Softwareentwicklung Case Entwicklung von Leistungsbündeln Mechanik-PE ET/EK-PE E-CAD M-CAD Softwareentwicklung Case Systemintegration Systemintegration Der Produktentstehungsprozess muss sowohl der Anforderung des Zusammenspiels von Mechanik, Elektronik und Software, wie auch der Entwicklung eines Dienstleistungsbündels um das Produkt gerecht werden. Entwicklung Dienstleistungen Komplexes mechatronisches System Leistungsbündel Quelle: Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 35

36 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Engineering Collaboration (1) Main contractor Sub-contractor B 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Sub-contractor A Direkte Kommunikation Sub-contractor C Quelle: Eigner, Vorlesung Virtuelle Produktentwicklung I, Kaiserslautern, 2006 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 36

37 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Engineering Collaboration (2) Main contractor Sub-contractor B 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Sub-contractor A Lieferanten Plattform Sub-contractor C Die Komplexität von Produktentstehung und Produktion führt zur Notwendigkeit einer aktiven Integration von Lieferanten in den Produktentstehungsprozess. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 37

38 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess Kostendruck (1) 100% Festgelegte Kosten 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel 75 % 10 % 50% 0% Produkt- entwicklung Arbeits- vorbereitung Verursachte Kosten Einkauf Fertigung Vertrieb Den frühen Phasen der Produktentstehung kommt ein Anteil von bis zu 10% der Gesamtkosten des Produktes zu. Dafür werden hier 75 bis 85% der Produktkosten festgelegt. Quelle: Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 38

39 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess Kostendruck (2) 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Änderungskosten Iterationen Produktlebenslauf Quelle: Abramovici, ITM Bochum Reales Produkt Produktentwicklung Produktherstellung Produktnutzung/ -entsorgung Durch Fehlerentdeckung und -behebung in den frühen Phasen der Produktentstehung können enorme Kosten im Produktentstehungsprozess eingespart werden. Im Falle eines unentdeckten Fehlers können die Änderungskosten um den Faktor 10 beim Übergang zur nächsten Phase im Entstehungsprozess steigen. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 39

40 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess Entwicklungszeit Verkaufszahlen 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Früherer Markteintritt Längerer Vertriebszeitraum Späterer Markteintritt Größerer Marktanteil Rechtzeitige Behebung von Fehlern ermöglicht geringere Entwicklungszeiten und entsprechend einen früheren Markteintritt. Dies führt direkt zu einem längeren Vetriebszeitraum, und indirekt zu einem höheren Marktanteil und größeren Gewinnen. Zeit Quelle: Abramovici, ITM Bochum Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 40

41 Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess - Globalisierung 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel PE1 Meta- Daten Produkt- Daten Pro1 Meta- Daten Produkt- Daten Pro2 Object Directory Service PE3 Pro4 Produkt- Daten Meta- Daten PE2 Produkt- Daten Pro3 PE Pro Meta- Daten Produktentwicklung Produktionsstandort Die Globalisierung führt zu einer weltweiten Verteilung und Vernetzung von Entwicklungs- und Produktionsaktivitäten. Zusätzlich zur Komplexität und Vielfältigkeit der Produkte muss auch die Komplexität der Produktentstehung und Produktion beherrscht werden. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 41

42 Anforderungen an den Produktentstehungsprozess Die Herausforderungen an den Produktentstehungsprozess ergeben eine Reihe von Anforderungen: - Senkung der Entwicklungskosten und -dauer, - Qualitätsmanagement, - Design for X, 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel - Cross Enterprise Engineering, - Produktinnovationen, - erhöhte Kreativität. Mögliche Lösungsmethoden sind - frühes Bereitstellen des Produktwissens, - Frontloading, - Weiterentwicklung zu Cross Enterprise Engineering und - Virtuelle Produktentstehung mit Virtual Engineering Methoden. Quelle: nach Eigner, Vorlesung Virtuelle Produktentwicklung I, Kaiserslautern, 2006 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 42

43 Lösungsmethoden: frühe Bereitstellung von Produktwissen Reaktion der Kosten 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Quelle IPK, Berlin Konzeptphase Vorentwicklung Produktentwicklung Wissen Erweiterung des Produktwissens durch: - Bereitstellen von Wissen - Frühe Bereitstellung von Expertenwissen - Wissensgenerierung durch Simulationen und Berechnungen sowie Wissenklassifizierung - Feedback durch den Produktlebenszyklus Entwicklung Freiheitsgrade für Entscheidungen Fertigungsplanung Produktherstellung Durch die Bereitstellung von Expertenwissen in den frühen Phasen der Produktentstehung werden die Freiheitsgrade der Entscheidungsfindung aus der Konzeptphase genutzt, um strategische Entscheidungen zu treffen. Die Kosten der Umsetzung dieser Entscheidungen sind in den frühen Phasen entsprechend niedrig. Quelle: Prof. F.-L. Krause, IPK Berlin Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 43

