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7. PLM Future Tagung 2015 // Industrial Internet - Rethink Products, Processes and IT-Tools

System Lifecycle Management im Kontext von Industrial Internet mit Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste

Technische Universität KaiserslauternLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE)Professor Dr. Martin Eigner

Tagungszentrum "Brauhaus an der Gartenschau", Kaiserslautern // 07. Oktober 2015

© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) // 2015 Folie: 2

Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Professor Dr.-Ing. Martin EignerLehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Technische Universität Kaiserslautern

1968 - 1971 Werkzeugmacher

1971 - 1976 Universität Karlsruhe (TH)

Studium des Maschinenbaus

1977 - 1980 Universität Karlsruhe (TH)

Promotion bei Professor Dr. Hans Grabowski

1980 - 1985 Robert Bosch GmbH

Technische Datenverarbeitung und Organisation

1985 - 2003 Eigner & Partner GmbH, AG, Inc.

Systemhaus für e-Engineering Technologien

bis 1997: Geschäftsführender Gesellschafter,

bis 2001: Vorstandsvorsitzender

bis 2003: Aufsichtsratsvorsitzender und CTO

seit 2003 Geschäftsführer EIGNER Engineering Consult

seit 2004 TU Kaiserslautern

Lehrstuhlinhaber

seit 1992 Universität Karlsruhe (TH)

Gastdozent

seit 1999 TU Sofia | Bulgarien

Gastdozent

im Jahr 2009 Auszeichnung mit dem Titel

UNICUM Professor des Jahres 2009

im Jahr 2014 Auszeichnung mit dem Lehre Plus Preis der TU Kaiserslautern

für „Industrie 4.0“ und „Informationstechnologie“

http://vpe.mv.uni-kl.de/lehrstuhl/lehrstuhlinhaber/


http://www.uni-kl.de/

http://www.uni-kl.de/

http://vpe.mv.uni-kl.de/

http://vpe.mv.uni-kl.de/

https://www.xing.com/profile/Martin_Eigner


https://de.wikipedia.org/wiki/Martin_Eigner


https://de.linkedin.com/pub/martin-eigner/6/993/759


https://www.facebook.com/LehrstuhlVPE


http://link.springer.com/book/10.1007/b93672

http://link.springer.com/book/10.1007/b93672

http://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-24893-1








Model-Based Systems Engineering (MBSE)Methoden der modellbasierten Virtuellen Produktentwicklung

Vernetzte IT-Toolketten und StandardsDatenintegration, Datenföderation, Business Analysen sowie serviceorientierte Kollaboration

Industrial InternetMegatrend im Kontext von Industrie 4.0

und Internet der Dinge und Dienste

NachhaltigkeitLeitbild der Vereinten Nationen

für das 21. Jahrhundert

System Lifecycle Management

(SysLM)

HERAUSFORDERUNGENan eine moderne, interdisziplinäre und integrierte

Entwicklung smarter Systeme und Dienstleistungen

THEMENSCHWERPUNKTEim Kontext einer Vernetzung der physischen Welt der Dinge mit der virtuellen Welt der Daten

VPE Themenprofil 2015


FORSCHUNGam Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung

Methoden, Prozesse und IT-Tools

LeitbildIndustrial Internet wird die Engineering Prozesse durch Digitalisierung, Interdisziplinarität, Integration und Kollaboration grundlegend verändern.

Es ist eine neue, moderne Entwicklungs- und Konstruktionsmethodik nötig, um Prozesse sowie IT-Werkzeuge aller Disziplinen in einen gemeinsamen Ansatz zu überführen. System Lifecycle Management wird hierzu als nächste Stufe von PLM aufgebaut und als Schlüsselkonzept zur detaillierten Ausgestaltung des Industrial Internet angesehen.

