System Lifecycle Management DER Engineering Backbone für ein interdisziplinäres PLE und MBSE

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1 System Lifecycle Management DER Engineering Backbone für ein interdisziplinäres PLE und MBSE 8. PLM Future Tagung 2016 // Vortrag Tagungszentrum "Brauhaus an der Gartenschau", Kaiserslautern // 05. Oktober 2016 Technische Universität Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) Professor Dr. Martin Eigner

2 Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) Professor Dr.-Ing. Martin Eigner Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung Technische Universität Kaiserslautern Werkzeugmacher Universität Karlsruhe (TH) Studium des Maschinenbaus Universität Karlsruhe (TH) Promotion bei Professor Dr. Hans Grabowski Robert Bosch GmbH Technische Datenverarbeitung und Organisation Eigner & Partner GmbH, AG, Inc. seit 2003 seit 2004 seit 1992 seit 1999 seit 2015 Systemhaus für e-engineering Technologien bis 1997: Geschäftsführender Gesellschafter, bis 2001: Vorstandsvorsitzender bis 2003: Aufsichtsratsvorsitzender und CTO Geschäftsführer EIGNER Engineering Consult TU Kaiserslautern Lehrstuhlinhaber im Jahr 2009 UNICUM Professor des Jahres 2009 im Jahr 2014 Lehre Plus Preis der TU Kaiserslautern für Industrie 4.0 und Informationstechnologie im Jahr 2016 Lehre Plus Preis der TU Kaiserslautern für Crowd Engineering in der Cloud Universität Karlsruhe (TH) // Gastdozent TU Sofia Bulgarien // Gastdozent Ege Universität Izmir Türkei // Gastdozent Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 2

3 Vision System Lifecycle Management (SysLM) Lösungsraum einer ganzheitlichen System Lifecycle Management Strategie Interdisziplinarität und Integration // sowohl bezüglich der Disziplinen als auch entlang des Produktlebenszyklus Engineering Collaboration // zwischen den Disziplinen, entlang des Produktlebenszyklus und entlang der Zulieferkette System Lifecycle Denkweise // mit stärkerer Einbindung der Upstream und Downstream Prozesse Zentrale Treiber und Kernelemente zur Ausgestaltung einer ganzheitlichen SysLM Strategie sind: Digitalisierung // Instanziierung // Einbettung in eine betriebliche IT Architektur und Standards Quelle: Eigner, M.; Stelzer, R.: System Lifecycle Management, 3., überarbeitete und erweiterte Auflage, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg 2017 [to be published]. Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 3

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5 Vom dokumentenbasierten zum modellbasierten Ansatz Hierarchische Strukturen Mechanik ist dominant Hierarchische, lineare und netzwerkorientierte Strukturen Neben Mechanik sind Elektronik und Software dominant Quelle: VPE, C. Muggeo, M. Pfennig Dokument und BOM zentrisch Interdisziplinäres Digitales Modell Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 5

6 Autoren Systeme Digitales Modell TDM und PLM Das Digitale Modell entlang des Lebenszyklus Anforderungsdefinition Systemarchitektur Entwicklung Simulation Produktion Betrieb Engineering Processes (ERM, ECM, CM, Data Exchange, ) Integration on TDM/PLM Level Quelle: VPE, M. Eigner. Integration on Authoring System Level Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 6

7 Autoren Systeme Digitales Modell TDM und PLM Digitale Modelle entlang des Produktlebenszyklus Anforderungsdefinition Systemarchitektur Entwicklung Simulation Produktion Betrieb System architektur PLM PPS Integration on TDM/PLM Level Quelle: VPE, M. Eigner. Integration on Authoring System Level Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 7

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9 Reale Welt Reales Produkt Virtuelle Welt Digital Twin Digital Model Änderung am Digitalen Modell und am Zwilling Baureihe A PF = Produktfreigabe PF R1a R2a R2c Baureihe B.. Serviceinformationssystem (SIS) (gepflegt durch Service) Physische Prototypen 2a.. 2b 2c 1a 1b 1c 1d 2a.. 2b 2c As Designed As Built 1a 1b 1c 1d As Maintained Instanzen von Produkten Feedback in Produktentwicklung mit Auswirkung auf das digitale Modell Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 9

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11 Problem: Inhalt ist auf Dutzende von Systemen verteilt ALM PLM PPS Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 11