44 Lösungsmethoden: Frontloading ORGANISATION Planungsmethodik 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Ressourcen Wie schnell können wir Wissen über ein Produkt kumulieren, um die notwendige Produktionsreife zu erreichen? Ressourceneinsatz (kritische Masse an Kompetenz) Programmstart frühere Verfügbarkeit und Treffen von Entscheidungen TECHNOLOGIE METHODEN DESIGN AUFBAU Zeitverkürzung TEST Validierungsmethodik Einsatz von Virtual Engineering Konventionelle Entwicklung DESIGN AUFBAU TEST Serienproduktion Verlagerung von Ressourcen und Validierungsverfahren in die frühen Phasen der Entwicklung! Zeit Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 44

45 Lösungsmethoden: Cross Enterprise Engineering Core Competencies: Product Record Sales/Marketing Service/Maintenance Core Competencies: 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Product Design Process Engineering Product Record Core Competencies: OEM/Customer Service/Maintenance Product Record Supplier 1 Supplier 2 Supplier 3 Core Competencies: Product Design Partner 1 Partner 2 Product Record = Alle zu einem Produkt gehörigen Stamm-, Strukturdaten und Dokumente Quelle Eigner, Vorlesung Virtuelle Produktentwicklung I, Kaiserslautern, 2006 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 45

46 Lösungsmethoden: Virtual Engineering - Gründe für den Einsatz (1) 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Aus der steigenden Produkt- und Prozesskomplexität, der stetige Verkürzung der Produktlebenszyklen sowie der Globalisierung der Absatz- und Beschaffungsmärkte ergeben zwei zentrale Fragestellungen für die Planung und Entwicklung: - Wie können innovative Produkte mit einer steigenden Funktionalität und Individualität auf wettbewerbsintensiven Märkten platziert werden? - Wie kann in diesem Zusammenhang der steigende Kosten- und Zeitdruck kompensiert werden? Diese Fragestellungen führen zu neuen Ansätzen in der Produktentwicklung, der Produktionsplanung und der Fertigung von Produkten. Virtual Engineering begegnet den Herausforderungen an Zeit- und Kosteneffizienz durch das Bereitstellen von Methoden und Werkzeugen für das durchgängig virtuelle Entwickeln, Testen und Betreiben von Produkten und Fabriken. Dabei ist jeder Wettbewerbsvorsprung auf einen Wissensvorsprung zurückzuführen. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 46

47 Lösungsmethoden: Virtual Engineering - Gründe für den Einsatz (2) Da 75 bis 85% der Produktionskosten am Anfang der Produktentwicklung bestimmt werden, und Änderungen, die in den späteren Phasen der Produktentstehung durchgeführt werden, die Kosten bis zum Faktor 10 erhöhen können, ist eine frühzeitige, fertigungsgerechte Gestaltung des Produktes durch eine enge Verzahnung der Produktentwicklung mit der Fertigungsplanung im Produktentstehungsprozess notwendig. 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Um flexibel auf den dynamischen Markt reagieren zu können, müssen (im begrenzten Maß) Änderungen am Produkt auch in späten Phasen der Produktentstehung möglich sein, ohne dabei die Kosten ansteigen zu lassen. Alternative Produkte müssen kostengünstig aus dem Basisprodukt abgeleitet werden können. Virtual Mock-Ups und Virtuelle Prototypen sind Eckpfeiler des Virtual Engineerings. Virtual Engineering sichert eine durchgängige digitale Prozesskette, von der virtuellen Produktentwicklung bis zur virtuellen Fabrik. Quelle: Virtual Engineering für die Automobilindustrie, Schenk/Straßburger, 2005 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 47

48 Vision des Virtual Engineering Virtuelles Produkt Kontextbezogener Entwurf Prototypbezogene Konfiguration High-end Visualisierung Validierung Feedback und Optimierung Build the product right the first time! 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel CAx PLM VR/AR Web-Portale Telekommunikationsdienste Team Kollaboration Erfahrungswissen Engineering Netzwerk Produktlebenszyklus Informations- und Kommunikationstechnologien Produktentstehungsprozess Iterative Arbeitsabläufe Workflow & Workload Management Quality Gates Deliverables & Progress Management Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 48

49 Einsatz der Informations- und Kommunikationstechnologie Virtuelles Produkt Kontextbezogener Entwurf Prototypbezogene Konfiguration High-end Visualisierung Validierung Feedback und Optimierung Team Kollaboration Engineering Netzwerk Visualisierung in VR-Umgebung 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel CAx PLM VR/AR Produktlebenszyklus Web-Portale Telekommunikationsdienste CAD-System CATIA V5 Informations- und Kommunikations- Erfahrungswissen technologien Produktentstehungsprozess Iterative Arbeitsabläufe Workflow & Workload Management Quality Gates Deliverables & Progress Management CATIA DMU Navigator DELMIA Production Planning Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 49 Quelle: Dassault Systems, Shipman Carbon Yachts

