Workshop Entwicklung zuverlässigerer mechatronischer Systeme

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1 Workshop Entwicklung zuverlässigerer mechatronischer Systeme Lösungsansätze für die zuverlässige mechatronische Produktentwicklung Ergebnisse aus Forschungsprojekten Dr. Haygazun Hayka Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) Produktionstechnisches Zentrum, Berlin 10. Februar 2011

2 Agenda Kurzvorstellung Fraunhofer IPK Verbundprojekt MIKADO Projekt Komet Verbundprojekt ISYPROM

3 Fraunhofer ist die größte Organisation für angewandte Forschung in Europa 60 Fraunhofer-Institute. Mehr als Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, überwiegend mit natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung. 1,65 Milliarden Euro Forschungsvolumen jährlich, davon 1,4 Milliarden Euro im Leistungsbereich Vertragsforschung. Zwei Drittel dieses Leistungsbereichs werden mit Aufträgen aus der Industrie und mit öffentlich finanzierten Forschungsprojekten erwirtschaftet. Ein Drittel wird von Bund und Ländern als Grundfinanzierung beigesteuert. Internationale Niederlassungen sorgen für Kontakt zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen.

4 Daten und Fakten Produktionstechnisches Zentrum 1986 Bezug des PTZ durch IWF und IPK 517 Mitarbeiter (Wissenschaftler, Dienstleistung und Studenten) Mehr als 70 Versuchsstätten und 7 Speziallabore auf ca m² Etat von ca. 24,6 Mio. Euro im Jahr % der ehemaligen Mitarbeiter gründeten ein eigenes Unternehmen

5 Bereich Virtuelle Produktentstehung: Forschungsfelder 1. Produktentwicklungsmethoden und -prozesse Analyse und Synthese von Produktentstehungsprozessen sowie Teilprozessen aus methodischer und organisatorischer Sicht 2. Produktgestaltung und funktionale Absicherung Modellierung von Produkteigenschaften und -merkmalen (Anforderungen, Strukturen, Funktionen, Geometrieerstellung, -verarbeitung und -reparatur, Qualität digitaler Daten, ) 3. Intuitive Interaktion mit virtuellen Prototypen Kontextsensitive Bereitstellung von Informationen für die unterschiedlichen Szenarien und Akteure in der Produktentstehung (Entwickler, Planer, Manager, Analysten etc.) 4. Informationsmanagement für die Produktentstehung Erfassung, Verwaltung, Aufbereitung und Bereitstellung von Informationen, die im Produktlebenslauf generiert und in der Produktentstehung genutzt werden 5. Digitale Fertigungs- und Fabrikprozesse Modellierung von Fertigungsprozesseigenschaften und -merkmalen (Produkt, Fertigungs-/Montageprozess, Betriebsmittel, Fabriklayout, ) im Rahmen der Produktentstehung und phasenbezogener Abgleich der jeweils abgebildeten Prozesse mit den definierten Zielsetzungen.

6 Bereich Virtuelle Produktentstehung: Leistungsangebot Organisatorische, informationstechnische und methodische Optimierung von Produktentwicklungsprozessen Entwicklung und Anpassung von Methoden und Werkzeugen für die digitale Produktentstehung Technologiemonitoring, Roadmap-Erstellung und Zukunftsanalysen für die PLM- Lösungsbebauung in Unternehmen Auswahl, Einführung und Customizing von PLM-Systemen Optimierung von Kommunikation, Informations- und Datenaustausch Entwicklung von kundenspezifischen Softwarelösungen Erarbeitung von Integrationslösungen für Produktentwicklung und Produktionsplanung

7 Verbundprojekt MIKADO: Konsortium Gefördert durch Projektträger Koordination Laufzeit: Oktober März 2009 Anwender Systemhäuser Forschungseinrichtungen Assoziierte Partner

8 Ausgangslage Durch Maschinenbau geprägter mechatronischer Produktentstehungsprozess Aufeinander wenig abgestimmte Prozesse Fehlende Koordination, Kooperationsunterstützung Späte Erkennung der Defizite Maschinenbau Elektrotechnik Informationstechnik Regelungstechnik

9 Zielsetzung Synchronisierte und integrative Systementwicklung im Sinne des Systems Zulieferer 2 Zulieferer 1 OEM Engineering Interdisziplinäres Anforderungsmanagement Disziplinübergreifende Information, Koordination und Abstimmung System- Spezifikation Maschinenbau Elektrotechnik / Elektronik Informationstechnik Regelungstechnik Integrative Gestaltung System- Integration Zuverlässigere mechatronische Produkte Anforderungsmanagement

