Prozessoptimierung in der Produktentwicklung durch Integration von PDM-Systemen mit Virtual Reality

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1 Prozessoptimierung in der Produktentwicklung durch Integration von PDM-Systemen mit Virtual Reality Produktdatenmanagement und Virtual Reality die Zusammenführung zweier Welten Moderne Produktlebenszyklen, angefangen von der Entwicklung, Design und Produktion hin zum Marketing, werden aufgrund des technischen Fortschritts und zunehmenden Kostendrucks in naher Zukunft immer stärker in den digitalen Raum verlagert. Derzeit ist aber die Erstellung von digitalen Mockups während der Design- und Entwicklungsphase wenig in die Prozesse integriert. Das gilt sowohl für die Arbeitsabläufe als auch für die verwendeten Daten und Infrastrukturen (z.b. CAD-Software versus 3D-Echtzeitmodelle). Mit einer Verbindung beider Welten könnte man zum Beispiel Produktentwürfe in Virtual Reality-Modellen visualisieren und sie im Design und Marketing weiterverwenden. Ebenso könnten Designer nachträgliche Änderungen in den CAD-Entwürfen der Entwicklungsabteilungen sofort in ihre Virtual Reality-Modelle übernehmen. Das würde einen großen Produktivitätsgewinn bedeuten und die Entwicklung neuer Produkte erheblich beschleunigen. Bislang müssen die CAD-Daten in einem zeitaufwändigen und fehleranfälligen manuellen Prozess in das Virtual Reality-Modell übertragen werden. Jedes Update und jede Korrektur am Entwurf wirkt sich auf das VR-Modell aus und verursacht einen hohen Arbeits- und Verwaltungsaufwand bei der manuellen Anpassung und damit Kosten für das Unternehmen. RTT stellt jetzt erstmals eine Lösung vor, die einen automatischen Import von CAD- Daten in eine Visualisierungsanwendung erlaubt. So arbeiten alle Abteilungen im Unternehmen mit einer einheitlichen Datenbasis und Auswirkungen von Änderungen in den Entwicklungsabteilungen werden für die Designer und Marketingexperten sehr viel schneller sichtbar. Potentiale von Produktdatenmanagement im Unternehmenseinsatz CAD-Daten aus der Produktentwicklung werden im Unternehmenseinsatz häufig einer übergeordneten Product-Lifecycle--Lösung (PLM) zugeordnet. Diese unterstützt die Produktentwicklung und Beschaffungskette bei zwei zentralen Aufgaben: Der zentralen Verwaltung und Reglementierung von Produktinformationen wie Designdaten der CAD-Modelle, Materialspezifikationen und Bills of Materials (BOM) Der standardisierten bzw. internen Definitionen angepassten Nachverfolgung, Verwaltung und Automation von Steuerungs- sowie Herstellungsroutinen wie Portfolio, Program, Release und Change. 1

2 Einsatzgebiete findet PLM-Software vorrangig in der Luftfahrt-, Automobil- und Elektronikbranche sowie im Gesundheitswesen, aber auch bei der Produktion von Konsumgütern. Vorteile von PLM Softwarelösungen Der zentralen Verwaltung der komplexen Produkt-, Design- und Materialdaten Vereinfachter Kollaboration bei zunehmend international agierenden Unternehmen Der Integration in die Prozesse des führenden PDM-Systems, und somit Automatischer Nutzung des Änderungs- s bei deutlich verbesserter Aktualität der Datenbasis Geringerer Fehleranfälligkeit Zeit- und Kostenersparnis Das Wachstumspotential von PLM-Lösungen kann leicht dadurch begründet werden, dass gerade in wirtschaftlich herausfordernden Zeiten immer mehr Unternehmen im Einsatz von PLM-Software Potenzial für Optimierung sehen. Longbow Research 1 bezifferte in einer Studie von 2010 das jährliche Wachstum der PLM-Branche im Zeitraum von 2004 bis 2008 auf jährlich rund acht Prozent. Positive Zeichen für die Zukunft sehen die Analysten in der bisherigen Marktdurchdringung von nur rund 30 Prozent, was Raum für weiteres signifikantes Wachstum lässt. Aufgrund der langjährigen Erfahrung im Bereich IT-Systemintegration erwarten auch die Experten von RTT in den kommenden Jahren weiteres Wachstum für PLM-Lösungen. 1 Longbow Research, PMTC Initiation, Januar 2010 Unterschiede zwischen 3D CAD Modell und 3D VR Modell Entwickler und Designer arbeiten mit unterschiedlichen, nicht kompatiblen Softwareprogrammen. Grundsätzlich basieren VR-Modelle (3D VR-Master) auf den Informationen, die durch CAD-Systeme erstellt wurden (3D CAD-Master-Modell). Allerdings sind diese Informationen für eine qualitativ hochwertige VR-Darstellung nicht ausreichend und müssen deshalb angereichert werden. 3D CAD-Modelle werden mit CAD-Programmen wie CATIA, Pro/E und NX entworfen und über ein PLM-System wie TeamCenter verwaltet. Das PLM- System stellt sicher, dass die verschiedenen Abteilungen im Unternehmen auf die CAD-Modelle aus den Entwicklungsabteilungen zugreifen können und dass alle mit aktuellen und einheitlichen Daten arbeiten. Denn diese Daten dienen als Grundlage für alle weiteren, produktbezogenen Geschäftsprozesse im Unternehmen, zum Beispiel für: Die Fertigung des Produkts Den Vertrieb und das Marketing Die Erstellung von Betriebshandbüchern oder die Wartungs- und Service-Aktivitäten Daher muss sichergestellt werden, dass nachgelagerte Abteilungen mit derselben Version des Produktmodells arbeiten. 2