50 Entwicklungstrends im Product Lifecycle Process Übergang zum bereichs- und phasenübergreifenden Arbeitsablauf Virtuelles Produkt Kontextbezogener Entwurf Prototypbezogene Konfiguration High-end Visualisierung Validierung Feedback und Optimierung Team Kollaboration Engineering Netzwerk 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel SEQUENTIELL (gestern) Prozessreihe Getrennte Datenhaltung PARALLEL (heute) Prozesskette Lokale Datenhaltung SIMULTAN (morgen) Prozessnetzwerk Zentrale Datenhaltung Integrierte Produktdatenstruktur CAx PLM VR/AR Web-Portale Telekommunikationsdienste Erfahrungswissen Produktlebenszyklus KONZEPT KONSTRUKTION AUSFÜHRUNG FERTIGUNGS- VORBEREITUNG Lokal KONZEPT AUSFÜHRUNG KONSTRUKTION Lokal FERTIGUNGSVORBEREITUNG Lokal KONZEPT KONSTRUKTION AUSFÜHRUNG FERTIGUNGS- VORBEREITUNG Informations- und Kommunikationstechnologien Produktentstehungsprozess Iterative Arbeitsabläufe Workflow & Workload Management Quality Gates Deliverables & Progress Management Zentral Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 50

51 Virtual Engineering Definition 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Virtual Engineering (VE) ist die - frühzeitige, - kontinuierliche, - vernetzte (aus Prozesssicht) und - integrierte (aus Systemsicht) Unterstützung des Produktentstehungsprozesses hinsichtlich - Abstimmung - Bewertung und - Konkretisierung der Entwicklungsergebnisse aller Partner mit Hilfe virtueller Prototypen. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 51

52 Zielsetzungen des Virtual Engineering 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel Schnelle Entwicklungszyklen als aktives Prozesselement Frühes Ergebnisfeedback Betonung der frühen Entwicklungsphasen Produktentwicklung I D E E Funktion, Qualität, Kosten, Zeit, Technologie und Prozesse Prototypen Produkt Erarbeitung alternativer Konzepte für das Produkt Entscheidung und Spezifikation des Produktes Prototypenerstellung Virtuell Physisch Hybrid Quelle: Bullinger: Virtual Engineering Neue Wege zu einer schnellen Produktentwicklung (SFB 374) Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 52

