Handout WS 2012/SS2013 - von Alfred Katzenbach
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Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung<br />

in der Produktentwicklung<br />

<strong>Handout</strong><br />

Stand 31.08.<strong>2012</strong>

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Allgemeines<br />

• Das verteilte <strong>Handout</strong> ist die Grundlage des Vorlesungsumfangs.<br />

• Der komplette Folienumfang sowie weiteres Informationsmaterial<br />

sind <strong>von</strong> der Homepage www.katzenbach-web.de downloadbar.<br />

• Bitte registrieren sie sich über die Homepage für das jeweilige<br />

Semester bzw. für die Exkursion am unter Angabe <strong>von</strong> Vornamen,<br />

Name, Immatrikulationsnummer und E-Mail Adresse.<br />

• Das gedruckte <strong>Handout</strong> (soweit verfügbar) ist für eine Schutzgebühr<br />

<strong>von</strong> € 5.– erhältlich. Die Schutzgebühr für einen gemeinnützigen<br />

Zweck gespendet.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Motivation<br />

Ziele<br />

Inhaltsübersicht<br />

Organisatorisches<br />

CV des Referenten

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Motivation<br />

„Das 21. Jahrhundert bringt uns<br />

die Wissensgesellschaft“<br />

Roman Herzog<br />

„The Learning organisation was simply<br />

a warm up act for the main act -<br />

Knowledge Management“<br />

Ron Young - Knowledge Associates Ltd.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 4

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Ziel der Vorlesung:<br />

Die Studierenden<br />

• kennen die Herausforderungen der modernen<br />

Produktentwicklung und deren Anforderungen an die<br />

Informationstechnologie.<br />

• kennen die unterschiedlichen Informationstechnologien zur<br />

Unterstützung der Produktentwicklung.<br />

• kennen die Methoden und Begriffe der Prozessgestaltung, des<br />

Projektmanagements und des Requirements-Engineerings.<br />

• können die Bausteine eines IT unterstützten Entwicklungsprozesses<br />

beschreiben und im Zusammenwirken zuordnen.<br />

• Kennen die Methoden und Systeme zur<br />

- Produktstrukturierung<br />

- Produktmodellierung<br />

- Produktdatenverwaltung<br />

- Produktbewertung

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Ziel der Vorlesung:<br />

Die Studierenden<br />

• kennen einen methodischen Ansatz einer feature- und<br />

templatebasierten Produktentwicklung.<br />

• können an einem konkreten Beispiel eine featurebasierte<br />

Konstruktion eines Bauteils erstellen.<br />

• kennen die Technologien und Methoden zur Produktbewertung<br />

• kennen Standards und Methoden für eine internationale<br />

Zusammenarbeit im Entwicklungsprozess<br />

• kennen die Grundlagen und Bausteine des Wissensmanagements.<br />

• können unterschiedliche Verfahren und Methoden der<br />

Wissensverarbeitung unterscheiden.<br />

• können konkreten Problemstellungen die adäquate<br />

Wissensverarbeitungsmethode zuordnen.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung<br />

in der Produktentwicklung<br />

Wintersemester<br />

Sommersemester<br />

1. Einleitung<br />

2 Herausforderungen in der Produktentwicklung<br />

und deren Anforderungen an die IT<br />

3. Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung<br />

4. IT- Systeme im Produktentstehungsprozess<br />

5. Produktmodellierung<br />

6. Featuremodellierung<br />

7. Produktdatenverwaltung<br />

8. Produktbewertung<br />

9. IT- unterstützte Zusammenarbeit<br />

10. Wissensmanagement<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

12. Exkursion

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Inhaltsübersicht Wintersemester<br />

1. Einleitung<br />

1.1 Ziele der Vorlesung<br />

1.2 Struktur der Inhalte der beiden Semester<br />

2. Herausforderungen in der Produktentwicklung und deren IT-Anforderungen<br />

2.1 Tendenzen in der Entwicklung komplexer Produkte<br />

2.2 Anforderungen an die Informationstechnologie<br />

3. Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung<br />

3.1 Prozessabläufe in der Produktentwicklung<br />

3.2 Methodik <strong>von</strong> Produktentwicklungssystemen<br />

3.3 Projektmanagement<br />

3.4 Methoden zur Prozessmodellierung<br />

3.5 Requirements Engineering<br />

4. IT- Systeme im Produktentstehungsprozess<br />

4.1 Produktmodellierende Systeme<br />

4.2 Produktdatenverwaltende Systeme<br />

4.3 Bewertende Systeme<br />

4.4 Visualisierungssysteme<br />

4.5 Systeme im Styling<br />

4.6 Systeme in den Folgeprozessen<br />

4.7 Rapid Prototyping<br />

5. Produktmodellierung<br />

5.1 Grundlagen der CAD-Systeme<br />

5.2 3-D Flächenmodellierung<br />

5.3 3-D-Volumenmodellierung<br />

5.4 Zellemodelle<br />

5.5 Subdivision Surfaces<br />

6. Featuremodellierung<br />

6.1 Features Grundlagen<br />

6.2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

6.3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

6.4 Konstruktionstemplates<br />

7. Produktdatenverwaltung<br />

7.1 Grundlagen des Dokumentenmanagements<br />

7.2 Überblick Produktdatenverwaltung<br />

7.3 Teilestamm und Stücklisten<br />

7.4 PDM-Systeme<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 8

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Inhaltsübersicht Sommersemester<br />

8. Produktbewertung<br />

8.1 Motivation Produktabsicherung<br />

8.2 CAE - Funktionsbewertung<br />

8.3 Digital Mock Up<br />

8.4 Toleranzbewertung<br />

8.5 Bewertung der Herstellbarkeit<br />

10. Wissensmanagement<br />

10.1 Überblick, Motivation<br />

10.2 Zielsetzung und Methodik<br />

10.3 Wissensakquise<br />

10.4 Wissensverteilung<br />

10.5 Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

9. IT-Unterstützte Zusammenarbeit<br />

9.1 Standardschnittstellen<br />

9.2 Generische Produktdatenmodelle<br />

9.3 Integrationsarchitekturen<br />

9.4 Collaborative PDM Netze<br />

9.5 WEB Services<br />

9.6 Service Orientierte Architekturen (SOA)<br />

9.7 CSCW<br />

9.8 Workflow-Technologie<br />

9.9 Web 2.0<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme<br />

12. Exkursion<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 9

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Organisatorisches<br />

• Das verteilte <strong>Handout</strong> ist die Grundlage des Vorlesungsumfangs<br />

• Der komplette Folienumfang sowie weiteres Informationsmaterial sind<br />

<strong>von</strong> der Homepage<br />

www.katzenbach-web.de downloadbar<br />

• Bitte registrieren sie sich über die Homepage für das jeweilige<br />

Semester bzw. für die Exkursion unter Angabe <strong>von</strong> Vornamen, Name,<br />

Immatrikulationsnummer und E-mail Adresse<br />

• Registrierte StudentInnen erhalten im Bedarfsfall kurzfristig<br />

Informationen<br />

• Die Exkursion findet am Vormittag der letzten Vorlesung des<br />

Sommersemesters statt, der Anmeldungzeitraum ist vom 15.05 bis<br />

30.06. (ohne Anmeldung ist keine Teilnahme möglich).

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong><br />

Persönliches:<br />

Jahrgang 1954, verheiratet, vier Kinder<br />

Ausbildung:<br />

TU Darmstadt: Studium Maschinenbau, Abschluss 1980<br />

Schwerpunkte: Konstruktionsmethodik und Berechnung<br />

Berufliche Laufbahn:<br />

Seit 1980 bei Daimler<br />

• 1980 bis 1989 verschiedene Aufgaben in der Entwicklung und Konstruktion <strong>von</strong><br />

Fertigungseinrichtungen und in der Produktion<br />

• 1989 - 93 Abteilungsleiter Verfahrensentwicklung Konstruktion<br />

• 1993 - 98 Abteilungsleiter CAD/CAM Strategie und Support<br />

• 1998 - 2004 Forschungsdirektor<br />

„Research Information and Communication for Engineering Processes”<br />

• Seit 2004 Direktor „Information Technology Management<br />

for Group-Research and Mercedes-Benz Cars Development.“<br />

• 2002 -2010 Vorstand des ProSTEP - iViP – Vereins<br />

• Seit 2011 Vorsitzender des VDA Arbeitskreises Product Lifecycle Management<br />

Lehraufträge:<br />

• 1991-1996 Fachhochschule Ulm: Konstruktionslehre<br />

• 2002-2008 Steinbeis-Hochschule Berlin: Wissensmanagement<br />

• seit 2002 Universität Stuttgart: Informationstechnik und Wissensverarbeitung<br />

in der Produktentwicklung<br />

• seit 2008 Honorar-Professor an der Universität Stuttgart<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 11

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Motivation<br />

Ziele<br />

Inhaltsübersicht<br />

CV des Referenten

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. Herausforderungen in der Produktentwicklung<br />

und deren Anforderungen an die IT<br />

2.1 Tendenzen in der Entwicklung komplexer Produkte<br />

2.2 Anforderungen an die Informationstechnologie

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Entwicklungsaufwände in der Industrie<br />

Industrie<br />

Entwicklungszeit<br />

[Jahre]<br />

Entwicklungskapazität<br />

[PJ]<br />

Entwicklungsbudgets<br />

[Mio €]<br />

Automobil 2,5 – 5 1000 - 2000 500 – 2 000<br />

Eisenbahnen 2 - 3 50 – 400 20 - 160<br />

Zivil – Flugzeuge<br />

4 - 7 5000 - 10000 2 500 – 5 000<br />

Kraftwerke 3 – 5 500 - 1000 300 - 500<br />

Unterhaltungselektronik<br />

Automobilkomponenten<br />

0,5 - 1 10 – 100 5 - 50<br />

0,5 - 1 5 – 50 2,5 - 20<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Mc Kinsey<br />

14

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Unser Ausgangspunkt:<br />

Trends in der Automobilindustrie<br />

Kapazitätsüberschüsse<br />

in reifen Märkten<br />

QUALITÄT<br />

Verlagerung<br />

<strong>von</strong> einem<br />

Verkäufer- zu<br />

einem Käufermarkt<br />

virtuelle<br />

Unternehmen<br />

zwischen OEM<br />

und Lieferanten<br />

ZEIT<br />

Treiber<br />

des<br />

Unternehmenserfolgs<br />

KOSTEN<br />

Globalisierung<br />

<strong>von</strong> Entwicklung,<br />

Beschaffung<br />

und Herstellung<br />

Die Zukunft Ihrer Geschäftsprozesse:<br />

Beherrschung der Komplexität<br />

und Ermöglichung der Agilität<br />

bei Entwicklungs- und Lieferprozessen.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 15

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Langfristigen Herausforderungen der<br />

Automobilindustrie bis zum Jahre 2015 mit Bezug<br />

zum „Digital Product Creation Process“<br />

1. „Produktivitätszange“<br />

Mehr Produkt zum gleichen Preis<br />

• Kostendruck<br />

• Innovationsdruck trotz geringer<br />

Preiselastizität<br />

• stagnierende Märkte und Überkapazitäten<br />

Kernherausforderungen<br />

Partnerübergreifende<br />

Zusammenarbeit<br />

(intern und extern)<br />

2. "Silizium und Stahl"<br />

Veränderung der Produktstruktur<br />

Verlagerung der Innovations- und<br />

Wertschöpfungsschwerpunkte weg<br />

<strong>von</strong> den "klassischen OEM-Kernkompetenzen"<br />

3. "Dritte Revolution in der<br />

Automobilindustrie"<br />

Veränderung der Industriestruktur<br />

Verflachung der Wertschöpfungstiefe<br />

führt zu starken Systemzulieferern mit<br />

massivem Einfluss auf das Endprodukt ("Smart-Modell")<br />

Effiziente und frühzeitige<br />

Absicherung der Produktqualität in<br />

Entwicklung und Produktion<br />

"Digitalisierung der Fabrik" und<br />

Integration <strong>von</strong> Entwicklung,<br />

Produktion und Aftersales<br />

Beherrschung der "Mechanik-E/E-<br />

SW"-Integration<br />

[Quelle: “Die smarte Revolution in der Automobilindustrie", McKinsey & Company, 2004]

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Wege zum Erhalt der Spitzenposition<br />

Produktinnovationen<br />

Neue Produkteigenschaften<br />

sind einfach zu kopieren<br />

Prozessinnovationen<br />

Innovationen im Produktentstehungsprozess<br />

sind<br />

schwer zu kopieren<br />

Quelle: Sälzer<br />

Soziale Innovationen<br />

Innovationen im Unternehmensund<br />

Kooperationskulturen<br />

dauern sehr lange und sind<br />

nicht kopierbar

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Komplexität <strong>von</strong> Produkten<br />

The Complex DaimlerChrysler Range<br />

Globale Marktanforderungen<br />

an<br />

individuelle Fahrzeuge<br />

-----------------------------<br />

Jedes Fahrzeug ist<br />

nahezu einzigartig,<br />

Wiederholungsrate<br />

ca. 1,4 Fahrz./Jahr<br />

Komplexe Varianz der<br />

Prozesse in internationalen<br />

Netzwerken<br />

-----------------------------<br />

bis zu 4 internen und 7<br />

externen Stufen in der<br />

Lieferkette<br />

Kontinuierliches<br />

Hohe Varianz in sehr<br />

Changemanagement<br />

komplexen Produkten<br />

des Produkts und der<br />

-----------------------------<br />

Prozesse zur Erfüllung<br />

10 27 technisch mögliche<br />

der Marktanforderungen<br />

Fahrzeugvarianten<br />

--------------------------<br />

eines Fahrzeugmodells<br />

Reduktion der<br />

Lebenszykluszeit <strong>von</strong> 10<br />

auf 6 Jahre<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 18

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Aufgabenkomplexität<br />

- Anforderungen an Unternehmen<br />

Product<br />

Reliability/<br />

Quality Management<br />

Globalization<br />

New Role<br />

of Suppliers<br />

Product<br />

Complexity<br />

Time to<br />

Market<br />

Design<br />

For X<br />

Total Cost<br />

of Ownership<br />

Environmental<br />

Policies<br />

Quelle: Eigner 2005<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 19

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Komplexität in der mechatronischen Prozessintegration<br />

Mechanik<br />

Funktionsgruppe 1<br />

Funktionsgruppe 2<br />

Elektrik<br />

Elektronik<br />

System 1<br />

System 2<br />

Software<br />

Modul 1<br />

Modul 2<br />

Zwischen den Prozessen<br />

Anforderungen /Konzept<br />

Spezifikation<br />

Modellierung<br />

Simulation<br />

Prüfung<br />

Herstellung<br />

Anforderungen /Konzept<br />

Spezifikation<br />

Modellierung<br />

Simulation<br />

Prüfung<br />

Herstellung<br />

Anforderungen /Konzept<br />

Spezifikation<br />

Modellierung<br />

Simulation<br />

Prüfung<br />

Herstellung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 20

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Komplexitätshierarchie im IT basieren<br />

Produktentwicklungsprozess<br />

Kooperation, Arbeitskultur<br />

Wissen<br />

relevante Prozesse<br />

®<br />

. . .<br />

IT-Systeme<br />

Produkt-, Prozess-, Ressourcendaten<br />

Daten<br />

Anforderungen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 21

Zielszenario<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Informationstechnologien zur Unterstützung des Produktentwicklungsprozesses<br />

Die vollständigen<br />

Informationen sind<br />

über den gesamten<br />

Produktlebenszyklus<br />

vorhanden<br />

Das Produkt ist<br />

vollständig und<br />

konsistent in einem<br />

globalen Netzwerk<br />

verschiedener<br />

Systeme<br />

beschrieben<br />

Ergebnisse realer<br />

Tests und Gebrauchserfahrungen<br />

sind Teil<br />

der digitalen<br />

Beschreibung<br />

Der gesamte<br />

Produktentstehungsprozess<br />

wird<br />

international<br />

bearbeitet<br />

Der gesamte<br />

Prozess wird in<br />

einem Netzwerk<br />

mit Lieferanten und<br />

Partnern<br />

abgewickelt<br />

Jedes einzeln<br />

konfigurierbare Produkt<br />

ist darstellbar und<br />

simulierbar

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 1 Herausforderungen an die Produktentwicklung - Tendenzen<br />

Informationstechnologien zur Unterstützung des Produktentwicklungsprozesses<br />

Zusammenarbeit vom Produkthersteller mit seinen<br />

Zulieferern<br />

Der Globalisierungsprozess<br />

auf dem Zulieferermarkt<br />

verläuft schneller als bei den<br />

Herstellern komplexer Güter.<br />

Die Zulieferer entwickeln<br />

sich <strong>von</strong> Komponentenherstellern<br />

zu<br />

Systemlieferanten.<br />

Zur Nutzung <strong>von</strong><br />

Skaleneffekten werden<br />

gleiche Komponenten in<br />

unterschiedliche Produkte<br />

verschiedener Hersteller<br />

eingebaut.<br />

Der Entwicklungsprozess<br />

mit Zulieferern<br />

muss genauso gut<br />

funktionieren wie intern<br />

beim Hersteller.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 23

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

2. 2 Herausforderungen an die Produktentwicklung - IT-Anforderungen<br />

Informationstechnologien zur Unterstützung des Produktentwicklungsprozesses<br />

Anforderungen an die IT Systeme<br />

Eine<br />

• gemeinsame<br />

• einfach bedienbare<br />

• intuitive<br />

• kontextsensitive<br />

Benutzeroberfläche<br />

• Hohe Verarbeitungsleistung<br />

• Hohe Systemstabilität<br />

• Hohe<br />

Datensicherheit<br />

• System unabhängige<br />

und redundanzfreie<br />

Datenverfügbarkeit<br />

Flexible Kommunikation<br />

• zwischen allen Partnern<br />

• zu jeder Zeit<br />

• an jedem Ort<br />

• Assoziativität<br />

<strong>von</strong> Dateninhalten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 24

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung<br />

3.1 Prozessabläufe in der Produktentwicklung<br />

3.2 Methodik <strong>von</strong> Produktentwicklungssystemen<br />

3.3 Projektmanagement<br />

3.4 Methoden zur Prozessmodellierung<br />

3.5 Requirements Engineering

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung -<br />

Überblick über Unternehmensprozesse<br />

Management Processes<br />

Strategic Planning &<br />

Controlling<br />

Business Processes<br />

Financial Planning &<br />

Controlling<br />

Internal Audit<br />

Customer Relationship Management (CRM)<br />

Plan<br />

Understand<br />

Sell<br />

Care<br />

Supply Chain Management (SCM)<br />

Plan<br />

Source<br />

Make<br />

Deliver<br />

Return<br />

Product Lifecycle Management (PLM)<br />

Plan<br />

Product<br />

Portf.-Mgt.<br />

Define<br />

Realize<br />

Commercialize<br />

Phase out<br />

Support Processes<br />

Quality<br />

Mgt.<br />

Financial<br />

Mgt.<br />

Communication<br />

Procurement<br />

Process &<br />

Information<br />

Mgt.<br />

Human<br />

Resources<br />

Environment<br />

Real<br />

Estate<br />

Mgt.<br />

Quelle Siemens Prozesshaus nach Seidenschwarz<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 26

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 1 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Abläufe<br />

Ziele der Prozessstandardisierung und -optimierung<br />

• Schaffung einer gleiche Sprache und eines gleichen<br />

Verständnisses der Prozesse<br />

• Realisierung der identifizierten Einsparungspotenziale durch<br />

beschleunigte Implementierung der Standardprozesse, Harmonisierung<br />

der Applikationen sowie Nutzung <strong>von</strong> Synergieeffekten<br />

• Redesign der Prozesse auf Basis gemeinsam definierter Standards<br />

über Soll-Prozesse<br />

• Konfiguration und Gestaltung <strong>von</strong> spezifischen Geschäftsprozessen<br />

vom Kunden zum Kunden<br />

• Ermöglichen <strong>von</strong> übergreifendem Benchmarking und<br />

Best Practice Sharing<br />

Quelle: Seidenschwarz<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 27

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 1 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Abläufe<br />

Allgemeines V-Modell (1) nach VDI 2221<br />

Testfälle<br />

Produkt<br />

Testfälle<br />

System<br />

Testfälle<br />

Komponente<br />

Produkt Integration<br />

und Test<br />

System Integration<br />

und Test<br />

Komponenten Test<br />

Produktanforderungen<br />

Zuliefererprozesse<br />

Systemanforderungen<br />

Komponentenanforderungen<br />

Unterstützungsprozesse<br />

Komponentenentwicklung<br />

Lieferantenprozesse<br />

Beauftragungsprozess Auftragsabwicklung<br />

Dokumentations- und Konfigurationsmgmt.<br />

Qualitätssicherungsprozesse<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 28

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 1 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Abläufe<br />

