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Engineering 4.0 – Umsetzung der Digitalisierung des Engineerings

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System Lifecycle Management

Zusammenfassung

Dieses Kapitel erläutert die Umsetzung der in Kapitel drei vorgestellten Trends und Methodiken der Digitalisierung speziell im Anwendungsgebiet des Engineerings. Dabei wird die Digitalisierung sowohl des Produktes als auch der im Rahmen von Service-orientierten Geschäftsmodellen entwickelten Dienstleistungsprodukte vorgestellt. Ein weiterer wesentlicher Punkt der Digitalisierung sind die horizontale und vertikale Integration der technischen und administrativen Arbeitsprozesse entlang des Produktlebenszyklus. Bei den vertikalen Integrationen handelt es sich um die Integrationen der Autorensysteme entlang den Lebenszyklusphasen Anforderungsmanagement, Systemarchitektur, CAD in Mechanik, Elektronik und CASE (Computer Aided Software Engineering) und Simulation. Bei der horizontalen Integration stehen die administrativen Funktionen wie Freigabe-, Änderungs- und Konfigurationsmanagement über den gesamten Produktlebenszyklus und die technische Integration der in den einzelnen Phasen erzeugten Informationen im Vordergrund. Die typischen Anwendungsfunktionen entlang des Produktlebenszyklus werden am Beispiel eines marktführenden SysLM-Systems dargestellt. Das Kapitel wird durch eine Anforderungsanalyse an SysLM und einer Vorstellung eines Reifegradmodells zur Bewertung der Digitalisierung des Engineerings abgerundet.

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Notes

  1. 1.

    Eine einfache Unterscheidung ergibt sich wie folgt: Ein Smartphone ist ein CPS, die Mechanik spielt eine untergeordnete Rolle. Ein autonom fahrendes Fahrzeug ist ein CTS. Das mechanische Grundsystem ist das Auto.

  2. 2.

    https://www.cnbc.com/2018/11/16/alphabet-verily-stops-smart-lens-glucose-measuring-contact-lens.html, (zugegriffen 20.06.2020).

  3. 3.

    https://www.labiotech.eu/in-depth/contact-lens-glucose-diabetes/, (zugegriffen 20.06.2020).

  4. 4.

    https://www.unity.de/

  5. 5.

    GENIAL!: Gemeinsame ElektroNik Roadmap für Innovationen der AutomobiLen Wertschöpfungskette!, https://www.edacentrum.de/genial/.

  6. 6.

    Plattform Industrie 4.0, https://www.plattform-i40.de/PI40/Navigation/DE/Home/home.html, (zugegriffen 07.05.2020).

  7. 7.

    PPS Produktionsplanung und -steuerung.

  8. 8.

    MES Manufacturing Execution System.

  9. 9.

    ECM Engineering Change Management (Änderungsmanagement).

  10. 10.

    Mit Linked Data sollen hier moderne Internet-basierende Technologien (→ REST/RDF) verstanden werden, die ohne Redundanz die Informationen aus anderen Systemen anzeigen können.

  11. 11.

    Die kreative frühe Phase der Systemmodellierung sollte von administrativen Tätigkeiten im Backbone soweit wie möglich freigehalten werden. Erst ab einer gewissen Stabilität des Systemmodells und einer betriebsinternen oder externen Kommunikation darüber, sollten die AFL-Elemente im Backbone abgelegt werden.

  12. 12.

    Bei der SW-Entwicklung werden sehr häufig und schnell Änderungen zum lokalen Testen durchgeführt, die keine Relevanz für das Gesamtsystem besitzen.

  13. 13.

    Dies ist eine zweite Ebene des Änderungsmanagements, die bei manchen Anwendungen anfällt. Z. B. erzeugen viele CAD-Systeme beim Auschecken eines Files eine sogenannte Iteration oder Generation.

  14. 14.

    Das Lastenheft stellt i. d. R. die Sicht des Auftraggebers dar, das daraus abgeleitete Pflichtenheft die Sicht des Auftragsnehmers.

  15. 15.

    ReqIF = Requirements Interchange Format.

  16. 16.

    ALM Application Lifecycle Management.