53 Sichten des Virtual Engineering VE entsteht aus der prozessorientierten Integration leistungsfähiger Systemtechnologien: Die Systeme müssen an die einzelnen Abläufe angepasst werden: VE muss aus Systemsicht VE muss aus Prozesssicht Prozess Infrastruktur 5. Kommunikation Kommunikation 5. gesehen werden. Überprüfung potentieller Partner Zugriffprofile Verteiltes Projektmanagement Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells Suche nach geeigneten Partnerfirmen Tätigkeiten Shared Applications DEFINITION/ DEFINITION/ MODIFIKATION MODIFIKATION Globales Produktprogramm DRAGON DRAGON Engineering Engineering Portal Portal Engineering Portals Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Cultural Best Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten im Rahmen der Produktentwicklung KONFIGURATION/ KONFIGURATION/ ERSTELLUNG ERSTELLUNG Digitales Produktmodell zum bestimmten Entwicklungsstand VIRTUALISIERUNG VIRTUALISIERUNG Virtuelles Produktmodell im Kontext des gesamten Produktes Repository Practices 4. Engineering Engineering Organisation Organisation 4. PRODUKTSTRUKTUR VIRTUELLES PRODUKT DIGITALES PRODUKT Team Kollaboration Master FUNKTIONALE FUNKTIONALESSICHT ICHT Dynamische Workflows Hier archische Ein or dnu ng de r F ah rzeug te ile, kompo nen te n u nd -s yste me nach de ren F un kti on 10 Pow ert rain 15 P ow ret ar i n Int g e rat ion /I P & Consol e 20 Seats H VAC & Powe tr rain Coo lin g In terio r n I t erior T ri m n I t erior L i gh n it g Acou sti ctreat ment s D oor: Lif g t ate & Endgat e Tri m Sub s tra te Tm ri C o v re He a d Im ap c tco nu rte me a s ru e Pro iv s noi s Sun s ah d A e s e mb eil s Ass i s tg pri s Ro o f R e i fon r ec me n t Me a s ru e Co a t H o o sk Ov e rh e a C d no s elo HVACD cu ts All oc ation s Or gan izat io n Table S MT S MT P DT Rest raints Ext eri or Ow ner I nforma it on & Label s Fu nction al Ba seline 01 Air Induction 02 PT-Dr iv er Interface 03 Exhaust 04D riveline 05 Fuel Storage & Handling 06 Pow er Tak e-off 70 Oc p un a t &V ehi cle El ectr i ac l/ Ele tcron ic Cockpi t & I/ P Front R ea r Compart ment T m ir R ea r Windo w T r i m Panel B ody Clos rues 60 Integrierte, simulationszentrierte Entwicklungsprozesse R oof Trim Fo l or T ri m B ody Str uct ure Q uart er & G arn i sh Trim C ah s is 30 Vehi cle Passenger Chassis & Underbody Z usammen ba u, Po sition ierun g und Orientier ung d es F ahrzeug es im 3D-Rau m PM T PM T PM T P MT P MT P MT X XX Po w ertr ain X XX P ow er train Inte gra tion X XX CCh h assis assis P MT Ste erin g Lookup Su spens ion H inter ach se Co n soli dat ion s Ei nordn ung d er F ahrzeu gte ile, -ko mpon enten und sy st eme nach der Unterne hmensstru ktu r V ehicle Li mou sine Ca ravan Mo noca b V ord erac hse ORGANIS ATORIS CHE SICHT ORGANISAT ORISCHE SICHT T ires, Wh eels, Tr im B ra kes Fr ame As sembl y PHYSIKALISCHE ICHT PHYS IKALI SCHE SSICHT Mou nts derived on demand C has sis To ols H V A C + PT Co oling IT - Infrastruktur 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel gesehen werden Engineering Engineering Applikation Applikation 3. Datenintegration Systembereitstellung Konstruktion Simulation Digital Mock-Up Virtual Prototyping Rapid Prototyping Reverse Engineering ÄNDERUNGEN ÄNDERUNGEN ÜBERNEHMEN ÜBERNEHMEN Statusbericht, Aktionsplan 2. Product Product Lifecycle Lifecycle Management Management 2. Metadatenbasis ERGEBNISAUFNAHME Strukturierte Informationsablage Prozessmanagement PDM PDM ERP ERP SCM SCM DIGITALE DIGITALE VALIDIERUNG VALIDIERUNG Digitale Validierung mit CAx-Daten DIGITALES PRODUKT DIGITALE DIGITALE FERTIGUNGSPLANUNG FERTIGUNGSPLANUNG Digitale Fertigungsplanung mit CAx-Daten DIGITALES PRODUKT VIRTUELLE VIRTUELLE 6. VIRTUELLE VIRTUELLE FABRIK VALIDIERUNG FABRIK VALIDIERUNG Virtuelle Validierung mit Virtuelle FertigungsDMU / VP planung mit DMU / VP VIRTUELLES PRODUKT VIRTUELLES PRODUKT ERP ERP 1. Datenerzeugung Datenerzeugung 1. CAx-Daten FEM-Daten jt-daten Dokumente: Zeichnungen Pläne Datenbasis Datenbasis Datenbasis Datenbasis Datenbasis CAD-System CAD-System CAE-System CAE-System CAM-System CAM-System DMU-Tools DMU-Tools PLM System CAD/CAE/CAM System VR/AR/MR-System Wiederholte Iterationen Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 53

54 Gliederung der Vorlesung VE I Inhalt Vorlesung 1.1 Begriffsdefinition 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel 1.3 VE aus Systemsicht 1.4 VE aus Prozesssicht 1.5 Virtuelle Produktentstehung 1.6 Der Produktlebenszyklus 1.7 Anwendungsbeispiel: Dassault Falcon 7X 2. Product Lifecycle Management 3. Computer Aided Design 4. Computer Aided Engineering 5. Computer Aided Manufacturing Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 54

55 VE aus Systemsicht (1) Prozess - Infrastruktur 5. Kommunikation Verteiltes Projektmanagement Shared Applications 4. Engineering Organisation Team Kollaboration Zugriffprofile Tätigkeiten Engineering Portals Suche nach geeigneten Partnerfirmen Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Überprüfung potentieller Partner Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells DRAGON Engineering Portal Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten Cultural Best im Rahmen der Produktentwicklung Practices Repository Dynamische Workflows Integrierte, simulationszentrierte Entwicklungsprozesse 3. Engineering Applikation 1.3 VE aus Systemsicht IT - Infrastruktur Datenintegration Systembereitstellung 2. Product Lifecycle Management Strukturierte Informationsablage Prozessmanagement 1. Datenerzeugung CAx-Daten CAE-Daten jt-daten Dokumente: Zeichnungen Pläne Konstruktion Simulation Datenbasis CAD-System Virtual Mock-Up Virtual Prototyping PDM Datenbasis CAE-System Metadatenbasis ERP Datenbasis CAM-System SCM Datenbasis Rapid Prototyping ERP CRM Datenbasis DMU-Tools Reverse Engineering Quelle: nach Hans-Jörg Bullinger, SFB 374, 2003 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 55

