B.I.M.-Consulting mbh Veröffentlichung EDM-Report Nr.2, 1999

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1 Mehr Flexibilität bei der Integration von ERP- und PDM-Systemen Dr. Rolf Paul, B.I.M.-Consulting mbh Magdeburg Dr. Georg Paul, Universität Magdeburg Holger Wierschin, B.I.M.-Consulting / Uni Magdeburg Dr.-Ing. Rolf Paul ist Geschäftsführer der B.I.M. Consulting und interessiert sich für die Anwendung von PDM-Systemen im Rahmen einer integrierten Auftragsabwicklung im Anlagenbau. Doz. Dr.-Ing. habil. Georg Paul ist als Dozent für Angewandete Informatik am Institut für Technische Informationssysteme der Universität Magdeburg tätig. Dipl.-Inf. Holger Wierschin ist im Rahmen eines Förderprojektes zwischen der Universität Magdeburg und der B.I.M. Consulting tätig. Die Einsatzfelder von ERP- und PDM-Systeme überschneiden sich in zunehmenden Maße. Einerseits greifen ERP-Systeme verstärkt in die klassischen Arbeitsfelder von PDM- Systemen ein. Andererseits reicht die reine PDM-Funktionalität für eine durchgängige Unterstützung des Produktentstehungsprozesses nicht mehr aus. Diese Überlappung von Funktionen und Daten bedingt die Notwendigkeit der Bereitstellung von effektiven Mechanismen, die mit geringem Konfigurationsaufwand die Konsistenz der Daten zwischen Entwicklung und Produktion sichern und ein redundantes Erfassen vermeiden. Die B.I.M. Consulting hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Technische Informationssysteme der Universität Magdeburg eine Methode entworfen, die eine Integration von PDM und ERP über Kritische Objekte ermöglicht. Diese Methodik bildet die Standard-Integrationsschnittstelle des PDM-Systems PDV der Firma B.I.M. Consulting. Die Ausgangssituation Die Basisinformationen eines Fertigungsbetriebes bilden Auftrags- und Produktstrukturen (Stücklisten), die Entwicklungsdokumente (Zeichnungen, Pläne) und Stammdaten. Sie entstehen in der Projektierung, Konstruktion sowie Arbeitsvorbereitung und werden dann an die Produktionsplanung und Steuerung weitergegeben. Dabei ist ein redundantes Halten von Daten im technischen und kaufmännischen Bereich unvermeidbar. Zur Integration der technischen und kommerziellen Bereiche eines Unternehmens mit dem Ziel, die mehrfach gehaltenen Daten sinnvoll zu verwalten, stehen mit den Produktdaten-Management- Systemen (PDMS) erste praktikable Werkzeuge zur Verfügung. Die PDMS verwalten alle während eines Produktlebenszyklus anfallenden Informationen (von der Entstehung über die Produktion bis hin zur Wartung inklusive aller Manipulationen). Sie stellen damit das Bindeglied zwischen den Cax- Techniken - speziell CAD - und ERP dar [1]. Bezüglich der Abbildung und Ansiedlung der PDM-Funktionalität werden derzeit zwei Herangehensweisen unterschieden [2]: 1. Erweiterung der Funktionalität von ERP-Systemen um EDM-Funktionen,