12 SIM1 MCAD 1 MCAD 2 ECAD 1 ECAD 2 SIM2 SIM2 RM SysML, CASE DiFa Service Schwierige Positionierung von ALM (1) Requirements System Architecture Software Mechanics Electrics/Electronics Simulation/Test Digital Factory Service Enterprise Service Platform MRP/ERP MRP/ERP Product/Process Backbone ALM PLM MPM MES SLM Team Data Management MCAD TDM ECAD TDM Sim PDM Authoring Systems Authoring Systems integrated via TDM OSLC and REST Technology Authoring Systems directly integrated API/Web Service-based Integration via Data Exchange TDM Systems Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 12

13 SIM1 MCAD 1 MCAD 2 ECAD 1 ECAD 2 SIM2 SIM2 RM SysML, CASE DiFa Service Schwierige Positionierung von ALM (2) Requirements System Architecture Software Mechanics Electrics/Electronics Simulation/Test Digital Factory Service Enterprise Service Platform MRP/ERP MRP/ERP Product/Process Backbone PLM MPM MES SLM Team Data Management ALM MCAD TDM ECAD TDM Sim PDM Authoring Systems Authoring Systems integrated via TDM OSLC and REST Technology Authoring Systems directly integrated API/Web Service-based Integration via Data Exchange TDM Systems Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 13

14 SIM1 MCAD 1 MCAD 2 ECAD 1 ECAD 2 SIM2 SIM2 RM SysML, CASE DiFa Service Der 80% Fall: Verschiedene Tools für RM, SysML und CASE Requirements System Architecture Software Mechanics Electrics/Electronics Simulation/Test Digital Factory Service Enterprise Service Platform MRP/ERP MRP/ERP Product/Process Backbone PLM MPM MES SLM Team Data Management MCAD TDM ECAD TDM Sim PDM Authoring Systeme Authoring Systems integrated via TDM OSLC and REST Technology Authoring Systems directly integrated API/Web Service-based Integration via Data Exchange TDM Systems Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 14

15 SIM1 MCAD 1 MCAD 2 ECAD 1 ECAD 2 SIM2 SIM2 RM SysML, CASE DiFa Service SysLM Backbone: Föderiert und basierend auf verlinkten Daten Anforderungen System Architecture Software Mechanics Electrics/Electronics Simulation/Test Digital Factory Service Enterprise Service Platform MRP/ERP MRP/ERP System Lifecycle Management (SysLM) Product/Process Backbone MPM MES Team Data Management MCAD TDM ECAD TDM Sim PDM Authoring Systeme Authoring Systems integrated via TDM OSLC and REST Technology Authoring Systems directly integrated API/Web Service-based Integration via Data Exchange TDM Systems Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 15

16 Realisierung eines Graph- und Repository-basierenden ECM Prozesses Graphical GUI with embedded WEB Services Graph Based Visualization Link Repository Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 16

17 Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) 2015 Folie: 17

18 Graph Präsentation von Affected Items im ECM Prozess Quelle: Promotionsvortrag Joscha Ernst Requirements Functions Logical Elements Items and Assemblies (E-BOM)) Processes Tools and Ressources Documents Supplier Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 18

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21 Service Lifecycle Management Model Based Systems Engineering + PLM (mecpro²) Product Lifecycle Management System Model Simulation Model Requirements Definition R F/B System Model Product Planning Targets Simulation Model Design CASE M-CAD E-CAD Validation Requirements Engineering and Specification (Requirements, Functions and Behavior) Virtual Tests Process Planning Production PLM Backbone Physical Tests L Logical System Design and Multiphysical Simulation Simulation Testing CASE Model E-CAD Model M-CAD Model P Discipline-specific Design Services Mechanics Mechanik Discipline-specific E/E Detailing Software Hybrid Tests (z.b. HIL) Modeling and Analysis Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 21

22 SysML PKW Architektur SysML PKW Architektur Stakeholder Analyse Use Cases Requirements Test Cases Architecture Internal Structure Instances Behaviour Design & Computation Model Quelle: Einsatz von Model-based Systems Engineering in der Automobil Industrie, Dr. Markus Brandstätter und Carolin Eckl TdSE 2015 Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 22