56 Suche nach geeigneten Partnerfirmen Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Best Practices Überprüfung potentieller Partner DRAGON Engineering Portal Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells Cultural Repository Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten im Rahmen der Produktentwicklung VE aus Systemsicht (2) VE aus Systemsicht ist in fünf Ebenen unterteilbar: 1. Datenerzeugung 2. Product Lifecycle Management 3. Engineering Applikation 4. Engineering Organisation 5. Anwendungszugriff und Kommunikation. IT - Infrastruktur Prozess - Infrastruktur 5. Kommunikation Verteiltes Projektmanagement Shared Applications Datenintegration Systembereitstellung 2. Product Lifecycle Management Strukturierte Informationsablage Prozessmanagement 1. Datenerzeugung CAx-Daten FEM-Daten Dokumente: Zeichnungen jt-daten Pläne Zugriffprofile Tätigkeiten Engineering Portals 4. Engineering Organisation Team Kollaboration Dynamische Workflows Integrierte, simulationszentrierte Entwicklungsprozesse 3. Engineering Applikation Digital Mock-UpVirtual Rapid Konstruktion Simulation Prototyping Prototyping Metadatenbasis PDM ERP SCM ERP Datenbasis Datenbasis Datenbasis Datenbasis Datenbasis CAD-System CAE-System CAM-System DMU-Tools Reverse Engineering 1.3 VE aus Systemsicht Datenerzeugung, Product Lifecycle Management und Engineering Application sind Teil der IT-Infrastruktur. Engineering Organisation sowie Anwendungszugriff und Kommunikation gehören zur Prozess- Infrastruktur. Dieser Ansatz verfolgt die Systeme und Prozesse des Virtual Engineerings von der Anfangsphase der Datengenerierung bis zur Endphase des Projektes. Quelle: Hans-Jörg Bullinger, Neue Wege zu einer schnellen Produktentwicklung (SFB 374), 2003 Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 56

57 1. Ebene Datenerzeugung IT 1. Datenerzeugung CAx-Daten FEM-Daten jt-daten Dokumente: Zeichnungen Pläne Datenbasis CAD-System Datenbasis CAE-System Datenbasis CAM-System Datenbasis Datenbasis DMU-Tools 1.3 VE aus Systemsicht Die Geometriedatenerzeugung ist die Grundlage zur durchgängigen Weiterverarbeitung der Information in allen nachfolgenden Arbeitsbereichen. Für eine durchgängige Wissensintegration und schnelle Weiterverarbeitung wird die Featuretechnik angewendet. Für die Visualisierung und Validierung über den gesamten Produktentstehungsprozess werden zeitgleich Virtual Mock-Up - Daten generiert. Alle erzeugten CAx-Daten werden in PLM - Systeme gespeichert. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 57

58 2. Ebene Product Lifecycle Management 2. Product Lifecycle Management Strukturierte Informationsablage Metadatenbasis Prozessmanagement PDM PDM ERP SCM CRM ERP 1.3 VE aus Systemsicht 1. Datenerzeugung 1. Datenerzeugung Product Lifecycle Management ist Systemrahmen für die Zuordnung von produktbeschreibenden Dokumenten zu Artikeln und Produkten, unter Berücksichtigung aller im Produktentstehungsprozess beteiligten Anwender und Systeme. Die strukturierte Ablage aller produktrelevanten Daten ist Grundlage für den Datenaustausch zwischen verschiedenen Phasen der Produktentstehung. PLM - Systeme speichern, verwalten und übermitteln die Daten und Informationen, die von generierenden Systemen (z.b. CAx) geliefert werden und stellen sie in einer kontextsensitiven Umgebung dar. Funktionen der PLM - Systeme im Kontext des Virtual Engineering: Zeichnungsverwaltung, Änderungsmanagement, Konfigurationsmanagement, unternehmensweites Dokumentenmanagement und Informationsmanagement, Wissensmanagement. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 58

59 3. Ebene Engineering Applikation 3. Engineering Applikation Datenintegration Systembereitstellung Konstruktion Simulation Digital Mock-UpVirtual Prototyping Rapid Prototyping Reverse Engineering 2. Product Lifecycle Management Voraussetzung für das Virtual Engineering durch Datenintegration und Systembereitstellung. Bedingungen zur Realisierung der Datenintegration: - Modulare, herstellerunabhängige und standardisierte Softwarepakete Quelle: Altair Engineering, VE aus Systemsicht - Automatisierte (bidirektionale) Schnittstellen zwischen den Softwarepacketen zum rapiden, verlustfreien und simplen Datenaustausch zwischen den Modulen - Datenaustausch über Unternehmensgrenzen hinweg mittels Intranet, Extranet und Internet. Die Datenintegration befindet sich zurzeit noch im Soll-Zustand. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 59