2 2. PDM als Stand-Alone-Systeme zwischen CAD und ERP. Eine dritte Strategie, die in der Ergänzung von CAD-Systemen um zusätzliche Funktionen zur Produktdatenverwaltung besteht, rückt derzeit immer mehr in den Hintergrund. Die Ursache dafür ist, daß diese Lösungen oft nicht über eine erweiterte Zeichnungs- und CAD-Modell-Verwaltung hinausgehen. Eine durchgängige Verwaltung der Daten während des gesamten Produktlebenszyklus fehlt in den meisten Fällen, da sich diese Architekturen ausschließlich auf die Konstruktionsabteilungen beschränken. Ein weiteres Defizit ist die Fixierung auf ein bestimmtes CAD-System. Die Situation in den meisten Unternehmen stellt sich so dar, daß für die verschiedenen Spezialaufgaben unterschiedliche CAD-Systeme zum Einsatz kommen, Informationen aus der Fertigung mit integriert und Dokumente von Zulieferern eingebunden werden. Ein solcher kontrollierter Datenfluß ist mit diesem Ansatz nicht möglich und begründet sich auf die Abhängigkeit von den speziellen CAD-Systemen. Was bleibt ist die Frage: Welcher der beiden anderen Strategien ist die Richtige? Im Maschinen- und Anlagenbau sowie in der Automobilindustrie stellt sich die Situation so dar, das der Hauptteil der Aufwändungen für die Erstellung eines Produktes in der Fertigungsvorbereitung angesiedelt ist. Dieser Prozeß ist durch ein ausgeprägtes Freigabe- und Änderungswesen und ein flexibles Konfigurationsmanagement geprägt. Hier stoßen die um PDM-Funktionalität erweiterten ERP -Systeme auf ihre Grenzen [3], da diese in erster Linie für die Fertigung entwickelt wurden. Verdeutlicht wurde dies in einer von CSC-Ploenzke im Rahmen eines Benchmarktestes durchgeführten Untersuchung der PDM-Funktionalität von SAP/R3. Diese wurde als Engineeringungeeignet eingestuft [4]. Das größte Manko von R3 liegt in der fehlenden Versionsverwaltung von Materialstämmen. Bei Änderungen an Produktstrukturen durch die Konstruktion zieht das zwangsläufig Änderungen der Stücklisten in der Produktion nach sich. Diese Änderungen werden durch einfaches Überschreiben realisiert, wodurch es zum Verlust der alten Stückliste mit sämtlichen Informationen zu Bearbeitern, Prüf- und Freigabeprozessen und zugeordneten Dokumenten kommt. Die Ursache dafür liegt nicht zuletzt darin, daß die Einführung eines flexiblen Konfigurationsmanagements und einer Versionsverwaltung die Änderung des Materialstammes bedingen würde, welcher in fast jedem Modul von R3 verankert ist. Ein weiteres Manko von ERP- Systemen besteht in den eingeschränkten Möglichkeiten zum Dokumentenmanagement (Versionierung, Archivierung), was gerade bei der heutigen Dokumentenlastigkeit in der Produktentstehung nachteilig ist. Für die meisten Unternehmen stellen unter Berücksichtigung der vorhergehenden Betrachtungen die Stand-alone-PDM-Systeme den einzig gangbaren Weg [3] dar, da diese unabhängig von CAD- und ERP-Systemen den kompletten Produktlebenszyklus inklusive Freigabe- Änderungs- und Konfigurationsmanagement abbilden. Desweiteren verfügen derartige Systeme in der Regel über ein ausgeprägtes Dokumentenmanagement. Um einen kontrollierten Informationsfluß zwischen Technik und Produktion zu gewährleisten, muß das PDMS eine enge Kopplung an den CAD- und ERP-Bereich bieten. Das Ziel des PDMS- Einsatzes soll die Kostenreduktion auf der Basis der Vermeidung redundanter Datenerfassung, ein sogenanntes unternehmensweites Datawarehouse, und der Erhöhung der Transparenz der Geschäftsprozesse sein.

3 Produktdatenmanagement Produktionsplanung u. Prozeßsteuerung Funktionalität unternehmensweites Datawarehouse Kunden Lebens- Zyklus Zulieferer Produkt - Kundenorientierte Produktentwicklung - Multimediale Angebotserstellung - Servicemanagement - Integriertes Dokumentenmanagement - Instandhaltungsmanagement - Informationmanagement - Technisches Controlling - Prozeßorientiertes Auftrags- und Projektmanagement - Produktstrukur- und Dokumentenmanagement Bild 1 Unternehmensweites Engineering Datawarehouse durch Einsatz von ERP und PDMS - Standardisierung von Teilen,... - Verteiltes Entwickeln - Produktdatenaustausch - Änderungsmanagement - Finanzmanagement Die Forderung Während die Schnittstelle zu den CAD-Systemen klar durch die Verwaltung von Zeichnungen, CAD-Modellen und Stücklisten im konstruktiven Bereich bestimmt ist, verschwimmt die Grenze zwischen PDM und ERP in zunehmendem Maße. Die Überschneidung von PDM und ERP in ihren Arbeitsfeldern (im Bild 1 dargestellt am Beispiel des PDMS PDV der B.I.M. Consulting) erfolgt sowohl funktional als auch auf der Basis gemeinsamer Datenbestände.