10 Anwendungsszenarien Maschinen- und Anlagenbau Energiewirtschaft Projektierung Kleinserienfertigung Änderungsdienst Datenerfassung und Steuerung für Photovoltaik Anwendungsszenarien in MIKADO Gebäudeautomatisierung Fahrzeugtechnik Intelligent Area Controler Sitzentwicklung Schiebedach Verstelleinrichtung für Automobilinterieurteile

11 Schwerpunkte Interdisziplinäre Zusammenarbeit ermöglichen Anforderungsgesteuerte Prüfung und Diagnose Analyse und Bewertung mechatronischer Prozesse

12 Interdisziplinäre Zusammenarbeit ermöglichen Maschinenbau Ingenieur Maschinenbau Ingenieur Mechatronik Kooperationsplattform Engineering Dienstleister Elektronik Ingenieur Elektronik Ingenieur Information Koordination Kooperation Software Entwickler Software Entwickler Zulieferer

13 Integriertes mechatronisches Informationsmodell

14 Mechatronik-Kooperationsplattform - Umsetzung Maschinenbau Ingenieur Produktorientierte Prüf- und Diagnosewerkzeuge MIKADO Client OEM Prozessorientierte Prüf- und Diagnosewerkzeuge MIKADO Client Zulieferer Zulieferer Elektronik Ingenieur Software- Entwickler Kooperationsmanagement Kooperationsmanagement Kooperationsmodell Kooperationsmodell Mechantronik-Kooperationsplattform Struktur/Kontext Mapping Schema Mapping Datenmanagement Mechantronik-Kooperationsplattform Datenmanagement Informationsmodell Informationsmodell Basisdienste Basisdienste Prozessmodell Prozessmodell Struktur/Kontext Mapping Schema Mapping Workflow Workflow Engine Engine Dienstleister

15 Anforderungsgesteuerte Prüfung und Diagnose - Ausgangslage Maschinenbau Elektrik/Elektronik Informationstechnik Regelungstechnik Verifikation an fest definierten Zeitpunkten Aufwendige Aufbereitung zur Entscheidungsfindung Disziplinbezogen Fehler werden spät erkannt

16 Anforderungsgesteuerte Prüfung und Diagnose Anforderungsnetz Maschinenbau Elektrik/Elektronik Informationstechnik Regelungstechnik Verifikation je nach Bedarf Disziplinübergreifende Abstimmung Einfache Verifikation des Entwicklungsstandes Zustandsprüfung Reifegradmessung Diagnose Kommunikation von Änderungsbedürfnissen Legende: Synchronisation der Entwicklung und Anforderungen Änderungsbedarf

17 Prozess Produktorientierte Prüf- und Diagnosewerkzeuge - Konzept Die Entwicklung jederzeit nach Vorgaben und Anforderungen prüfbar machen, um Abweichungen rechtzeitig zu erkennen Anforderungen Eigenschaftsabsicherung Produkt Anforderungen erfassen Funktionen spezifizieren grobe Produktstruktur festlegen Testfall definieren/ zuordnen Funktionsträger, Bauteil/Disziplinen zuordnen Parameter definieren Prüfwerkzeug 1 Prüfwerkzeug n FMU Anforderungsmodel Funktionsmodel Produktstruktur V-Modell als Makrozyklus nach VDI 2206 Prüfvorgang Prüfparameter Prüfprotokoll Domänenspezifischer Entwurf Maschinenbau Elektrotechnik Informationstechnik Modelbildung und -analyse Maschinenbau Elektrik/Elektronik Informationstechnik Regelungstechnik

18 Produktorientierte Prüf- und Diagnosewerkzeuge - Umsetzung Anforderungsmanagement (FOD-Modeller) Auswahl Test und Übergabe Parameter Durchführung des Tests durch FMU Rückmeldung Ergebnis und Dokumentation

19 Prozessorientierte Prüfung und Diagnose Modellierung Maschinenbau Ingenieur Elektronik Ingenieur Bewertung Software Entwickler

20 Prozessorientierte Prüf- und Diagnosewerkzeuge - Konzept Mechatronische Prozesse effizienter gestalten Best Practices Referenzvorgehensbausteine Feldstudien bei Projektpartnern Erfahrungswissen von Projektpartnern Studien Prozessmodellierung Prozessbewertung