Digitalisierung, Interdisziplinarität, Integration und Kollaboration

Interdisziplinäre, integrierte, modellbasierte Entwicklungsprozesse

Ein Beispiel aus dem Bereich Automotive

Vom PDM über PLM zum SysLM


Mechanisches Produkt System von Systemen Mechatronische Produkte

WLAN Hotspot

Intelligentes mechatronischesSystem

Ein Netz aus smarten Services für das Fahrzeug:

Notfall Service

Navigation- Service

Diebstahl Service

Motorsteuerung

Fehlerdiagnose

Cybertronische Produktebzw. Produktsysteme

Verkehrsleitsystem

Bsp. Autonomes Parken Romote

Verkehrsinfrastruktur

Versicherung

Wartung

Stadtplanung

Stadtplanung

PDM PLM PLM SysLM

Kommunizierendes mechatronischesSystem

SysLM

Ganzheitlicher Ansatz

Abdeckung von Entwicklung, Produktion und Service

Do

män

en

inte

rdis

zip

linä

r

Produktlebenszyklusintegriert

Mechanik

Elektronik

Software

Dienstleistungen

Anforderungs-definition

Produkt-planung Entwicklung Prozess-planung Produktion Betrieb Recycling

OEM

Serviceanbieter

Zulieferer

…

Entwicklung Produktion Betrieb/Service

Anm: Die meisten Industrie 4.0 Ansätze haben ihren Schwerpunkt in der Produktion!!!


Konsumgüter

Investitionsgüter

Produkte

Produktionssysteme(Discrete Manufacturing)

Produktionssysteme(Non Discrete Manufacturing)Verfahrenstechnik

Dienstleistungen:OperatingServicesLogistics

Industrie 4.0 vs. Industrial Internet

Anwendungen und Begriffe


Konsumgüter

Investitionsgüter

Produkte

Produktionssysteme(Discrete Manufacturing)

Produktionssysteme(Non Discrete Manufacturing)Verfahrenstechnik

Dienstleistungen:OperatingServicesLogistics

Industrie 4.0 vs. Industrial Internet

Anwendungen und Begriffe

Industrie 4.0

Internet of ThingsIoT

Internet ofServices

IoS

* Industrial Internet Consortium (IIC), http://www.iiconsortium.org/.


Smarte Produktentwicklung …

„Im Jahre 2030 werden intelligente, über das Internet und andere Dienste vernetzte Systeme alle Industrien erfasst und die herkömmlichen, mechanischen und mechatronischen Produkte abgelöst haben. Wir müssen uns darüber klar werden, in welchen Branchen, mit welchen Produkten, mit welchen Dienstleistungen und Diensten wir dann erfolgreich sein wollen und wie wir das erreichen können .“ (U. Sendler)

Ein Wirtschaften nach dem Leitbild der Nachhaltigen Entwicklung ist dabei wesentlich.

smart | 2*

S: Systems Engineering to enable SustainabilityM: Multi-disciplinary & Model-BasedA: Adaptive + AutonomousR: Robust + Renewable +ResilientT: Team and Technology

Im Kontext von Industrial Internet mit Industrie 4.0 und Internet der Dinge und Dienste

Herausforderung

*In Anlehnung an: Stark, R. -„Smarte Produktentwicklung in der vierten industriellen Revolution“ (2013), Sendler, U. – „Industrie 4.0“ und Eigner, M. et al. – „Center for Smart Systems Engineering“ (2015).


Beispiel:

Zucker Sensor kann Diabetes kontrollieren

* Industrial Internet Consortium (IIC), http://www.iiconsortium.org/.


Quelle: Schaeffler

Vernetzte Werkzeugmaschine

Beispiel Investitionsgüter


Visualisierung

Ents

chei

du

nge

n

Business Analytics

Big Data

Service-orientierte Geschäftsmodelle


Die Produkte sind vernetzt und ermöglichen vollständig neue Geschäftsmodelle und Dienstleistungen Der gesamte Produktlebenszyklus basiert auf vollständigen digitaler Modelle / der digitale Zwilling Die Produktentwicklung wird interdisziplinär und über die gesamten Lebenszyklusphasen integriert und

föderiert Die frühe Phase wird zunehmend wichtig Model Based Systems Engineering (MBSE) Die After Sales Phase wird ebenfalls wichtig Service-orientierte Geschäftsmodelle Der Änderungsprozess wird komplexer da er mehrere Bereiche umfasst ( mehr Configured Items) Die IT Architekturen werden komplexer und überlappender (ALM/PLM/ERP) Die Autorensysteme im MBSE Bereich erweitern ihre TDM Funktionen und überlappen mit ALM und SysLM Standards für Datenaustausch und Integration werden immer wichtiger (OSLC, PLCS, AP233, AP242,…..)