CMM-Modell in der Softwareentwicklung<br />

werden<br />

1. Gewachsen<br />

Standardisierter,<br />

durchgängiger<br />

Prozess<br />

2. Wiederholbar<br />

Vorhersehbarer<br />

Prozess<br />

Handlungsbedarf erkannt<br />

Erfolgreich bearbeitete<br />

Schritte können wiederholt<br />

Prozesse sind nicht definiert<br />

Zeitplan, Qualität, Kosten sind<br />

nicht vorhersehbar<br />

Kontinuierlicher<br />

Verbesserungsprozess<br />

4. Gemanaged<br />

Prozess wird gemessen<br />

und gesteuert.<br />

Umsetzungscontrolling<br />

3. Definiert<br />

Prozess ist beschrieben,<br />

und allgemein verstanden<br />

und akzeptiert<br />

Projekt<br />

Management<br />

Integrierter<br />

Engineering<br />

Prozess<br />

5. Optimiert<br />

Nutzung „Best practice“<br />

Benchmarking, Innovationen<br />

Prozessoptimierung<br />

Produkt- und<br />

Prozessqualität<br />

Organisierte<br />

Veränderungen<br />

Nach Capability Matuity Model<br />

Carnegy Mellon University Pittsburgh, PA<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 29

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 2 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Methodik<br />

Beschreibungselemente eines Geschäftsprozesses<br />

Rollen<br />

sind durch die Aufgaben,<br />

Kompetenzen und<br />

Verantwortungen zur<br />

Durchführung zugeordneter<br />

Prozessschritte definiert.<br />

Messgrößen<br />

definieren die zu erbringende<br />

Leistung des Lieferanten.<br />

Quality Gates<br />

sind zu erreichende<br />

Etappenziele im<br />

Gesamtprozess.<br />

Prozessschritte<br />

Kunden/Lieferantenbeziehungen<br />

definieren die Aufgaben <strong>von</strong><br />

Lieferanten und die Interaktion<br />

zwischen Lieferanten und<br />

Kunden.<br />

Voraussetzungen<br />

fassen den Inhalt mehrerer<br />

Messgrößen zusammen.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 30

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 2 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Methodik<br />

Reifegradbewertung<br />

Signal<br />

rot<br />

Definition<br />

Der IST-Wert der Messgröße liegt außerhalb des vereinbarten Ziels.<br />

Es liegt noch kein abgesicherter Maßnahmenplan vor.<br />

Das weitere Vorgehen erfordert eine Managemententscheidung<br />

gelb<br />

Der IST-Wert der Messgröße liegt außerhalb des vereinbarten<br />

Ziels.<br />

Es liegt ein abgesicherter Maßnahmenplan vor.<br />

Das Projektteam kann eigenverantwortlich entscheiden<br />

grün<br />

Der IST-Wert der Messgröße trifft das vereinbarte Ziel.<br />

Die Bewertung<br />

• erfolgt auf Basis vereinbarter Messgrößen zwischen Kunden und Lieferanten<br />

• ist Voraussetzung zur Freigabe des nächsten Prozessabschnitts<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 31

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 3 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Projektmanagement<br />

‣ Projektmanagement ist die Gesamtheit und das Zusammenspiel aller<br />

Methoden und Prozesse zur Durchführung <strong>von</strong> Projekten.<br />

‣ Im folgenden Vortrag wird ein Überblick über die Projektmanagement Methode<br />

„Houston“ gegeben, welche bei IT-Projekten in der Daimler AG eingesetzt wird.<br />

‣ Die Grundphilosophie <strong>von</strong> „Houston“ basiert auf PMI* und ist in 9<br />

Knowledge Areas (Berichtsklassen) gegliedert. Diese Wissensgebiete stellen<br />

eine nach Projektmanagement-Themen gegliederte Sichtweise dar und<br />

bündeln die weiteren Details zu diesen Themen. Jedes Wissensgebiet ist durch<br />

einen Farbton kenntlich gemacht.<br />

Das 1969 in Philadelphia gegründete Project Management Institute ist mit 265.000<br />

Mitgliedern<br />

aus 170 Ländern die weltweit mitgliederstärkste Projekt Management Organisation.<br />

32

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 3 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Projektmanagement<br />

Projektklassifizierung<br />

Die Projektkategorisierung<br />

erfolgt auf Basis<br />

‣ <strong>von</strong> Grenzwerten der<br />

einzelnen Kriterien<br />

‣ Kennwerten <strong>von</strong><br />

Kriterienkombinationen<br />

A<br />

B<br />

C<br />

Klassifizierungskriterien<br />

‣Projektkosten<br />

‣Kritikalität des Terminplans<br />

‣Projektlaufzeit<br />

‣Teamgröße<br />

‣Managementbezug<br />

‣Einfluß auf das operative<br />

Geschäft<br />

‣Sichtbarkeit in der<br />

Öffentlichkeit<br />

33

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 3 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Projektmanagement<br />

Berichtsklassen<br />

9 Berichtsklassen<br />

strukturieren die<br />

Zielbeschreibung &<br />

Projektstruktur<br />

Zeitplan<br />

Kostenplan &<br />

Kostenberichte<br />

Projektmanagementaktivitäten<br />

bei<br />

‣ Planung<br />

‣ Überwachung<br />

Qualitätsplan &<br />

Qualitätssicherung<br />

Risikobeschreibung & -<br />

Bewertung<br />

Besetzung der<br />

Projektrollen<br />

‣ Berichterstattung<br />

Kommunikation<br />

& Berichterstattung<br />

Lieferantenauswahl<br />

& -Beauftragung<br />

Einbindung in<br />

das Umfeld<br />

34

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 3 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Projektmanagement<br />

Standardisierter Meilensteinplan<br />

Standardisiertes Phasenmodell mit Quality Gates schaffen ein<br />

gemeinsames Prozessverständnis<br />

Beantragung<br />

& Genehmigung<br />

Projekteinrichtung<br />

& Start<br />

Lastenheft<br />

Realisierungs-<br />

Planung<br />

QG-Init<br />

QG-SETUP<br />

QG-REQ<br />

QG-PLAN<br />

Konzeption<br />

Projektumsetzung<br />

Übergabe<br />

Projektende<br />

QG-Design<br />

QG-REAL<br />

QG-GO LIVE<br />

QG-CLOSE<br />

35

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 3 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Projektmanagement<br />

Quality Gates (QG):<br />

werden zur Überprüfung formal gesetzter Kontrollpunkte benutzt. Sie legen für bestimmte Arbeitsergebnisse Anforderungen<br />

oder Standards fest. Eine Weitergabe der Ergebnisse an die nächste Bearbeitungsstufe erfolgt erst bei Erfüllung der<br />

Anforderungen oder Standards.<br />

Initiation Planung Execution Closure<br />

Project<br />

Initiation<br />

Project<br />

Setup<br />

Requirement<br />

Specification<br />

Realization<br />

Planning<br />

Design<br />

Realization<br />

Going Live<br />

Closure<br />

QG-INIT<br />

Business Case<br />

Planungssicherheit<br />

erhöhen:<br />

•Scope<br />

Statement<br />

•Strategical<br />

Alignement<br />

•Informationssicherheit<br />

•Betreibbarkeit<br />

Prozesssicherheit<br />

erhöhen<br />

durch Planung<br />

mit HOUSTON:<br />

Business<br />

Anforderungen<br />

finalisieren<br />

Planung der<br />

Umsetzung<br />

Ausschreibung<br />

Auftragvergabe<br />

IT-Konzept<br />

Testkonzept<br />

Tests<br />

Funktionale<br />

Abnahme<br />

QG-SETUP QG-REQ QG-PLAN QG-DESIGN QG-REAL QG-GOLIVE QG-CLOSE<br />

Review Betriebskonzept Betriebsdokumentation<br />

Migration<br />

Business Case<br />

Systemtechnische<br />

Abnahme<br />

Schulung<br />

Rollout<br />

Übernahme in<br />

den Betrieb und<br />

Betreuung<br />

Administrativer<br />

Projektabschluss<br />

Lessons<br />

Learned<br />

PQR<br />

(Kunden<br />

Feedback)<br />

Projekt<br />

freigegeben!<br />

Projekt gem-<br />

HOUSTON<br />

aufgesetzt!<br />

Fachkonzept<br />

freigegeben!<br />

Umsetzung<br />

freigegeben!<br />

System realisiert!<br />

Lösung in die<br />

Linie überführt!<br />

Projekt<br />

abgeschlossen!

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 3 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Projektmanagement<br />

Projektklasse: __________<br />

QG-________:<br />

Berichtsklasse: _________________<br />

Ziel QG-____: ________.<br />

▪ Text<br />

Input<br />

▪ Text<br />

▪ Text<br />

Deliverables<br />

•Text<br />

Dokumente<br />

▪ Text

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 4 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Prozessmodellierung<br />

Einführung und Motivation<br />

Wirtschaftliche Aspekte zur Neugestaltung <strong>von</strong> Geschäftsprozessen<br />

• starre Abläufe machen Unternehmen unbeweglich und ineffizient<br />

• Internationalisierung der Märkte erzeugt hohen Wettbewerbsdruck<br />

• Verbesserung der Effizienz (Kosten/Zeit) und rasche und flexible<br />

Reaktionsfähigkeit wird zur Überlebensfrage<br />

Ziele:<br />

- Verschlankung der Prozesse/Entscheidungswege<br />

- Verkürzung der Entwicklungszeiten („time to market“)<br />

- Verkürzung der Fertigungszeiten (bei ausreichender Qualität)<br />

- rasche Reaktion auf Marktveränderungen und neue Trends<br />

implizieren (auch) ständige Anpassung der<br />

Geschäftsprozesse<br />

Business Process Reengineering<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 38

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 4 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Prozessmodellierung<br />

Ziele der Prozessmodellierung -<br />

typische Problemstellungen<br />

Typische Ausgangssituation<br />

Potenziale<br />

• Überflüssige Prozessvarianten<br />

differenziert nach Vertriebswegen,<br />

Produkten, Standorten<br />

• Komplexitätsreduktion –<br />

Standardisierung <strong>von</strong> Prozessen,<br />

Aufbauorganisation und Produkten<br />

• Prozesskosten unbekannt -><br />

Produktkalkulation? Profitabilität?<br />

Prioritäten?<br />

• Nacharbeit, geringe Produkt- und<br />

Servicequalität<br />

• Fragmentierte Verantwortung,<br />

überflüssige organisatorische<br />

Schnittstellen, „Dienst nach Vorschrift“,<br />

Widerstände gegen Änderungen<br />

• Unerwartete Änderungen der<br />

Marktanforderungen<br />

• Prozesskostenreduzierung vom xx%<br />

• Qualitätsverbesserung – Reduktion der<br />

Fehlerrate um xx%<br />

• Verbesserte Kundenorientierung,<br />

Identifikation, Eigenverantwortung,<br />

Mitarbeitermotivation<br />

• Parallelisierung <strong>von</strong> Teilprozessen,<br />

Reduktion der Durchlaufzeiten um xx%,<br />

Reduktion „Time to Market“<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 39

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 4 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Prozessmodellierung<br />

Begriffsdefinition – Lebenszyklus des<br />

Geschäftsprozessmanagement<br />

Definition: planmäßige Gestaltung, Reorganisation sowie Ausführung und<br />

Beurteilung <strong>von</strong> betrieblichen Abläufen (Geschäftsprozessen)<br />

[in Anlehnung an Krcmar, H. (1997): Informationsmanagement, Springer, S. 88f]<br />

Geschäftsprozessmanagement umfasst<br />

Prozessgestaltung und<br />

-modellierung<br />

Prozessimplementierung<br />

und Einführung<br />

Prozessbewertung<br />

und<br />

-optimierung<br />

Steuerung<br />

und Monitoring<br />

<strong>von</strong> Prozessen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 40

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 4 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Prozessmodellierung<br />

Vorgehensweise der Prozessmodellierung<br />

am Beispiel <strong>von</strong> ARIS<br />

Organisation<br />

ARIS House of Business<br />

Organigramme<br />

Daten<br />

Steuerung<br />

Funktion<br />

erw. ER-Modelle<br />

Ereignis-Prozess-Ketten<br />

Modellierungsaspekte in ARIS<br />

Funktionsbäume

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Requirements Engineering<br />

Konstruktion<br />

Vision:<br />

Die Anforderungen repräsentieren die<br />

eigentliche Produktidee und sind somit<br />

die verbindliche Grundlage für alle<br />

nachfolgenden Prozesse.<br />

Ideen<br />

Erfahrungen<br />

Wissen<br />

Produktion<br />

Anforderungen<br />

Test<br />

Prototyp<br />

Ziele:<br />

Die Anforderungen werden<br />

- als Arbeitsgrundlage für die gesamte<br />

Entwicklung bereitgestellt und verwaltet<br />

- konsistent in Plänen, Aktivitäten und<br />

Prozessen abgebildet

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Begriffsdefinitionen<br />

Eine Anforderung = Requirement<br />

ist eine Aussage über eine zu erfüllende Eigenschaft<br />

oder zu erbringende Leistung<br />

‣eines Produktes,<br />

‣eines Prozesses oder<br />

‣der am Prozess beteiligten Personen<br />

Die Anforderungsverwaltung= Requirements Management (RM, REQM)<br />

umfasst Prozesse, die notwendig sind, um<br />

‣Anforderungen und dazugehörige Informationen<br />

für verschiedene Rollen aufzubereiten<br />

‣Anforderungen konsistent zu ändern<br />

‣Anforderungen wieder verwenden zu können.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Requirements Engineering Prozess<br />

Das Requirements Engineering (=RE)<br />

umfasst alle Techniken und Aktivitäten rund<br />

um die Anforderungen in einem Projekt.<br />

Requirements Engineering Prozess<br />

Anforderungen<br />

erheben<br />

Anforderungen<br />

dokumentieren<br />

Anforderungen<br />

verifizieren<br />

Anforderungen<br />

validieren<br />

Anforderungen<br />

verwalten

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Qualitätskriterien für Anforderungen<br />

Rechtliche Verbindlichkeit<br />

Verbindlichkeit<br />

Pflicht<br />

Schlüsselwort<br />

(deutsch)<br />

muss (darf<br />

nicht)<br />

Empfehlung sollte / soll should<br />

Schlüsselwort<br />

(englisch)<br />

shall/must, (shall not)<br />

Wunsch/Option kann<br />

can<br />

Die rechtliche Verbindlichkeit ist<br />

eindeutig gekennzeichnet,<br />

wenn eines der aufgeführten<br />

Schlüsselwörter verwendet wurde.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 45

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Qualitätsregeln der Anforderungsdefinition<br />

Vereinzeln Sie Ihre Anforderungen. Formulieren Sie in einem (Ab-)<br />

Satz nicht mehr als eine Anforderung. Vermeiden Sie Anforderungen in<br />

Nebensätzen.<br />

Formulieren Sie die Anforderung im Aktiv.<br />

Vermeiden Sie Weak Words (aber, allzu, absolut, andere, äußerst,<br />

usw.) sowie qualitative Adjektive<br />

Ordnen Sie mögliche Informationen den Anforderungen zwar zu, aber<br />

machen sie diese eindeutig als Information kenntlich.<br />

Achten Sie auf implizite Annahmen in Anforderungen.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Methodische Hilfe - Anforderungsschablone<br />

Die Anforderungsschablone gibt eine klare Anleitung vor, wie<br />

Anforderungen zu erstellen sind.<br />

Bedingung<br />

Verbindlichkeit<br />

Subjekt<br />

Charakter der<br />

Aktivität<br />

Objekt<br />

Aktion<br />

zeitlicher bzw.<br />

logischer<br />

Aspekt<br />

Grad der<br />

rechtlichen<br />

Verbindlichkeit<br />

muss<br />

darf … nicht<br />

sollte<br />

das<br />

ausführende<br />

Element,<br />

z.B.<br />

Komponente<br />

oder Person<br />

(selbstständig)<br />

<br />

die Möglichkeit<br />

bieten<br />

das an der<br />

Aktion<br />

beteiligte<br />

Element<br />

Verb<br />

kann<br />

fähig sein<br />

Beispiel: Sobald die gemessene Temperatur 220°C übersteigt,<br />

muss die Kontrolleinheit selbstständig den Motor abstellen.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Komponentenanforderungen strukturieren<br />

Prinzipien:<br />

Single Source Prinzip<br />

Ein Thema wird an genau einer Stelle umfassend spezifiziert.<br />

Prinzip der vollständigen Zerlegung<br />

Die Bestandteile der Zerlegung decken das gesamte Thema vollständig ab.<br />

Prinzip der überschneidungsfreien Zerlegung<br />

Die Bestandeile der Zerlegung sind untereinander überschneidungsfrei.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 4 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Komponentenanforderungen strukturieren<br />

Komponente<br />

Funktionen<br />

Zweck, Aufgabe, Verhalten der Komponente im Fahrzeug<br />

Was muss die Komponente können/machen?<br />

Eigenschaften<br />

nichtfunktionale Güte, Beständigkeit der Komponente<br />

Wie gut muss die Komponente sein?<br />

Komponentenanforderungen<br />

Schnittstellen<br />

Interaktion, Grenze, Übergang der Komponente<br />

zu anderen Bauteilen<br />

Funktionen, Eigenschaften und Schnittstellen der Komponente<br />

werden bereits auf Systemebene definiert.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

3. 5 Prozesse und Methoden in der Produktentwicklung - Requirements Engineering<br />

Nutzen:<br />

• Versions- und Variantenmanagement bereits auf<br />

Anforderungsebene<br />

• Aktualität und Konsistenz<br />

• Wiederverwendung<br />

• Automatische Dokumentenableitung varianten- und versionsgesteuert<br />

• Konsistenz mit den Lösungen<br />

• Modularisierung<br />

• Testintegration<br />

• Automatisierte Modell-Ableitung<br />

• Frühzeitige Integration <strong>von</strong> Knowledge Management<br />

• Verbessertes Kosten / Risiko Management<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 50

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. IT-Systeme im Produktentstehungsprozess<br />

4.1 Produktmodellierende Systeme<br />

4.2 Produktdatenverwaltende Systeme<br />

4.3 Bewertende Systeme<br />

4.4 Visualisierungssysteme<br />

4.5 Systeme im Styling<br />

4.6 Systeme in den Folgeprozessen<br />

4.7 Rapid Prototyping

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 0 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Überblick<br />

Begriffsbestimmung der CA - Systeme<br />

CAD - Computer Aided Design<br />

= rechnergestütztes Entwerfen und Konstruieren<br />

CAM - Computer Aided Manufacturing<br />

= rechnergestütztes Fertigen<br />

CAE - Computer Aided Engineering<br />

= rechnergestütztes Berechnen<br />

CAQ - Computer Aided Quality Assurance<br />

= rechnergestützte Qualitässicherung<br />

CAP - Computer Aided Planing<br />

= rechnergestützte Arbeitsablaufplanung<br />

CIM - Computer Aided Integrated Manufacturing<br />

Oberbegriff für alle bisher genannten Teilgebiete<br />

CIM = CAD + CAM + CAE + CAQ+ CAP<br />

CAPE - Computer Aided Process Engineering<br />

= Fertigungsprozessplanung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 52

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 0 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Überblick<br />

Begriffsbestimmung der Engineering – Systeme (2)<br />

BOM - Bill of Material = Stückliste<br />

EDM - Engineering Data Manaegment<br />

PDM - Product Data Management<br />

PLM - Product Lifecycle Management<br />

= Produkt Daten Management, sehr häufig synonym verwendet<br />

PPS . Produktionsplanung und -steuerung<br />

ERP - Enterprise Resource Planning – Produktions- und Logistik-Steuerung<br />

DMU - Digital Mock Up<br />

= Digitale Beschreibung eines Gesamtprodukts<br />

CSCW - Computer Supported Collaborative Work<br />

= Werkzeuge zur rechnergestützen Zusammenarbeit<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 53

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 1 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Modellierung<br />

CAD- Systeme auf dem Markt<br />

Während den letzten 10 Jahren fand eine Bereinigung des Marktes bei den „großen“ CAD-<br />

Systemen statt. Bei den „kleineren“ Systemen werden auf dem Markt unüberschaubar viele<br />

Systeme unterschiedlicher Leistung angeboten.<br />

(s. Übersicht: http://de.wikipedia.org/wiki/Liste_mechanischer_CAD-Lösungen)<br />

Für die Auswahl müssen folgende Aspekte bzw. Anforderungen betrachtet werden:<br />

- Funktionsumfang und deren Leistungsfähigkeit<br />

• Flächen und/oder Solid<br />

• parametrisch oder explizit<br />

• CAx- Unterstützung (DMU, FEM, STL, NC,…)<br />

- Prozessintegration<br />

• Datenaustausch zu anderen Systemen<br />

• Verbreitung des Systems<br />

- Kosten<br />

Quelle: M. Brill

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 2 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Datenverwaltung<br />