  17. 17.

    OMG Object Management Group, Homepage: https://www.omg.org/.

  18. 18.

    INCOSE International Council of Systems Engineering, Homepage: https://www.incose.org/.

  19. 19.

    GfSE Gesellschaft für Systems Engineering, Deutsche Gruppe der INCOSE, https://gfse.de/.

  20. 20.

    ProStep iViP versteht sich als weltweit tätiges, unabhängiges Netzwerk aus Industrie, IT und Forschung. Der Fokus seiner Arbeit liegt auf der digitalen Transformation von Engineering und Produktion.

  21. 21.

    Unter SysLM relevanter Prozessunterstützung wird hier vor allem die Freigabe- (ERM), Änderungs- (ECM) und Konfigurationsprozesse (CM) verstanden.

  22. 22.

    SE Systems Engineering.

  23. 23.

    EBOM Engineering BOM/Entwicklungsstückliste.

  24. 24.

    SimPDM Simulations PDM (die TDM-Ebene der Simulation vgl. Abschn. 4.2.1.4). In USA wird der Begriff PDM für TDM verwendet.

  25. 25.

    FPD Functional Product Description.

  26. 26.

    Das CAD-System Onshape zeigt, dass es auch anders geht. Es läuft in der Cloud und es gibt kein File-System, sondern es existiert eine Datenbank zur CAD-Modell Ablage. Das könnte ein Trend werden.

  27. 27.

    Lightweight Formate sind z. B. TIFF, PDF, JT, 3DPDF, die nur einen Bruchteil der Speicherkapazität von nativen Formaten (den original CAD Formaten) benötigen.

  28. 28.

    Es gibt zwei Alternativen für die Stückliste: Ableitung aus CAD oder die Stückliste existiert zuerst und CAD-Modelle werden an die Stücklistenpositionen gehängt.

  29. 29.

    PCB Printed Circuit Board.

  30. 30.

    https://www.traceparts.com/de/

  31. 31.

    https://cadenas.partcommunity.com/

  32. 32.

    WeSt Blog, Die besten CAD-Bibliotheken für die mechanische Konstruktion, https://www.west-gmbh.de/blog/cad-bibliotheken (zugegriffen am 10.06.2020).

  33. 33.

    STEP STandard for the Exchange of Product model data.

  34. 34.

    STL Standard Triangulation/Tesselation Language.

  35. 35.

    https://ntopology.com/ (zugegriffen am 10.06.2020).

  36. 36.

    Frustrum wurde im November 2018 von PTC übernommen.

  37. 37.

    https://www.engineeringspot.de/2018/11/ptc-frustum-ki-generative-design/ (zugegriffen am 10.06.2020).

  38. 38.

    F I O R E S Formalization and Integration of an Optimized Reverse Engineering Styling Workflow, Brite Euram-Project BE 96 – 3579, Projekt Homepage: https://www.fiores.com/FIORES.html.

  39. 39.

    ‚lightweight‘ bedeutet in einem Viewer anzeigbare speicheroptimierte Formate, wie JT, PDF, 3D PDF, PRC…

  40. 40.

    PoC Proof of Concept.

  41. 41.

    XPLM Homepage: https://www.xplm.com/de/.

  42. 42.

    Bei diesem Kapitel wurde der Autor von Paweł Chądzyński (Aras) und Robert Huxel (XPLM) unterstützt.

  43. 43.

    PCB Printed Circuit Board.

  44. 44.

    ASIC Application Specific Integrated Circuit.

  45. 45.

    FGPA Field Programmable Gate Array.

  46. 46.

    Wire bonding is the method of making interconnections between an integrated circuit.

  47. 47.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Leiterplattenentflechtung, (zugegriffen am 20.05.2020).

  48. 48.

    DIN EN 60194: Konstruktion, Herstellung und Bestückung von Leiterplatten – Begriffe und Definitionen (2007).

  49. 49.

    DIN IEC/TS 62326-16: Leiterplatten – Teil 16: Trägermaterial mit eingebetteten Bauteilen – Allgemeines (2013).