Was ändert sich durch Industrial Internet für PLM?

Bildmaterial: SIEMENS

PLM wird durch die Funktionserweiterungen unddie Fähigkeit interdisziplinäre Systeme abzubilden zu SysLM


Smart Farming- Plattform

Neue Geschäftsm

odelle

Produktmodelle„Virtuelles Produkt“

Prozess-modelle

Sensor-daten

Servicerelevante Daten

Landwirte

Business Intelligence

Servicepartner-Logistik, etc

Nutzer

Smart Farming

Services

Liefern Daten Sammlung, Auswertung und Veredelung der Daten

…

Business Analytics

…

Nutzung der Daten ( auch automatisiert)

…

Dienstleistungen

Nutzer

EinsatzbereitschaftErhöhter Nutzen

Optimiertes System

OEM

Smart Farming und neue Geschäftsmodelle


Product Engineering

Service EngineeringU#1

PSE- Product and Service Engineering (Müll 4.0)

SysLM muss neben der Produktstruktur auch den Service abbilden


Die Digitalisierung des Produktentwicklungsprozess


Quelle: SIEMENS Digital Factory Division

Das digitale Modell: Herzstück des PEP


Quelle: SIEMENS Digital Factory Division

Plan Concept Design Validate Production Support

Requirements BOM Functions / Behavior / Logic Engineering BOM Simulation/Testing BOM Manufacturing BOM Service BOM

? PD

M/P

LM

ERP

Process Plan / ResoourcenCAD Structure

ECM?

ECM1 ECM2

Es existieren verschiedene Formen der Produktstrukturen Zielsetzung: ein durchgehender Freigabe und Änderungsprozess realistisch/unrealistisch?

Das Digitale Produkt/Prozessmodell wird in SysLM verwaltet


So sieht die Informationsvielfalt des Ingenieurs aus

© Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) | 2015 Folie: 23

Source: CIMdata

Mechatronik BOM

Anpassung an verschiedene Disziplinen

Integration zu verschiedenen Autoren Systemen (MBSE, M, E/E, SW, Simulation, Digitale Fabrik)

One single source of truth

Die Mechatronik BOM ist die Basisfür Engineering Change Management (ECM) und Configuration Management(CM) und damit für Tracebility

Die Produktstrukturen müssen integriert und interdisziplinär sein


Std Parts

Discloses & Declarations

Analysis

Requirements

CAD Model

Data Sheets

Viewables

Housing

Product

PCA

Schematic

Firmware Assy

Software

Component

ASICs

Mechanical Parts

Software

Battery

Purchased Assy

Approved SuppliersClassified Component Attributes

AVL

AML / AVL

AML / AVL

PCB

Manual

Source: nach PTC

1.1

1.2

1.3

1.1

1.2

1.3

Element A Element B

1.1

1.2

1.3

Element C

Zeit

Baseline 1.1

CM in HW (M und E/E) basiert auf BOM, CM in SW auf Files, die über Baselines (Tags) verbunden sind!!!

Freigabe und Änderungsprozesse basieren auf einer Prozessbeschreibung unter Einbindung der IT Toolkette

Interdisziplinäres Freigabe- und Änderungswesen


Submit ECR Review ECR

Aff.

ItemsPDM

ECRDo Technical

Review

Review Rej.