Bedeutung <strong>von</strong> Integrationen für PDM Systeme<br />

• PDM Systeme bilden den Datenbackbone eines<br />

Unternehmens. Damit wird selbstverständlich vorausgesetzt,<br />

dass<br />

- alle Informationen, die für die Produktentstehung<br />

wesentlich sind, abgegriffen werden können<br />

- Alle Informationen, die eine innerhalb der<br />

Produktentstehung verwendete Applikation erzeugten,<br />

abgelegt werden können<br />

- Alle Informationen, die in einem anschließenden Prozess<br />

benötigt werden, an diesen übergeben werden<br />

Erzeuger Systeme<br />

CAD CAE CAx PPS SCM<br />

PDM Backbone<br />

Ziel Systeme<br />

Quelle: nach Eigner

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 2 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Datenverwaltung<br />

PDM als Integrationsplattform<br />

Anwendungen in der<br />

Produktentwicklung<br />

• CAD<br />

• FEM<br />

• ...<br />

Zugriffsrollen<br />

• Projektleiter<br />

• Sachbearbeiter<br />

• ...<br />

Tätigkeiten<br />

• Statuskontrolle<br />

• Bearbeiten<br />

• ...<br />

Prozesse<br />

• Konzepterstellung<br />

• Änderungsmanagement<br />

• Freigabemanagement<br />

• ...<br />

PDM<br />

CAD-DB CAP-DB CAx-DB<br />

Daten<br />

• CAD-File<br />

• STEP-File<br />

• Stücklisten<br />

• Funktionsdaten<br />

• ...<br />

Dokumente<br />

• Zeichnungen<br />

• Änderungsantrag<br />

• ...<br />

Quelle: nach Wagner, IAO<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 56

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 3 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Produktbewertung<br />

Motivation Produktbewertung<br />

Absicher<br />

ung<br />

Absicher<br />

ung<br />

V1.1 V1.2 V1.3 V1.4 V1.5 V1.6 V2.0 V2.1 V2.2 V3.0<br />

t > Wochen<br />

• Iterationen bis zur exakten Konstruktion<br />

• Ergebnisse passen nicht zum aktuellen<br />

Entwicklungsstand<br />

• aufwändiger Abgleich<br />

• Änderungen gehen erst verspätet in<br />

Absicherungsphasen ein<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 57

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 3 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Produktbewertung<br />

Lösungsansätze<br />

Ab<br />

Absicher<br />

siche<br />

ung<br />

rung<br />

Absicher<br />

ung<br />

1 2 3<br />

V1.1 V1.2 V1.3 V1.4 V1.5 V1.6 V2.0 V2.1 V2.2 V3.0<br />

Verkürzung der Phasen<br />

∆t<br />

Vermeidung <strong>von</strong> Iterationen<br />

Synchronisation der parallelen Prozesse<br />

t > Wochen<br />

Ergebnisvorhersage<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 58

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 3 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Produktbewertung<br />

DMU: Digital Mock-Up<br />

Digital Mock-Up ist eine<br />

• realistische Computersimulation<br />

eines Produktes<br />

• mit allen erforderlichen<br />

Funktionalitäten zur<br />

Unterstützung <strong>von</strong><br />

- Konstruktion<br />

- Planung<br />

- Fertigung<br />

- Wartung<br />

• Plattform für die<br />

- Produkt- und Prozessentwicklung<br />

- Kommunikation<br />

- Entscheidungsfindung<br />

während des gesamten Lebenszyklus vom ersten Konzept<br />

bis zum Recycling<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Definition AIT 1996<br />

59

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 3 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Produktbewertung<br />

Der Frontloading-Effekt: ökonomisches Verständnis des<br />

Technologieeinsatzes<br />

Kosten<br />

∆t<br />

Produktion Entwicklung<br />

Einfluss auf Kosten<br />

Produktentwicklung<br />

Produktionsbeginn<br />

Job No. 1<br />

Zeit<br />

Anpassungskosten<br />

Produktion Entwicklung<br />

Design Vorfertigung Fertigung<br />

75% 13%<br />

6%<br />

Prozess-Schritte<br />

Montage<br />

Gestern<br />

Produktentwicklung<br />

Job No. 1<br />

Produktionsbeginn<br />

Zeit

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 3 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Produktbewertung<br />

Beispiel: Digitale Mock-Up<br />

Nutzung früher Information durch Frontloading<br />

(gemäß Stefan Thomke, Experimentation Matters,<br />

Harvard Business Schoo Press, 2004, S. 171)<br />

kumulierte<br />

Probleme<br />

Besser<br />

100%<br />

Zielvorstellung<br />

z.B. durch Diagnosemethoden und<br />

verbesserte Testprogramme<br />

3. Diversifizierte<br />

„Experimente“<br />

2. Lernen<br />

<strong>von</strong><br />

Projekten<br />

z.B. durch Anwendung <strong>von</strong><br />

Knowledge-Based Engineering<br />

normaler<br />

Verlauf<br />

Entwicklungszeit<br />

z.B. durch VR- und<br />

Feature-Technologien, aber<br />

auch Workflow-Technologie<br />

1. Schneller und<br />

billiger

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 3 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Produktbewertung<br />

CAE - Übersicht über die Anwendungsgebiete<br />

Betriebsfestigkeit<br />

Crash<br />

NVH<br />

Ride & Handling,<br />

Lastkollektive<br />

Antriebstrang<br />

Motor<br />

Energiemanagement &<br />

Klimatisierung<br />

Strömung &<br />

Aeroakustik

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Aufgabengebiete zur Daten – Visualisierung<br />

Informationen, ad hoc Abstimmungen und Konstruktionsreviews<br />

Analyse <strong>von</strong> 3D<br />

Modellen durch<br />

“nicht CAD User”<br />

Feedback auf Basis<br />

<strong>von</strong> 3D Modellen<br />

Online Konferenzen<br />

mit 3D Modellen<br />

Künftige Nutzung in “nicht - CAD Anwendungen” und nachgelagerten Prozessschritten<br />

Installation in der<br />

Kundenumgebung<br />

Anwendung in der<br />

digitalen Fabrik<br />

Quelle:Anderl, Mendgen<br />

Kunden-Präsentation,<br />

Service, Testplanung, …

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Künftige Entwicklung der Daten – Visualisierung<br />

früher<br />

Physische<br />

Modelle<br />

heute<br />

CAD<br />

Modelle<br />

morgen<br />

DEV Modelle<br />

(Digital Engineering Visualization)<br />

Tonmodelle +<br />

manuelle Zeichnungen<br />

3D CAD Modelle +<br />

Abgeleitete 2D Zeichnungen<br />

3D kommentierte<br />

Visualisierungsmodelle<br />

Quelle: VDA/ AIAG/ JAMA / GALIA/ SASIG in 5/2004)

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Digital Engineering Visualization - Merkmale<br />

Viewer für Datennutzer<br />

Produkte werden mit Hilfe <strong>von</strong> komplexen CAD-Systemen<br />

konstruiert; für DMU-, Produktions- und AfterSales-Prozesse<br />

können einfache 2D/3D Viewer eingesetzt werden<br />

einfacher Datenzugriff<br />

2D/3D-Datenzugriff erfolgt in Web-basierter Umgebung;<br />

Viewer in kostengünstiger PC-Umgebung verfügbar<br />

CAD-System-neutrales Visualisierungsformat<br />

CAD-Daten werden in Visualisierungsformat konvertiert:<br />

2D: hauptsächlich TIFF; 3D: kein standardisiertes Format<br />

(z.B. "JT-Format", Fa. Siemens PLM)<br />

vollständige Produktbeschreibung<br />

Visualisierung aller fertigungsrelevanter Informationen<br />

(Toleranzen, Material, ...) notwendig, auch wenn Fokus auf<br />

"einfach";<br />

Treiber: zeichnungslose Prozesse - alle Informationen sind im<br />

3D-Modell enthalten<br />

10000<br />

5000<br />

1000<br />

Users<br />

Data<br />

Creators<br />

CAX<br />

Systems<br />

Data<br />

Consumers<br />

Digital<br />

Engineering<br />

Visualization<br />

Quelle: SASIG WG DEV

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Digital Engineering Visualization - Funktionen<br />

Darstellung <strong>von</strong> Geometrie<br />

Tesselierte Daten für performante Visualisierung + exakte,<br />

mathematische Beschreibung für Meßoperationen<br />

Darstellung <strong>von</strong> textuellen Annotationen und Attributen<br />

Stammdaten, Baugruppenstruktur, Toleranz- und<br />

Fertigungsinformationen, Features, Verbindungselemente, ...<br />

Querbezüge zwischen Informationen<br />

z.B. Highlighting <strong>von</strong> tolerierten Flächen; effizientes Filtern:<br />

zeige nur Toleranzen des Typs X; nur für den Rohbau relevante<br />

Features, ...<br />

Performance: Streaming-Fähigkeit;<br />

Levels of Details (LODs)<br />

Streaming: nachladen bei Bedarf z.B. exakte Geometrie bei<br />

Messoperation<br />

Levels of Detail: ungenaue Darstellung bei großer Entfernung;<br />

genaue Darstellung bei geringer Entfernung<br />

LOD 1<br />

LOD 2<br />

LOD 3<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 66

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

JT Format (Jupiter Tesselation)<br />

JT ist ein 3D Visualisierungsformat zur Repräsentation <strong>von</strong> CAD Daten<br />

Tesselierte Daten<br />

Unterschiedliche Detaillierungsgrade<br />

für eine leistungsfähige Visualisierung<br />

Exakte Geometrie (NURBS)<br />

Mathematische Flächenbeschreibung<br />

für exakte<br />

Maßanalysen.<br />

1 2<br />

JT Inhalt<br />

3 4<br />

z. Bsp., CATIA V5 Daten mit Attributen<br />

Produkt Struktur / Teile Attribute<br />

z. Bsp.: Sichten oder<br />

Vorrichtungsteile<br />

Produkt- und Fertigungsinformation

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Vorteile der „Digital Engineering Visualization“<br />

Geringere Kosten<br />

Einfach anzuwenden<br />

Ermöglicht “nicht-CAD Anwendern” die Anwendung <strong>von</strong><br />

Funktionen, die bisher nur CAD Anwendern vorbehalten waren<br />

Mobilität durch Nutzung <strong>von</strong> Laptops mit DEV Systemen<br />

Gemeinsames Tool zur Darstellung<br />

unterschiedlicher CAD - Formate<br />

Möglichkeit zur Darstellung großer Assemblies<br />

Einfache kollaborative Nutzung<br />

Reduktion bzw. Vermeidung <strong>von</strong> Zeichnungen<br />

Quelle: Klass

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Industrielle Virtual Reality<br />

Merkmale:<br />

•Echtzeit<br />

• Stereo-<br />

3D-Grafik<br />

• Interaktion<br />

• Simulation<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 69

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 4 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Visualisierung<br />

Photorealistic Rendering - Merkmale<br />

Global Illumination<br />

Es wird nicht nur die direkte Beleuchtung <strong>von</strong><br />

der Lichtquelle zum Objekt,sondern auch<br />

indirekte Beleuchtung zwischen den Objekten<br />

berücksichtigt.<br />

Physikalisches Shading-Modell<br />

Die Licht-Objekt-Interaktion basiert auf physikalischen Modellen die möglichst alle optischen<br />

Effekte berücksichtigen (Reflektion, Brechung, Beugung, Streuung, Polarisation, …).<br />

Vielgestaltige Lichtquellen<br />

Neben klassischen Typen <strong>von</strong> Lichtquellen (Punktlicht, Spot-Light, …) existieren auch<br />

ausgedehnte Lichtquellen ggf. auch atmosphärische Lichtquellen (z.B. Skylight).<br />

Soft-Shadows "Weiche" Schattenverläufe<br />

Hohe Farbdynamik Erweiterung des 24-Bit RGB-Farbraumes,<br />

z.B. durch HDRI (High Dynamic Range Images)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 70

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 6 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Folgeprozesse<br />

Ziele und Nutzen des Digitalen Fabrik<br />

Digitales Produkt<br />

Digitale Fabrik<br />

Reale Fabrik<br />

Verkürzung der<br />

Produktentstehungszeit<br />

Parallele Produkt- und<br />

Prozessentwicklung<br />

Automatisierung der<br />

Planungsabläufe<br />

Übergreifendes Änderungsmanagement<br />

Erhöhung der Produkt- u.<br />

Prozessqualität<br />

Durchgängige<br />

Betrachtung <strong>von</strong><br />

3D-Toleranzen<br />

Rückführung <strong>von</strong><br />

Produktions-Knowhow<br />

Konsequente Nutzung<br />

<strong>von</strong> Simulationen zur<br />

Planungsabsicherung<br />

Erhöhung der Flexibilität in<br />

Planung und Produktion<br />

Durchgängiges<br />

Datenmanagement in<br />

Planung u. Produktion<br />

Abgleich <strong>von</strong> digitaler<br />

und realer Fabrik<br />

Enge Verzahnung <strong>von</strong><br />

Entwicklung, Planung<br />

und Produktion

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 6 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Folgeprozesse<br />

Zusammenfassung Digitale Fabrik<br />

Durchgängige Prozesskette wird schrittweise Realität:<br />

• Management <strong>von</strong> Produkt-, Prozess- und Ressourcendaten<br />

• Aufzeigen <strong>von</strong> Absicherungsphasen für Produkt,<br />

Fertigungsprozess und Ressourcen mit abgestimmten CAx-<br />

Applikationen<br />

• Enge Verbindung der digitalen zur realen Welt<br />

Digitales Produkt<br />

Digitale Fabrik<br />

Reale Fabrik

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 6 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Folgeprozesse<br />

Produktionsprozessplanung<br />

• Die Produktionsprozessplanung bildet einen<br />

wichtigen Teilbereich der betrieblichen<br />

Unternehmensplanung.<br />

• Aufgabe der Produktionsprozessplanung ist<br />

die Festlegung der Produktionsprozesse<br />

und Produktionsmittel (wie und womit die<br />

Produkte wirtschaftlich produziert werden).<br />

• Die Produktionsprozessplanung ist ein Teil<br />

des Produktentstehungsprozesses.<br />

CAx /<br />

PDM<br />

Design<br />

Konstruktion<br />

Produktionsprozesspl.<br />

Produktentstehungsprozess<br />

PPS<br />

Vertrieb /<br />

Marketing<br />

Bezugsplanung<br />

Programmplanung<br />

Bedarfsplanung<br />

Kundenbetreuung<br />

Produktion<br />

Auslieferung<br />

Kundenauftragsprozess<br />

Quellen: Wildemann, H.: Produktionscontrolling, 2002 - Teich, T.: Extended value<br />

chain management, 2002, Günther H-O., Tempelmeier, H.: Produktion und Logistik,<br />

2002 - Much D., Nicolai, H.: PPS-Lexikon 1995<br />

Qualitätssicherung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 73

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 6 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Folgeprozesse<br />

Systeme zur Produktionsprozessplanung<br />

CAP-Systeme (Computer Aided<br />

Planning bzw. Computer Aided<br />

Production Process Planning)<br />

sind IT-Systeme zur<br />

Unterstützung der<br />

Produktionsprozessplanung.<br />

CAP-Systeme unterstützen<br />

• die Entscheidungsfindung in der<br />

Planungsphase mit Produkt-,<br />

Prozess- und Ressourceninformationen.<br />

• die Realisierung der<br />

Produktionsmittel unter Zeit-,<br />

Qualitäts- u. Kostenaspekten.<br />

Bekannte Beispiele für CAP-Systeme<br />

sind <strong>von</strong> den Firmen<br />

DELMIA (Dassault Systemés)<br />

und Tecnomatix (Siemens PLM).<br />

Längsträger<br />

Halter<br />

Schließblech<br />

Alphanumerische Produktionsplanungssysteme<br />

Geometrieorientierte Produktionsplanungssysteme<br />

Produkt Prozess Ressource<br />

Verstärkung<br />

ZB Längsträger<br />

Konsole<br />

Spannvorrichtung<br />

Schweißprozess<br />

Transportprozess<br />

Materialbereitstellung<br />

und -abtransport<br />

Roboter<br />

Transportsystem<br />

Werker<br />

Entwicklung der PPS-Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 6 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Folgeprozesse<br />

Produktionsplanung und –steuerung<br />

• Die Produktionsplanung und –steuerung (PPS)<br />

bildet einen wichtigen Teilbereich der<br />

betrieblichen Unternehmensplanung.<br />

• Die PPS unterstützt die gesamte<br />

Auftragsabwicklung <strong>von</strong> der Angebotsbearbeitung<br />

über die Teilefertigung und Montage bis hin zum<br />

Versand.<br />

• Aufgabe der PPS ist es den Prozess der<br />

Auftragsabwicklung mengen-, termin- und<br />

kapazitätsmäßig zu planen und zu steuern und<br />

für alle diese Aufgaben die erforderlichen<br />

Informationen zu verwalten.<br />

CAx /<br />

PDM<br />

Design<br />

Konstruktion<br />

Produktentstehungsprozess<br />

PPS<br />

Vertrieb /<br />

Marketing<br />

Kundenauftragsprozess<br />

Bezugsplanung<br />

Programmplanung<br />

Bedarfsplanung<br />

Kundenbetreuung<br />

Produktion<br />

Quellen: Wildemann, H.: Produktionscontrolling, 2002 - Teich, T.: Extended value chain<br />

Qualitätssicherung<br />

management, 2002, Günther H-O., Tempelmeier, H.: Produktion und Logistik, 2002 - Much D.,<br />

Nicolai, H.: PPS-Lexikon 1995<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 75<br />

Auslieferung<br />

Produktionsprozesspl.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 6 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Folgeprozesse<br />

PPS-Systeme<br />

PPS-Systeme sind IT-<br />

Systeme zur Planung,<br />

Steuerung und<br />

Überwachung der<br />

Produktionsabläufe im<br />

Hinblick auf die gesamte<br />

Auftragsabwicklungskette.<br />

PPS-Systeme unterstützen<br />

die Entscheidungsfindung<br />

insbesondere über die zu<br />

beschaffenden und zu<br />

produzierenden Mengen,<br />

die Terminvorgaben, die<br />

Kosten und die<br />

Kapazitätsbelegung.<br />

Bekannte Beispiele für<br />

PPS-Systeme sind<br />

SAP R3 u. BAAN.<br />

Klassische Konzepte<br />

Neuere Konzepte<br />

Material Requirements Planning (MRP I)<br />

• Sukzessivplanung und hierarchische Planungsstufen (Regelkreis).<br />

• Bedarfs- / programmgesteuerte Bedarfsermittlung.<br />

Material Resource Planning (MRP II)<br />

• Sukzessivplanung und hierarchische Planungsstufen (Regelkreis).<br />

• Zusätzlich zu den Produktionskapazitäten werden wirtschaftliche<br />

und strategische Aspekte der Produktionsplanung berücksichtigt.<br />

Enterprise Resource Planning (ERP)<br />

• Einbeziehung sämtlicher Unternehmensbereiche und<br />

Berücksichtigung der gesamten Unternehmensressourcen.<br />

• Annahme: Maximierung der Ressourcennutzung führt auch zu einer<br />

Maximierung des Unternehmensertrags.<br />

• Einbeziehung externer Lieferanten (Lieferabruf) bzw. Kunden<br />

(Bestellabwicklung) durch Unterstützung des elektr.<br />

Datenaustausches.<br />

Advanced Planning Systems (APS)<br />

• Umfassende, untenehmensübergreifende<br />

Entscheidungsunterstützung für die strategische, taktische und<br />

operative Planung der Produktions- und Logistikaktivitäten.<br />

• Hierarchisches Planungskonzept mit modernen<br />

Optimierungsverfahren zur Ergänzung der klassischen PPS-Systeme.<br />

Entwicklung der PPS-Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 7 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Rapid Prototyping

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

4. 7 IT-Systeme im Produktentstehungsprozess - Rapid Prototyping<br />

Verfahren<br />

Fused Deposition Modeling<br />

(FDM)<br />

3D - Printing<br />

direkter Werkstoffauftrag<br />

3D – Printing<br />

Auftragen <strong>von</strong> Material und<br />

Bindemittel<br />

Materialien:<br />

Funktionsablauf:<br />

Polyamid, ABS<br />

Polycarbonat, Polysulfone<br />

Lokales Auftragen <strong>von</strong> verflüssigten<br />

Material mit einer Düse<br />

Schichtweiser Aufbau.<br />

Thermoplastische Kunststoffe Stärke-Zellstoff / Keramik /<br />

Sand<br />

300 Düsenköpfe in Matrixanordnung Pulver/Sand wird durch<br />

tragen in Einzelansteuerung verflüssigten auftragen eines Bindemittels<br />

Kunststoff auf.<br />

über eine Düse<br />

Schichtweiser Aufbau.<br />

verfestigt.<br />

Schichtweiser Aufbau.<br />

Bemerkungen<br />

Einbaufertige Prototypen,<br />

flexible Bauteile, hohe<br />

Bauteilfestigkeit<br />

hohe Genauigkeit<br />

kleiner Bauraum; geeignet für schnelle,<br />

preisgünstige Teilstudien.<br />

Anschauungsmodelle,<br />

Feingußanwendungen.,<br />

Formen für gummielastische Bauteile<br />

extrem kurze Bauzeiten;<br />

preisgünstige Materialien<br />

Gießformen für Sandguß<br />

Anschauungsmodelle

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. Produktmodellierung<br />

5.1 Grundlagen der CAD-Systeme<br />

5.2 3-D Flächenmodellierung<br />

5.3 3-D Volumenmodellierung<br />

5.4 Zellenmodelle<br />

5.5 Subdivision Surfaces

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

RechnerInternes Daten-Modell (RID-Modell)<br />

RID - Modell<br />

=<br />

Daten<br />

+<br />

Struktur<br />

• Koordinaten der Geometrie (Linienanfangs- und<br />

Endpunkte, Kreispunkte, …)<br />

• Geometrietypen (Linien, Kreise, Ebenen, Flächen, Solids)<br />

• Attribute (Bauteilnummer, Version, Oberfläche, Farbe, …)<br />

• Gliederung und Abhängigkeit der Daten<br />

+<br />

Algorithmen<br />

• Programmelemente der Modellierungssoftware zur<br />

Erzeugung und Veränderung <strong>von</strong> Daten und Strukturen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 80