4 Berichtswesen PDV Auftragsleitstand / -koordination Techn. Kalkulation Klassifizierungssystem Produktverwaltung (Teil, Struktur) Dokumentenabbildung (Dokument - Teil) Produkt- und Dokumentenlebenszyklen Technische Kataloge Betriebsaufträge Neue gemeinsame Funktionen Managementinformationssystem Technisches Controlling Produktstandardisierung Produktstrukturmanagement Prozeßsteuerungssystem Kapazitätsplanungssystem mit Controlling PPS Auftragswesen Kapazitätsplanung Materialwirtschaft incl. Lagerwirtschaft Stammdaten (Artikel, Pläne) Kapazitätssteuerung Fertigmeldesystem Kapazitätsplanung Betriebskalender Finanzbereich Bild 2: Engineering Warehouse Funktions- und Datenüberlappung zwischen PDMS (hier PDV) und ERP Mit der Entscheidung für ein Stand-alone-PDMS rückt die Bereitstellung einer flexiblen Schnittstelle zwischen PDMS und ERP in den Vordergrund. Diese Schnittstelle soll im Unterschied zu den heute üblichen propritären Ansätzen eine konfigurierbare Integration der beiden Funktions- und Datenbereiche ermöglichen, um den gesamten Produktlebenszyklus optimal zu unterstützen. Dabei soll der Umfang an redundant zu haltenden Daten gesenkt und redundantes Erfassen vollkommen beseitigt werden. Als Lösungsvorschlag soll dazu der Ansatz der Kritischen Objekte betrachtet werden. Der Lösungsansatz Wie bereits in Bild 2 verdeutlicht wurde, existiert zwischen PDMS und ERP eine Daten- und Funktionsüberlappung, die daraus resultiert, daß diese Systeme gleiche Datenobjekte in den verschiedenen Produktentwicklungsphasen verwalten. Diese Datenredundanz bezieht sich in erster Linie auf die Datenobjekte Artikel, Produktstruktur sowie Auftrag und daran angrenzende Informationsbestände (Kunden, Materialien, Lieferanten,...). Diese redundant gehaltenen Datenobjekte unterscheiden sich zwischen den Systemen in ihrer Ausprägung, sind aber systemübergreifend konsistent zu verwalten. Um die Konsistenz zwischen den Objekten in PDMS und ERP zu gewährleisten und die Ausprägungsunterschiede transformieren zu können, bietet sich die Einführung einer Zwischen- oder Abbildungsschicht an. Diese Abbildungsschicht ermöglicht die Integration zwischen den Systemen, ohne diese datentechnisch zu verändern. Die Basis der Abbildungsschicht bilden die im weiteren als Kritische Objekte bezeichneten Datenobjekte, welche zwischen den Systemen abgeglichen bzw. ausgetauscht werden sollen (siehe Bild 3).

5 PDV- Funktionen Managementinformationen Berichtswesen Auftragsleitstand / -koordination Angebots- und Auftragsverwaltung Techn. Kalkulation Liquiditätsplanung Terminierung, Ist-Daten-Erfassung Produktverwaltung (Teil, Struktur) Bedarfe Klassifizierung Dokumentenverwaltung Produkt- und Dokumentenlebenszyklen Betriebsaufträge Kritische Objekte MIS - Objekte Auftrag, A-STL, Artikel, Pläne AUFTRAG-Objekt Auftrag, A-STL, Haupttermine TRANSAKTIONS-Objekt Artikel, Lieferant, Pläne PRODUKT / DOKUM.-Objekt Artikel, Dokum. (Plan, Zeichng.) PROZEßSTEUERUNGS-Objekt Artikel, Dokument, Status PPS- Funktionen Kostenrechnung Finanzbuchhaltung Unternehmensplanung Fakturierung Lagerhaltung Einkauf Kalkulation (Excel) KAPAZITÄTSPLANUNG-Objekt BA, Pläne, Artikel Bild 3 Kritische Objekte zwischen PDMS und ERP (Bsp. PDV als PDMS) Ein Kritisches Objekt ist ein Datenobjekt, welches sich aus einem Daten- und einem Verwaltungsteil zusammensetzt. Der Datenteil enthält die Informationen, die von einer Seite (ERP oder PDMS) bereitgestellt werden und mit dem jeweils anderen System abgeglichen werden sollen. Der Verwaltungsteil enthält Quittungs- und Steuerinformationen, die eine Aussage über den Status eines Kritischen Objektes ermöglichen. Zusätzlich zu den Daten befindet sich in der Abbildungsschicht eine Steuerungslogik, in der die konkrete Ausprägung der zu realisierenden Integration konfiguriert werden kann. Diese Steuerungslogik enthält Informationen darüber, welche Kritischen Objekte für die zu realisierende Integration aktiviert werden sollen, in welche Richtung der Datenabgleich erfolgt und welche Aktionen zum Bereitstellen der Daten in der Abbildungsschicht sowie welche Aktionen (Transformationen) zum Abgleich der Daten mit dem Fremdsystem abzuarbeiten sind (dynamische Aktionsausführung). Zusätzlich sind Informationen über die möglichen Stati eines Kritischen Objektes (eingestellt, übertragen, fehlerhaft, modifiziert,...) und zu erwartende Fehlercodes flexibel verwaltbar. Der Informationsabgleich zwischen einem PDM- und einem ERP-System kann auf der Basis der Kritischen Objekte bidirektional erfolgen. Dieser Fakt wirft bei der Konfiguration der Schnittstelle die Diskussion auf, welche Datenobjekte für den jeweiligen Anwendungsfall als Kritische Objekte relevant sind, und welches System (PDMS oder ERP) das jeweils führende System darstellt. In einem Fertigungs-lastigen Unternehmen wird das ERP-System den Master für die Datenbereitstellung und den Abgleich bilden, während in Unternehmen mit einem ausgeprägten Engineering-Anteil das PDMS das führende System darstellt. Die Festlegungen zu den Datenobjekten und den Abgleichrichtungen sind individuell zu treffen und machen die Flexibilität des Ansatzes aus.