60 4. Ebene Engineering Organisation (1) 4. Engineering Organisation Team Kollaboration Dynamische Workflows Integrierte, simulationszentrierte Entwicklungsprozesse Grundlegende Eigenschaften aus der Sicht von VE: - Kommunikationsintensive Abstimmungen - Quantitativ und qualitativ begrenzte Ressourcen 1.3 VE aus Systemsicht - Unvollständige und veränderliche Rahmenvorgaben und Einflussgrößen - Veränderung der Zielvorgaben im Laufe des Projektes - Verteiltes Projektwissen. Quelle: AutoCAD Magazin, 2005 OneSpace WebCT Swiki Quelle: Projekt Pro-Teach-Net, RPK/IMI Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 60

61 4. Ebene Engineering Organisation (2) 1.3 VE aus Systemsicht 4. Engineering Organisation Team Kollaboration Dynamische Workflows Integrierte, simulationszentrierte Entwicklungsprozesse Daraus resultierende Anforderungen an das Virtual Engineering: - Integration und Förderung informeller Prozesse - Kombination einer phasenorientierten mit einer ergebnisorientierten Planung von Prozessen - Methodische und informationstechnologische Unterstützung der Klärung von Zielvorgaben - Gewährleistung der Verarbeitung von unvollständigen und inkonsistenten Prozess- und Projektinformationen - Sicherung der Aktualität aller prozess- und projektrelevanten Informationen - Durchgängige Unterstützung der Prozess- und Projektdokumentation. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 61

62 4. Ebene Engineering Organisation (3) Practices 4. Engineering Organisation Team Kollaboration Dynamische Workflows Integrierte, simulationszentrierte Entwicklungsprozesse 1.3 VE aus Systemsicht Virtual Engineering unterstützt die Prozesskette durch: - Virtuelle Teams und ecollaboration - Übergang von vordefinierten zu dynamischen Workflows - Integriertes Engineering Workflow Management - Internetbasiertes Projektmanagement - Fokussierung auf reifegradbasierter statt meilensteinbasierter Projektabwicklung - Simulationszentrierte Entwicklungsprozesse - Integration von Simulationen im Prozess unter Verwendung von VR- Systemen zur Entwicklungsabsicherung. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 62

63 Suche nach geeigneten Partnerfirmen Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Überprüfung potentieller Partner Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten im Rahmen der Produktentwicklung 5. Ebene Anwendungszugriff, Kommunikation (1) 5. Kommunikation Verteiltes Projektmanagement Shared Applications Zugriffprofile Tätigkeiten Engineering Portals DRAGON Engineering Portal Cultural Best Practices Repository 1.3 VE aus Systemsicht Anwendungszugriffe innerhalb der Prozesskette sind: - zu Simulationszwecken - für die Projektplanung, etc. Daraus ergeben sich unterschiedliche Zugriffsprofile, wie: - Planer - Designer - Statiker - Projektleiter, etc. und unterschiedliche Tätigkeiten, wie: - Statuskontrolle - Bearbeitung - Änderung, etc. Quelle: Dragon Projekt, RPK/IMI Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 63

64 Suche nach geeigneten Partnerfirmen Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Überprüfung potentieller Partner Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten im Rahmen der Produktentwicklung 5. Ebene Anwendungszugriff, Kommunikation (2) Engineering Portale (Projektportale, Teamportale, Unternehmensportale): 5. Kommunikation Verteiltes Projektmanagement Shared Applications Zugriffprofile Tätigkeiten Engineering Portals DRAGON Engineering Portal Cultural Best - Sichern die Kooperation innerhalb und zwischen Zulieferern und Kunden Practices Repository - Verbessern die Kommunikation zwischen Zulieferern und Kunden - Beziehen frühzeitig externe Engineering Partner ein Suche nach geeigneten Partnerfirmen Überprüfung potentieller Partner Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells 1.3 VE aus Systemsicht - Integrieren das Wissen einer stetig wachsenden Anzahl von externen Experten - Integrieren globale Netzwerke - Komplexitätsbeherrschungen in globalen Projekten - Unterstützen die Strategie der integrierten virtuellen Produktentstehung. Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Best Practices DRAGON Engineering Portal Cultural Repository Quelle: Dragon Projekt, RPK/IMI Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten im Rahmen der Produktentwicklung Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 64