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

Übersicht über die Datentypen (RID-Datenmodelle)<br />

2D-Modell<br />

2 ½ D-Modell<br />

3D-Modell<br />

Drahtmodell Flächenmodell Drahtmodell Flächenmodell<br />

Drahtmodell<br />

Flächenmodell<br />

Volumenmodell<br />

CSG<br />

Modellierer<br />

B-REP-<br />

Modellierer<br />

Zellen<br />

Modellierer<br />

Hybrid<br />

Modellierer<br />

(Constructive (Boundary<br />

SolidsGeometry)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong><br />

Representation)<br />

81

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

2-D Modelle<br />

Konturelemente wie Linien, Kreise, Ellipsen oder Splines<br />

dienen zur Darstellung der Objektgeometrie in zwei Koordinaten.<br />

Beziehungen zwischen den einzelnen Ansichten oder<br />

Geometrieelementen bestehen nicht.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 82

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

2 ½ -D Modelle<br />

Keine einheitliche Verwendung des Begriffs:<br />

• Abbildung eines Objekts durch zweidimensionale Konturzüge<br />

verbunden mit einer konstanten Ausdehnung<br />

• Zweidimensionale Beschreibung <strong>von</strong> Objekten in unterschiedlichen<br />

Ansichten, wobei das System die Beziehungen zwischen<br />

den Ansichten kennt und neue Ansichten herleiten kann<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 83

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

3-D Grundmodelle (1)<br />

Das Modell des Objekts wird in drei Koordinaten gespeichert.<br />

Zur vollständigen Beschreibung der Modellgeometrie dienen<br />

Elemente wie Punkte, Linien, Kurven,<br />

Flächen und Volumenprimitive.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 84

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

3-D Grundmodelle (2)<br />

Draht oder Linienmodell (Wireframe Model):<br />

Das Drahtmodell nutzt als Informationsmittel nur Punkte, Linien, Kreis und Kurven<br />

zur Darstellung der begrenzenden Kanten. Der einfache Aufbau führt zu schnellen<br />

Antwortzeiten und wenig Speicherbedarf. Ein Objekt kann nicht vollständig<br />

dargestellt werden, da nicht festgelegt ist, wo sich Material befindet. Dies kann zu<br />

Mehrdeutigkeiten führen.<br />

Flächenmodell (Surface Model):<br />

Die Repräsentation der Objektgestalt erfolgt über die Beschreibung der<br />

Begrenzungsflächen. Es ist aber keine Volumendefinition, d.h. es ist nicht festgelegt,<br />

wo sich Material befindet. Zur Flächenbeschreibung werden verschiedene<br />

mathematische Beschreibungsverfahren benutzt.<br />

Volumenmodell (Volume Model):<br />

Mit Volumenmodellen lässt sich der Inhalt eines dreidimensionalen Objekts rechnerintern<br />

beschreiben und auswerten. Zur Ablage der Volumeninformation werden<br />

unterschiedliche Datenstrukturen herangezogen.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: nach Göhlich<br />

85

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

Zusammenspiel <strong>von</strong> Geometrie und Topologie (1)<br />

Die Geometrie eines Modells umfasst die<br />

mathematisch exakte oder angenäherte Beschreibung<br />

der Modellform und der -abmessung<br />

Die Topologie eines Modells beschreibt den<br />

logischen Zusammenhang (Anzahl der<br />

Nachbarschaftsverhältnisse) zwischen Datenelementen

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

Zusammenspiel <strong>von</strong> Geometrie und Topologie (3)

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

Abbildung <strong>von</strong> Datenpunkten

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 1 Produktmodellierung - CAD Grundlagen<br />

Zusammenfassung Modellierung<br />

Volumenmodell<br />

Linienmodell<br />

Flächenmodell<br />

flächenorientiert körperorientiert<br />

P8<br />

P4<br />

P5<br />

P3<br />

K4<br />

K3<br />

K2<br />

P1 K1 P2<br />

P7<br />

P6<br />

P4<br />

P1<br />

P8<br />

F3<br />

P5<br />

P3<br />

F1<br />

P2<br />

F2<br />

P7<br />

P6<br />

P4<br />

K4<br />

P1<br />

P8 F3<br />

F5<br />

F6<br />

P5<br />

P3<br />

F4<br />

K3 K2<br />

F1 K1 P2<br />

F2<br />

P7<br />

P6<br />

V1<br />

V2<br />

L<br />

K1 K2 K3 K4<br />

P1 P2 P3 P4<br />

.......<br />

.......<br />

F1 F2<br />

F<br />

F3 F4 .......<br />

F1 F2<br />

V<br />

F3 F4 .......<br />

K1 K2 K3 K4 .......<br />

K1 K2 K3 K4 .......<br />

P1 P2 P3 P4 .......<br />

P1 P2 P3 P4 .......<br />

V1<br />

V<br />

V2<br />

Punkt, Linie<br />

Punkt, Linie, Fläche<br />

Punkt, Linie,<br />

Fläche, Volumen<br />

Volumen<br />

Drahtmodell<br />

Flächenmodell<br />

B-Rep (Boundary<br />

Representation)<br />

CSG (Constructive<br />

Solids Geometry)<br />

Quelle: Spur/Krause

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 2 Produktmodellierung - 3-D Flächenmodellierung<br />

Vieldeutigkeit <strong>von</strong> 3-D Drahtmodellen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Göhlich<br />

90

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 2 Produktmodellierung - 3-D Flächenmodellierung<br />

3-D Flächenmodellen (1)<br />

Flächendefinition durch Festlegung der Flächenbegrenzung<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 2 Produktmodellierung - 3-D Flächenmodellierung<br />

3-D Flächenmodellen (2)<br />

Flächendefinition durch Vorgabe <strong>von</strong> Schnittkurven<br />

Leitlinie = Spine = Skelettlinie<br />

Querschnittslinie<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 2 Produktmodellierung - 3-D Flächenmodellierung<br />

3-D Flächenmodellen (3)<br />

Vielseitigkeit der Flächendefinition entlang einer Leitkurve<br />

Rotationsmodell<br />

„Kalottenfläche“<br />

Profilfläche<br />

Übergangsfläche<br />

offene Kreiskanteoffene<br />

Langlochkontur<br />

Übergangsfläche großer-kleiner Querschnitt<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 2 Produktmodellierung - 3-D Flächenmodellierung<br />

3-D Flächenmodellen (4)<br />

Erzeugen <strong>von</strong> komplexen Flächenstrukturen<br />

Einzelpatch<br />

B-Spline-Fläche<br />

(aus mehreren Patches)<br />

Begrenzte Fläche<br />

(trimmed surface)<br />

Flächenverband<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - CSG Volumenmodellierung<br />

Boolsche Operationen (1)<br />

Boolsche Operationen sind mengentheoretische Verknüpfungen<br />

<strong>von</strong> Körpern, bei denen eine Änderung der Topologie und<br />

Geometrie erfolgt. Zuerst wird die Topologie berechnet,<br />

nachfolgend die Geometrie und abschließend wird geprüft, ob<br />

die topologischen Randbedingungen eingehalten sind.<br />

Boolsche Operationen:<br />

• Vereinigung (A U B)<br />

• Differenz (A \ B) oder (B \ A)<br />

• Durchschnitt (A ∩ B)<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - CSG Volumenmodellierung<br />

Boolsche Operationen (2)<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - CSG Volumenmodellierung<br />

Prinzip des CSG Solids (1)<br />

CSG Bäume als arithmetrische Ausdrücke<br />

Quader 1<br />

Zylinder 1<br />

Zylinder 2<br />

Quader 2<br />

Modell<br />

Z 2<br />

Z 2<br />

Z 1 Q 2<br />

Q 1 Q 2<br />

Q 1 Z<br />

M:((Q 1 + Q 2 )-Z 1 )-Z 1<br />

2<br />

M:((Q 1 -Z 1 )+ Q 2 )-Z 2<br />

Q 1 Z 1<br />

Q 2 Z 2<br />

Q 1<br />

Q 2<br />

Z 1 Z 2<br />

M:(Q 1 -Z 1 )+(Q 2 -Z 2 )<br />

M:(Q 1 + Q 2 )-(Z 1 +Z 2 )<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - CSG Volumenmodellierung<br />

Prinzip des CSG Solids (2)<br />

Vor- und Nachteile <strong>von</strong> CSG Volumenmodellen<br />

Vorteile:<br />

• Geringer Speicherbedarf.<br />

• Einfache Generierung, wenn die Geometrie durch einfach definierte<br />

Grundelemente beschreibbar ist.<br />

• Konsistenz des Objekts durch die mathematische Definition der Grundelemente.<br />

• Entstehungsgeschichte (History) im bool´schen Verknüpfungsbaum erkennbar.<br />

Nachteile:<br />

• Partielles Ändern einer Fläche oder Kontur eines Körpers ist ausgeschlossen.<br />

• Zur Modellerstellung ist eine gedankliche Zerlegung des Objekts in<br />

Grundelemente (Primitives) erforderlich. Dies entspricht nicht der Denkweise des<br />

Konstrukteurs, der die Gestalt Schritt für Schritt entwickelt und nicht schon vorher<br />

kennt.<br />

• Bei jeder Änderung wird der bool´sche Verknüpfungsbaum aufgelöst und muss<br />

neu berechnet werden (zumindest der betroffene Ast des Baums).<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Göhlich<br />

98

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - B-Rep Volumenmodellierung<br />

Prinzip der B-Rep Solids (1) - B-Rep Datenstruktur<br />

•<br />

Objekt<br />

B-Rep Darstellung der Begrenzungsflächen<br />

B-Rep Datenstruktur:<br />

Ein Körper setzt sich aus mehreren Flächen, und diese wiederum aus<br />

Kanten zusammen. Eine Kante kann ihrerseits aus zwei Flächen oder<br />

zwei Punkten entstehen.<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - B-Rep Volumenmodellierung<br />

Prinzip der B-Rep Solids (2)<br />

Hierarchie topologischer Elemente<br />

Je Körper werden mitgeführt:<br />

• Schale (shell),<br />

als abgeschlossene Menge <strong>von</strong> verbundenen (connected)<br />

Einzelflächenstücken, die grundsätzlich auch<br />

Freiformflächen sein können.<br />

• Flächenstücke (face),<br />

begrenzt <strong>von</strong> einem oder mehreren geschlossenen<br />

Kantenzyklen (loops), die systematisch orientiert sind,<br />

z.B. so, dass das zugehörige Flächenstück immer links<br />

liegt (Uhrzeigersinn, <strong>von</strong> außen gesehen).<br />

• Kanten (edges),<br />

Zyklus als abgeschlossene Menge <strong>von</strong> verbundenen<br />

Kanten (orientierte Halbkanten)<br />

• Ecken (vertices),<br />

Kante ist als Kanten- (Kurven)stück durch genau zwei<br />

Ecken begrenzt; Ecken sind letztlich durch die einzige<br />

metrische Information, nämlich Koordinaten definiert.<br />

• Nachbarschaftsrelationen (adjacentcy relationships),<br />

die angeben, wie Randelemente aneinander liegen.<br />

shell<br />

face<br />

edges<br />

vertices<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Göhlich<br />

100

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - B-Rep Volumenmodellierung<br />

Prinzip der B-Rep Solids (3)<br />

Vor- und Nachteile <strong>von</strong> B-Rep Volumenmodellen<br />

Vorteile:<br />

• Definition <strong>von</strong> Flächen als Modellierungsbasis entspricht dem üblichen<br />

Konstruktionsprozess auf Basis <strong>von</strong> Funktions- und Wirkflächen.<br />

• Beim Vorliegen definierter Wirkflächen ist es einfach, die Gegenfläche des<br />

Nachbarteils zu beschreiben.<br />

• Es ist möglich, an einzelnen Elementen partielle Veränderungen vorzunehmen<br />

ohne die gesamte Beschreibung aufzulösen.<br />

• Den Flächen und Kanten können technologische Informationen (Maßtoleranzen,<br />

Form- und Lagetoleranzen, Rauhigkeiten) zugeordnet werden.<br />

Nachteile:<br />

• Hoher Speicherbedarf.<br />

• Aufwändige interne Maßnahmen zur Sicherstellung der Konsistenz des Modells<br />

notwendig.<br />

• Grundsätzliche topologische Änderungen nur schwer realisierbar.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Göhlich<br />

101

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - 3D Volumenmodellierung<br />

Direkte Modellierung<br />

• Das Modell kann mit beliebigen Methoden erzeugt werden.<br />

• Die Reihenfolge der Erzeugungs- und Modifikationsoperationen<br />

ist beliebig.<br />

• Modifikationen erfolgen auf Basis der Grundelemente.<br />

• Mit den Grundelementen können Unterstrukturen erzeugt<br />

werden, Attribute und Zwangsbedingungen hinzugefügt und<br />

wieder gelöscht werden.<br />

• Das Modell enthält nur Abhängigkeiten zwischen Elementen<br />

der Geometrie und der Topologie.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - 3D Volumenmodellierung<br />

Parametrische Modellierung<br />

• Die erzeugten Geometrien werden automatisch parametrisiert und<br />

dabei implizite Zwangsbedingungen erzeugt.<br />

• Modifikationen<br />

• lassen sich durch Änderungen der Parameter durchführen.<br />

• sind abhängig <strong>von</strong> den Zwangsbedingungen.<br />

• Strukturen des parametrischen Modells sind durch die Art<br />

und die Reihenfolge der Erzeugungsoperationen festgelegt.<br />

• Zusätzliche Attribute oder Zwangsbedingungen können<br />

hinzugefügt werden.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - 3D Volumenmodellierung<br />

Funktionale Modellierung<br />

Die funktionale Modellierung ist die nächste Generation der Solid<br />

Modellierung. Sie kann für die Entwicklung jeder Art <strong>von</strong><br />

mechanischen Bauteilen verwendet werden<br />

Main Shell<br />

Core<br />

Internal<br />

Added<br />

Cavity<br />

Protected<br />

Shellable<br />

Quelle: Meitinger IBM

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - Hybrid Volumenmodellierung<br />

Prinzip Hybride Datenstrukturen (1)<br />

Algorithmik:<br />

• Boolsche Operationen basieren auf CSG<br />

• Teilkörper können auch mit B-Reps erzeugt werden<br />

Datenstrukturen:<br />

• Volumenprimitive mit Transformationen<br />

• Kombination Verknüpfungshistorie und B-Rep-Historie<br />

Charakteristika:<br />

• sehr anwendungsfreundliche Benutzerführung möglich<br />

• hoher Speicherbedarf<br />

• sehr aufwändige Algorithmen und komplexe Datenstrukturen<br />

• teilweise erzwingt das System ungewollte Operationen<br />

• Vollparametrisierung möglich aber nicht zwingend erforderlich<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 3 Produktmodellierung - Hybrid Volumenmodellierung<br />

Prinzip Hybride Datenstrukturen (2)<br />

Quelle: Göhlich

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 5 Produktmodellierung - Subdivision Surfaces<br />

Subdivision: Daten-Repräsentation, Zielsetzung<br />

Automatische<br />

Datenrückführung<br />

Keine explizite<br />

Vernetzung<br />

Ständige Aktualität<br />

für CAE-Daten<br />

CAE früher<br />

verfügbar<br />

Ziel:<br />

Einheitliches<br />

Datenformat<br />

für CAD und CAE<br />

Vereinfachung<br />

des Prozesses<br />

Kürzere<br />

Produktentwicklungszyklen<br />

Grobe Netze zur<br />

Funktionsoptimierung<br />

Feine Netze zur<br />

Qualitätsvalidierung<br />

Subdivision<br />

mit Multi-Resolution<br />

High-End<br />

Visualisierung<br />

Kontrollpunkte als<br />

Design-Parameter<br />

und Netzknoten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 107

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 5 Produktmodellierung - Subdivision Surfaces<br />

Subdivision: Grundprinzip<br />

Subdivision definieren eine geglättete Kurve oder Fläche als eine<br />

Anzahl <strong>von</strong> successiven Verfeinerungen.<br />

beliebig<br />

erzeugte<br />

Polygone<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 108

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 5 Produktmodellierung - Subdivision Surfaces<br />

Subdivision Konstruktion: Details<br />

Boolsche Operationen<br />

1. Erzeugung einer angenäherten<br />

Schnittkurve<br />

2. Erzeugung der Verknüpfung der<br />

Verbindung über gemeinsame<br />

Netzpunkte eines Referenznetzes.<br />

3. Optimierung der<br />

Ergebnisparameter<br />

4. Bestimmung der geometrischen<br />

Position der Referenzpunkte als<br />

Ergebnis der hierarchischen<br />

Verknüpfung<br />

H. Biermann, D. Kristjansson, D. Zorin:<br />

Approximate Boolean Operations on Free-form Solids<br />

SIGGRAPH 2001<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 109

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

5. 5 Produktmodellierung - Subdivision Surfaces<br />

Subdivision im Engineering: Beispiel<br />

Optimization: hood of beetle<br />

FE simulation to optimize weight and stiffness of the hood<br />

optimal weight<br />

optimal stiffness<br />

subdivision<br />

control<br />

points<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 110

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. Featuretechnologie<br />

6.1 Feature Grundlagen<br />

6.2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

6.3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

6.4 Konstruktionstemplates

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Features und Wissensverarbeitung<br />

Wissensverarbeitung<br />

Feature-Technologie<br />

(Repräsentation <strong>von</strong> Hintergrundwissen)<br />

Geometrische<br />

Eigenschaften<br />

(herkömmliches CAD)<br />

Weitere Eigenschaften<br />

(z.B. Berechnungs- oder<br />

Fertigungsinformationen)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 112

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Feature-Definition (VDI2218)<br />

Features sind informationstechnische<br />

Elemente, die Bereiche <strong>von</strong><br />

besonderem (technischen) Interesse<br />

<strong>von</strong> einzelnen oder mehreren<br />

Produkten darstellen [VDI2218].<br />

Bohrcharakter<br />

Zylinderbohrung<br />

Zündkerzenbohrung<br />

Durchgangsbohrung<br />

Sacklochbohrung<br />

Gewindebohrung<br />

Gewindesackloch<br />

x<br />

Funktionsobjekt<br />

Bohrcharakter<br />

Fräscharakter<br />

x<br />

Sacklochbohrung<br />

x<br />

Durchmesser<br />

Tiefe<br />

Passung<br />

Passungslänge<br />

Fasenwinkel<br />

Fasenlänge<br />

Funktion<br />

Positionierung<br />

10<br />

10<br />

N 8<br />

8<br />

45<br />

0.5<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 113

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Weitere Feature-Definitionen<br />

• Features are a representation of shape with geometry and attributes that are recognizable to<br />

humans and programs.<br />

TURNER & ANDERSON 1988<br />

• A feature is a partial form or a product characteristic that is considered as a unit and that has a<br />

semantic meaning in design, process planning, manufacture, cost estimation or other engineering<br />

disciplines.<br />

WIERDA 1990<br />

• Features are generic shapes with which engineers associate certain properties or attributes and<br />

knowledge useful in reasoning about the product.<br />

SHAH 1991<br />

• ... features is a model of the form and ident of some aspect of a design which is of direct interest in a<br />

CIM viewpoint.<br />

ROSEN et al. 1991<br />

• Features werden als Konstruktionsobjekte gesehen, die Informationen über ihre Gestalt, die<br />

geometrische Ausprägung der Gestalt und nichtgeometrische Feature-informationen enthalten.<br />

KRAUSE et al. 1992<br />

• A feature is a term used to define the characteristics of a part. A feature can add material, remove<br />

material or may just be used as reference.<br />

PTC 1993<br />

• Features sind gestaltsorientierte Beschreibungselemente, die neben der Geometrie auch funktionale<br />

und technologische Informationen repräsentieren können.<br />

HAASIS 1994<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 114

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Einsatzgebiete der Feature-Technologie<br />

