Workshop - System Lifecycle Management

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1 Workshop - System Lifecycle Management am Beispiel einer nachhaltigen Produktentwicklung ProSTEP ivip Symposium Mai 2015 Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) Professor Dr. Martin Eigner, Patrick Schäfer, Hristo Apostolov

2 VPE Forschung 2015 MEGATRENDS UND LEITBILD Globale Entwicklung FORSCHUNGSPROFIL am Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Industrial Internet Bestrebungen im Kontext von Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste FORSCHUNG im neuen Themenfeld Interdisziplinäre Produktmodellierung erweiterte PDM Lösungen und Methoden System Lifecycle Management (SysLM)* Nachhaltigkeit Leitbild der Vereinigten Nationen für das 21. Jahrhundert Interdisziplinäre Prozessmodellierung erweiterte PLM Lösungen und Methoden. * Hierzu ausführlich: Eigner, M.: "Modellbasierte Virtuelle Produktentwicklung auf einer Plattform für System Lifecycle Management", in: Sendler, U. (Hrsg.): "Industrie 4.0, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 2013, S Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 2

3 Vom PLM zum SysLM Definition System Lifecycle Management: System Lifecycle Management (SysLM) System Lifecycle Management (SysLM) ist das allgemeine Informationsmanagement, welches Product Lifecycle Management (PLM) um eine explizite Betrachtung der frühen Phasen der Produktentwicklung und unter Beachtung aller Disziplinen, einschließlich Dienstleistungen, erweitert. System Lifecycle Management Lösungen sind als technischadministrativer Backbone verantwortlich für die Produkt- bzw. Systemmodelle und Prozesse. * Quelle: Eigner, M. et al.: "System Lifecycle Management - am Beispiel einer nachhaltigen Produktentwicklung nach Methoden des Model-Based Systems Engineering ", ZWF 11 /2014, S Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 3

4 VPE Forschung 2015 Ausgewählte Forschungsfelder zu den Megatrends und Leitbild Industrial Internet und Nachhaltigkeit Forschungsportfolio und Expertise am Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung mit Fokus auf Produkt- und Prozessmodellen Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste Intelligente Vernetzung von Entwicklung, Produktion und Produktsystemen SMART Engineerng Smart Products, Smart Factory, Smart Facility, Smart Data Big Data Innovationen aus Daten und aus der Cloud Engineering Arbeitsplatz Zukünfte Ausgestaltung von Arbeit und Arbeitsumfeld Nachhaltigkeit Cradle to Grave vs. Cradle to Cradle FORSCHUNG im neuen Themenfeld System Lifecycle Management (SysLM) Model-Based Systems Engineering (MBSE) Modellbasierte Virtuelle Entwicklung cybertronischer Produktsysteme Informations- und Kommunikationstechnologien (IKT) Datenaustausch, Datenformate und Visualisierung Dienstleistungskonzepte Internetbasierte Vernetzung von Produkten, Prozessen und Services Intelligente CAD/PDM/PLM Funktionen Vernetzung von Produktinformationen unterschiedlicher Abteilungen Nachhaltige Produktentwicklung Prospektive Lebenszyklusanalyse nach ökonomischen, ökologischen und sozialen Kriterien Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 4

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6 Smarte Produktentwicklung Motivation Im Jahre 2030 werden intelligente, über das Internet und andere Dienste vernetzte Systeme alle Industrien erfasst und die herkömmlichen, mechanischen und mechatronischen Produkte abgelöst haben. Wir müssen uns darüber klar werden, in welchen Branchen, mit welchen Produkten, mit welchen Dienstleistungen und Diensten wir dann erfolgreich sein wollen und wie wir das erreichen können. (U. Sendler) Ein Wirtschaften nach dem Leitbild der Nachhaltigen Entwicklung ist dabei wesentlich. smart 2* S: Systems Engineering to enable Sustainability M: Multi-disciplinary & Model-Based A: Adaptive + Autonomous R: Robust + Renewable T: Team and Technology Im Kontext von Industrial Internet mit Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste *In Anlehnung an: Stark, R. - Smarte Produktentwicklung in der vierten industriellen Revolution (2013), Sendler, U. Industrie 4.0 und Eigner, M. et al. Center for Smart Systems Engineering (2015). Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 6