  50. 50.

    https://www.multi-circuit-boards.eu/support/leiterplatten-daten/ipc-2581.html, (zugegriffen am 16.06.2020).

  51. 51.

    https://www.sparxsystems.com.au/downloads/ebooks/Embedded_Systems_Development_using_SysML.pdf, (zugegriffen am 16.06.2020).

  52. 52.

    STEP STandard for the Exchange of Product model data.

  53. 53.

    IDF Intermediate Data Format.

  54. 54.

    EDX Enterprise Data eXchange (Mentor).

  55. 55.

    DXF Drawing Interchange Format.

  56. 56.

    IDF Intermediate Data Format.

  57. 57.

    IDX Interdomain Design Exchange.

  58. 58.

    ProStep iViP PSI ECAD/MCAD Collaboration, https://ecad-mcad.org/, (zugegriffen am 18.06.2020).

  59. 59.

    CASE Computer Aided Software Engineering.

  60. 60.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Unified_Modeling_Language, (zugegriffen 26.07.2020).

  61. 61.

    Intellisense ist eine von Microsoft angebotenes Hilfsmittel zur automatischen Vervollständigung von Programmcode.

  62. 62.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Application-Management, (zugegriffen am 18.08.2020).

  63. 63.

    https://www.computerweekly.com/de/definition/Application-Lifecycle-Management-ALM, (zugegriffen am 18.08.2020).

  64. 64.

    https://www.softwaretestinghelp.com/best-alm-tools/, (zugegriffen am 18.08.2020).

  65. 65.

    https://www.sam-solutions.com/blog/top-7-application-lifecycle-management-alm-tools/

  66. 66.

    https://de.wikipedia.org/wiki/Software-Configuration-Management, (zugegriffen am 18.08.2020).

  67. 67.

    https://issuu.com/kovair/docs/3_approaches_to_integrated_alm__a_case_for_alm_pla, (zugegriffen am 30.07.20209).

  68. 68.

    Semantische Versionierung https://semver.org, (zugegriffen am 18.08.2020).

  69. 69.

    https://en.wikipedia.org/wiki/Software_versioning#Degree_of_compatibility, (zugegriffen am 18.08.2020).

  70. 70.

    CAE Computer Aided Engineering, Überbegriff für alle Simulations- und Analyse-Tools.

  71. 71.

    MSC Software, Simulation Process and Data Management, https://www.mscsoftware.com/application/simulation-process-and-data-management

    Altair, SimData Manager by PDTec, https://altairhyperworks.com/partner/simdatamanager

    Ansys, Minerva, supported by Aras, https://www.ansys.com/de-de/solutions/

  72. 72.

    SimPDM ist eine lokale Verwaltung der Simulationsdaten auf der TDM-Ebene.

  73. 73.

    PDTec, SimData Manager, https://www.pdtec.de/se-dm/simdata-manager/,

    Comet, Sim Apps, https://cometsolutions.com/, acquired by Aras.

  74. 74.

    SIEMENS TC UA, Simulation Process and Data Management, https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/products/collaboration/simulation-process-management.html

    PTC, Creo Simulate, https://ptc-solutions.de/produkte/ptc-creo-simulate

    Dassault Systems, Simulia, https://www.3ds.com/de/produkte-und-services/simulia/, (alle zugegriffen am 15.06.2020).

  75. 75.

    https://www.engineering.com/PLMERP/ArticleID/19895/Why-ANSYS-Bet-on-Aras-PLM-Technology-and-Why-Aras-Tends-to-Become-a-Silent-Partner.aspx, (zugegriffen am 15.06.2020).

  76. 76.

    CimDATA, https://www.cimdata.com/, (zugegriffen am 14.08.2020).

  77. 77.

    FMU Functional MockUp Unit.

  78. 78.

    „Ein Wagenheber wird während der Verifizierung darauf getestet, ob er für mindestens zwei Stunden ein Gewicht von 2000 kg anheben kann. Ist dies erfolgreich verlaufen, so wird im Rahmen der Validierung überprüft, ob der Wagenheber mit der Hubkraft von 2000 kg tatsächlich ein Fahrzeug anheben kann und ob der Nutzer den Wagenheber intuitiv bedienen kann.“ https://praxistipps.chip.de/verifizierung-und-validierung-der-unterschied-einfach-erklaert, (zugegriffen am 26.09.2020).