Kostenkalkulation<br />

Produktmodellierung<br />

Konstuktionsüberprüfung<br />

Features<br />

Rohteil und<br />

Bearbeitungsverfahren<br />

Prüfkriterien<br />

NC<br />

Bearbeitung<br />

NC<br />

Programmierung<br />

Prozessplanung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 115

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Vorteile der Feature-Technologie<br />

• Parametrierbare und übersichtliche Beschreibung <strong>von</strong> Produkt, Prozess und<br />

Ressourcen (z.B. Koordinatenmessgeräte und Sensoren)<br />

• Verknüpfung <strong>von</strong> Produkt, Prozess und Ressourcen<br />

• Unterstützt das Änderungsmanagement<br />

• Zerlegung <strong>von</strong> einer komplizierten Problemstellung in überschaubare<br />

Teilaufgaben<br />

• Kapselung und Weitergabe <strong>von</strong> Know-How zur Modellierung und Herstellung<br />

<strong>von</strong> Produkten<br />

• Unterstützung <strong>von</strong> unterschiedliche Sichten auf Modellinformationen je nach<br />

Tätigkeitsbereich des Nutzers<br />

• Teilweise Automatisierung des Informationsflusses durch Feature-Mapping<br />

• Unterstützung bidirektionaler Informationsfluss entlang der Prozesskette<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 116

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Features am Beispiel eines Zylinderkopfs<br />

Gewindedurchgangsbohrung<br />

Injektorbohrung<br />

Fläche<br />

Gewindesackloch<br />

Fläche Sackloch Glühkerzenbohrung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 117

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 1 Feature - Grundlagen<br />

Nutzen der featurebasierten Produktbeschreibung<br />

Intuitive<br />

Produktmodellierung<br />

Automatische<br />

Kostenkalkulation<br />

Design to X<br />

Ermöglichen der<br />

anforderungsgetriebenen<br />

Modellierung<br />

<strong>von</strong> Produkt, Prozess und<br />

Ressource<br />

Features<br />

Standardisierung durch<br />

Featurebibliotheken<br />

Bidirektionaler<br />

Informationsaustausch<br />

entlang der Prozesskette<br />

Strukturierter<br />

Erfahrungsaustausch<br />

Unterstützung<br />

verschiedener<br />

Prozesssichten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 118

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

Integration <strong>von</strong> Produkt, Prozess und Ressource<br />

Produkt<br />

Antriebsstrang<br />

Baugruppen<br />

Einzelteil-Referenz<br />

Attribute<br />

Hilfegeometrien<br />

Montage-Feature<br />

Toleranzen<br />

Einzelteile<br />

Geometrie<br />

Design-Features<br />

Attribute<br />

Toleranzen<br />

Werkstoff<br />

Motor<br />

Kolben<br />

Pleuel<br />

Feature<br />

Daten<br />

Prozess<br />

Produktionsplanung<br />

Herstellungsprozesse:<br />

Gießen<br />

Schmieden<br />

Pressen<br />

Schweißen<br />

Fertigungsprozess:<br />

Fördertechnik<br />

Flexible Fertigungssysteme<br />

Einzelteilfertigung<br />

Montageprozess<br />

Prüfprozess<br />

Ressource<br />

Produktionsumgebung<br />

und -anlagen<br />

Fabrik<br />

Linie<br />

Maschine<br />

Station<br />

Vorrichtung<br />

Fabrik<br />

Layout<br />

Logistik<br />

Elektrik<br />

Linie<br />

Maschinen<br />

Leistung<br />

Materialfluss<br />

Maschine<br />

Stationen<br />

Kinematik<br />

Bearbeitung<br />

Station<br />

Vorrichtungen<br />

Schweißzangen<br />

Sensoren<br />

NC-Programme<br />

Werkzeuge<br />

Off-line<br />

KMG<br />

BAZ<br />

Workflow Management<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 119

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Integration <strong>von</strong> Produkt, Prozess und Ressource<br />

Produkt<br />

6. 2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

Planung &<br />

Simulation<br />

<strong>von</strong> Gieß- /<br />

Schmiedeprozess<br />

Prozess<br />

Ressource<br />

Motor<br />

Kurbeltrieb<br />

Bearbeitungs-/<br />

Montage-/ Prozessplan<br />

Betriebsmittel<br />

Pleuel<br />

(Fertigteil)<br />

Rohteil<br />

Fertigungsabschnittsmodell<br />

Spann- und Fixiervorrichtung<br />

Bearbeitungs<br />

-modell<br />

NC-/ Mess-<br />

Programm<br />

Produktsimulation<br />

Fertigungsabschnittszeichnung<br />

Betriebsmittel Qualitätssicherung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 120

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Multi-Model-Links<br />

6. 2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

Unter Multi-Model-Links versteht man die Verknüpfung<br />

mehrerer CAD-Modelle zu einem Gesamtmodell.<br />

Die Geometrie wird in das Gesamtmodell importiert<br />

und ein Link zum ursprünglichen Modell erzeugt.<br />

Multi-Model-Links werden für die Modellierung <strong>von</strong><br />

komplexen Bauteilen z.B. Zylinderkopf genutzt und<br />

unterstützen Simultaneous Engineering.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 121

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

Multi-Model-Links - Beispiel Zylinderkopf<br />

Ebene 3<br />

Ebene 3<br />

Rohteil-<br />

Zeichnung<br />

Fertigteil-<br />

Zeichnung<br />

Rohteil<br />

Fertigteil<br />

Ebene 2<br />

Aussenkontur<br />

Ölraumkerne<br />

Wassermantel<br />

Bearbeitungsmodell<br />

Ebene 1<br />

Grundkörper<br />

Kettenkasten<br />

Einlass- /<br />

Auslasskanäle<br />

Grundkörper -<br />

mehrfach<br />

Grundkörper<br />

Teilungen<br />

Fertigungshilfskörper<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 122

Stand der Technik<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

Fertigungsabschnittsmodelle (FAM)<br />

• Die Planung <strong>von</strong> Transferstrassen erfolgt aktuell auf<br />

Basis <strong>von</strong> Fertigungsabschnittszeichnungen (FAZ).<br />

• Die Ergebnisse der Simultaneous Engineering (SE)<br />

- Phase werden vom Zulieferer umgesetzt.<br />

• Die Planungsabteilungen prüfen die FAZ und<br />

dokumentieren Änderungen.<br />

Ziel und Vision<br />

• Erstellung <strong>von</strong> digitalen 3-D Fertigungsabschnittsmodellen<br />

bereits in frühen Phasen.<br />

• Durchgängige Verwendung <strong>von</strong> Feature-<br />

Informationen.<br />

Methoden-/Technologieeinsatz<br />

• Digitale Erstellung der FAM mit DPM Machining<br />

Process Planner.<br />

• Standardisierte, durchgängige Methodik für<br />

digitale Planung.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 123

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Zündkerzenbohrung <br />

Bohren<br />

6. 2 Feature in der Aggregateentwicklung<br />

Produkt, Prozess, Ressourcen Integration am Beispiel<br />

einer Zündkerzenbohrung<br />

Senken<br />

Wendelbohrer <br />

Feature-<br />

Technologie<br />

Profilsenker <br />

Reiben<br />

Profilreibahle <br />

Gewindebohren<br />

Gewindebohrer <br />

= Feature (Produkt)<br />

= NC-Bearbeitung (Prozess)<br />

= Werkzeug (Ressource)<br />

<br />

<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 124

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Prozesskette Karosserie<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

• Karosserie als Funktionselement und Aufgabenträger im Gesamtfahrzeug.<br />

• Funktionale Strukturierung als Grundlage für die Beschreibung der<br />

Karosserie durch Features<br />

- Unterteilung in Komponenten und sowie in beeinflussende und<br />

gestalterisch funktionstragende Elemente.<br />

• Anforderungen an die Karosserie:<br />

- Maximale Sicherheit, Komfort und Ergonomie bei minimalem Gewicht.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 125

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Beschreibung der Karosserie mittels Features<br />

• Allgemeine Vorgehensweise:<br />

- Unterteilung der Bauteilbeschreibung in einzelne Merkmale.<br />

- Beschreibung der Merkmale durch administrative, geometrische,<br />

technologische, strukturelle und funktionelle Semantik.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 126

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Arten <strong>von</strong> Features<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Ein Design-Feature besteht aus einem einzelnen oder einer Topologie <strong>von</strong><br />

geometrischen Elementen mit einer gemeinsamen funktionalen Bedeutung. Die<br />

funktionale Bedeutung des Design-Features wird durch ihre geometrische Form<br />

sowie durch Maß-, Form- und Lagetoleranzen repräsentiert.<br />

Ein Manufacturing-Feature verknüpft ein Design-Feature mit einem<br />

Fertigungsprozess. Über Manufacturing-Features ist das Fertigteil sowie eine<br />

beliebiger Fertigungsabschnitt in Abhängigkeit des Rohteils abgebildet.<br />

Ein Assembly-Feature verknüpft verschiedene Design-Features<br />

unterschiedlicher Werkstücke und beschreibt den Zusammenbau sowie die<br />

erforderlichen Zusammenbaustufen eines Bauteils. Hierzu gehören auch die<br />

Darstellung der Einbaubedingungen sowie des Fügeprozesses.<br />

Ein Inspection-Feature enthält folgerichtig alle Informationen, die zur<br />

Überprüfung eines Design-Features oder eines Assembly-Features und deren<br />

funktionalen Bedeutung (Verifikation des Bauteils) oder eines<br />

Fertigungsabschnitts (Verifikation des Fertigungsprozesses), beschrieben durch<br />

Manufacturing-Features, erforderlich sind.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 127

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Karosserie-Features<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

...<strong>von</strong> der Einzelfläche<br />

zum Design-Feature<br />

Ohne Features:<br />

• Beschnittgeometrie (Face) als<br />

Ergebnis einer Folge <strong>von</strong><br />

Konstruktionsschritten<br />

• Unübersichtliche Darstellung des<br />

Strukturbaums<br />

• Gefahr <strong>von</strong> Inkonsistenzen<br />

Mit Features:<br />

• Konstruktionslogik im Feature<br />

hinterlegt<br />

• Feature bleibt im Strukturbaum als<br />

persistentes Element enthalten<br />

• Feature-Parameter direkt<br />

modifizierbar<br />

• Wiederverwendbarkeit<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 128

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Funktionale Gruppen am Beispiel Seitenwand<br />

Schließkeil<br />

A-Säule<br />

Kabelzuführung<br />

Scharnierbefestigung<br />

B-Säule<br />

Türbremse<br />

A-Säule<br />

Schließkeil<br />

C-Säule<br />

Freiformtasche<br />

Scharnierbefestigung<br />

A-Säule<br />

Langloch verrundet<br />

Flächenverbund<br />

Versteifungsrippe<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 129

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Vom Design-Feature zum Prozess-Feature<br />

Ebene<br />

Kreis<br />

42 +/-0.05 74 +/-0.05<br />

0.05 XYZ<br />

Interaktive Auswahl<br />

der relevanten Qualitätskriterien<br />

Punkt<br />

Kreis<br />

Mapping der Qualitätskriterien<br />

in Messelemente<br />

KMG = Koordinatenmessgerät<br />

Auswahl des KMG<br />

sowie der Sensoren<br />

0.05 XYZ<br />

42 +/-0.05 74 +/-0.05<br />

Auswahl des Design-Features<br />

„Kabelzuführung“<br />

z.B. CAD/CAQ-Prozesskette<br />

Berechnung der Sollvorgaben<br />

und der Sensorwege<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 130

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Feature-Klassen<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Feature<br />

Feature-Gruppe<br />

Part<br />

Part<br />

Rohteil<br />

Workingstep<br />

Feature<br />

Feature<br />

Feature<br />

Feature<br />

Feature<br />

Assembly Part<br />

Assembly<br />

*<br />

Fertigteil<br />

Design-Feature<br />

Feature-Gruppe<br />

Assembly-Feature<br />

Features für<br />

Fertigungsabschnitte<br />

Loch<br />

Rechteck<br />

0.5 x y z<br />

A<br />

Spalt und<br />

Übergang<br />

Getrimmte Kante<br />

Rechteck<br />

verrundet<br />

Langloch<br />

0.2<br />

A<br />

Lochbild<br />

Gebördelte Kanten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 131

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Feature-Gruppen am Beispiel „Lochgruppe“<br />

• Die Lochgruppe stellt eine Gruppe<br />

<strong>von</strong> Löchern dar, die zusammen eine<br />

Funktion erfüllen.<br />

• Aus funktionaler Sicht ist die relative<br />

Positionstolerierung vorzuziehen.<br />

• Die Lochgruppe strukturiert die<br />

Konstruktion.<br />

Feature-Gruppe<br />

Definitionsschritte einer Feature-Gruppe mit Tolerierung<br />

Feature<br />

Feature<br />

Feature<br />

Feature-Gruppe<br />

• Erzeugen einer Positionstoleranz in X, Y und Z auf dem<br />

Masterloch<br />

• Relative Referenz auf das Masterloch (z.B.: Referenz A)<br />

• Relative Positionstoleranzerzeugung per Makro auf die<br />

Slavelöcher<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 132

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Feature-Spezifikationen am Beispiel „Langloch“<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 133

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Die Tätigkeiten in der CAD/CAQ-Prozesskette<br />

Prüfplanung<br />

• Festlegung der<br />

Qualitätskriterien<br />

(Toleranzen)<br />

• Auswahl der<br />

Prüfmethode<br />

• Festlegung der<br />

Prüfschärfe<br />

• Festlegung des<br />

Auswerteverfahrens<br />

Messplanung<br />

• Ermittlung der<br />

Messelemente<br />

• Ermittlung der<br />

Anforderungen an das<br />

Prüfgerät sowie an die<br />

Sensoren<br />

• Festlegung der<br />

Aufspannung<br />

Prüfprogrammierung<br />

• Ermittlung der<br />

Antastpunkte<br />

• Ermittlung der Anfahrund<br />

Rückzugswege<br />

• Ermittlung der Sensorbahn<br />

und Simulation<br />

• Ausgabe des<br />

Messprogramms<br />

Inspection-Features Messelemente Sensorbahn<br />

... werden auf der Basis<br />

der Design-Features und<br />

der zugehörigen Toleranzen<br />

definiert<br />

... werden auf der Basis<br />

der Inspection-Features und<br />

der zugehörigen messrelevanten<br />

Parameter ermittelt<br />

... enthält die Bewegungsbeschreibung<br />

für das Koordinatenmessgerät<br />

sowie Anweisungen<br />

für die Online-Analyse<br />

... unabhängig vom Prüfmittel ... abhängig vom Prüfmittel<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 134

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

Feature-basierter Qualitätsregelkreis<br />

CAP/NC-System<br />

Fehlerursachen<br />

Maßnahmen<br />

Messplanungssystem<br />

Feature-basierte<br />

Mängelliste<br />

Feature-basierte<br />

Werkstückbeschreibung<br />

Fertigungskontext<br />

Analysemodul<br />

Feature-basiertes<br />

Messprogramm<br />

Messergebnisse<br />

Koordinatenmessgerät<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 135

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Zusammenfassung<br />

6. 3 Feature in der Karosserieentwicklung<br />

• Features können effizient und gewinnbringend (Zeit,<br />

Kosten, Qualität) in der Karosserieentwicklung eingesetzt<br />

werden, um<br />

- die Modellierung zu vereinfachen bzw. zu<br />

automatisieren,<br />

- die Standardisierung der Bauteilbeschreibung durch<br />

den Einsatz <strong>von</strong> Feature-Bibliotheken zu fördern,<br />

- nachfolgende Prozessschritte z.B. für die Messtechnik<br />

(teil-) automatisch und Feature-optimiert abzuleiten.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Definition Template (deutsch: Vorlage, Schablone)<br />

Wissensbasierte Templates sind parametrische, wiederverwendbare, vorstrukturierte<br />

Ausgangsmodelle für die Konstruktion (Fahrzeugeinzelteile, Zusammenbaukonstr.).<br />

Sie enthalten konstruktionsrelevante Informationen wie z.B.<br />

Erfahrungen aus Vorgängermodellen, deren Funktionsbeschreibung sowie<br />

Prozessinformationen entlang des Produktlebenszyklusses.<br />

Sie sichern die Einhaltung <strong>von</strong> Best-Practices und Richtlinien in der Konstruktion.<br />

Mit Hilfe wissensbasierter Engineering Templates soll der Beginn der Fahrzeugkonstruktion<br />

durch die Wiederverwendung <strong>von</strong> Vorgängerinformationen/Standardkonzepten beschleunigt<br />

werden und die Durchgängigkeit der Information entlang des Produktentstehungsprozesses<br />

sichergestellt werden. Wissensbasierte Templates unterstützen somit das Lead<br />

Engineering.<br />

Konzeptmodell<br />

Baugruppen-<br />

Template<br />

Einzelteil-Template<br />

Parametrik<br />

Features<br />

0.05 XYZ<br />

42 +/-0.05 74 +/-0.05<br />

Frühe Phasen<br />

Serienentwicklung<br />

Planung/<br />

Folgeprozesse

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Konstruktionstemplates –<br />

Definition (1)<br />

Definition:<br />

Templates sind prozessgetriebene und<br />

produktfamilienunabhängige CAD-<br />

Anwendungen,<br />

die als Startpunkt für eine Ausarbeitung <strong>von</strong><br />

Zusammenbau- und Einzelteilkonstruktionen<br />

dienen<br />

Template Based<br />

Design Methodology<br />

Concept Model<br />

Derived from a library<br />

Assembly Templates<br />

Eigenschaften:<br />

• Wiederverwendung <strong>von</strong> standardisierten<br />

Produktstrukturen.<br />

• Bereitstellung <strong>von</strong> “ best practices” <strong>von</strong> Geometrie<br />

und Technologie<br />

• Vorgehensmodell für Konstruktions- und<br />

Absicherungsprozesse<br />

• Standardisierte Struktur des CAD Modells.<br />

Part Templates<br />

Final Design<br />

Besseres Bild!<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Haasis<br />

Wintersemester 2011 /<br />

Sommersemester <strong>2012</strong><br />

Detailing<br />

138

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Konstruktionstemplates – Definition (2)<br />

Template<br />

Klassen<br />

Geometrischer<br />

Detailierungsgrad<br />

Beschreibung<br />

Funktionstemplate<br />

10 %<br />

Alle Fahrzeuge<br />

• Haupt- und Anschlussmaße<br />

• Funktionsbeschreibungen<br />

• Generische Produktstrukture<br />

Konzepttemplate<br />

Limousine<br />

Cabrio<br />

Geländewagen<br />

• Basisvarianten<br />

• Standard<br />

konzepte<br />

Studytemplate<br />

Bauteiltemplate<br />

100 %<br />

C-/E- Klasse<br />

W204<br />

S- Klasse<br />

• Produktfamilien<br />

spezifische<br />

Hauptabmessungen<br />

• konkrete Teile<br />

• mit allen Details<br />

• Downstream process<br />

information<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 139<br />

W212

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Konstruktionstemplates – Vorteile<br />

• Zunahme <strong>von</strong> Produktqualität und<br />

Prozessstabilität.<br />

• Reduktion der Konstruktionskomplexität<br />

• Beschleunigung der Produktentwicklung<br />

und verstärkte Unterstützung der frühen<br />

Entwicklungsphase.<br />

• Berücksichtigung <strong>von</strong> Standard-<br />

Konstruktionskonzepten und<br />

Konstruktionsregeln.<br />

• Wiederverwendung <strong>von</strong> erprobtem<br />

Konstruktionswissen.<br />

Template<br />

Bibliothek<br />

Feature<br />

Bibliothek<br />

• Unterstützung <strong>von</strong> “LEAD Engineering<br />

Konzepten” im internationalen Verbund.<br />

• Prozessstabilität für die nachgelagerten<br />

Prozesse (Simulation, Produktionsplanung,<br />

Betriebsmittelerstellung, …..).<br />

Powerfeatures<br />

PT-Formfeat.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Haasis<br />

140

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Karosserietemplates - Übersicht<br />

Lokale Parameteranpassungen<br />

Layout,<br />

Parameters<br />

Bauteiltemplate<br />

Konzeptmodell<br />

Grundsätzliche<br />

geometrische<br />

Beschreibung <strong>von</strong><br />

Fahrzeugen (Bauräume,<br />

Strukturen<br />

Grundgeometrien ...).<br />

Zielsetzung:<br />

konzeptionelle<br />

Untersuchungen<br />

Study-Template<br />

Vereinfachte parametrische<br />

Beschreibung <strong>von</strong> „Best Practice“<br />

Zielsetzung: konzeptionelle<br />

Detailierung<br />

Parametrisierte Einzelteile<br />

Zielsetzung:<br />

Einzelteilkonstruktion,<br />

Bereitstellung <strong>von</strong><br />

Prozessinformationen

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Methodik und Assoziativität <strong>von</strong> Bauteiltemplates<br />

Template<br />

Seitenwand<br />

DMU Anforderungen<br />

Geom. Konstruktion<br />

D-, E-, B-Linie, Fensteröffnung,<br />

Türkontur, …<br />

Fahrzeug Layout<br />

Layout-Maße<br />

Drehpunkte und Radien<br />

Standards,<br />

Vorschriften<br />

Blickwinkel, A-Säule,<br />

Sichtfeld, Seitenspiegel<br />

Anforderungen,<br />

Schließsystem,<br />

B-Säulenanaschluss,<br />

Flanschkonzpept,<br />

…<br />

Sicherheitsanforderungen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong><br />

Templates:<br />

• Fensterheber<br />

• Seitenaufprallstrebe<br />

• Türmodul<br />

Input<br />

ZB Türinnenblech<br />

Output<br />

Funktionale Anforderungen<br />

Platz für Windowbag<br />

Produktions-<br />

Anforderungen<br />

Zugänglichkeit für<br />

Schweißzangen,<br />

Umformbarkeit, Aufnahmepunkte<br />

Absicherungen<br />

Seitenaufprall<br />

Scheibentonne<br />

Schließposition<br />

Sichtfelduntersuchungen<br />

142

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Zusammenfassung<br />

• Zunahme <strong>von</strong> Produktqualität und<br />

Prozessstabilität<br />

• Reduktion der Konstruktionskomplexität<br />

• Beschleunigung der Produktentwicklung<br />

und verstärkte Unterstützung der frühen Entwicklungsphase.<br />

• Berücksichtigung <strong>von</strong> Standard-<br />

Konstruktionskonzepten und Konstruktionsregeln.<br />

• Wiederverwendung <strong>von</strong> erprobtem Konstruktionswissen.<br />

• Unterstützung <strong>von</strong> “LEAD Engineering<br />

Konzepten” in internationalen Verbünden.<br />

• Prozessstabilität für die nachgelagerten Prozesse (Simulation,<br />

Produktionsplanung, Betriebsmittelerstellung, …..)