6 Um ein sicheres Einstellen der Objekte in die Schnittstelle (Abbildungsschicht) und ein sicheres Abgleichen der eingestellten Daten mit dem Zielsystem zu erreichen, werden alle Aktionen zwischen dem PDMS und der Abbildungsschicht sowie dem ERP und der Abbildungsschicht in eine Transaktionsklammer (siehe Bild 4) gekapselt. Kritische Objekte Transaktionsklammer Transaktionsklammer Teil' PDMS Auftrag' Check-In Transformation Check-Out aktivierte kritische Objekte Auftrag'' Teil'' TA-Status Fehlercodes Produktstruktur''' Produktstruktur'' Transaktions -Aktionen Check-In Transformation Check-Out Produktstruktur' Teil''' PPS Auftrag''' Transaktionsklammer Transaktionsklammer Bild 4 Integration von PDMS und ERP über Kritische Objekte Das Einstellen der Daten in die Kritischen Objekte der Schnittstelle erfolgt entsprechend der Festlegung für die Masterseite, d.h. welche Seite die Daten primär bereitstellt oder dominant verwaltet. Die Bereitstellung der Daten kann über die Aktivierung von Datenbanktriggern (bei Datenbank-basierten Systemen) oder durch manuelle bzw. automatische Ausführung von Aktionen, entsprechend ihrer Festlegung in der Transaktions-Aktions-Liste, realisiert werden.

7 Die Integration der Datenobjekte aus der Schnittstelle in das Fremdsystem erfolgt in 4 Phasen. Zuerst wird eine Abgleich-Transaktion gestartet, indem eine Menge von Kritischen Objekten zusammengestellt und mit einer eindeutigen, durch die Schnittstelle bereitgestellten Transaktions-Id versehen werden. Diese Datenobjekte sind während der Dauer der Transaktion nicht manipulierbar, z.b. wird ein erneutes Einstellen aus dem Erzeugersystem verhindert. Im zweiten Schritt werden die Daten unter Verwendung der in der Transaktions-Aktions-Liste definierten Operationen in ein Format transformiert, in welchem sie in das Zielsystem übernommen werden können. Dieses Format kann im einfachsten Fall eine ASCII-Datei sein. Im Falle eines Datenbank-basierten Zielsystems kann je nach Offenheit auch die Datenbereitstellung gleich im Modell des Zielsystemes erfolgen. In der dritten Phase erfolgt die Übernahme der Daten in das Zielsystem. Zu diesem Zweck wird die Funktionsschnittstelle des Zielsystems verwendet, indem die entsprechenden Funktionen zur Objektmanipulation aufgerufen und mit den Schnittstellendaten versorgt werden. Dabei kann auch eine Ergänzung dieser Daten um im Zielsystem benötigte Pflichtinformationen erfolgen. In der letzten Phase werden die Rückkehrcodes des Zielsystems ausgewertet und erfolgreich übernommene Daten aus der Schnittstelle gestrichen bzw. fehlerbehaftete Daten mit dem entsprechenden Fehlercode versehen. Außerdem wird die Transaktion beendet und somit die Transaktionsklammer geschlossen. Aus den Steuerinformationen in der Schnittstelle kann man Schlüsse über erfolgte Datenübernahmen, aufgetretene Fehler und Ursachen der Fehler ziehen. Darüberhinaus können Übernahmefehler, die nicht durch das Erzeugersystem behoben werden können, durch Manipulation der Kritischen Objekte beseitigt und diese Daten erneut an das Zielsystem ausgecheckt werden. Das Fazit Flexibel konfigurierbare Integrationsschnittstellen rücken mit zunehmender Überlappung in den Daten und Funktionen von PDM- und ERP-Systemen in den Vordergrund mit dem Ziel, die durchgängig konsistente Verwaltung des Produktlebenszyklus zu unterstützen. Durch die Bereitstellung von Kritischen Objekten wird eine neutrale Abbildungsschicht geschaffen, die auf den Anwendungsfall bezogen konfigurierbar ist und die Überwachung der Integration und des Datenabgleiches zwischen PDMS und ERP steuert. Weitere Einsatzgebiete der Kritischen Objekte können die Integration von CAD-, Plottmanagement- und Scannmanagement-Systemen bilden Die praktische Umsetzung und Verifizierung dieses Ansatzes erfolgte unter anderem bei der Integration des PDMS PDV der Firma B.I.M. Consulting und des ERP-Systems SAP/R2 für die Entstaubungstechnik Magdeburg. Dabei wurden im PDV erfaßte Aufträge an SAP/R2 übergeben, um diese für die Kostenrechnung bereitzustellen. In der CAS AG Staßfurt wurde die Integration zwischen PDMS PDV und der Firma Szymaniak auf der Basis der Kritischen Objekte realisiert.