65 Suche nach geeigneten Partnerfirmen Spezifikation von Anforderungen (Produkt, Partnerfirma) Best Practices Überprüfung potentieller Partner Integration von Entwicklungsprozessen und Daten Aufbau eines gemeinsamen Produkt- und Prozessmodells Cultural Repository Austausch und gemeinsame Nutzung von Produktdaten im Rahmen der Produktentwicklung 5. Ebene Anwendungszugriff, Kommunikation (3) 5. Kommunikation Verteiltes Projektmanagement Shared Applications Zugriffprofile Tätigkeiten Engineering Portals DRAGON Engineering Portal 1.3 VE aus Systemsicht Kommunikation kommt zustande durch unterschiedliche des CSCWs (Computer Supported Cooperative Working): verteiltes Projektmanagement, Application Sharing, Collaborative CAD, Videoconferencing, Groupware-Lösungen. Man ist bestrebt, sämtliche Phasen der Produktentwicklung gleichermaßen abzudecken und Lösungen für heterogene Systemwelten zu entwickeln. Quelle: Projekt Pro-Teach-Net, RPK/IMI Ein breit gefächertes Spektrum aus Telekommunikation, Visualisierung, Systemintegration, Datenaustausch und User-Interface Design ist die Grundlage der Entwicklung maßgeschneiderter Lösungen für kooperative Produktentwicklung. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 65

66 Gliederung der Vorlesung VE I Inhalt Vorlesung 1.1 Begriffsdefinition 1.2 Der Produktentstehungsprozess im Wandel 1.3 VE aus Systemsicht 1.4 VE aus Prozesssicht 1.5 Virtuelle Produktentstehung 1.6 Der Produktlebenszyklus 1.7 Anwendungsbeispiel: Dassault Falcon 7X 2. Product Lifecycle Management 3. Computer Aided Design 4. Computer Aided Engineering 5. Computer Aided Manufacturing Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 66

67 Ve hicle Cockpit & I/P Front 1 0 Pow ertrain 1 5 Pow ertrain Integra tion 2 0 Cha ss i s 3 0 HVAC & Powe rtrain Cooling 4 0 Int erior 5 0 Body Struc t ure 5 5 Body Clos ure s 6 0 Ex teri or 7 0 Occ upant & Ve hic le Ele ctrical/ Ele ctronic FUNKTIONALE SICHT I/ P& Consol e Sea ts Inte rior Tri m Inte rior Lighting Acoust ic Trea tment s Res trai nts Owner Informa t ion & Labels Chassis & Underbody Passenger PHYSIKALISCHE SICHT Quart e r & Ga rni s htrim Roof Trim Floor Tri m Rea r Com pa rt me nt Trim Rea r Window Trim Pa ne l Door: Lif tgat e &Endgate Tri m Su b stra te Tr im Co ve r He a d Im p ac tcoun te r- m ea sur e P ro vi sion s Su n sha de A ss em blie s As si stg ri ps Ro o fre infor ce me nt M ea sur e Co a tho ok s O ve rhe ad C on sole HV AC D u cts Alloc ations Function al Ba seline 01 Air Ind uction 02 PT-Driver Interf ace 03 Exh au st 04 Driv elin e 05 Fue l Sto rag e & Han dlin g 06 Power Take-off Organ izatio n Table SMT S MT PDT PMT PMT PMT PMT PMT PMT PMT Consolidations Einordnung der Fahrzeugteile, -komponenten und systeme nach der Unternehmensstruktur ORGANISATORISCHE SICHT XXX XXX XXX Lookup Ve h ic le P o w e rtr ain Po w e rtr ain In te g rat io n CCh h as a ss si is s St ee rin g S u sp e ns io n H in te ra ch s e L im o u s in e C a rav an M o n o ca b Vo rd e rac h se Ti res, W h ee ls, T rim B rak es F ra m e A ss em b ly M o un t s C h as si s T o o ls HV AC + PT Cooling Virtual Engineering aus Prozesssicht 1. DEFINITION/ MODIFIKATION Globales Produktprogramm 2. KONFIGURATION/ ERSTELLUNG Digitales Produktmodell zum bestimmten Entwicklungsstand 5. VIRTUALISIERUNG Virtuelles Produktmodell im Kontext des gesamten Produktprogramms PRODUKTSTRUKTUR DIGITALES PRODUKT VIRTUELLES PRODUKT Master Hier archische Ei nordnung de r Fahrze ugteile, - komponenten und -systeme nach deren Funktion Zusa mmenbau, Positionierung und Orientierung des Fahrzeuges im 3D-Raum derived on demand 1.4 VE aus Prozesssicht 8. ÄNDERUNGEN ÜBERNEHMEN Statusbericht, Aktionsplan ERGEBNISAUFNAHME PLM System 3. DIGITALE VALIDIERUNG Digitale Validierung mit CAx-Daten DIGITALES PRODUKT 4. DIGITALE FERTIGUNGSPLANUNG Digitale Fertigungsplanung mit CAx-Daten DIGITALES PRODUKT CAD/CAE/CAM System 6. VIRTUELLE VALIDIERUNG Virtuelle Validierung mit VMU / VP VIRTUELLES PRODUKT 7. VIRTUELLE FABRIK Virtuelle Fertigungsplanung mit VMU / VP VIRTUELLES PRODUKT VR/AR/MR-System Wiederholte Iterationen Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 67