21 Prozessorientierte Prüf- und Diagnosewerkzeuge - Umsetzung RVB Modellierung mit DimSiMP Simulation mit DimSiMP Checkliste Ist-Prozess Modellierter Ist-Prozess Optimierter Prozess Prozessdiagramm Verbesserungs zyklus Export Statistiken aus der Praxis oder Simulation Ausführung des Prozesses und Erfassung der Verlaufsdaten Prozessdefinitionsdatei Prozessbeschreibung Workflow- Engine

22 Integrierte Werkzeuglandschaft von MIKADO Anwender 1 1 Anwender 2 Prozessmodellierung MIKADO und Clients Simulation Functional MIKADO Mock-Up Clients Functional Mock-Up MIKADO Clients Workflow- Engine Internet MIKADO Kooperations -plattform MIKADO Clients Function Oriented Design Function Functional Oriented Mock-Up Design MIKADO Kooperations MIKADO Kooperationsplattform -plattform Workflow- Engine Prozessmodellierung und Simulation Function Oriented Design Systemhaus 1 Systemhaus 2 Systemhaus 3 Systemhaus 4

23 Ergebnisse Ergebnisse Anwendungsbeispiele Maschinen- und Anlagenbau Fahrzeugtechnik Energietechnik Gebäudeautomatisierung Dienstleistungen IT-Consulting Einführen und Optimieren von entwickelten Werkzeugen Individuelle Softwareentwicklung Prozesslösungen Einführungsstrategien Referenzmodelle Prozessleitfäden Produkte Mechatronik-Kooperationsplattform Mechatronik PDM Interdisziplinäres Anforderungsmanagement-System Funktionsorientierte Prüf- und Diagnosesysteme Werkzeug für Prozessmodellierung, -analyse und -bewertung

24 Projekt KOMET - Motivation Die methodischen und technischen Lösungsansätze, die in MIKADO entwickelt wurden, auf eine andere Auswahl von IT-Systemen (PDM, Anforderungsmanagement, Testplanning, etc.) übertragen Ergebnisse aus MIKADO Neuer Usecase & Andere IT- Umgebung Prozesstemplates auf fein granularer Ebene (IT- Integrationsworkflows anstatt Entwicklungsprozesstemplates wie in MIKADO) entwickeln Integrationsmodule für handelsübliche IT-Systeme (z.b. Teamcenter, Doors, Sharepoint, etc.) entwickeln Prozess-templates Integrationsmodule

25 Projekt KOMET - Vorgehensweise Anwendungspartner bestimmen Prozessmodelle Liste der eingesetzten IT- Systeme Liste der Dateninputs und - outputs Entwicklungsprozesse aufnehmen Integrationskonzept entwickeln Integration prototypisch umsetzen Ergebnisse evaluieren Angepasstes Prozessmodell Schnitt- stellen- Module Modell der Ziel-Architektur und Schnittstellen Workflow- Modelle Ergebnisse abstrahieren Dokumenten / Daten Input Output Aktivität Workflow- Templates Refaktorierte Schnittstellen- Module

26 ISYPROM auf einen Blick Modellbasierte Prozess- und Systemgestaltung für die Innovationsbeschleunigung Laufzeit: 1. November 2008 bis 31. Juli 2011 Budget: 4,6 Mio (474 PM) / Fördersumme: 2,5 Mio Projektstatus Prototypische Lösungen zum Meilenstein 3 fertiggestellt Beginn der Pilotierungsphase bei den Anwendern Modellbasierte Gestaltung von Prozessen und Systemen zum PLM-integrierten Innovationsmanagement und Systems Engineering Endanwender Software/ Consulting Forschung Creating Excellence

27 Vertikale Integration Zielvorstellung ISyProM Heute Morgen Horizontale Integration Modellbasierte Prozess- und Systementwicklung Prozess- und Unternehmensmodellierung SE- SystemmodellierungProzesse IT- Werkzeuge Integriertes Systems Engineering Produktmodellierung PLM

28 ISYPROM Lösungsportfolio Bewertung von Produkt- und Prozessalternativen Referenzprozess für das Systems Engineering Methoden der integrierten Produkt- / und Prozessmodellierung Toolchain zur integrierten Produkt- / und Prozessbewertung Integrierte funktionsorientierte Systementwicklung Funktionsorientierte domänenübergreifende Verknüpfung und Visualisierung von produktbeschreibenden Daten Systemanalysen z.b. Impact Analysis Datenmapping zwischen Engineering-Tools und SOA-Anbindung Monitoring und Optimierung des Innovationsprozesses Prozessmetriken u. Reifegradmodell zur Erhöhung der Prozessqualität Prozessassistent für die systematisierte Innovationsumsetzung Tool-Integration zwischen Innovationsmanagement und PLM über SOA und PLM-Services

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit