1 Einführung in die Problemstellung der Klassifikation

Transkript

1 1 Einführung in die Problemstellung der Klassifikation Steigender Wettbewerbsdruck und zunehmende Globalisierung führen zu immer kürzeren Produktentwicklungszeiten. Gleichzeitig steigen in den Datenlandschaften der Unternehmen sowohl die Informationsflut als auch der Informationsbedarf stark an. Der Zugriff auf gespeicherte Daten sowie bereits in der Vergangenheit erworbenes Erfahrungswissen bekommt hierdurch strategische Bedeutung. Insbesondere das schnelle Auffinden der zum jeweiligen Zeitpunkt relevanten Informationen gestaltet sich jedoch angesichts des explodierenden Datenaufkommens zunehmend schwieriger. Bereits frühzeitig wurde erkannt, dass die Klassifikation ein geeignetes Mittel ist, um die Verwaltung großer Informationsmengen zu organisieren. Die Produktion immer neuen Wissens führt ohne eine Systematisierung des vorhandenen Wissens, was das eigentliche Ziel der Klassifikation ist, in eine Sackgasse. Aus diesem Grund gebührt der Systematisierung von Wissen der gleiche wissenschaftliche Rang wie der originären Forschung. Erste Untersuchungen über die Effizienz von Bauteil-Klassifikationen und Ähnlichkeitsanalysen zur gezielten Wiederverwendung im Konstruktions- und Fertigungsbereich reichen in die 60er Jahre zurück. Nach Dirzus [Dirz-72] ist mit der Einführung bereits vorhandener Klassifikationssysteme und der manuellen Klassifikationstätigkeit eine Erhöhung des Zeitaufwandes in der Konstruktion um 2% zu rechnen, was sich durch den zusätzlichen Einsatz von zwei Codierern ( Konstruktionsvorbereiter ) auf je 100 Konstrukteure ergibt. Im weiteren Verlauf lässt sich je nach Organisationsstand und Intensität der Anwendung der Klassifikation eine Senkung der Konstruktionszeit auf 90,5% bis 55% der ursprünglich aufgewendeten Zeit erzielen. Der Schlüssel zur Verwaltung und produktiven Nutzung großer Datenmengen liegt in der Schaffung und dem Erhalt von Ordnung in den Datenbeständen. Ein geeignetes Mittel, in den Datenbeständen Ordnung zu schaffen und diese auch über lange Zeit zu erhalten, ist die Klassifikation. Der Aufwand für eine manuelle Klassifikation überwog bislang jedoch oft den Nutzen, der durch die Klassifikation erzielt wurde. Die Einführung von Neuteilen erhöht zunehmend die Variantenvielfalt und Produktkomplexität in Unternehmen. In einem Fallbeispiel nach [Wild-95] wurde die Vielfalt und damit Komplexität über eine Der Zugriff auf gespeicherte Daten sowie in der Vergangenheit erworbenes Erfahrungswissen bekommt zunehmend strategische Bedeutung. Die Klassifikation ist ein geeignetes Mittel, um die immens zunehmenden Informationsmengen zu organisieren und in der Praxis nutzbar zu machen. Der Schlüssel zur Verwaltung und produktiven Nutzung großer Datenmengen liegt in der Schaffung und dem Erhalt von Ordnung in den Datenbeständen eines Unternehmens. Ziel muss es sein, den hierfür erforderlichen Aufwand zu minimieren. 11

