1 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Funktionale Entwicklung und
Optimierung komplexer Systeme in 2020
Andrea Denger1, Markus Zoier1, Christian Zingel2
1Virtual Vehicle Competence Center (ViF), Graz, Österreich 2 Inst. f. Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe, Deutschland
K2 Competence Center - Initiated by the Federal Ministry of Transport, Innovation & Technology (BMVIT) and the
Federal Ministry of Economics & Labour (BMWA). Funded by FFG, Land Steiermark and Steirische Wirtschaftsförderung (SFG)
2 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Der Arbeitsplatz der Zukunft?
3 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
TU-Graz and Institutes
Research
Facilities
Industrial
Partners
Serv
ices
Fun
ded
and
Con
trac
tual
Res
earc
h Research Projects
10 Years Funded Programme
K2
Zielsetzung: effiziente virtuelle Methoden
für Gesamtfahrzeugentwicklung
MA ca. 180
VIRTUAL VEHICLE im Überblick:
4 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Motivation & Zielsetzung
Zukünftige Anforderungen an ein Product Lifecycle
Management
Portfoliomanagement als Beispiel der Adressierung dieser
Anforderungen
Technischer Lösungsvorschlag für Informationsvernetzung
Zusammenfassung & Ausblick
Agenda
5 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Motivation & Zielsetzung
„Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“
(Aristotels ca. 320 v. Chr.)
Wie könnte das Unternehmensumfeld in der Zukunft
aussehen? (Betrachtungszeitraum 2020)
Werden die heutigen Herausforderungen (z.B. Komplexität,
Transdisziplinarität etc.) auch die zukünftigen sein?
Was kann ein Beteiligter in der Produktentstehung erwarten,
worauf muss er sich vorbereiten, wie kann sich ein
Unternehmen bestmöglich rüsten? (speziell Kalibrierung)
Mit welchen Product Lifecycle Management-
Einführungsstrategien wird man zukünftig Erfolg haben und
welche Rolle spielt dabei der Faktor Mensch ?
Wie können die Herausforderungen bewältigen werden?
(ausgewählt: Datenmanagement/-vernetzung)
6 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Was muss heute (Gesamt-)Fahrzeugentwicklung leisten?
ein hochkomplexes Produkt
unter Nutzung
vorhandener Erfahrung
und Wissen
mit einer heterogenen
Mannschaft pro
Entwicklungsphase
mit wechselnden
Mannschaften über die
Entwicklungsphasen
über mehrere
Standorte
mit einem hohen Ausmaß
an virtueller Entwicklung
mit hybriden
Absicherungs-
methoden
mit nachvollziehbaren
Entscheidungen
unter Vermeidung
interdisziplinärer
Zielkonflikte
in sehr kurzer Zeit
kostengünstig
kundenorientiert
Entwerfen
Entwickeln
Absichern
7 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Product Lifecycle Management (PLM)
PLM ist ein strategisches Konzept (Geschäftsansatz) zum
Management des IP eines Produktes* über den gesamten
Produktlebenszyklus.
*) Das Produkt beinhaltet auch Dienstleistung (z.B: Service und Wartung)
Beginning of life (BOL) Middle of life(MOL)
End of life (EOL)
Kunden
Zulieferer
Idee Design Prod. Planung
VerifikationProduktion
Konzept
PLMPDM
Service
Vertrieb Wiederauf-bereitung
Entsorg.
8 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
PLM-Einführung ist nicht immer eine Erfolgsstory …
Quelle: Studie Benefits of PLM; Prof. Dr.-Ing. Michael Abramovici
9 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Product Lifecycle Management (PLM)
PLM ist ein strategisches Konzept (Geschäftsansatz) zum
Management des IP eines Produktes* über den gesamten
Produktlebenszyklus.
Das Konzept umfasst Elemente eines Unternehmens wie Prozesse
insbesondere Änderungs- und Konfigurationsprozesse,
Organisationsstrukturen, Methoden und unterstützende IT-Systeme.
In dem Projekt FuturePLM wird insbesondere der Faktor Mensch
betrachtet.
*) Das Produkt beinhaltet auch Dienstleistung (z.B: Service und Wartung)
Beginning of life (BOL) Middle of life(MOL)
End of life (EOL)
Kunden
Zulieferer
Idee Design Prod. Planung
VerifikationProduktion
Konzept
PLMPDM
Service
Vertrieb Wiederauf-bereitung
Entsorg.
10 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Systems Engineering ist ein interdisziplinärer Ansatz, um komplexe
technische Systeme in großen Projekten zu entwickeln und zu
realisieren.