3 Product Knowledge Reuse Requirements & Systems Change Collaborative Market Input After-Sales Services Concept Order Fulfillment Maintenance & Asset Lifecycle (ALM) Issues Design PLM RFP Prototyping BCM & Planning Sales Shipping & After Sales Sourcing Supplier Relationship (SRM) Bidding & RFQ Project Collaboration Digital Support Quality Assurance & Standards Compliance Abbildung 1: Das PLM-System sorgt für einen reibungslosen Datenzugriff und eine einheitliche Datenbasis Auch 3D-Visualisierungen nutzen die Daten aus dem letztgültigen CAD-Entwurf. Sie benötigen allerdings nur einen Teil der Informationen aus den 3D-CAD- Modellen, insbesondere die Struktur- und Geometriedaten. Andererseits sind für die Erstellung eines VR-Modells zusätzliche Daten erforderlich, etwa zu Licht und Schatten, Reflexionen, Textur oder Ober- flächenstruktur. Da das VR-Modell aus verschiedenen Blickwinkeln betrachtet werden soll, sind Informationen zur Umgebung, zur Lichteinstrahlung oder den verwendeten Materialien unverzichtbar. Wie sich die Datenbasis beider Modelle unterscheidet, zeigt die folgende Gegenüberstellung: TeamCenter Structure 3D Scene Electronics Operating element 1 Operating element 2 Front door Door animation Front door Operating element 2 Operating element 2 Door exterior Door handle Door exterior Door handle Headlight Environments Material library Views Application of referenced materials Abbildung 2: 3D-CAD-Modelle und 3D-VR-Modelle basieren überwiegend auf unterschiedlichen Informationen 3

4 Für die Transformation eines 3D-CAD-Modells in ein 3D-VR-Modell ist bislang ein komplizierter manueller Datenaufbereitungsprozess unverzichtbar die entscheidenden Basisdaten mussten exakt übertragen, unnötige Daten entfernt und viele weitere Informationen hinzugefügt werden. Da nach der manuellen Transformation keine Verbindung mehr zwischen beiden Modellen besteht, werden auch Updates und Verbesserungen am 3D-CAD-Master nicht automatisch in das visualisierte Modell übertragen und müssen jedes Mal mühsam von Hand korrigiert werden. Dies ist mit erheblichem Zeitaufwand und damit Kosten verbunden. Eine Lösung, die eine Verbindung zwischen den beiden Systemen ermöglicht, minimiert diese Reibungsverluste und eröffnet Unternehmen entsprechende Einsparmöglichkeiten. PDM System Product Knowledge Reuse Requirements & Systems Change Market Input After-Sales Services Concept Order Fulfillment Maintenance & Asset Lifecycle (ALM) Issues Collaborative Design PLM Sales Shipping & After Sales RFP Sourcing Prototyping BCM & Planning Supplier Relationship (SRM) Bidding & RFQ Project Collaboration Digital Support Quality Assurance & Standards Compliance VR System DESIGN Develop & Validate DEFINE Innovate & Specify BUILD Produce & Deliver 3D Master Model 3D VISUALISATION LAYER Product Data & Information Layer (PDM/ERP) SUPPORT Service & Sustain SELL Market & Sell Abbildung 3: Nach der manuellen Transformation in ein 3D-VR-Modell bestand bislang keine Verbindung mehr zum PLM-System 4