2 1 Einführung in die Problemstellung der Klassifikation Darstellung der Anzahl der Sachnummern von Einzelteilen, Baugruppen und Erzeugnissen über der Zeit beschrieben. Stellt man diesen den Umsatz pro Sachnummer gegenüber, so zeigt sich bei einer Verdreifachung der Sachnummern in den vorangegangenen 20 Jahren ein Rückgang des Umsatzes pro Sachnummer um 40% (vgl. Bild 1.1). Dies resultiert aus den Kosten der Einführung und Verwaltung eines neuen Bauteils [Hain-97]. Bild 1.1: Entwicklung des Umsatzes pro Sachnummer [Wild-95] Umsatz pro Sachnummer 100 % 90 % 60 % Summe Anzahl der Sachnummern Erzeugnisse Baugruppen mechanische Einzelteile elektrische Einzelteile Roh-, Hilfs-, Betriebsstoffe Einen großen Teil der Arbeitszeit verbringen Konstrukteure mit der Recherche nach Standardbauteilen, Baugruppen und Lösungen. Häufig wird diese Recherche noch in traditioneller Weise, in einer Normblatt-Sammlung oder in Papierkatalogen bzw. per Telefon und Fax durchgeführt. Wird beispielsweise von einem Konstrukteur per Telefon von einem Zulieferer die Spezifikation einer Zulieferkomponente erfragt, so kann es Stunden oder gar Tage dauern, bis der Konstrukteur diese Spezifikation dann beispielsweise per Fax erhalten und die Zulieferkomponente im CAD-System modelliert hat. Andere Konstrukteure, die beispielsweise an Parallelprojekten an ähnlichen Problemen arbeiten, erhalten hierüber jedoch keine Nachricht und müssen bei ähnlicher Aufgabenstellung dieselbe Prozedur erneut durchlaufen. 12

3 1 Einführung in die Problemstellung der Klassifikation Viele Unternehmen versuchen, diese Problematik durch die Einführung von Normteilbibliotheken, ein Stammdatensystem, ein ERP (Enterprise Resource Planning)- oder Datenmanagement-System in den Griff zu bekommen. Diese Systeme stammen zumeist von unterschiedlichen Anbietern und in der Regel handelt es sich hierbei um unverbundene Einzelsysteme. Z. B. betreibt ein großer deutscher Automobilzulieferer firmenintern mehr als fünf verschiedene Sachmerkmal-Systeme. Höhere IT-Kosten in Software-Anschaffung und Wartung sowie hohe Personalkosten sind die daraus unmittelbar resultierende Folge. Dieser Aufwand löst jedoch in der Regel nicht das Problem eines Konstrukteurs bei der Suche nach Standard- und Normbauteilen oder verfügbaren existierenden Konstruktionslösungen. Nun sind die Datenbestände mehrerer Softwaresysteme zu durchsuchen, wobei bereits eine Suchanfrage in einem System viel Zeit in Anspruch nehmen kann. An dieser Stelle entsteht oftmals ein Teufelskreis: Durch die zeitaufwendige und oft ineffiziente Suche wird ein Konstrukteur von seiner eigentlichen Aufgabe Neues zu planen, zu entwickeln, zu entwerfen abgehalten. Eine Suche nach bestehenden Konstruktionslösungen wird oft abgebrochen, da die Recherche zeitaufwendiger ist als eine Neukonstruktion des entsprechenden Teiles. Das Neuteil wird dann z.b. als neuer Stammsatz in einem PDM (Produktdatenmanagement)-System angelegt, mit dem Resultat, dass künftige Suchanfragen noch aufwendiger und ineffizienter werden. Dabei wird oft ignoriert, dass die Kosten für die Einführung einer A4-Zeichnung einschließlich notwendiger, abgeleiteter Produktinformationen mit 2,5 bis 4 TDM, die Lebenszykluskosten eines Bauteils mit bis zu 28 TDM veranschlagt werden können [Made-92, GRLH-96]. Branchenweit eröffnet sich laut VDMA allein im deutschen Maschinenbau ein Kostenkorridor von 2 bis 10 Milliarden DM p.a. für einzusparende Ingenieursarbeitszeit, die gegenwärtig auf Teile- und Baugruppenrecherche verwandt wird. Nicht nur im beschriebenen Beispiel der Konstruktion stellt die steigende Datenmenge sowie fehlende Zugriffsmöglichkeiten auf bestehendes, unternehmensinternes Know-how ein Problem dar und bietet großes Rationalisierungspotential. Heute verfügt nahezu jeder Schreibtischmitarbeiter in einem Fertigungsunternehmen über seinen persönlichen Rechner. Es werden nahezu alle Arbeitsschritte, die im Rahmen der Abwicklung eines Kundenauftrages anfallen von der Angebotsbearbeitung über die Anforderungserfassung (Lasten- und Pflichtenheft), die Konstruktion, die Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Montage, Prüfplanung und Qualitätsmanage- Die Einführung moderner EDM/PDM/ERP-Systeme etc. löst in der Regel nicht das Problem einer unstrukturierten Datenhaltung. 13