Templatetypen<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

6. 4 Feature Konstruktionstemplates - Templatedefinition<br />

Vehicle<br />

Layout<br />

(Konzept Modell)<br />

Zusammenbau<br />

Templates<br />

(Komponenten)<br />

Teile<br />

Templates<br />

(Komponenten)<br />

Study Templates<br />

CAVA<br />

Gesamtfahrzeug<br />

Zusammenbau<br />

(Informationen für<br />

Downstream Processe)<br />

Physische<br />

Teile<br />

Detailierungsphase

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. Produktdatenverwaltung<br />

7.1 Grundlagen des Dokumentenmanagements<br />

7.2 Überblick Produktdatenverwaltung<br />

7.3 Teilestamm und Stücklisten<br />

7.4 PDM-Systeme<br />

7.5 Produkt – Prozess – Ressourcen Integration

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 1 Produktdatenmanagement - Grundlagen des Datenmanagements<br />

Grundbegriffe des Datenmanagements (1)<br />

Semantik<br />

Genaue und interpretationsfreie<br />

fachliche Definition<br />

Syntax<br />

Datum: 17.06.2005 oder 2005-06-17<br />

oder 17.6.05 oder …<br />

Format<br />

Feldlänge:<br />

• durchgängige Länge über den gesamten<br />

Prozess<br />

• numerisch, alphanumerisch<br />

Quelle: Stöcker, Siemens<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 146

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 1 Produktdatenmanagement - Grundlagen des Datenmanagements<br />

Grundbegriffe des Datenmanagements (2)<br />

Ausprägung Kunden<br />

Objekte<br />

Geschäftspartner<br />

Kunde<br />

Name<br />

Anschrift<br />

…<br />

Kunde<br />

Rechnung<br />

Relationen<br />

Stückliste<br />

Quelle: Stöcker, Siemens<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 147

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 1 Produktdatenmanagement - Grundlagen des Datenmanagements<br />

Datenqualität ist eine wesentliche Voraussetzung<br />

für stabile Prozesse<br />

• Vollständig<br />

„Sind alle relevanten Informationen übermittelt?“<br />

• Aktuell<br />

„Handelt es sich um die neuesten Informationen?“<br />

• Richtig<br />

„Sind die Inhalte korrekt (z.B. stimmt der Preis?)?“<br />

genereller Grundsatz : „Quality at source“<br />

Quelle: Stöcker, Siemens<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 148

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 1 Produktdatenmanagement - Grundlagen des Datenmanagements<br />

Integriertes PDM als Enabler für effiziente Produktentwicklung<br />

und Komplexitätsreduktion im Prozess<br />

Die Einführung <strong>von</strong><br />

PLM/PDM führt bei den<br />

Nutzern zu folgenden<br />

signifikanten Vorteilen im<br />

Vergleich zum Wettbewerb:<br />

• Informationsdurchgängigkeit<br />

• Standardisierung der<br />

Prozesse<br />

• verbesserter Datenflussund<br />

-austausch.<br />

Wesentlicher Erfolgsfaktor<br />

bei der Einführung ist, dass<br />

die Initiative prozess- und<br />

nicht IT-getrieben abläuft.<br />

[Quelle: Dr. Lars Krause, McKinsey & Co, "Strategische Bedeutung des Digital Engineering am Beispiel der<br />

Automobilindustrie",<br />

Digital Engineering Forum, Bochum, 18.11.2004]<br />

[Quelle: Prof. Michael Abramovici, ITM<br />

Uni Bochum u. Kaiserslautern, "Benefits<br />

of PLM", Digital Engineering Forum,<br />

Bochum, 18.11.2004]

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 2 Produktdatenmanagement - Überblick Produktdatenverwaltung<br />

Produktinformationen<br />

Produktinformationen<br />

Technische Informationen Kommerzielle Informationen Qualitätsinformationen<br />

Geometrische Informationen<br />

Darstellungen 2D<br />

Darstellungen 3D<br />

Darstellungsangaben<br />

Maßangaben<br />

Toleranzangaben<br />

Technologische Informationen<br />

Werkstoff<br />

Oberflächen<br />

Schablonen<br />

Urmodelle<br />

NC-Quellprogramm<br />

NC-Maschinencode<br />

Systemtechnische Informationen<br />

Stromlaufpläne<br />

R+ I -Diagramme<br />

Programme<br />

Unterlagenbez.<br />

Angaben<br />

Unterlagennr.<br />

Blattnr.<br />

Änderungsindex<br />

Freigabevermerke<br />

Erstelldatum<br />

Maßstab<br />

Format<br />

Organisatorische<br />

Informationen<br />

Stamm-/ Strukturbez.<br />

Angaben<br />

Sachnr.<br />

Positionsnr.<br />

Änderungsindex<br />

Benennung<br />

Mengenangaben<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Eigner/Stelzer<br />

150

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 3 Produktdatenmanagement - Teilestamm und Stücklisten<br />

Ordnungssysteme<br />

Ordnungssysteme<br />

ahierarchische<br />

Systeme<br />

-Schlagwortkataloge<br />

-Fulltextretrieval<br />

teilhierarchische<br />

Systeme<br />

- Thesauren<br />

Hierarchische Systeme<br />

- Klassifizierungssysteme<br />

<br />

Codierung<br />

Manuell<br />

Automatisch<br />

-Nummernsysteme - Fourieranalyse<br />

Sachmerkmalleiste nach DIN 4000<br />

Quelle: Eigner/Stelzer<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 151

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 3 Produktdatenmanagement - Teilestamm und Stücklisten<br />

Sachnummernsystem<br />

Identifizierung<br />

Klassifizierung<br />

Identnummer<br />

Grobklassifizierung<br />

Feinklassifizierung<br />

Laufende aussagelose<br />

Zählnummer, die eine<br />

Sache unabhängig <strong>von</strong><br />

der Klassifizierung<br />

eindeutig und<br />

unverwechselbar<br />

anspricht.<br />

Grobe Unterscheidung,<br />

welche Gruppe <strong>von</strong> der<br />

Sache angesprochen<br />

wird.<br />

.....<br />

Feinklassifizierung in Abhängigkeit<br />

<strong>von</strong> der Grobklassifizierung :<br />

Beschreibung der<br />

charakteristischen Merkmale in<br />

einem oder mehreren<br />

Nebenschlüsseln oder in<br />

Merkmalfeldern.<br />

Quelle: Eigner/Stelzer<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 152

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 3 Produktdatenmanagement - Teilestamm und Stücklisten<br />

Sachmerkmalleisten<br />

Grobklassifizierung<br />

Identifizierung und Feinklassifizierung<br />

Gegenstandsgruppe Sachmerkmal-Leiste DIN 4000 - ...<br />

Kennbuchstabe A B C D E F G H<br />

- Klassifizierung Sachmerkmal Sach-<br />

- Benennung Benennung nummer<br />

- Norm-Nummer<br />

Bezeichnung<br />

Anzahl der Schneiden<br />

Schneidrichtung<br />

Referenz-Hinw.<br />

Einheit mm Grad<br />

Parallelverschlüsselung<br />

Charakterisierende Merkmale (Attribute)<br />

Quelle: Eigner/Stelzer<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 153

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 3 Produktdatenmanagement - Teilestamm und Stücklisten<br />

Grunddatenverwaltung<br />

Stammdaten<br />

Artikeldaten<br />

Kundendaten<br />

Lieferantendaten<br />

Lagerortdaten<br />

Personaldaten<br />

Arbeitsplatzgruppendaten<br />

Betriebskalenderdaten<br />

Kostenstellenrechnung<br />

Strukturdaten-Zuordnungsdaten<br />

Stücklistendaten<br />

Arbeitsplandaten<br />

Kundenstrukturdaten<br />

Lieferantenstrukturdaten<br />

Kundenkonditionendaten<br />

Lieferantenkonditionendaten<br />

Strukturspezifische Texte<br />

Zuordnungsspezifische Texte<br />

PDM-relevant<br />

Quelle: Eigner/Stelzer<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 154

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 3 Produktdatenmanagement - Teilestamm und Stücklisten<br />

Ableitung <strong>von</strong> Stücklisten<br />

Strukturdarstellung<br />

in Listen<br />

Analytische Betrachtung :<br />

Woraus besteht ein Erzeugnis ?<br />

Systematische Betrachtung :<br />

Worin ist ein Teil enthalten ?<br />

Stückliste i,e,S Variantenstücklisten Verwendungsnachweis<br />

Mengen-<br />

Struktur-<br />

Baukasten-<br />

Mengenver-<br />

Strukturver-<br />

Baukasten-<br />

stückliste<br />

stückliste<br />

stückliste<br />

wendungs-<br />

wendungs-<br />

wendungs-<br />

nachweis<br />

nachweis<br />

nachweis<br />

Mischform Baukasten-<br />

Strukturstückliste<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Eigner/Stelzer<br />

155

Begriffe<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

• EDM: Engineering Data Management<br />

- Management <strong>von</strong> Engineering-Daten aller Art<br />

- Prozesssicht „Engineering“: Arbeitsprozesse in der Entwicklung<br />

• PDM: Product Data Management<br />

- Management <strong>von</strong> Produktdaten aller Art<br />

- Datensicht „Product Data“<br />

• PLM: Product Lifecycle Management<br />

- Management (aller Daten) des Produktlebenszyklusses<br />

• vereinfacht: EDM PDM PLM<br />

- Prozess- und Datensicht<br />

• Systembeispiele:<br />

ENOVIA und Smartteam(Dassault Systemes),<br />

Teamcenter Engineering und Teamcenter Enterprise (Siemens-PLM)<br />

Windshill (PTC)<br />

Daimler: SMARAGD (Basis Teamcenter Enterprise Unified Architecture)<br />

BMW: Prisma (Eigenentwicklung<br />

VW: KVS (Eigenentwicklung), Ziel Teamcenter Unified Architecture

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Definition<br />

• VDI 2219:<br />

Informationsverarbeitung in der Produktentwicklung -<br />

Einführung und Wirtschaftlichkeit <strong>von</strong> EDM/PDM-Systemen:<br />

• EDM/PDM-Systeme<br />

sind technische Datenbank- und Kommunikationssysteme,<br />

die dazu dienen, Informationen über<br />

- Produkte<br />

- deren Entstehungsprozesse<br />

- bzw. Lebenszyklen<br />

- konsistent zu speichern<br />

- zu verwalten<br />

- transparent für alle relevanten Bereiche eines<br />

Unternehmens bereitzustellen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 157

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Ziele nach VDI 2219<br />

• Inhalte, Abhängigkeiten und Strukturen der<br />

produktbeschreibenden Daten zu übernehmen bzw. zu<br />

erzeugen und transparent zu machen<br />

• Das Auffinden, Weitergeben und Verwalten dieser Daten<br />

effektiv durchzuführen<br />

• Optimierte Abläufe abzubilden und zu unterstützen<br />

• Integration bzw. Kopplung an benachbarte IT-Systeme wie<br />

Produktionsplanung und -steuerung, Büroautomatisierung<br />

und Projektmanagementsysteme zur Verfügung zu stellen

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Mögliche Funktionsaufteilung<br />

in modularen PDM-Systemen<br />

O p t i o n a l e F u n k t i o n a l i t ä t<br />

Workflowmanagement<br />

Projektmanagement<br />

Scannen/<br />

Plotten<br />

K e r n s y s t e m<br />

Versionsmanagement Konfigurationsmanagement<br />

Dokumentmanagement<br />

PPS-<br />

Schnittstelle<br />

Änderungsmanagement<br />

Freigabemanagement<br />

Geometrieformate/<br />

Produktmodelle<br />

Archivierung<br />

CAD-<br />

Schnittstelle<br />

Quelle: Spur/Krause

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Komponenten <strong>von</strong> PDM-Systemen<br />

Graphische Benutzeroberfläche<br />

Funktionsmodule<br />

Anwendungsbezogene Funktionen<br />

• Produktdaten- und Dokumentenmanagement<br />

• Produktstruktur- und Konfigurationsmanagement<br />

• Klassifizierung und Teilefamilienmanagement<br />

• Prozess- und Workflowmanagement<br />

• Projektdatenmanagement<br />

Anwendungsübergreifende Funktionen<br />

DB-Managementsystem<br />

Datenbank<br />

Anpassung<br />

Konfiguration<br />

Administration<br />

Schnittstellen<br />

[VDI 2219]

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Grundfunktionen eines PDM Systems<br />

Stamm- und Strukturdaten<br />

Produkt<br />

Dokumentenmanagement<br />

Articlel<br />

Dcument<br />

Gruppentechnik /SML<br />

baugruppe<br />

3D -Model<br />

vault<br />

Teil<br />

Drawings<br />

/ structure<br />

NC - Prog.<br />

Projektmanagement<br />

Workflow<br />

-Management<br />

Freigabe-/Änderungsmgmt. .<br />

Produkt -<br />

struktur<br />

Dokument<br />

struktur<br />

Effectivity<br />

Viewing , Redlining , DMU<br />

I/O Management<br />

Publishing<br />

besser !<br />

Archiv / Backup<br />

Daten Replikation<br />

Integrationen<br />

ERP<br />

CAx<br />

DTP<br />

Office<br />

Quelle: Eigner/Stelzer

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

PDM System mit maximaler Funktion<br />

PDM - System<br />

Modellstruktur<br />

Ableitung aus<br />

Modellstruktur<br />

Konstruktionsfreigabe<br />

Konstruktionsstückliste<br />

Fertigungsstückliste<br />

Erzeugung und<br />

Verwaltung der<br />

Dokumentation<br />

Vertrieb<br />

Service<br />

Fertigung<br />

Kommerzielle<br />

und<br />

+ logistische<br />

Daten<br />

spezifische<br />

Sichten auf das<br />

Produkt<br />

Fertigungsstückliste<br />

PPS - System<br />

Quelle: Eigner/Stelzer<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 162

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Metadaten vs. Daten (1)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 163

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

7. 4 Produktdatenmanagement - PDM-Systeme<br />

Metadaten vs. Daten (2)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 164

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. Produktbewertung<br />

8.1 Motivation Produktabsicherung<br />

8.2 CAE - Funktionsbewertung<br />

8.3 Digital Mock-Up<br />

8.4 Toleranzbewertung<br />

8.5 Bewertung der Herstellbarkeit

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Lösungsansätze<br />

Ab<br />

Absicher<br />

siche<br />

ung<br />

rung<br />

Absicher<br />

ung<br />

1 2 3<br />

V1.1 V1.2 V1.3 V1.4 V1.5 V1.6 V2.0 V2.1 V2.2 V3.0<br />

Requirements-Engineering<br />

∆t<br />

Konstruktionsbegleitende Berechnung<br />

Feature- und Templatemethoden<br />

t > Wochen<br />

Synchronisation reproduzierbarer Prozesse<br />

Ergebnisvorhersage<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 166

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Reduzierung durch Requirements Engineering<br />

Ziele<br />

• Durchgängigkeit der Anforderungen<br />

• Konsistenz der Anforderungen<br />

• Aktualität der Anforderungen im Prozess<br />

• Integration <strong>von</strong> Standards und Gesetzen<br />

Nutzen<br />

Markt,<br />

Kunde<br />

• Aktueller Informationsstand der Mitarbeiter<br />

• Erhöhte Qualität<br />

• Durchgängiges Anforderungsmanagement<br />

ist Basis für Qualitätsmanagement<br />

Design<br />

CAD,<br />

DMU<br />

Entwurf<br />

Feedback, Beeinflussung<br />

Innovation<br />

Kosten<br />

Qualität<br />

Entwicklung<br />

CAE<br />

Initial-<br />

Anforderungen<br />

Detail-<br />

Anforderungen<br />

Kosten, Planung,<br />

Benutzerschnittstelle,<br />

Technik<br />

Feedback - Schleife,<br />

Entwicklungsprozess<br />

Digitale<br />

Prototypen<br />

Versuch,<br />

Reale<br />

CAT<br />

Prototypen<br />

Absicherung<br />

Gesetze/Normen<br />

Externe<br />

State of the Art<br />

Einflüsse<br />

Wettbewerber<br />

Test,<br />

Überprüfung<br />

Anforderungsmanagement<br />

Prozessintegration<br />

Serienproduktion<br />

Verkauf<br />

Produktion<br />

Produkt

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Reduzierung und Verkürzung<br />

durch konstruktionsbegleitende Berechnung<br />

CAD<br />

CAE<br />

Ziele<br />

Konstruktion<br />

Bewertung<br />

Vergleich <strong>von</strong><br />

Varianten<br />

OK?<br />

Berechnung<br />

Absicherung <strong>von</strong><br />

Anforderungen<br />

OK? ...<br />

• Frühzeitige Bewertung <strong>von</strong><br />

Konstruktionsvarianten<br />

CAD-System<br />

CATIA V5<br />

CAE-Tools<br />

• Berechnung <strong>von</strong> Standardlastfällen in<br />

der Konstruktion<br />

Nutzen<br />

• Voroptimierte Bauteile<br />

• Weniger Iterationen<br />

• Besseres Bauteilverständnis<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 168

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Verkürzung durch CAD Features und Templates<br />

Ziele<br />

• Umsetzung Best Practice Konzepte<br />

• Integration prozessübergreifender<br />

Anforderungen<br />

• Berücksichtigung <strong>von</strong> Standards<br />

Nutzen<br />

• Schnellere Modellbildung<br />

• Höhere CAD Modellqualität<br />

• Weniger Iterationen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 169

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Synchronisation durch reproduzierbare Prozesse<br />

Definierte<br />

Synchronisationspunkte<br />

Berechnung<br />

Transparenz über<br />

den Gesamtprozess<br />

Konstruktion<br />

Frühzeitige<br />

Informationen<br />

aus dem<br />

Prozess<br />

Produktionsplanung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 170

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Synchronisation durch reproduzierbare Prozesse<br />

Ziele<br />

• Reproduzierbare Prozesse<br />

Definierte<br />

Definierte<br />

Synchronisationspunkte<br />

Berechnung<br />

Transparenz über<br />

den Gesamtprozess<br />

• Systemgestützte Prozesse<br />

• Benachrichtigung bei<br />

Änderungen<br />

Frühzeitige<br />

Informationen<br />

aus dem Prozess<br />

Konstruktion<br />

Produktionsplanung<br />

Nutzen<br />

• Sichere und effiziente<br />

Prozesse<br />

• Transparente und<br />

synchronisierte Prozesse<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 171

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

Ergebnisvorhersage durch fallbasiertes Schließen<br />

Absicherung<br />

Daten-<br />

Daten-<br />

Daten-<br />

Ergebnis-<br />

versorgung<br />

aufbereitung<br />

nutzung<br />

darstellung<br />

V1.1 V1.2 V1.3 V1.4 V1.5 V1.6 V2.0 V2.1 V2.2 V3.0<br />

t > Wochen<br />

Ziele<br />

• Gemachte Erfahrung wird als Fall gespeichert<br />

• Wiederverwendung <strong>von</strong> Erfahrung<br />

Nutzen<br />

• Automatisierte Ergebnisinerpretation<br />

Neues Problem<br />

Neue Lösung<br />

Ähnlichkeit<br />

Adaption<br />

bekanntes<br />

Problem<br />

Lösung<br />

Fallbasis<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 172

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 1 Produktbewertung - Motivation<br />