8 Der Ausblick Derzeit ist ein Anpassungsaufwand bei der Umsetzung dieses Architekturansatzes auf verschiedene zu integrierende Systeme unvermeidbar. Er resultiert aus der Modellierung der Datenstrukturen der Kritischen Objekte entsprechend ihres Aufbaues in den Systemen und in der Definition der Algorithmen zur Datenbereitstellung, Transformation und zum Einbringen in das Fremdsystem. Der Aufwand reduziert sich, da eine der beiden Seiten, in diesem Fall das PDM-System PDV, oft vordefiniert werden kann. Damit sind die relevanten Datenobjekte bekannt und die Schnittstelle kann auf diese zugeschnitten werden. Den fexiblen Anteil bilden die ERP-Systeme, auf deren Seite durch die Bereitstellung der Algorithmen die Anpassung vorgenommen werden muß. Auf dem Gebiet der Produktdatentechnologie befindet sich mit dem Standard for the Exchange of Product model data (STEP) (ISO 10303) eine internationale Norm in Entwicklung und ist zum Teil schon verabschiedet, die neben einem integrierten Produktmodell auch die Methoden zur Beschreibung, Implementierung und Konformitätsprüfung von Produktmodellen definiert. Aufsetzend auf dem Standard STEP könnten in Zukunft die Kritischen Objekte durch STEP-Objekte ersetzt und die Datentransformation mittels standardisierter Pre- und Postprozessoren realisiert werden. Auf diese Weise könnte die Schnittstelle in Verbindung mit der enthaltenen Transaktionslogik flexibel zwischen beliebigen PDMS und ERP-Systemen eingesetzt werden und der Anpassungsaufwand würde entfallen. Mit den PDM-Enablern der ODMG rückt derzeit eine weitere Standardisierungsbemühung in das allgemeine Interesse. Diese für die Kommunikationarchitektur CORBA entwickelten Schnittstellenobjekte, sollen zukünftig den kleinsten gemeinsamen Nenner für die Integration zwischen PDM-Systemen bzw. zwischen PDM- und Legazy-Systemen dienen. Wenn sich dieser Ansatz im Zuge des Aufkommens neuer Software-Architekturen durchsetzt, und der Trend geht dort hin, können die PDM-Enabler einen Teil der kritischen Objekte übernehmen. Ein vollständiges Abdecken ist momentan nicht möglich, da die PDM-Enabler die ERP-lastigen Objekte (Auftrag, Auftragsstückliste) nicht unterstützen. Literatur: [1] Paul, G.; Paul, R.; Hofmann, M.; Wierschin, H.;: Produktdatenverwaltungssysteme - Methode und Werkzeug zur Unternehmensintegration. CIM Management, Ausgabe Nov [2] Eigner, M.: Integration technischer und logistischer Daten. Interner Bericht, Eigner & Partner, Karlsruhe, 1997 [3] CAT 97: Produktdaten-Management fängt ERP-Schwächen auf. Computerwoche Nr. 23 Juni 1997, S.15 [4] CSC-Ploenzke: Untersuchung der PDM-Funktionalität von SAP/R3. Computerwoche Nr.17 vom 25.April 1997, S.15

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