4 1 Einführung in die Problemstellung der Klassifikation ment, bis hin zu Einkauf, Lagerhaltung, Vertrieb und Marketing mit DV-technischen Mitteln durchgeführt. Hierbei liegen nicht nur die Arbeitsergebnisse, sondern auch viele Zwischenschritte in Form von digitalen Dokumenten und Daten in unterschiedlichsten Formaten vor, was naturgemäß zu einem überproportionalen Anwachsen der Datenbestände führt. Es lassen sich viele Beispiele für die negativen Auswirkungen eines solch unstrukturierten, nicht kontrollierten Anwachsens der Datenmenge in der industriellen Praxis finden, z. B. in Form von nicht mehr handhabbaren PDM- oder ERP-Systemen. In diesen Systemen werden oft mehrere Millionen Stammsätzen verwaltet, von denen jedoch häufig mehr als 80% Mehrfacheinträge sind. Gespeicherte Dokumente und Daten sind im Grunde genommen wertlos, wenn sie nach Abspeicherung nicht in kürzester Zeit wiederzufinden sind und für aktuelle Aufgaben genutzt werden können. Dieser Zustand ist nur mit einem systemübergreifenden Ordnungssystem zu verwirklichen, das alle verfügbaren DV-Anwendungen konsequent einschließt [Schö-99]. Im folgenden Kapitel werden existierende Methodiken, Verfahren und Ordnungssysteme vorgestellt, die das Ziel verfolgen, durch eine Strukturierung und Klassifikation der Datenbestände den Zugriff auf bestehendes Erfahrungswissen in einem Unternehmen zu ermöglichen bzw. zu verbessern. All diesen Ansätzen ist gemeinsam, dass ihr Einsatz trotz Rechnerunterstützung mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Obwohl eine Reihe von Studien wie die Untersuchung nach [Dirz-72] belegen, dass der Nutzen einer Klassifikation den Aufwand rasch übersteigt, scheuen viele Unternehmen diesen Aufwand, da eine Quantifizierung des Nutzens in der Regel schwer fällt. Ziel muss es daher sein, diesen Aufwand zur Schaffung und zum Erhalt von Ordnung, d. h. zur Klassifikation, zu minimieren sowie das Nutzenpotential durch einen optimalen Zugriff auf unternehmensspezifisches Erfahrungswissen, Norm- und Standardlösungen zu maximieren. 14

5 2 Sachmerkmale und Klassifikation als Mittel zur strukturierten Verwaltung großer Datenmengen Bereits frühzeitig wurde erkannt, dass die Klassifikation ein geeignetes Mittel zur strukturierten Verwaltung großer Datenmengen darstellt. Seit den 60er Jahren wurde eine Vielzahl an Ordnungssystemen und Verfahren zur Klassifikation entwickelt. Diese Systeme und Verfahren vorzustellen, ist Gegenstand dieses Kapitels. Da im Kontext der Klassifikation eine große Anzahl an Begriffen und Definitionen Verwendung finden, diese jedoch oftmals widersprüchlich gebraucht werden, werden die wichtigsten Begriffe und Definitionen im folgenden Abschnitt erläutert. 2.1 Begriffe und Definitionen Grundsätzlich muss die Aufgabe, Objekte nach angemessenen Kriterien bzw. Merkmalen zu ordnen, von dem Problem unterschieden werden, bereits vorgegebene Gruppen optimal gegeneinander abzugrenzen. Der erste Fall wird Klassifikationsproblem, der zweite Diskriminationsproblem genannt, beide Begriffe werden jedoch mitunter synonym gebraucht [StLa-77]. Beim Klassifikationsproblem werden die Klassen oder Gruppen erst gesucht, wobei weder Anzahl, Homogenität noch Informationen über die Zuordnung einzelner Objekte zu den Gruppen bekannt sind. Beim Diskriminationsproblem geht es darum, schon vordefinierte (a priori) Gruppen oder Klassen möglichst optimal gegeneinander abzugrenzen und die Gruppenzugehörigkeit noch nicht eingeordneter Elemente mit möglichst hoher Wahrscheinlichkeit anzugeben. Die Definition und Kenntnis der Eigenschaften der Objekte, die eingeordnet werden sollen, wird hierbei vorausgesetzt. Im Umfeld der Produktentwicklung, insbesondere der Konstruktion und Fertigung technischer Produkte ist besonders die Zuordnung von Produkten in vordefinierte Klassen interessant, was gemäß obiger Definition einem Diskriminationsproblem entspricht. Abweichend davon wird dies jedoch im allgemeinen Sprachgebrauch als Klassieren bezeichnet. Der Vorgang des Aufbaus einer Klassenstruktur wird als Klassenbildung bzw. Klassifizierung bezeichnet. Der Begriff Klassifikation umfasst sowohl den Vorgang des Klassierens als auch den der Klassenbildung. Als Synonyme zu Klassifika- Die Klassifikation umfasst die Begriffe Klassifizierung (Bildung von Gruppen oder Klassen, Aufbau einer Klassenstruktur) sowie Klassieren (Zuordnung von Objekten in vordefinierte Klassen). 15