7 Zielsetzung Impulse aus der Produktentwicklung: Eine Bewertung der Nachhaltigkeitsperformance eines Produktes nach Methoden der modellbasierten Virtuellen Produktentwicklung liefert Ergebnisse auf Basis des intellektuellen Produktes, also dem digitalen Modell in der frühen Entwicklungsphase. Es werden keine Ressourcen verschwendet, sondern die technischen Kreisläufe der zukünftigen Lösung vorausschauend bewertet. Exemplarische Funktionserweiterung einer PLM Lösung Prospektive Problemlösung Ressourcen optimieren, Entscheidungen visualisieren, komplexes Wissen teilen Umwelt-Compliance managen Materialdaten verwalten, Product Compliance analysieren, Produkt- und Lieferantenauswirkungen bewerten, Materialdeklaration verwalten, etc. Collaboration fördern Globale Entwicklungsprojekte managen, Auswahlwerkzeug zum finden und verwalten ähnlicher Produkte und Prozesse, Kontrollanzeige für Umweltschadwirkungen Echtzeitbewertung und Konfiguration alternativer Produktsystemlösungen System Lifecycle Management (SysLM) Backbone einer nachhaltigen Produktentwicklung Ad hoc Nachhaltigkeitsanalysen nach Methoden des SysLM Konzeptes MBSE Methoden vernetzen Informationen zu Mechanik, Elektronik, Softwarekomponenten in der frühen Phase. Cybertronische Produktionssysteme ermöglichen ressourceneffiziente Produktion und individuelle Produkte via Kommunikation und Informationsaustausch. Smarte Produkte entstehen und werden befähigt, sich an ändernde Umgebung und Nutzung anzupassen Smart Services führen zu neuen Technologien, Geschäftsmodellen und Arbeitsweisen Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 7

8 Nachhaltigkeitsbewertung Operationalisierung der Nachhaltigkeit : Um den Anforderungen an die aufwendigen und komplexen Beziehungen zwischen den Dimensionen gerecht zu werden, bietet sich das Integrierende Nachhaltigkeits-dreieck als aufschlussreiche Systematisierung an. Die Berechnung erfolgt in Anlehnung an die aus den Naturwissenschaften bekannten Gibbs`schen Phasenregel zur Berechnung von chemischen Mixturen, bestehend aus drei Teilen. Parameterauswahl und Verortung nach Handlungsfeldern Ökonomische Soziale Ökologische Kenngrößen: - Betriebsergebnis Mitarbeiteranzahl Rohstoffeinsatz - Eigenkapitalquote Anteil Energieverbrauch an Auszubildenden - Eigenkapitalrendite Frauenanteil Wasserverbrauch in Führungspositionen - Fremdkapitalrendite Abwassermenge - Return Fluktuationsquote Emissionen Investment (ROI) - Netto-Wertschöpfung * Quelle: von Hauff, M. (2014) Nachhaltige Entwicklung, Kennwerte - VDI 4070 (Gründruck Frühjahr 2015). Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 8

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10 Planung des Produktlebens Lebenszyklusmanagement gezieltes Vorausdenken der Produktnachhaltigkeit. Das Denken in Lebenszyklen spielt bei der Gestaltung und Bewertung, sowie bei der Optimierung von Produkten eine entscheidende Rolle. Die frühe Phase der Produktentwicklung nimmt eine Schlüsselrolle ein: In dieser Phase werden bis zu 80% der Kosten, der Umweltwirkungen und der sozialen Aspekte eines Produktes festgelegt. * Quelle: Eigner, M.; Stelzer, R. (2009) Product Lifecycle Management. * In Anlehnung an: Stark, R. (2013) - Smarte Produktentwicklung in der vierten industriellen Revolution ( Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 10