68 Virtual Engineering aus Prozesssicht (2) Unterteilung des Produktentwicklungsprozess in 8 iterative Phasen: 1. Definierung oder Modifizierung des globalen Produktprogramms im PLM-System 2. Iterative a. Erstellung oder Modifizierung eines spezifischen Produktmodells im PLM-System b. Digitale Modellierung, bzw. Änderung der Bauteile und Baugruppen in CAD-Systemen 3. Digitale Validierung einzelner Bauteile und Baugruppen des spezifischen Produktmodells mit CAE-Systemen 1.4 VE aus Prozesssicht 4. Fertigungs- und Montageplanung der Bauteile und Baugruppen des spezifischen Produktmodells mit CAM-Systemen 5. Erstellung eines virtuellen Produktmodells und immersive Visualisierung im Kontext des gesamten Produktes in einer VR-, AR- und / oder MR-Umgebung 6. Virtuelle immersive Validierung des gesamten Produktmodells mittels VMU 7. Simulation der Herstellung des gesamten Produktmodells in der virtuellen Fabrik auf Basis des Montage-VMU 8. Übernahme der Erkenntnisse und notwendigen Änderungen für das spezifische Produktmodell oder für das globale Produktprogramm. Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 68

69 1. Definierung des gesamten Produktprogramms 1.4 VE aus Prozesssicht Die gesamte Menge der Bauteile und Baugruppen mit Varianten und Versionen wird im PLM-System im globalen Produktprogramm erfasst. PLM erweitern dabei die Sicht des globalen Produktprogramms auf den gesamten Produktlebenszyklus. Vehicle Front Hierarchische Einordnung der Fahrzeugteile, - komponenten und -systeme nach deren Funktion Cockpit & I/P Powertrain Powertrain Integration Chassis HVAC & Powertrain Cooling Interior Body Structure Body Closures Exterior Occupant & Vehicle Electrical/ Electronic FUNKTIONALE SICHT I/P & Console Seats Interior Trim Interior Lighting Acoustic Treatments Restraints Owner Information & Labels Chassis & Underbody Passenger Zusammenbau, Positionierung und Orientierung des Fahrzeuges im 3D-Raum GEOMETRISCHE SICHT Quarter & Garnish Trim Roof Trim Floor Trim Rear Compartment Trim Rear Window Trim Panel Door: Liftgate & Endgate Trim Substrate Trim Cover Head Impact Countermeasure Provisions Sunshade Assemblies Assist Grips Roof Reinforcement Measure Coat Hooks Overhead Console HVAC Ducts Allocations Functional Baseline 01 Air Induction 02 PT-Driver Interface 03 Exhaust 04 Driveline 05 Fuel Storage & Handling 06 Power Take-off Consolidations Organization Table Einordnung der Fahrzeugteile, -komponenten und systeme nach der spezifischen Unternehmensstruktur SMT PMT PMT PMT SMT PMT PMT PMT PMT PDT XXX XXX XXX Lookup ORGANISATORISCHE SICHT Dabei sind mehrere Sichten auf die Daten möglich: funktionale, geometrische und organisatorische Sicht. Die Positionierung und Orientierung der Bauteile im 3D- Raum sowie Zusammenbau- und wirkregeln, die Entwicklungshistory und die Boundary Representation sind in der geometrischen Sicht enthalten. Die funktionale Sicht enthält eine hierarchische Einordnung der Bauteile, -komponenten und systeme nach deren Funktion. Die organisatorische Sicht ordnet die Bauteile, Baugruppen und Systeme nach der spezifischen Unternehmensstruktur. Quelle: Adam Opel GmbH Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 69

70 2. Erstellung des spezifischen Produktmodells Ein spezifisches Produktmodell wird zusammengestellt und konfiguriert. Powertrain Powertrain Integration Chassis Über die Schnittstelle werden die Daten an das CAx-System weitergegeben. Steering Suspension Hinterachse Im CAx-System werden die Teile modelliert, bzw., es werden Änderungen an schon vorhandenen Bauteilen und Baugruppen durchgeführt. Vehicle Limousine Caravan Monocab Vorderachse Tires, Wheels, Trim Brakes Frame Assembly Mounts Chassis Tools HVAC + PT Cooling... Quelle: Adam Opel GmbH 1.4 VE aus Prozesssicht Prof. Dr. Dr.-Ing. Jivka Ovtcharova Virtual Engineering I - Kap. 0 und 1 - SS 10 - Folie 70