6 2 Sachmerkmale und Klassifikation zur Verwaltung großer Datenmengen Jedes in ein Ordnungssystem einzuordnende Objekt wird durch eine endliche Anzahl von Merkmalen beschrieben. tion und Klassenbildung sind die Begriffe Kategorisierung und Kategorienbildung gebräuchlich. Kategorien charakterisieren eine problemangepasste Strukturierung von Klassen und stellen im Ergebnis ein Ordnungssystem dar. Üblicherweise werden Ordnungssysteme in nicht-hierarchische Systeme wie z. B. Schlagwortkataloge, teilhierarchische Systeme wie Sachmerkmalleisten und Thesauri (geordnete Zusammenstellung von Begriffen und ihren vorwiegend natürlichsprachlichen Beziehungen [DIN-1463]) und hierarchische Systeme wie Nummern- und Klassifikationssysteme unterschieden. Bei den letztgenannten Nummern- und Klassifikationssystemen sind jedoch auch nicht- und teilhierarchische Formen möglich. Der Begriff Klassifikationsschema wird als Synonym zu Klassifikationssystem gebraucht [Hain-97]. Allen Ordnungssystemen gemein ist, dass jedes einzuordnende Objekt durch eine endliche Anzahl von Merkmalen beschrieben ist. Nach DIN-4000 ist ein Merkmal... eine bestimmte Eigenschaft, die zum Beschreiben und Unterscheiden von Gegenständen einer Gegenstandsgruppe dient und eine Merkmalausprägung... ein Zahlenwert mit Einheit oder eine attributive Angabe zur Beschreibung von Gegenständen [DIN-4000a]. Jeder Gegenstand besitzt entstehungsbedingt eine individuelle Menge von Merkmalen. Um ein Objekt in ein Ordnungssystem einzuordnen, werden für dieses Objekt die Ausprägungen einer zuvor festgelegten Menge von Merkmalen ermittelt und bewertet. Diese Bewertung ermöglicht die Zuordnung des Objektes zu einer Gruppe oder Klasse. 2.2 Bestehende Ordnungssysteme und Klassifikationsschemata In diesem Abschnitt werden eine Reihe von Ordnungssystemen vorgestellt, die sich in der industriellen Praxis durchsetzen konnten und eine mehr oder minder große Verbreitung erfahren haben. All diesen Ordnungssystemen ist gemein, dass der Vorgang des Klassierens als manuell durchzuführende Tätigkeit aufgefasst wird Nummernsysteme Kurzbezeichnungen zur eindeutigen Beschreibung von Sachverhalten treten als eine Folge von Ziffern, Buchstaben und Sonderzeichen auf. Bildet man sie nach einer bestimmten Systematik, so liegt 16