BMW: Funktionale Absicherung mittels CAE<br />

(Quelle: Stefan Thomke, Experimentation Matters, HBS, 2004)<br />

[Quelle: Dr. Lars Krause, McKinsey & Co, "Strategische Bedeutung des Digital Engineering am Beispiel der<br />

Automobilindustrie",<br />

Digital Engineering Forum, Bochum, 18.11.2004]

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 2 Produktbewertung - CAE Funktionsbewertung<br />

CAE - Übersicht über die Anwendungsgebiete<br />

Betriebsfestigkeit<br />

Crash<br />

NVH<br />

(Noise, Vibration, Harshness)<br />

Ride & Handling,<br />

Lastkollektive<br />

Antriebstrang<br />

Motor<br />

Energiemanagement &<br />

Klimatisierung<br />

Strömung &<br />

Aeroakustik

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 4 Produktbewertung - Toleranzbewertung<br />

CAD integrierte Toleranzanalyse<br />

Toleranzmodellierung<br />

CAD-Modell<br />

Toleranzsimulation<br />

CAD integrierte Analyse<br />

CAD-Template<br />

Quelle: C. Glöggler<br />

Ergebnisdarstellung

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

8. 4 Produktbewertung - Toleranzbewertung<br />

Rückführung Produktionsdaten<br />

Quelle: C. Glöggler

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. IT Unterstützte Zusammenarbeit<br />

9.1 Standardschnittstellen<br />

9.2 Generische Produktdatenmodelle<br />

9.3 Integrationsarchitekturen<br />

9.4 Collaborative PDM Netze<br />

9.5 WEB Services<br />

9.6 Service Orientierte Architekturen (SOA)<br />

9.7 Computer Supported Cooperative Work (CSCW)<br />

9.8 Workflowtechnologie

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. IT- unterstützte Zusammenarbeit -<br />

Stufen der Zusammenarbeit<br />

Engineering Collaboration<br />

(Neutrale echtzeitfähige “Kollaborationsplattform“)<br />

Management <strong>von</strong> Produkt-, Prozess und Ressourcendaten<br />

(PDM, ERP, ERM, SCM, SRM…)<br />

Modellierung <strong>von</strong><br />

Produkten und Prozessen<br />

(CAD, CAM, FEM…)<br />

“Wertschöpfungskette Engineering“<br />

Abteilung<br />

Geschäftseinheit<br />

Gesamtunternehmen<br />

Zulieferer /<br />

Partner<br />

Quelle: Siemens PLM<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 178

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. IT- unterstützte Zusammenarbeit -<br />

Anforderungen an ein Collaborative Engineering<br />

Partner Integration<br />

- synchroner Zugriff<br />

(online)<br />

- asynchroner Zugriff<br />

(batch)<br />

- heterogene<br />

Systemlandschaft<br />

Integration des gesamten<br />

Produktlebenszyklus<br />

- Datenzugang über<br />

unterschiedliche<br />

Domänen<br />

Datenaustausch<br />

Einfache Benutzung<br />

- einfach zu installieren<br />

- einfach zu betreiben<br />

- flexibel und erweiterbar<br />

Gemeinsame Lösung für<br />

die Automobilindustrie<br />

- plattformunabhängig<br />

- basierend auf<br />

eingeführten Standards<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Feltes<br />

179

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Übersicht der Kooperationsmodelle und<br />

Integrationstiefen ( VDA SE-Checkliste)<br />

Generalunternehmer<br />

Geometrische<br />

Integration<br />

Funktionale<br />

Integration<br />

Prozessintegration<br />

Produktionstechnische<br />

Integration<br />

Systemlieferant/-entwickler<br />

Modullieferant/ -entwickler<br />

Komponentenlieferant/<br />

-entwickler<br />

Teilelieferant/-entwickler<br />

Entwicklungsdienstleister<br />

Auftragnehmer<br />

Auftraggeber<br />

Integrationsaufgabenverteilung je nach Beauftragung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 180

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Definition & Klassifizierung<br />

„Eine Schnittstelle ist ein System <strong>von</strong> Bedingungen, Regeln und<br />

Vereinbarungen, das den Informationsaustausch zweier oder<br />

mehrerer miteinander kommunizierender DV-Systeme oder<br />

System-Komponenten festlegt.“<br />

Hardware-Schnittstellen<br />

Anschluss-<br />

Schnittstellen<br />

Netzwerk-<br />

Schnittstellen<br />

Schnittstellen<br />

Protokoll-<br />

Schnittstellen<br />

Software-Schnittstellen<br />

Schnittstellen zur<br />

Software-<br />

Integration<br />

Schnittstellen zur<br />

Anwendungs-<br />

Integration<br />

USB, RS 232 etc. Ethernet, ISDN etc. TCP/IP etc. Grafik, DB etc.<br />

• Produktbezogene Daten<br />

• Prozessbezogene Daten<br />

• Daten zur Auftragsabwicklung etc.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Informationsaustausch<br />

ERP<br />

E<br />

PDM<br />

A<br />

PDM<br />

B<br />

: Prozessoren,<br />

Schnittstellen /<br />

Interfaces,<br />

APIs<br />

ERP<br />

E<br />

PDM<br />

A<br />

Standard<br />

Interface<br />

PDM<br />

B<br />

CAx<br />

D<br />

CAD<br />

C<br />

CAx<br />

D<br />

CAD<br />

C<br />

OHNE Standardschnittstellen<br />

Prozessoren: n • (n-1) = 20<br />

MIT Standardschnittstellen<br />

Prozessoren : 2 • n = 10<br />

Effizienz (Kosten und Zeit) für Implementierung und Betrieb!<br />

Flexibilität trotz sich ständig ändernder Komponenten!

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Übersicht über neutrale Datenformate<br />

Quelle: Eigner

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Schnittstellen-Entwicklung<br />

Heterogene<br />

Portale &<br />

Marktplätze<br />

PDTnet<br />

XPDI<br />

PLM Services<br />

XML Schema<br />

Heterogene<br />

TDM/PDM<br />

Systeme<br />

PDMI<br />

PDMI2<br />

AP214CC6 - PDM Data<br />

AP214CC2 - 3D Assemblies<br />

Heterogene<br />

2D/3D<br />

CAD<br />

Systeme<br />

IGES<br />

VDAFS<br />

STEP AP203/214 CC1 - 3D Parts<br />

Drawings, 3D Parts<br />

3D Surface Models<br />

1980 1990 2000 2010<br />

nach Bosch 2003<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 184

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Produktdatenaustausch über sequentielle Dateien<br />

• IGES<br />

- Verbale Spezifikation<br />

- Datei-/Datenformat: ASCII<br />

- Modellinhalte: Techn. Zeichnungen, Geometriemodelle (Linien-,<br />

Flächen- und Volumenmodelle) sowie anwendungsspezifische<br />

Modellelemente (z.B. FEM, Elektrik)<br />

• VDAFS<br />

- Verbale Spezifikation<br />

- Datei-/Datenformat: ASCII<br />

- Modellinhalte: Freiformflächen<br />

• VDAPS<br />

- Programmschnittstelle zur CAD-neutralen Darstellung <strong>von</strong><br />

Erzeugungslogiken für Norm- und Zukaufteile<br />

• EDIFACT<br />

- Vereinheitlichung <strong>von</strong> Nachrichtentypen verschiedener<br />

Geschäftsvorfälle (z.B. Bestellungen) in Form <strong>von</strong> Formularen<br />

- dient nicht dem Austausch <strong>von</strong> Geometriedaten

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Prozedurale Schnittstellen zum Austausch <strong>von</strong><br />

Produktdaten<br />

• Mittels prozeduraler Schnittstellen wird die Erzeugungsvorschrift für<br />

die Produktdatengenerierung beschrieben.<br />

• Erst mit dem Füllen aktueller Parameterwerte und der Auswertung<br />

der Erzeugungsvorschrift wird die aktuelle Produktausprägung<br />

ermittelt.<br />

Diese Methode hat große Bedeutung zur Abbildung <strong>von</strong> Normteilen auf<br />

Basis <strong>von</strong> Sachmerkmalleisten (SML) nach DIN 4000<br />

• VDAPS<br />

- Programmschnittstelle zur CAD-neutralen Darstellung <strong>von</strong><br />

Erzeugungslogiken für Norm- und Zukaufteile

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Produktdatenaustausch auf Basis integrierter<br />

Produktdatenmodelle<br />

• Merkmale integrierter Produktdatenmodelle sind:<br />

- Abbildung <strong>von</strong> Produktinformationen über den<br />

Produktlebenszyklus hinweg.<br />

- Abbildung <strong>von</strong> verschiedenen physikalischen<br />

Produkteigenschaften.<br />

- Berücksichtigung der Anforderungen <strong>von</strong> Anwendungsgebieten.<br />

• Integrierte Produktdatenmodelle unterstützen die Funktionen der<br />

Produktdatenverarbeitung:<br />

- Produktdatenspeicherung<br />

- Produktdatenaustausch<br />

- Produktdatentransformation<br />

- Produktdatenarchivierung<br />

• STEP (ISO 10303) ist das wohl bekannteste integrierte<br />

Produktdatenmodell

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 1 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Standardschnittstellen<br />

Architektur der Normenreihe ISO 10303 (STEP)<br />

Anwendungsneutrale<br />

Bausteine zur<br />

Produktbeschreibung<br />

Beschreibungsmethode<br />

für Produktdaten<br />

(EXPRESS)<br />

Implementierungsmethoden<br />

für den<br />

Datenaustausch<br />

Entwicklungsmethodik<br />

für Datenmodelle<br />

Spezifikationssprache<br />

EXPRESS<br />

Anwendungsdatenmodelle<br />

(Application Protocols, APs)<br />

Prozessketten Automobilindustrie (AP 214)<br />

Entw. elektrotechnischer Anlagen (AP 212)<br />

Technische<br />

Zeichnung<br />

3D-Geometrie<br />

Produktkonfig.<br />

(AP 203)<br />

(AP 201)<br />

. . .<br />

anwendungsorientierte Kernmodelle<br />

(Application Resources)<br />

Zeichnung<br />

(101)<br />

Elektrik<br />

(103)<br />

Kinematik<br />

(105)<br />

. . .<br />

anwendungsorientierte Kernmodelle<br />

(Integrated Resources)<br />

Spezifikationsmethoden<br />

Geometrie<br />

(42)<br />

Repräsen-Produkttatiostruktur<br />

(43) (44)<br />

Darstellung<br />

(46)<br />

. . .<br />

Grundlagen der Produktbeschreibung (41)<br />

Implementierungsmethoden<br />

Datei<br />

(21)<br />

SDAI<br />

(22)<br />

Datenbank<br />

32 Test- und Prüfmethoden 33 34<br />

31<br />

Branchenspezifische<br />

Anwendungsdatenmodelle<br />

zur<br />

Produktbeschreibung<br />

(z.B. AP214, AP212,<br />

AP203, AP201)<br />

Test- und<br />

Prüfmethoden für<br />

Implementierungen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 188

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 2 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Produktdatenmodelle<br />

Integration der Prozessabschnitte und Technologien<br />

Marketing Konzept Entwicklung Produktion<br />

Vertrieb/<br />

Service<br />

Integrierte Datenbeschreibung für den gesamten Produktlebenszyklus<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 189

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 3 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Integrationsarchitekturen<br />

Integration über Systemgrenzen hinweg<br />

Engineering Portal<br />

Anforderung:<br />

• Überwindung <strong>von</strong> Systemgrenzen<br />

für Daten und<br />

Funktionen<br />

Portal<br />

Engineering Systeme<br />

Vorteile:<br />

• Weiterverwendung <strong>von</strong> Daten<br />

über Systemgrenzen hinweg<br />

• Zusammenführen/Bearbeitung<br />

<strong>von</strong> Daten unterschiedlicher<br />

Systeme (Portal)<br />

Virtuelle Integration durch Middleware Technologie<br />

PCM<br />

SRM<br />

DIALOG<br />

SRM<br />

GIS<br />

CATIA VPM STV<br />

SMARAGD<br />

EBOM<br />

Kerntechnologien:<br />

• Integrationsarchitekturen<br />

• Mappingmechanismen<br />

• Middleware Technologien<br />

• Portaltechnologien<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 190

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 3 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Integrationsarchitekturen<br />

Engineering Portal<br />

Ziele: Integrierte und konsistente Sicht<br />

auf alle relevanten Daten, Funktionen<br />

und Prozesse<br />

Middleware<br />

Probleme:<br />

• Verknüpfung <strong>von</strong> Daten<br />

unterschiedlicher Quellen<br />

• Identifikation der richtigen<br />

(führenden) Datenquelle<br />

• Festlegung des führenden Systems<br />

• Wissen, welches System in<br />

welchem Fall genutzt werden soll<br />

Realität: Verteilte Daten, heterogene<br />

Systeme, unbeabsichtigte Redundanzen,<br />

Inkonsistenzen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 191

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 4 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Collaborative PDM Netze<br />

Globale Produkt Daten Management Systeme<br />

zum weltweiten Zugriff auf alle Daten im Produktlebenszyklus<br />

Produktvisualisierung<br />

Integration <strong>von</strong><br />

„Altsystemen“<br />

Integration <strong>von</strong><br />

Spezialsystemen<br />

Management <strong>von</strong><br />

verteilten Prozessen<br />

Intelligente<br />

Suchmechanismen<br />

Management <strong>von</strong><br />

verteilten Produktdaten<br />

Integration <strong>von</strong><br />

Produktdokumenten<br />

Anwendungsabhängige<br />

Sichten auf die Daten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 192

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 4 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Collaborative PDM Netze<br />

Kollaboration zwischen unterschiedlichen<br />

Engineering-Welten<br />

Partner (OEM)<br />

Ingenieurbüro<br />

Plattform zur Kollaboration<br />

Informationsmanagement<br />

Zulieferer<br />

Web-Services zur Kollaboration<br />

PDM WFL CSCW Auth. Secur.<br />

Kunde<br />

Integrationsschicht (Mapping)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 193

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 4 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Collaborative PDM Netze<br />

Kollaborationsplattform (vereinfacht)<br />

Informationsbereitstellung/Organisation<br />

• Organisation, Team, Teamwork, Projeke<br />

• Authentifizierung, Sicherheitsaspekte<br />

Funktionalität am Markt erhältlich (Kauftools)<br />

Plattform zur Kollaboration<br />

Informationsmanagement<br />

Modulare, webbasierte Teilanwendungen<br />

• Definierte Engineering Tasks (z.B. DMU-Absich.)<br />

• Abgeschlossen, übergreifend, konfigurierbar<br />

Know How des Unternehmens und der Partner<br />

Web-Services/ Use Cases<br />

PDM WFL CSCW Auth. Secur.<br />

Integrationsschicht (Mapping)<br />

Anbindung Daten/Systeme<br />

• Datenaustausch, Viewing, Statusinfo., Change<br />

Management, Versionisierung…(PLM-Services).<br />

Definition für Partnerverbund (basierend auf Standards)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 194

Partner 1<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 4 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Collaborative PDM Netze<br />

Weltweit verteiltes Entwickeln basierend auf einer<br />

gemeinsamen Kollaborationsplattform<br />

Partner 2<br />

M-CAD<br />

M-CAD<br />

Information Brokering Layer<br />

Workflow-Management<br />

EDM-System<br />

E-CAD<br />

Special<br />

Systems<br />

PPSproprietäre<br />

Systems<br />

Integration Architecture<br />

Common Repository<br />

E-CAD<br />

Partner 3<br />

EDM/WFL<br />

Information Brokering Layer<br />

Documentation<br />

Spezial-<br />

Systeme<br />

PPS-<br />

System<br />

XML<br />

Gemeinsame Plattform<br />

zur kollaborativen<br />

Produktentwicklung<br />

Services<br />

Services for für<br />

distributed verteiltes Entwickeln Engineering<br />

Kommunikationsmodell<br />

Communication model<br />

Process Prozessmodell<br />

Organisationsmodell<br />

Project Produktdatenmodell<br />

Product data CSCW<br />

Workflow Workflow<br />

PDM<br />

PDM<br />

XML<br />

M-CAD<br />

M-CAD<br />

Information Brokering Layer<br />

Workflow-Management<br />

EDM-System<br />

E-CAD<br />

Special<br />

Systems<br />

PPSproprietäre<br />

Systems<br />

Integration Architecture<br />

Common Repository<br />

E-CAD<br />

EDM/WFL<br />

Information Brokering Layer<br />

Workflow-Management<br />

EDM-System<br />

M-CAD<br />

E-CAD<br />

Special<br />

Systems<br />

Documentation<br />

PPSproprietäre<br />

Systems<br />

Documentation<br />

Spezial-<br />

Systeme<br />

PPS-<br />

System<br />

Partner 4<br />

Workflow-Management<br />

EDM-System<br />

M-CAD<br />

E-CAD<br />

Special<br />

Systems<br />

Documentation<br />

PPSproprietäre<br />

Systems<br />

Integration Architecture<br />

XML<br />

XML<br />

Integration Architecture<br />

Common Repository<br />

Common Repository<br />

M-CAD<br />

E-CAD<br />

EDM/WFL<br />

Spezial-<br />

Systeme<br />

PPS-<br />

System<br />

M-CAD<br />

E-CAD<br />

EDM/WFL<br />

Spezial-<br />

Systeme<br />

PPS-<br />

System<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 195

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 4 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Collaborative PDM Netze<br />

Arbeitsweise der Web-Services zur Kollaboration<br />

zwischen heterogenen PDM-Systemen (Funktionsebene)<br />

Partner 1, System 1<br />

Funktions- und Datenanfrage, Syst. 1<br />

Rückübertragung der Daten, Syst. 2<br />

Partner 2, System 2<br />

Anfrage generieren<br />

Anfragesprache (OOPath)<br />

API System 1<br />

System spec. XML<br />

System spec. XML<br />

API System 2<br />

Adapter System 1<br />

Web-Services Common Core<br />

XSLT Mapping<br />

XML System<br />

spec. zu<br />

XML PDTnet<br />

XSLT Mapping<br />

XML System<br />

Spec. zu<br />

XML PDTnet<br />

Adapter System 2<br />

Web-Service Common Core<br />

Services for<br />

distributed Engineering<br />

Communication model<br />

Process model<br />

Project model<br />

P roduct data model<br />

CSCW<br />

Workflow<br />

PDM<br />

Internet / ENX<br />

( XML / SOAP )<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 196<br />

Services for<br />

distributed Engineering<br />

Communication model<br />

Process model<br />

Project model<br />

P roduct data model<br />

CSCW<br />

Workflow<br />

PDM

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 5 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB Services<br />

Was ist ein Web Service?<br />

Ein Web Service ist<br />

• ein serverseitiges Stück Software,<br />

• das mit Hilfe <strong>von</strong> XML(Inhalt) und SOAP (Übertragung)<br />

• Funktionalität (als Black-box) über ein Netz anbietet.<br />

Die Schnittstelle des Dienstes wird meist mit <strong>WS</strong>DL beschrieben<br />

und in einem Verzeichnisdienst wie UDDI veröffentlicht.<br />

Infrastruktur<br />

Web<br />

Service<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 197

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 5 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB Services<br />

Web Services -- Warum?<br />

• Viele Dienste gibt es schon => Wiederverwendbarkeit<br />

• Zugriff auf heterogene Systeme => Plattformunabhängigkeit<br />

• Verteilte Ausführung => Externe Programmaufrufe<br />

• Für viele Nutzer/Systeme verfügbar => Offene Protokolle<br />

• Vielfältig nutzbar => Formale Schnittstellenbeschreibung<br />

• Existierende Dienste finden => Gelbe Seiten für<br />

(Netz-)Dienste<br />

• Zusammenarbeit unterschiedlicher => Integration / Verbindung<br />

(Software)-Systeme<br />

existierender Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 5 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB Services<br />

Was ist ein Web Service?<br />

Verzeichnisdienst<br />

UDDI<br />

Web Service<br />

Universal Description,<br />

Discovery and Integration<br />

Beschreibung<br />

<strong>WS</strong>DL<br />

WEB-Service Description<br />

Language<br />

Übertragung<br />

SOAP<br />

Simple Object Access<br />

Protocol<br />

Inhalt<br />

XML<br />

Extensible Markup<br />

Language<br />

Infrastruktur<br />

Web<br />

Basis für<br />

Web Service<br />

Service<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 199

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 6 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Service Orientierte Architekturen<br />

Definition <strong>von</strong> SOA – eine Literatur Recherche<br />

• SOA erlaubt eine flexible Unterstützung <strong>von</strong> Geschäftsprozessen<br />

• SOA reduziert die Komplexität der IT und ermöglicht eine gesteigerte<br />

Agilität<br />

• SOA ist ein abstrakter Ansatz, eine Methode für die Zukunft<br />

• SOA erfordert eine Service Orientierte Organisation<br />

- zur effizienten Wiederverwendung <strong>von</strong> standardisierten Services<br />