  79. 79.

    Inwieweit Validierung simuliert werden kann ist übrigens strittig. Die reine Lehre würde sagen, dass Validierung nur mit dem Kunden erfolgen kann.

  80. 80.

    https://net-professionalservices.de/mcad-ecad-integration-was-wir-noch-bewaeltigen-muessen/, (zugegriffen am 15.08.2020).

  81. 81.

    PEP Produktentwicklungsprozess.

  82. 82.

    M-BOM Manufacturing BOM.

  83. 83.

    BOP Bill of Processes

  84. 84.

    DMU Digital MockUp.

  85. 85.

    Hier soll auf einen interessanten Blog von Jos Voskuil, „PLM is changing and affects us all“, speziell „Learning from the past to understand the future – some EBOM/MBOM clarifications (1–7)“ verwiesen werden. https://virtualdutchman.com/2020/08/23/learning-from-the-past-to-understand-the-future-some-ebom-mbom-clarifications-7/, (zugegriffen am 31.08.2020).

  86. 86.

    PR Problem Report.

  87. 87.

    MCM Manufacturing Change Management.

  88. 88.

    https://www.creativemechanisms.com/blog/design-for-x-dfx

  89. 89.

    OSLC Open Services for Lifecycle Collaboration.

  90. 90.

    REST Representational State Transfer.

  91. 91.

    ReqIF Requirements Interchange Format.

  92. 92.

    FMEA Fehler Möglichkeiten und Einfluss Analyse.

  93. 93.

    https://www.pure-systems.com/

  94. 94.

    https://www.enco-software.com/

  95. 95.

    https://www.plato.de/

  96. 96.

    Eigentlich sollte man den Begriff RFLP entsprechend Abb. 4.7 und 4.56 erweitern um Simulation und Test (→ RFLPST)

  97. 97.

    AML Approved Manufacturer List.

  98. 98.

    PLE kommt eigentlich aus dem Bereich der Software-Entwicklung, wird aber jetzt auf alle Disziplinen angewandt.

  99. 99.

    Zur besseren Visualisierung des Prozesses wurden die instanziierten Varianten nicht über einen vollautomatischen Konfigurator abgeleitet, sondern manuell. Eigentlich ist die Interpretation der Regeln in komplexen Fällen viel zu langsam. Aber Aras erlaubt die manuelle Überprüfung der Variantenlogik vorab. In späteren produktiven Betrieb werden die Regeln kompiliert, und der Variantenkonfigurator arbeitet die Regeln nach Eingabe der Optionen automatisch ab.

  100. 100.

    Typische eigenständige CLM Systeme sind Configit (https://configit.com/de) und Tacton (https://www.tacton.com).

  101. 101.

    https://www.nafems.org/community/the-analysis-agenda/simulation-data-management/

  102. 102.

    Da noch kein Prototyp vorhanden ist, wird noch nicht vom Digitalen Twin gesprochen Abschn. 3.4.1, Abb. 3.13.

  103. 103.

    https://www.rechnungswesen-verstehen.de/lexikon/qualitaetsmanagement.php, (zugegriffen am 23.09.2020).

  104. 104.

    https://www.rechnungswesen-verstehen.de/lexikon/qualitaetsmanagement.php, (zugegriffen am 23.09.2020).

  105. 105.

    „Ein 8D-Report ist ein Dokument, das im Rahmen des Qualitätsmanagements bei Reklamationen zwischen Lieferant und Kunde (aber auch intern) ausgetauscht wird. 8D steht dabei für die acht obligatorischen Disziplinen (Prozessschritte), die bei der Abarbeitung einer Reklamation erforderlich sind,“. https://de.wikipedia.org/wiki/8D-Report, (zugegriffen am 24.09.2020).

  106. 106.

    CRM Customer Relationship Management.

  107. 107.

    MES Manufacturing Execution System.

  108. 108.