23 Textual Requirements Die Systemarchitektur auf drei Ebenen The interdisciplinary Architecture Model RFLB (SysML) Requirement Engineering Interdisciplinary Requirements {R1,R2,R3,.Rn} SW Requirements {RS1,RS2,RS3,.RSn} SW Component Architecture (UML) HW Requirements {RH1,RH2,RH3,.RHn} HW/ES Component Architecture RFLB (SysML, ) Mechanics Physical Component Architecture Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 23

24 Textual Requirements Die Systemarchitektur auf drei Ebenen The Interdisciplinary Architecture Model RFLB (SysML) Requirements Engineering Interdisciplinary Requirements {R1,R2,R3,.Rn} SW Requirements {RS1,RS2,RS3,.RSn} Mechanics SW Component Architecture (UML) HW Requirements {RH1,RH2,RH3,.RHn} HW/ES Component Architecture RFLB (SysML, ) Evtl. weiteres BMBF Forschungsprojekt Automotive Supply Chain Elektronik/ ES bei Systemarchitektur Physical Component Architecture Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 24

25 Mapping von Product Line Engineering mit MBSE In der Mechanik bekannt: Querbaukästen, Varianten, Wiederverwendung Weitere Industrieprojekte Verbindung PLE mit Systemarchitektur Quelle: Siemens PLM Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 25

26 PLE: Baukästen über Derivate, Varianten und Plattformen BOM Mini BOM BMW X1 BOM BMW 2 VAN A B C D H D M Z H A A H A L G B C D B C D A B C D M B C D Z H M A H J M Z H J Z H A L G B C D L A A L G B C D M B C D Z H A C D M Z H A L G B C D M Z J H J L G B C D M Z H J L G A M Z H J L A B C D L G B C D M Z H J M Z H A L G A L G B C D B C D M Z H M A Z H J L G B C D L A M B C D Z H A A L G B C M Z H J B C D M Z L G M Z H J L G L G J D H J B A B C D H D M Z H A A H A L G B C D C D A B C D M B C D Z H M Z H J A H J M L G Z H A B C D L A M A L G B C D B C D Z H A C D M Z H A L G B C D M Z J H J B C D M L G Z H J L G A M Z H J L A B C D L G B C D M Z H J M Z H A L G A L G B C D B C D M Z H M Z H J A L G B C D L A M B C D Z H A A L G B C M Z H J B C D M Z L G M Z H J L G L G J D H J A B C D H D M Z H A A H A L G B C D B C D A B C D M B C D Z H M Z H J A H J M Z H A L G B C D L A A M L G B C D B C D Z H A C D M Z H A L G B C D M Z J H J B C D M L G Z H J L G A M Z H J L A B C D L G B C D M Z H J M Z H A L G A L G B C D B C D M Z H M Z H J A L G B C D L A M B C D Z H A A L G B C M Z H J B C D M Z L G M Z H J L G L G J D H J Querbaukästen, z.b. Achsträger, Klimaanlagen, Sitze, Lenkräder, Motoren, Getriebe, Felgen,..

27 Nutzen von SE, MBSE and PLE Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 27

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29 Die BOM muss integriert und interdisziplinär sein (1) Netzwerkartige Strukturen (MBSE, E/E) Product Housing Battery Purchased Assy PCA Manuals Behavior Hierarchische Strukturen für Hardware AML / AVL Viewables Requirements CAD Model Data Sheets Analysis Schematic Discloses & Declarations PCB Approved Suppliers Classified Component Std Parts Attributes ASICs Firmware Assy Mechanical Parts AML / AVL Component Software AVL Element A Baseline 1.1 Element B Pro: Entspricht der Realität, nahe an der M-BOM oder identisch Con: Viele Redundanzen zu CAx Element C Lineare Strukturen für Software tag T 1 T 2 trunk merge 5 6 branch Zeit Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 29

30 Die BOM muss integriert und interdisziplinär sein (2) Product Hierarchische Strukturen für Hardware Pro: Einfach, nutzt Cax Strukturen Con: Ist rein disziplinorientiert Netzwerkartige Strukturen (MBSE, E/E) Manuals Battery Software Electronic Schematic PCB Std Parts Aus CASE Baseline 1.1 Element A Element B Element C AML / AVL ASICs Firmware Assy Component Emb.Software Zeit Aus Elektronik CAD Mechanical Parts Housing Aus Mechanik CAD Components Behavior Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 30

