Integrierte Produkt- und Prozessmodellierung im Systems Engineering

Integrierte Produkt- und Prozessmodellierung im Systems Engineering Abschlussveranstaltung zum Verbundprojekt ISYPROM 19. Mai 2011, Automobil Forum, Berlin Dr. Schultz / Wintrich / Hainke

Anforderungen aus dem Systems Engineering Fehlende Modellierungsfunktionalitäten für das Systems Engineering Die Modellierung von Systemen und Systemarchitekturen erfordert die Modellierung der Verbindungen zwischen den Systemkomponenten. Entwicklungsprozesse im Systems Engineering reichen vom Wasserfallmodell über das V-Modell bis hin zu agilen Methoden. Als Entscheidungsgrundlage sind schon in den frühen Phasen belastbare Systemmodelle erforderlich. Fehlende Verknüpfung von Produkt- und Prozessmodellen Auswirkungen von Änderungen in der Produktstruktur bzw. von Produkt- eigenschaften auf die Prozesse sowie den gesamten Produktlebenszyklus sollen identifiziert und bewertet werden können. Eine Bewertung von Produktalternativen erfolgt bisher ohne eine systematische Berücksichtigung der dazugehörigen Entwicklungsprozesse. Komplexe Aufgaben erfordern adäquate Lösungen Umfangreiche Produkt- und Prozessmodelle bieten eine Vielzahl von Daten, die zu Analysen herangezogen werden können. Viele Beteiligte verlangen nach unterschiedlichen Sichten auf die Daten des Systems. Abbildung von Unsicherheiten in frühen Phasen der Produktentwicklung. 3

Integrierte Bewertung der Produkt- und Prozesssicht Erweiterung der produktmodellzentrierten Sicht um die Prozessdomäne und integrierte Bewertung der Systemarchitekturen (Variantenvergleich). Auftrag (Zust. n) Aktion Auftrag (Zust. n+1) Produkt (Zust. n) Aktion Produkt (Zust. n+1) Ressource (Zust. n) Aktion Ressource (Zust. n+1) 4

Integrierte Produkt-, Prozessmodellierung und Bewertung Produktbewertung Prozessbewertung Prozessbewertung Anforderungen Integrierte Bewertung Anforderungen Vorentwurf Systementwurf Integrierte Design Entscheidung 5

Vorgehensweise der ippm Modellierung und Bewertung von Varianten der Systemarchitektur Komponenten- modellierer Systemarchitekt Darstellung von wissensbasierten Elementen im Komponentenkatalog Vorentwurf und Bewertung verschiedener Varianten der Systemarchitektur. Eingabe der Prozessrelevanten Komponenteneigenschaften. Modellierung und Bewertung der Entwicklungsprozesse Modellübergreifender Variantenvergleich Produkt- manager Import der Produktinformationen & Modellierung von Prozessen Instanziierung des Prozessmodell (je Variante) Bewertung des Prozessmodells jeweils pro Variante. Bewertung von verschiedenen Produktvarianten. 6

Methodenvorstellung PACE Komponentenbasiertes Design: Erstellung eines Komponentenkataloges durch die Definition von wissensbasierten Systembausteinen. Diagram View Effiziente Modellkomposition: Effiziente Installation der vordefinierten Systemkomponenten aus dem Komponentenkatalog in den Diagram View oder in die Produktstruktur. Design und Analyse von Systemarchitekturen: Verbinden von Systemelementen mit Hilfe graphischer Unterstützung im Diagram View zu einer Systemarchitektur. Für jede Verbindung können Systemeigenschaften definiert werden. (Bsp.: elektr. Widerstand in Kabeln, Reibungsverluste in Schläuchen) 7

Systemarchitekturen und produktseitiger Variantenvergleich Der produktseitige Variantenvergleich wird anhand von berechneten Systemeigenschaften vorgenommen. Systemeigenschaften gehen über die Eigenschaften der Systemkomponenten hinaus. Beispiele sind: Energieverlust Druckverlust Gesamtgewicht, Schwerpunkt, Kosten 8

Prozessrelevante Eigenschaften eingeben und Export Produktrelevante Eigenschaften ergeben sich aus dem mathematischen Modell: Verdichter = 7 Kondensator = 8 Flüssigkeitsbehälter = 2 Expansionsventil = 1 Verdampfer-Schmal = 3 Verdampfer-Breit = 8 Prozessrelevante Eigenschaften werden manuell eingegeben: Verdichter = 3, 10, 10, 3, 3, 2, nein, nein Kondensator = nicht definiert Flüssigkeitsbehälter = nicht definiert Expansionsventil = nicht definiert Verdampfer-Schmal = 2, 8, 10, 3, 3, 1, nein, ja Verdampfer-Breit = 2, 8, 10, 3, 3, 1, nein, nein Klimaanlagenwerte: Variante 1 = 24, 1, 4200, 1500 Variante 2 = 26, 1, 4000, 1300 9

Erstellen des Prozessmodells basierend auf Produktinformationen Basierend auf den bestehenden Produkt-Alternativen wird ein integriertes Prozessmodell erstellt oder angepasst. (Kontextuelle Modellierung) Das so erstellte Modell ist parametrisiert (Prozessparameter, Prozessstruktur) und kann hinsichtlich quantitativer & qualitativer Metriken bewertet werden. Eine Modellbibliothek unterstützt das Anpassen bzw. Erstellen des Modells Modellbibliothek Für das Neuerstellen bzw. Einbinden neuer Produktkomponenten können Referenzmodelle genutzt werden 11

ISYMO²GO Überführen von Produktarchitekturinformationen in ein integriertes Produkt-Prozessmodell Produktarchitektur Prozessmodell Prozessbewertung Prozess KPI s 12

ISYMO²GO- Vorgehensweise An dieser Stelle folgt ein kurzes Video von ISYMO²GO! 13

IPPL Model Driven Architecture (MDA) Die MDA bietet: Konservierung der Fachlichkeit und Portierbarkeit Gewährleistung von Systemintegration und Interoperabilität Anwendung in ISYPROM: Übernahme der Fachlichkeit aus den spezialisierten Modellen (Pace Lab Suite und ISYMO²GO) Ableitung eines ISYIPPL-Modells ohne Informationsverluste 15

IPPL - Features Grafische Aufbereitung der Modelle Moderne Benutzeroberfläche Modellübergreifender Variantenvergleich weitere Features: Cross-Impact Analyse Target Costing Darstellung von Unsicherheiten (z.b. Risiko und Sensitivität) 16

Zusammenfassung zur ippm Einfache Verknüpfung von Produkt- und Unternehmensmodellen unterstützt effektives Lean-Engineering Das erfordert jedoch ein semantisches Mapping der Informationsartefakte im Vorfeld Verringerung der Entwicklungsschritte/-Zeit durch die frühzeitige Integration von Prozessinformationen in Produktarchitekturentscheidungen Vermeidung von Prozessschritten und Schleifen höhere Qualitätsfähigkeit Comprehensive Design Decisions (CDD) in der frühen Phase der Produktentstehung 17

Anregung der Diskussion Thesen: 1. Formale Modelle beschränken die Kreativität von Ingenieuren! 2. Mehr und verbesserte Kommunikation zwischen den Beteiligten in der Entwicklung ist die Ultima Ratio! 18