    In der Realität finden sich immer wieder betriebliche Lösungen z. B. das gut organisierte ECM in PLM auf PPS durch Ergänzung der Sachnummer durch die Revision und die Nutzung des Änderungsstammsatzes abzubilden.

  109. 109.

    In dem hier hypothetischen Organisationskonzept für Varianten wird angenommen, dass der Variantenkopf aller instanziierten Varianten immer eine eigenständige Nummer erhält, möglichst gleich aus dem Nummerngenerator des PPS-Systems. Alternativ wäre es auch möglich – bei großer Variantenanzahl – immer dieselbe generische Nummer für jede instanziierte Variante zu verwenden. Die Identifizierung erfolgt zusammen mit der Serien- und/oder Auftragsnummer.

  110. 110.

    VIN Vehicle Identification Number.

  111. 111.

    Aras hat 2018 eines der führenden MRO–Systeme in den USA gekauft und transformiert die Software gerade auf die Aras Plattform. Aus Komponenten der Anwendungen MPP und MRO ist ein in SysLM integriertes MES geplant (vgl. Abb. 2.10).

  112. 112.

    IOT Internet of Things.

  113. 113.

    IOS Internet of Services, als neueste Wertschöpfung werden die Abkürzungen zu IOTS zusammengefasst.

  114. 114.

    FMI Functional Mock-Up Interface https://fmi-standard.org/, (Zugegriffen am 27.09.2020).

  115. 115.

    SAFe 5.0 Scaled Agile Framework https://www.scaledagile.com/safe-50/.

  116. 116.

    SysML System Modelling Language (nicht zu verwechseln mit SysLM!).

  117. 117.

    DoD Department of Defense.

  118. 118.

    VR Virtuell Reality.

  119. 119.

    AR Augmented Reality.

  120. 120.

    BOP Bill of Processes = Fertigungs-/Montageplan.

  121. 121.

    MES Manufacturing Execution System.

  122. 122.

    Reinforcement Learning basiert auf der Idee, Probleme als einen Markov-Entscheidungsprozess zu formulieren, bei dem ein KI-Agent (ein spezialisierter Algorithmus) eine Kontrollpolitik lernt, um immer die bestmögliche Aktion für einen gegebenen Zustand des Systems auszuwählen.

  123. 123.

    REST Representational State Transfer bezeichnet ein Programmierparadigma für verteilte Systeme, insbesondere für Webservices.

  124. 124.

    RDF Ressource Description Framework gilt als ein grundlegender Baustein.

  125. 125.

    Aus Oleg Shilovitsky interessanten Blogs zum Thema PLM, hier speziell dezentrales oder zentrales PLM: http://beyondplm.com/2020/10/03/learn-why-decentralized-version-of-truth-is-the-future-plm-paradigm/.

  126. 126.

    https://blog.turbonomic.com/blog/on-technology/cloud-scalability-scale-vs-scale (zugegriffen am 26.09.2020).

  127. 127.

    SaaS Software as a Service.

Literatur

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  2. Aras eBook: The Engineer’s Guide to the Resilient Platform, White Paper, 2020, https://www.aras.com/de-de/resources/all/ebook-engineers-guide-resilient-platform, (zugegriffen am 26.9.2020)

  3. Aras eBook: S Blueprint for Digital Transformation: Meeting the Challenge of Product Complexity for Global Manufacturers, White Paper 2019, https://www.aras.com/en/resources/all/, (zugegriffen am 25.9.2020)

  4. Aras eBook: A Guide to Simulation for Innovation, White Paper 2019, https://www.aras.com/en/resources/all/ebook-guide-to-simulation-for-innovation-1, (zugegriffen am 25.9.2020)

  5. eBook: Aras How Industry Does Quality: Lessons Learned from the PLM-Quality Connection, White Paper 2019, https://www.aras.com/en/resources/all/how-industry-does-quality, (zugegriffen am 25.9.2020)

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  1. Geschäftsführung, EIGNER ENGINEERING CONSULT, Baden-Baden, Deutschland

    Martin Eigner

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  1. Martin Eigner
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Eigner, M. (2021). Engineering 4.0 – Umsetzung der Digitalisierung des Engineerings. In: System Lifecycle Management. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-662-62183-7_4

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