Systems Engineering
11 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Informations- und Kommunikationswege /
Einflußfaktoren
12 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Das Produkt Stakeholder der
Entstehung eines Produktes
Team
IT-Systeme
Methoden
Prozess
Organisation
13 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Team
IT-Systeme
Methoden
Prozess
Organisation
Das Produkt Stakeholder der
Entstehung eines Produktes
14 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Das Produkt und seine Stakeholder in der
Entstehung
15 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Das Produkt und seine Stakeholder in der
Entstehung
16 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Zukünftige Anforderungen an ein Product
Lifecycle Management
17 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Wirkgefüge FuturePLM
Szenario 1
Globalisierung extrem
Szenario 2
Die Entnetzung
Szenario 3
Auf der Informationswelle
Szenario 4
Der Mensch im Mittelpunkt
04.08.2010 (1 Vortrag):
Essenz aus
Ethik und
Gesellschaftslehre
14.09.2010 (5 Vorträge):
Essenz aus
Lernen, Wissen
& Kommunikation
26.11.2010 (2 Vorträge):
Essenz aus
Komplexität
& Verantwortung
02.03.2011 (4 Vorträge):
Essenz aus
Mensch
& Kultur
Analyse (Interviews) – Faktor Mensch
Anforderungskatalog PLM 2020
Roadmap PLM 2020
Interdisziplinärer
Erfahrungsaustausch Szenarioentwicklung
FuturePLM
Cross-Lifecycle
Wissens-
management
Cross-domain
Kollaboration
Globale
Kommunikation
PLM
Szenario 1
Globalisierung extrem
Szenario 2
Die Entnetzung
Szenario 3
Auf der Informationswelle
Szenario 4
Der Mensch im Mittelpunkt
04.08.2010 (1 Vortrag):
Essenz aus
Ethik und
Gesellschaftslehre
14.09.2010 (5 Vorträge):
Essenz aus
Lernen, Wissen
& Kommunikation
26.11.2010 (2 Vorträge):
Essenz aus
Komplexität
& Verantwortung
02.03.2011 (4 Vorträge):
Essenz aus
Mensch
& Kultur
Ein
flu
ss a
uf P
LM
Kommunikation zu/von Management
Anforderungskatalog 2020
Roadmap 2020
Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Szenarien
Cross-Lifecycle
Knowledge
Management
Cross-domain
Zusammenarbeit
Globale
Kommunikation
18 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Anforderungskatalog 2020
19 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Bisherige Ergebnisse FuturePLM
Transparenz, Rolle im
Entwicklungsablauf/Gesamtprozess erkennen, sichtbar
machen, bewusst sein, gemeinsame Ziele sehen,
Bedarf an Kommunikation
Menschliche Komponente – Technische Komponente
Zusammenhänge abbilden und verwalten
Abhängigkeiten sichtbar machen
Primäres Ziel, Entwickler optimal zu unterstützen
Die Komplexität des Entwicklungsprozesses nimmt schneller zu als
Verbesserung desselben, deshalb sind weitere Innovationen erforderlich.
20 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Portfolio-Management als Beispiel der
Adressierung dieser Anforderungen
21 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Bsp. Portfolio-Management
Herausforderungen
• Anforderungen, Funktionen, Produkt über Planungslebenszyklus (Idee, Entwicklung, Stilllegung) verwalten
• von Marktanforderungen zu Produktfunktionen
• angesiedelt am Beginn der Entwicklungskette
• produktübergreifend klare Ziele definieren
• konkurrierende Entscheidungen in Produktstrategie vermeiden
Methodischer Lösungsansatz
• Anforderungen auf Produktportfolio abbilden, Roadmap Features/Produkt über Zeit
• Beeinflussende Objekte und Abhängigkeiten identifizieren, u.a. Anforderungen, Produktfunktionen und Produktarchitektur
22 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
zzz
Schritt 1 – Aufbau funktionaler Lösungsraum
Die funktionale Lenkung mechatronischer Produkte ist ein komplexer Vorgang,
unter Einbeziehung aller produktrelevanten Informationsquellen entlang des
gesamten Produktlebenszyklus.
Eine wesentliche Fragestellung ist die Modellierungsmöglichkeit von
Zusammenhängen und Beziehungen einzelner Elemente (Prozesse, Methoden,
Organisation, Teams und IT-Systeme) und deren Kommunikationspfade, die
bisher nicht zufriedenstellend integriert werden konnten.
23 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Schritt 2 – Einschränkung des Lösungsraums durch
Rahmenbedingungen und Qualitätsanforderungen
24 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Technischer Lösungsansatz
Funktionale Modellierung
• Herausforderung: Beschreiben der Produktentwicklungs-“Welt“ • Domains selbst (welche Objekte gibt es)
• Zusammenhänge und Abhängigkeiten (zwischen den Objekten und Domains)
• Methode – Ablauf der Lösungsfindung
• Zu Modellierende Objekte:
• Funktionale Beschreibung - Warum? • Formal -> präzise, eindeutig
• Mensch- und maschinenlesbare Repräsentation
• Gangbarer Mittelweg von für Mensch und Maschine abbildbarer Semantik
• Trend: Methoden aus prof. Softwareentwicklung zur Verbesserung automotiver Produktentwicklungsprozess
Bedürfnisse Anforderungen Funktionen Komponenten
(HW, SW) Module Produkte
Zusammenhänge, Abhängigkeiten
25 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Umsetzung in SysML
• Systems Modeling Language (SysML)
• Auf der UML basierende standardisierte Sprache
• Für die Modellierung von komplexen Systemen
• SysML als „Baukasten“ für die Sprachelemente zur Beschreibung des Lösungsansatzes
• Möglichkeit für Beschreibung virtueller Produkte
Bedürfnisse
Anforderungen
Funktionen
Komponenten
(HW, SW)
Module
Produkte
Zusammenhänge,
Abhängigkeiten
26 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Aspekte zum Lösungsansatz
• Müssen nun alle Entwickler und
Produktverantwortlichen SysML lernen?