11 Rahmenbedingungen Ökologische Nachhaltigkeitsbewertung im Rahmen einer SysLM Strategie: System Lifecycle Management (SysLM) stellt keine nachhaltigen Produkte bereit, aber das Konzept kann auf administrativer Ebene dazu beitragen, die richtigen Informationen zur richtigen Zeit im richtigen Kontext zur Verfügung zu stellen, um so den Ingenieur zu unterstützen. Das Umweltprofil eines Produktsystems wird anhand von fünf Kategorien bestimmt: Verbrauch von Energie Verbrauch von Rohstoffen Emissionen in Luft, Wasser und Boden Toxizitätspotenzial der eingesetzten und freiwerdenden Stoffe Einhaltung von Gesetzen und Verordnungen Produktbezogene Umweltgesetzgebung ELV DIRECTIVE 2000/53/EC RoHS DIRECTIVE 2011/65/EU (RoHS II) REACH REGULATION (EC) No 1907/2006 (REACH) WEEE DIRECTIVE 2002/96/EC EuP DIRECTIVE 2005/32/EC RRR DIRECTIVE 2005/64/EC, DIRECTIVE 2009/1/EC Conflict Minerals: EICC/GeSI Reporting-Standard Standardisierte Bewertungsverfahren zeigen Ansatzpunkte und Prioritäten auf: Anleitung zum nachhaltigen Wirtschaften: VDI 4070 (aktuell - Gründruck 2015) Nachhaltigkeitsbewertung: VDI 4605 (In Vorbereitung erscheint 2016) Ermittlung des Carbon Footprint (GWP): PAS 2050 Ökobilanzierung (LCA): ISO 14040, Ökoeffizienzanalyse: ISO Ausgewählte Softwarewerkzeuge GaBi sowohl Datenbank als auch Ökobilanzsoftware SimaPro weltweit verbreitete Ökobilanzsoftware mit eigener Datenbank Sustainability Pro von Dassault Systèmes - CAD-Erweiterung für SolidWorks Siemens Teamcenter Sustainability Semi-integriert in PLM Lösung PTC Windchill Product Analytics Semi-integriert in PLM Lösung ARAS Innovator Component Engineering Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 11

12 Forschungsprojekt ERMA Das Projekt Energie- und ressourceneffiziente mobile Arbeitsmaschinen (ERMA) Landesforschungsschwerpunkt - Zentrum für Nutzfahrzeugtechnologie (ZNT) der TU Kaiserslautern Der Schwerpunkt im Teilprojekt besteht darin, die Entwicklung bzw. Optimierung einer mobilen Arbeitsmaschine durch einen konzeptionellen Ansatz zur Erweiterung des Product Lifecycle Management zu unterstützen. Dieser Ansatz erweitert sowohl das Produktmodell als auch das Prozessmodell um eine technisch-wirtschaftliche Beachtung ökologischer Parameter und ermöglicht damit eine aggregierte Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz des Produktes über den Lebenszyklus. Ziel: Entwicklung energieeffizienter Konzepte und Technologien für mobile Arbeitsmaschinen in den Bereichen: Antrieb, Energiemanagement, Reibung, Life Cycle Management Projektlaufzeit: Phase I: Februar 2011 bis April 2014; Phase II: Januar 2014 bis Dezember Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 12

13 Nach: Feikert (2007) Nach: DIN EN ISO Forschungsprojekt ERMA Konzept einer ökologisch-ökonomischen Produktbilanzierung im Kontext einer marktgängigen PLM Lösung Information und Daten Ökobilanz nach ISO / integriert in ein PLM Konzept Intern (Unternehmen) Pflichtenheft Stückliste aus dem Materialmanagement/ Produktionsplanung Arbeitsplan aus der Produktionsplanung und -steuerung Herstellkosten aus der Produktionskostenkalkulation Sachbilanzdatenbank Erster Schritt Zweiter Schritt Festlegung des Ziels und des Untersuchungsrahmens Rechnergestützte Sachbilanzierung Ergebnisdarstellung und Interpretation Extern Zulieferer Kunden Entsorger / Verwerter Umweltdatenbanken Werkstoffdatenbanken Dritter Schritt Rechnergestützte Wirkungsabschätzung Konzept einer ökologischökonomischen Produktbilanzierung im Kontext prospektiven Nachhaltigkeitsbetrachtung Quelle: Eigner, M.; Schäfer, P.: "Sustainable Product Lifecycle Management: A Lifecycle based Conception of Monitoring a Global Product Development in a Sustainability-Driven Century", ProSTEP ivip Symposium Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 13

14 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! SAVE THE DATE Die 7. PLM Future Tagung findet am 07. Oktober 2015 zum Thema "Industrial Internet - Rethink Products, Processes and IT-Tools" im Tagungszentrum Brauhaus an der Gartenschau, Kaiserslautern statt. Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 14