5 Der RTT PDMConnector: Die Verbindung zwischen PDM und VR RTT hat dieses Optimierungspotential erkannt und eine Schnittstelle in Form des PDM-Connectors entwickelt, die sicherstellt, dass Updates im CAD- Master automatisch in das VR-Modell übernommen werden können trotz unterschiedlicher Organisation der Daten in der Entwicklung und im Produktdesign. Der PDM-Connector transferiert dabei nicht nur automatisch die Geometriedaten aus dem CAD-Modell, er sorgt auch dafür, dass die gewohnte Flexibilität im Visualisierungsprozess für die Produktdesigner erhalten bleibt. So können z.b. im VR-Modell Objekte einfach gelöscht oder zwischen verschiedenen Baugruppen verschoben werden. Denn viele Daten aus der CAD-Vorlage werden für die Visualisierung von vornherein nicht benötigt und können daher einfach gelöscht werden etwa die nicht sichtbaren Teile eines Produkts. Außerdem beschleunigt die größere Flexibilität den Entwurfsprozess und erlaubt eine einfachere Erstellung von Varianten, wie zum Beispiel der Rechtslenker- und der Linkslenkerversion eines Autos. Solche Varianten können bereits in den entsprechenden CAD- Entwürfen angelegt sein, werden aber oft auch erst im VR-Modell erzeugt. Der PDM-Connector lässt daher bei der Aktualisierung von Informationen aus dem 3D-CAD-Modell eine flexiblere Struktur und Organisation der Daten im VR-Modell zu, ohne dabei Fehler zu produzieren. Welche Daten aus dem CAD-Modell verwendet und wie sie aufbereitet werden, unterscheidet sich je nach den individuellen Bedürfnissen des Kunden. Die ersten beiden Phasen des Transformationsprozesses stimmen jedoch immer überein, wie das Beispiel des Aufbereitungsprozesses in der Grafik unten zeigt: Export of CAD data from PDM system Data conversion Application of referenced materials Sorting Tesselation Enhancement (lighting, environment) Final VR model Loading VR data back to PDM Automated steps Optional manual steps Optional Steps that can be automated depending on material information provided in the PDM system Abbildung 4: Beispiel für den Datenaufbereitungsprozesses für ein VR-Modell Abhängig von der Qualität bzw. Vollständigkeit der im PDM-System hinterlegten Daten übernimmt der PDM-Connector verschiedene Arbeitsschritte: Den automatischen Export der CAD-Daten aus dem PDM-System sowie die Konvertierung ins VR- Format Bei entsprechend vorhandener Datenqualität werden auch die VR-Materialien aufgebracht Zukünftig wird es optional auch möglich sein, die Ergebnisse des VR-Prozesses wieder in das PDM-System zurückzuschreiben 5

6 Der PDM-Connector stellt damit bereits einen wesentlichen Teil der Daten, die zur Visualisierung notwendig sind, bereit. Weitere Schritte zur Erstellung des endgültigen Modells werden dann je nach Wünschen des Kunden von Hand oder mit anderen Software-Tools erledigt, sodass höchstmögliche Flexibilität bei der Übernahme der Daten gewahrt bleibt. Vorteile von RTT Visualisierungsanwendungen Die von RTT entwickelte Schnittstelle schafft es zum ersten Mal, PLM-Lösungen und 3D-Visualisierungen zu verbinden. Der PDM-Connector bietet die Möglichkeit des automatischen Imports von Daten aus CAD-Vorlagen in eine Visualisierungslösung. Die Vorteile für Unternehmen liegen auf der Hand: ehemals manuell durchgeführte CAD-Datenaufbereitungen für den Import in VR-Systeme und dadurch entstehender Zeitaufwand entfallen, was deutliche Einsparpotentiale bedeutet. Ebenso wird eine bessere Abstimmung zwischen Entwicklungs- und Designabteilung durch das 3D-Modell ermöglicht. Fotorealistische Qualität und die Möglichkeit, Details wie die Farbgebung von Lacken und Oberflächentexturen lebensecht zu visualisieren, beschleunigen den Entwicklungsprozess. Gleichzeitig bedeutet die Brücke zwischen PLM-Welt und 3D-Visualisierung mehr Flexibilität für Unternehmen, da Daten, die während des Entwicklungsprozesses verändert wurden, sich schnell und einfach nachträglich im Modell auf den neuesten Stand bringen lassen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich schließlich durch die einheitliche Datenbasis, die eine zentrale Datenverwaltung über den gesamten Produktlebenszyklus ermöglicht. So können zum Beispiel im Marketing und Vertrieb Synergien aus den vorherigen Produktstadien genutzt und Fehler durch manuelle Verfahren vermieden werden. In der Vergangenheit hat sich der Einsatz von 3D- Visualisierungen bei Partnern von RTT positiv auf Arbeitsabläufe und Ressourceneinsatz ausgewirkt. Durch den nun möglich gemachten kombinierten Einsatz von PDM-Systemen und 3D-Visualisierungstechnologien erwarten die Experten des Münchner Unternehmens weitere Einsparpotentiale für den gesamten Produktlebenszyklus. Ob Automobil-, Luftfahrt-, Elektronik- oder Konsumgüterbranche die Einsatzmöglichkeiten für die neue Technologie sind nahezu unbegrenzt. 6