ECR

Rejected

Resubmit

Exit ECR

Route ECR

Rejected

Disposition

ECR

ECR

approved

ECR

disapprove

Investigate

CRB

CRB ECR Prepare CRB

Call Meeting

Run Online

CRB

Run Meeting

CRB

CRB

Meeting

Investigate

Investigate

Investigate

CRB

Meeting

ECR

approved

Requirement Concept Development Process Production Support

Referenzprozess: CM2 Änderungsprozess Prozessdarstellung: OMEGA Methode nach UNITY AG

CRB: Change Review BoardECR: Engineering Change RequestECI: Engineering Change ImplementationMCI: Manufacturing Change Implementation

Change Management Backbone & Control (CMBC)

Integrierter ECM Prozess auf ALM, PLM und SAP

SAPPLMALM

Anforderungen Funktionen LogischeBlöcke

EBOM MBOM Werkzeuge ArbeitsplanDokumenteCAD

…

ECM Data

CMBC Functions

CMBC User Interface

Graph Data


Graph Präsentation von „Affected Items“

Requirements

Functions

Logical Elements

Items and Assemblies (E-BOM))

Processes

Tools and ressources

Documents

Supplier


R-F Matrix F-L Matrix L-P Matrix

SRD SDD

SFN SAD

Bild

qu

elle: Aras C

orp

.

Definition

Usage

Cross-links

E-BOM

Source: VPE Research Project mecPro² (T. Gilz)

System Modell in der frühen Phase des Produkt Lebenszyklus


Architektur des SE-VPE Modeling Demonstrators

MagicDraw

Aras Innovator


Source: VPE Research Project mecPro² (T. Gilz)

Mögliche IT Architekturen (1) SysLM/PLM dominant

MCAD PDM

ECAD PDM

MC

AD

1

MC

AD

2

ECA

D1

ECA

D2

Sim PDMPDTec, …

RM MBSE CASE

SIM

1

SIM

2

ERP


ALMIBM/PTC und ev. Siemens Dig.

FabrikTeknomatix,

Delmia, …

ERP

TDM und Autorensystem eng verknüpft TDM/PLM und Autorensystem frei koppelbarQuelle: VPE, Eigner

…….

Kennzeichen:• ALM ordnet sich als TDM dem SysML unter• Alle Engineering Prozesse (ECM/CM) laufen auf SysLM• SysML ist der Master der interdisziplinären BOM• HW CAD und SIM mit TDM oder direkt mit SysLM gekoppelt• PLM Lieferanten liefern die SysLM/PLM Integration (noch) nicht!• In Industrieforschungsprojekten erprobt, Integration zuk. über OSLC

?


Mögliche IT Architekturen (2) ALM/PLM Dualität

MCAD PDM

ECAD PDM

MC

AD

1

MC

AD

2

ECA

D1

ECA

D2

Sim PDMPDTec, …

RM MBSE CASE

SIM

1

SIM

2

ERP

PLMProduct Lifecycle Management

Dig.FabrikTeknomatix,

Delmia, …

ERP

TDM und Autorensystem eng verknüpft TDM/PLM und Autorensystem frei koppelbar

…….

ALMApplication Lifecycle Mgmt.IBM, PTC und ev. Siemens

Kennzeichen:• ALM ist auf dem gleichen Level wie PLM• Engineering Prozesse verteilen sich auf ALM und SysLM• OSLC wird relevant für die Produkt-/Prozessintegration• Frage: Wo wird die SW an die HW BOM gekoppelt? • HW CAD und SIM mit TDM oder direkt mit SysLM gekoppelt• Wo liegt die interdisziplinäre Gesamt-BOM PLM oder ERP?• Favorisierte Lösung der ALM Lieferanten IBM und PTC


Quelle: VPE, Eigner

Mögliche IT Architekturen (3) SysLM kein ALM (Einzelösungen)

MCAD PDM

ECAD PDM

MC

AD

1

MC

AD

2

ECA

D1

ECA

D2

Sim PDMPDTec, …

RMDOORS,

Integrity,…

MBSERhapsody,

Atego,EA,

Cameo …

CASERational,Integrity,Polarion,

Subversion,MTS, … SI

M1

SIM

2

ERP


Dig.FabrikTeknomatix,

Delmia, …

ERP

TDM und Autorensystem eng verknüpft TDM/PLM und Autorensystem frei koppelbar

…….