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32 Die Zeichnung Die Sprache des Ingenieurs Rückblick 1980 Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 32

33 Prozess: Produktentwicklung und BOM / BOP Quelle: Siemens PLM Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 33

34 Process Plan View Process Plan Tree Work Instruction Workbench Quelle: ARAS Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 34

35 Komplexität zwischen PLM, MPM, MES, ERP, SFC, Quelle: techclarity Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 35

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37 Verteilung der Funktionen auf eine IT Infrastruktur Gesamtfahrzeug Triebwerk Fahrwerk Bremsen Bremsteile Vorderachse Bremssysteme (elektrische Funktionen) Karosserie Ausstattung Elektrik Funktionen Design Fahrerlebnis Bremsen G Lastenheft Bremse LW Format Entscheidungsvorlage Berechnung Bremse Kosten Bremsteile Gewicht Bremse R F L R F L Visualisation Visualisation Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 37

38 Arten von MBSE SysLM Integrationen SysML u.a. SysML u.a. SysML u.a. Trend: Höhere Intelligenz der Autorentools Quelle: VPE, C. Muggeo. Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 38

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40 Smart Engineering Lab (1) Zielsetzung & Leistungen Machbarkeitstests und Aufbau von Modell-basierten Toolketten mit Multi-System-Ansatz zur Demonstration und Bewertung der technischen Realisierbarkeit im Kontext unternehmensspezifischer Use Cases: Übersicht und Erprobung von Funktionalitäten in MBSE-Software (Multi-Systeme). Erprobung des durch OSLC unterstützten Funktionsumfangs bzw. der Umsetzung/ Implementierung von OSLC in MBSE-Software. Ergonomie/Usability von MBSE-Software. IT-Rahmenbedingungen (Installation, Konfiguration, Schnittstellen, usw.). Migration (Prozesse, Nutzer, Daten, usw.). Aufbau einer entsprechenden IT Infrastruktur als Demo-/Test-/Verprobungsumgebung: Industrie 4.0/MBSE Toolketten abbilden, Legacy Systeme anbinden, föderierter Ansatz. Sitz und Durchführung in Kaiserslautern unter Leitung von VPE. Neutral, unabhängig. Stark anwendungsorientiert, aber auch mit wissenschaftlicher Ausrichtung. Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 40

41 Smart Engineering Lab (2) Umsetzung VPE baut in Kaiserslautern die notwendige IT-Infrastruktur auf und sorgt für Organisation, Betrieb, Support und Marketing des Labs (mit Support der beteiligten SW-Vendoren). VPE organisiert und führt Projekte, Schulungen, Veranstaltungen, usw. durch (regelmäßige Ausbildung/Schulung der VPE Mitarbeiter durch die beteiligten SW-Vendoren). Pool von Firmen als Mitglieder (Anwender, Berater/Dienstleister, SW-Vendoren, Organisationen, etc.) Bildung/Gründung einer Organisation/Struktur unter Leitung von VPE ist vorgesehen. Für Unternehmen, die an dem Themenbereich vernetzte Industrie 4.0/MBSE Toolketten (Multi-Systeme) interessiert sind und gemeinsam mit VPE und weiteren Mitgliedern anwendungsnah und in einer Demo-Umgebung F&E betreiben wollen. Mitgliedschaftsrechte und aktive Einbindung der Mitglieder (Nutzung des Labs, Teilnahme an regelmäßigen Versammlungen, Mitarbeit in Arbeitsgruppen, Außendarstellung, usw.) Gestaffelte Mitgliedsbeiträge (abhängig von Unternehmensgröße usw.). Möglichkeit für Nicht-Mitglieder zur Durchführung von Anwendungsprojekten, Schulungen, etc. auf Kostenbasis: Abgeschlossene Anwendungsprojekte im Kontext unternehmensspezifischer Use Cases. Tool-spezifische praktische Schulungen. Gestaffelte Kosten (abhängig von Nutzungsdauer des Labs, Teilnehmerzahl, genutzten Lizenzen, etc.). Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2016 Folie: 41

42 Professor Dr.-Ing. Martin Eigner TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) Postfach Kaiserslautern Gottlieb-Daimler Straße Kaiserslautern Tel. +49 (0) Fax: + 49 (0) eigner@mv.uni-kl.de