• Naheliegend: eindeutige Beschreibung der Lösung z.B. als
Anforderungsdokument einer Portofolio-Management-
Software
• Nein, in Mehrzahl der Fälle funktionale Modell hinter
angepassten „klassischen“ GUIs versteckt
• Oder – die Beschreibungen werden sowieso im Backend
eines Systems angewandt
• Möglichkeit: Informations-Management-System aufbauen,
das Beschreibungen direkt versteht
• Was mache ich dann mit den in SysML modellierten
Zusammenhängen?
27 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Technischer Lösungsvorschlag für
Informationsvernetzung
28 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Idee
Der gezeigten Lösungsansatz kann auch dazu dienen, eine
Datenmanagement-Plattform zu bauen, um
Zusammenhänge zwischen Entwicklungstools oder existierenden
Informationssystemen entlang des gesamten
Produktentwicklungsprozesses abzubilden.
• Ziel 1: bei steigender Produktkomplexität Qualität des
Entwicklungsprozesses sicherstellen
• Ziel 2: Designentscheidungen nachvollziehbar gestalten
Was nicht funktioniert:
• Einführung eines monolithischen Datenmanagements (alles in einem
großen System) illusorisch, unflexibel, starr, sehr lange
Einführungszeiträume
• Ablösung etablierter Lösungen in Domänen/Bereichen
29 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Wie manage ich den Informationsfluss technisch?
Nachteile
• Logik der Umsetzung
in vielen verstreuten
Interfaces
• Keine übergreifende
Steuerung,
Berücksichtigung von
Abhängigkeiten
Tool 1
Role 1
Tool 2
Role 2
Tool 3
Role 3
Tool 4
Role 4
Einfachster Fall – direkte Peer-to-Peer-Kopplung
Tool 1
Role 1
Tool 2
Role 2
Tool 3
Role 3
Tool 4
Role 4
Cockpit
Workflow
Engine
Integrationsplattform
• Logik der Umsetzung
in Plattform
zusammengezogen
• Übergreifendes Modell
für Ordnung der
Umsetzungsregeln
etablierbar
• Standardisierte
Interfaces
• Automatisierte Abläufe
und Verfolgung der
Abhängigkeiten
möglich Ordnung der Umsetzungsregeln
Integration
Infrastructure
Virtuelle
Beschreibung
des Produkts
30 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Idee
• Nutzung der funktionalen Beschreibung der Strukturen und
Zusammenhänge als virtuelle Produktbeschreibung
• Baue funktionales Modell nicht händisch auf, sondern lasse das
eine Businesslogik innerhalb einer Datenmanagementplattform
machen
• Aus dem relevanten Teil der Daten eines Tools (Nutzdaten, z.B. Input-Deck
oder Testergebnisse) wird ein Teil des Systemmodells generiert
• Dieses Systemmodell wird bei Änderungen der Nutzdaten (z.B. neue
Version) automatisch synchron gehalten
• Systemmodell basiert aus Elementen verschiedener funktionaler Sprachen,
z. B. SysML, EAST-ADL, AUTOSAR, IP++, OSLC
Anforderungs-
modell
Produkt-
funktionen
Architektur-
modell Modell der
Testfälle
System-
Modell
31 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Wie sieht ein Entwicklungsschritt aus?
Tool 3
Role 3
Tool 4
Role 4
Integration Infrastructure
Meta Data
Repository
Cockpit
Tool Data
Management Tool Data
Management
System-
Modell
Tool 5
Role 5
Tool Data
Management
Tool-
Daten
Tool-
Adapter
= Umsetzungsregeln
Teil des Systemmodells
+
Referenz auf Tool-Daten
Referenzmodelle
32 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Für die Entwicklung übergreifender Methoden
ist die (grobe) Kenntnis der
Teilbereiche/Domains erforderlich
Steigende Komplexität des
Entwicklungsprozesses erfordert Sicht des
einzelnen (spezialisierten) Entwicklers als Teil
des Ganzen.
Conclusio
„Es kommt nicht darauf an, die Zukunft vorherzusagen,
sondern auf die Zukunft vorbereitet zu sein“ (Perikles ca. 450 v. Chr.)
33 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011
Kontakt:
Andrea Denger, Markus Zoier
Virtual Vehicle
Systeme, Prozesse und Organisation müssen den
Menschen in der Produktentwicklung signifikant
unterstützen und ihm ermöglichen, eine holistische
Aufgabenstellung kreativ zu bearbeiten.