Kennzeichen:• Es gibt keine zusammenhängende ALM Lösung (Best in Breed)• Engineering Prozesse liegen in SysLM oder OSLC föderiert diese• SysML ist der Master der interdisziplinären BOM• HW CAD und SIM mit TDM oder direkt zu SysLM gekoppelt• OSLC wird noch relevanter für die Produkt-/Prozessintegration• Dies ist die Industrie historisch gewachsene Realität• Mit Sicherheit die am schwersten zu integrierende Lösung


Quelle: VPE, Eigner

Mögliche IT Architekturen (4) ERP/ALM dominant

MCAD PDM

TC UA,PDMLink, …

ECAD PDMZuken,

Mentor,Altium,

EPLAN, …

MC

AD

1

MC

AD

2

ECA

D1

ECA

D2

Sim PDMPDTec, …

RMDOORS, …

MBSERhapsody, …

CASERational,Integrity,Polarion,

Subversion,MTS, … SI

M1

SIM

2

ERPDig.FabrikTeknomatix,

Delmia, …

ERP

Application Lifecycle Management

Kennzeichen:• ALM und ERP dominieren den Engineering Prozess• Engineering Prozesse liegen in ALM oder ERP, OSLC föderiert diese• Es gibt keine interdisziplinäre Gesamt BOM auf der Engineering Seite!!!• Die gesamte interdisziplinäre BOM liegt nur in ERP• Es empfiehlt sich aufgrund der eingeschränkten Usability von SAP alle

Autorensysteme über TDM zu koppeln• Komplexe ECM/CM Prozessumsetzung• Lösung mit der geringsten Datenredundanz


Quelle: VPE, Eigner


System Lifecycle Management - Backbone


Produkt-plannung

EntwicklungProzess-plannung

Produktion BetriebRecycling/Entsorgung

V: VerhaltenA: AnforderungF: FunktionL: Logisches LösungselementP: Physikalisches Element

Modellbildung und -analyse

Dienst-

leistung

PhysischeTests

VirtuelleTests

A

P

HybrideTests

(z.B. HIL)

L

F

Mechanik

E/E

Software

Modellbildungund Spezifikation

Modellbildung underste Simulation

DisziplinspezifischeModellbildung

Eigenschaftsabsicherung

System Lifecycle Management Backbone

Betrieb

V


System Lifecycle Management - Backbone


Produkt-plannung

EntwicklungProzess-plannung

Produktion BetriebRecycling/Entsorgung

V: VerhaltenA: AnforderungF: FunktionL: Logisches LösungselementP: Physikalisches Element

Modellbildung und -analyse

Dienst-

leistung

PhysischeTests

VirtuelleTests

A

P

HybrideTests

(z.B. HIL)

L

F

Mechanik

E/E

Software

Modellbildungund Spezifikation

Modellbildung underste Simulation

DisziplinspezifischeModellbildung

Eigenschaftsabsicherung

System Lifecycle Management Backbone

Betrieb

V

FMI

OSLC

Verfügbare Standards für SE Datenmanagement, Quelle: “WHITE PAPER Datenmanagement für Smart Systems Engineering (Smart SE)”, ProSTEP iViP, Juni 2015.

STEP AP233PLCS

ReqlF

MODELICA

S-Function

AUTOSAR,GENIVI

ODX

STEP AP242

FMI

Professor Dr.-Ing. Martin Eigner

TU Kaiserslautern Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung (VPE)

Postfach 304967653 KaiserslauternGottlieb-Daimler Straße 4467663 Kaiserslautern

Tel. +49 (0) 631 - 205 3873Fax: + 49 (0) 631 - 205 3872

[email protected] http://vpe.mv.uni-kl.de