- zum Paradigmenwechsel <strong>von</strong> “meine Applikation” zu “unser Service”<br />

• SOA kann schrittweise eingeführt werden<br />

• SOA erlaubt<br />

- Wiederverwendung<br />

- Austausch <strong>von</strong> IT Komponenten<br />

- Auslagerung <strong>von</strong> Services (im Sinne Outsourcing)<br />

• SOA ist ein Paradigmenwechsel<br />

• SOA ist die logische Weiterentwicklung der Web Services

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 6 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Service Orientierte Architekturen<br />

Ziele einer Service Oriented Engineering IT<br />

• Effiziente Unterstützung und flexible Anpassungsfähigkeit <strong>von</strong><br />

Geschäftsprozessen<br />

• Bereitstellung einer einfach zu bedienenden Benutzerschnittstelle<br />

• Überwindung <strong>von</strong> Systemgrenzen<br />

• Möglichkeit zur Strukturierung und Integration vorhandener<br />

Engineering IT Systeme in ein Gesamtkonzept<br />

• Vereinfachung der Systemwartung und <strong>von</strong> Releasewechseln<br />

• Basis für einen effektiven und effizienten IT-Betrieb

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 6 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Service Orientierte Architekturen<br />

Konzept für eine Service Oriented Engineering IT<br />

Produkt-Entstehungs-Prozess<br />

Rollenbasierter Arbeitsplatz<br />

Engineering Client<br />

Engineering Service Bus<br />

Service Service Service

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 7 IT- unterstützte Zusammenarbeit - CSCW<br />

Computer Supported Cooperative Work (CSCW)<br />

Headquarters<br />

Supplier<br />

Manufacturing<br />

R & D<br />

Training<br />

Marketing<br />

Service<br />

Unterstützung <strong>von</strong>:<br />

• Kommunikation<br />

• Zusammenarbeit<br />

• Koordination<br />

Informationsaustausch<br />

Arbeiten auf gemeinsamen Daten<br />

Management <strong>von</strong> unabhängigen Aktivitäten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 203

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 7 IT- unterstützte Zusammenarbeit - CSCW<br />

Darstellung der Realität durch technische Lösungen<br />

Bedarf<br />

Informationsaustausch<br />

Besprechung<br />

Visualisierung<br />

Datenaustausch<br />

Arbeitsorganisation<br />

Projektmanagement<br />

Datenverwaltung<br />

Technische Lösung<br />

Telefon, eMail, Chat<br />

Online Audio/Video Konferenz<br />

2-D/3-D CAD Konferenz<br />

FTP, Freigaben, DMS, Portale<br />

Adressbuch, Kalender, …<br />

Projektmanagementsysteme<br />

PDM-Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 7 IT- unterstützte Zusammenarbeit - CSCW<br />

Framework CTR –<br />

Kommunikation & Datenzugriff<br />

auf heterogene Systeme<br />

Zulieferer<br />

Framework<br />

Collaborative Team Room<br />

OEM<br />

Systeme<br />

Chat, Audio/Video,<br />

Online Konferenz<br />

Kommunikation<br />

zwischen<br />

Teams<br />

+<br />

Virtuelle<br />

Projekträume<br />

Systeme<br />

DB<br />

PDM<br />

Online-Zugriff<br />

Datenzugriff auf<br />

heterogene<br />

Systeme<br />

DB<br />

=<br />

Zusammenarbeit<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 205

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 7 IT- unterstützte Zusammenarbeit - CSCW<br />

Framework Collaborative Team Room (CTR)<br />

Anwesenheit<br />

Virtuelle<br />

Besprechung<br />

2-D/3-D<br />

Konferenz<br />

eMail,<br />

Adressbuch,<br />

Kalender,..<br />

Partner<br />

Audio &<br />

Video<br />

Partner<br />

Projektdateien<br />

Projektliste<br />

Projektplanung

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 8 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Workflowtechnologie<br />

Prozessmanagement<br />

durch Workflow Technology<br />

Prozess Simulation<br />

Prozess<br />

Modellierung<br />

Prozess Gestaltung<br />

Prozess<br />

Optimierung<br />

Workflow Prozess<br />

Management<br />

t<br />

Workflow Modellierung<br />

Prozess Steuerung<br />

Aufgaben<br />

Unterstützung<br />

Prozess Monitoring

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 8 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Workflowtechnologie<br />

Workflow - Begriffe und Definitionen<br />

• Ein Workflow ist<br />

„die Automatisierung <strong>von</strong> Geschäftsprozessen im Ganzen oder in<br />

Teilen, wobei Dokumente und Informationen zwischen den<br />

Betroffenen weitergeleitet oder Aufgaben nach definierten Regeln<br />

koordiniert werden.“ (WfMC)<br />

•Ein Workflow-Management-System ist<br />

„ein Software-System, das vorgegebene Prozessdefinitionen interpretiert<br />

und die Ausführung der Workflow-Instanzen entsprechend<br />

steuert. Neben dieser Steuerung der Workflows unterstützen die<br />

Systeme die graphische Modellierung und Verwaltung der<br />

Workflow-Schemata, sowie das Monitoring der laufenden Workflow-<br />

Instanzen.“ (WfMC, GI, DIN)

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 8 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Workflowtechnologie<br />

Workflow - Begriffe und Definitionen<br />

• Groupware ist<br />

„ein generischer Begriff für rechnergestützte Systeme, die<br />

speziell zur Unterstützung kollaborativer Arbeitsgruppen<br />

entworfen wurden.<br />

Üblicherweise richten sich diese Systeme an kleine,<br />

projektorientierte Gruppen, die wichtige Aufgaben bei<br />

definierten Terminen in Teams auszuführen haben. Der<br />

Begriff schließt dabei Software, Hardware, sowie Dienste zur<br />

Unterstützung <strong>von</strong> gruppenorientierten Prozessen ein.“

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 8 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Workflowtechnologie<br />

Vorteile <strong>von</strong> Workflow-Management-Anwendungen<br />

• Operative Ziele<br />

Zuverlässige und sichere<br />

Ausführung <strong>von</strong> Prozessen<br />

Basis-Technologie<br />

für eBusiness-Anwendungen<br />

Einfache Entwicklung<br />

prozessorientierter Anwendungen<br />

Graphische Modellierung<br />

Ausführung <strong>von</strong> Prozessen<br />

Datenversorgung<br />

Organisations-Modellierung<br />

Verbindung <strong>von</strong> Prozessen<br />

Wiederverwendung <strong>von</strong> Proz.<br />

• Strategische Ziele<br />

Hohe Prozessqualität<br />

Simultaneous Engineering<br />

Monitoring und Controlling<br />

Schnelle Prozess-Anpassungen<br />

Integration externer Prozesse<br />

Einfacher Austausch <strong>von</strong><br />

Prozessen und Partnern<br />

Transparenz und Flexibilität<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 210

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 8 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Workflowtechnologie<br />

Genereller Nutzen<br />

<strong>von</strong> Workflow-Management-Anwendungen<br />

Verkürzung der Durchlaufzeit um 20 bis 70 %<br />

Reduzierung der Prozesskosten um 20 bis 40 %<br />

Reduzierung der Bearbeitungszeiten um 25 bis 60 %<br />

Reduzierung der Zeiten zur Informationsgewinnung um<br />

50 bis 90 % durch bedarfsgerechte Informationsbereitstellung<br />

Verbesserung der Vorgangsbearbeitung und Auskunftsfähigkeit<br />

Dem Mitarbeiter stehen auf „Knopfdruck“ Informationen über den<br />

gesamten Vorgang zur Verfügung<br />

Unterstützung der ISO 9000-Vorgaben (Dokumentenlenkung,<br />

Identifikation und Rückverfolgbarkeit <strong>von</strong> Vorgängen)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: IAO, IAT<br />

211

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 8 IT- unterstützte Zusammenarbeit - Workflowtechnologie<br />

Organisationsübergreifendes Workflow Management<br />

Daimler<br />

Sparten<br />

Organisation A<br />

Chrysler<br />

,,po,po, send<br />

pökjp, event<br />

output<br />

data<br />

input<br />

data<br />

current<br />

actor<br />

external<br />

activity<br />

WfMS 1<br />

Organisationseinheiten<br />

Workflow Integration Architecture<br />

Entwicklung<br />

Produktion<br />

Events<br />

Trigger<br />

Organization<br />

Information<br />

Privacy<br />

Security<br />

Zulieferer<br />

External<br />

Event<br />

,,po,po, get<br />

pökjp, event<br />

data<br />

in - out<br />

responsible<br />

Organisation B<br />

WfMS 2<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 212

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 9 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB 2.0<br />

Charakteristika Web 2.0<br />

Charakteristika <strong>von</strong> Web 2.0<br />

• Veränderte Wahrnehmung und Benutzung des Webs<br />

• Keine spezielle Technik, sondern das Zusammenwirken<br />

verschiedener Technologien, die erst mit der gestiegenen<br />

Verfügbarkeit des Internets wirksam werden<br />

Anwendungen<br />

Konzepte<br />

• Feeds<br />

• Wikis & Tags (Folksonomien)<br />

• Blogs<br />

• Mashups<br />

• Peer-to-peer<br />

• Content-Management-System<br />

Voraussetzung zur<br />

Industriellen Anwendung<br />

• Gesicherter Datenverkehr<br />

• Gewährte Nutzungsrechte<br />

• Kritische Masse<br />

• Motivierte Anwender<br />

• Offene und vertrauensvolle<br />

Kommunikationskultur<br />

• Anonymität ist kritisch<br />

(Falschinformationen)<br />

• Altersstruktur ist zu<br />

berücksichtigen<br />

• Ajax<br />

• Web-Service<br />

• REST<br />

• Mikroformate<br />

Technologien<br />

Philosophien<br />

• Soziales Netzwerk<br />

• User Created Content<br />

• Wissen/Software/Technologien teilen<br />

• Browserbasierte Arbeitsweise<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 213

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 9 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB 2.0<br />

Grundlagen und Einsatzgebiete für Feeds<br />

Beschreibung<br />

• Elektronisches Nachrichtenticker zur<br />

Übermittlung oft geänderter Inhalte<br />

(z.B. News)<br />

Einsatzgebiete im Unternehmen<br />

Feeds im<br />

Daimler-<br />

Blog<br />

• Möglichkeit zum Abonnieren der<br />

Inhalte<br />

• Automatisches Informieren bei<br />

Änderungen der Inhalte

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 9 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB 2.0<br />

Grundlagen zu Wiki und Tag Clouds<br />

Beschreibung Wiki<br />

Beschreibung Tag Cloud<br />

Tag Cloud Spiegel Online vom 20.05.08<br />

Wiki<br />

• Sammlung <strong>von</strong> Internet-Seiten<br />

• Autorengemeinschaft generiert den Inhalt<br />

gemeinschaftliches Erstellen und Publizieren<br />

<strong>von</strong> Wissen<br />

• Wiki = Hawaiianisch für „schnell“<br />

Schnelle Informationsverteilung<br />

hohe Aktualität des Inhalts<br />

Tag Cloud<br />

• „Tag“ = Schlagwort<br />

• „Tag Cloud“ = Schlagwortwolke<br />

• Methode zur Informationsvisualisierung<br />

• alphabetisch sortiert<br />

• Worte anhand Gewichtung (Bedeutung)<br />

hervorgehoben<br />

• Tagging <strong>von</strong> Inhalten oder Web-Links

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 9 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB 2.0<br />

Grundlagen und Einsatzgebiete für Blogs<br />

Beschreibung<br />

Einsatzgebiete im Unternehmen<br />

Nachrichten<br />

Information &<br />

Kommunikation<br />

Ideensammlung<br />

Kooperation<br />

• Kreuzung aus Web & Logbuch<br />

• Tagebuch oder Journal<br />

• Links zu Audios/Videos/Präsentationen<br />

• Kommentierung & Diskussion möglich<br />

• Kategorisierung nach Themen,<br />

Annotation<br />

Projektlogs,<br />

Statusberichte<br />

Reiseberichte<br />

Projekt,<br />

Linie,<br />

Interessenten,<br />

Partner, …<br />

Meinungen &<br />

Persönliches<br />

Diskussion<br />

Problemlösung<br />

Wissensmanagement<br />

Erfahrungsberichte<br />

Themen-<br />

Missionierung<br />

Wenig Erfolgsstories sowie<br />

begrenzte Mächtigkeit (vgl. Wikis)

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 9 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB 2.0<br />

Grundlagen und Einsatzgebiete für Mashups<br />

Beschreibung<br />

Begriffsursprung & inhaltliche Bedeutung<br />

• Musikbranche, Jahr 1990<br />

• Remix, Kombination unterschiedlicher Musiktitel<br />

Schaffung neuer Songs<br />

Einsatzgebiete im Unternehmen<br />

1. Data Mashups<br />

Anreicherung <strong>von</strong> Daten aus bestehenden Systemen<br />

„Bauteileverantwortlicher in Smaragd“<br />

Daten<br />

Quelle<br />

A<br />

Bedeutung als Web2.0-Konzept<br />

• Sinnvolle Kombinatorik <strong>von</strong> Daten, Services und<br />

Prozessen<br />

Schaffung zielorientierter Businessprozesse<br />

Web 2.0 Technologie<br />

Smaragd<br />

WiW<br />

Geometrie Daten Corporate Directory<br />

Service<br />

Daten<br />

Quelle<br />

B<br />

Mashup Typologien<br />

• Data Mashups, Business Mashups<br />

Geschäftsbezug<br />

• Mashups werden heute sehr eng mit „Service<br />

Oriented Architecture (SOA)“ in Zusammenhang<br />

gebracht<br />

• Mashups sind der „letzte Schritt“ zur Umsetzung<br />

der SOA Philosophie<br />

2. Business Mashups<br />

Optimierung der IT-Geschäftsprozesse durch bedarfsgerechte<br />

Vernetzung <strong>von</strong> Prozessen und Daten<br />

Engineering Desktop „Konstrukteur“<br />

Smaragd<br />

Geometrie<br />

Daten<br />

Dialog<br />

SOA<br />

SRM<br />

Stücklisten<br />

Sach-<br />

Nummern<br />

NCM<br />

PÄV/<br />

KEM<br />

Prozess<br />

D<br />

Prozess<br />

A<br />

Service<br />

Prozess<br />

C<br />

Prozess<br />

B

Prozess<br />

D<br />

Prozess<br />

A<br />

Service<br />

Prozess<br />

C<br />

Prozess<br />

B<br />

Daten<br />

Quelle<br />

A<br />

Service<br />

Daten<br />

Quelle<br />

B<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

9. 9 IT- unterstützte Zusammenarbeit - WEB 2.0<br />

Zusammenfassung WEB 2.0 Technologien<br />

Konzept Szenario/Anwendungsbereich Nutzen<br />

Feeds<br />

Wikis<br />

&Tags<br />

Blogs<br />

Mashups<br />

Rollenbasiertes Angebot der<br />

Änderungsinformationen<br />

Unterstützung des<br />

Wissensaustauschs<br />

Kommunikation &<br />

Kooperation in Linie & Projekt<br />

Unterstützung durch die<br />

Kombination <strong>von</strong> Services<br />

und Dienste<br />

• Umkehrung des Verantwortlichkeit<br />

bei der Informationsbeschaffung<br />

• Objekt- statt systemzentrierte<br />

Informationsverteilung<br />

• Integrative Wissenspflege sowie<br />

bessere Wissensfindung durch<br />

Verschlagwortung<br />

• Thematisch strukturierte und breite<br />

Kommunikation<br />

• Intuitive Bedienung der IT-<br />

Werkzeuge in einer<br />

integrierten/einheitlichen Oberfläche<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 218

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. Grundlagen des Wissensmanagements<br />

10.1 Überblick, Motivation<br />

10.2 Zielsetzung und Methodik<br />

10.3 Wissensakquise<br />

10.4 Wissensverteilung<br />

10.5 Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Was ist Wissen ?<br />

• Stand der Diskussion über Wissen im 20. Jhd.:<br />

- Wissen findet immer auf Basis eines Vorverständnisses<br />

statt.<br />

- Wissen ist ein sozialer Prozess, der auf Daten und<br />

Informationen basiert.<br />

- Wissen und Informationen bedingen einander.<br />

- Wissen findet im Kontext <strong>von</strong> Verstehen und Erklären statt.<br />

- Wissen als Ergebnis eines Verstehens- oder<br />

Erklärensprozesses impliziert immer eine Selektion, die sich<br />

an anwendungs- bzw. zweckbezogenen Zielen orientiert.<br />

Quelle (Capurro 1998)

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Was ist Wissensmanagement ?<br />

Wissensmanagement ist die<br />

systematische, zielorientierte Anwendung <strong>von</strong> Maßnahmen<br />

zur Steuerung, Kontrolle und Unterstützung <strong>von</strong><br />

Wissensprozessen<br />

in und über Unternehmensgrenzen hinweg.<br />

Ziel dabei ist es<br />

mit bestehendem Wissen Möglichkeiten zu schaffen,<br />

neues Wissen zum Zwecke der Verbesserung, Wertschöpfung<br />

und Innovationen zu erzeugen.<br />

Thoben 2002

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Wirklichkeit und Information (1)<br />

• in jeder Sekunde nehmen wir auf mit unseren<br />

Sinnen wie Augen, Ohren, Haut, Mund, Nase etc.<br />

10 9 Bit<br />

• in jeder Sekunde verarbeiten wir mit unserem Gehirn 10 7 Bit<br />

• in jeder Sekunde nutzen wir aktiv<br />

... und wir leben gut damit! erneute<br />

Ohr<br />

Auge<br />

Haut<br />

Input:<br />

9<br />

10 bit/s<br />

Informationsreduktion<br />

auf:<br />

Anreicherung auf:<br />

7<br />

10 bit/s<br />

Sprache<br />

Mimik<br />

allgemeine<br />

Motorik<br />

100 Bit<br />

Umwelt<br />

2<br />

ca. 10 bit/s<br />

Umwelt<br />

Aufmerksamkeit<br />

gespeicherte<br />

Programme<br />

Quelle: Vester,<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 222

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Komplexität des Gehirns<br />

1.000.000.000.000<br />

Neuronen [10 12 ]<br />

10.000 bis 15.000<br />

Verbindungen eines<br />

Neurons mit anderen<br />

Neuronen<br />

10.000.000.000.000.000<br />

Synapsen [10 16 ]<br />

Permanente<br />

Zustandsänderungen<br />

Quelle: Dr. Reinhard Schmitt, 2007

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Wirklichkeit und Information (2)<br />

Philosophisches Grundproblem:<br />

Wir kennen keine (eindeutige) Wirklichkeit;<br />

wir kennen nur Informationen über sie –<br />

und auch das nur, soweit wir die vorhandenen Informationen<br />

aufnehmen,<br />

verarbeiten,<br />

auswählen<br />

verstehen.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 224

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Wirklichkeit und Information (3)<br />

Was können wir uns merken?<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 225

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Daten, Informationen und Wissen<br />

Quelle: ISO/IEC 2382 (ex DIN 44330)

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Wissenstreppe (nach Krause / Tang)<br />

Strategisches Wissensmanagement<br />

Wettbewerbsfähigkeit<br />

Kompetenz<br />

+ Einzigartigkeit<br />

Handeln<br />

+ richtig Handeln<br />

Können<br />

+ Wollen<br />

Wissen<br />

+ Anwendungsbezug<br />

Informationen<br />

+ Vernetzung mit Kontext<br />

Daten<br />

+ Bedeutung<br />

Zeichen<br />

+ Syntax<br />

Operatives Daten- und Wissensmanagement<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 227

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Information und Wissen<br />

Information ist häufig<br />

unvollständig<br />

unpräzise<br />

widersprüchlich<br />

Wissen braucht:<br />

Eine umfassende Beschreibung<br />

Präzise Aussagen<br />

Folgerichtige Zusammenhänge<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 228

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Schnelles Denken<br />

Langsames Denken<br />

Implizites<br />

Wissen<br />

verborgen<br />

im Kopf<br />

basiert auf<br />

- Erfahrungen,<br />

- Kenntnissen<br />

Wissen<br />

Information<br />

Daten<br />

Explizites<br />

Wissen<br />

• veröffentlicht<br />

• dokumentiert<br />

• digital<br />

Quelle: nach P. Braun, 2002<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 229

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Inhalt (Content)<br />

Dies ist ein Beispiel für Inhalte<br />

in der Form <strong>von</strong> Sätzen<br />

die einander folgen<br />

um einen Aspekt zu beschreiben.<br />

Die meisten Inhalte sind<br />

wie eine Sprache,<br />

die <strong>von</strong> Menschen verstanden wird<br />

mit der sie ihre bisherigen Erfahrungen beschreiben.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 230

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Zusammenhänge (Kontext)<br />

Zusammenhänge beschreiben:<br />

• Situationen<br />

• Perspektiven<br />

• Randbedingungen<br />

„Kontext” bedingt, dass die Bedeutung des Inhalts sich in<br />

Abhängigkeit <strong>von</strong> der Situation verändert.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 231

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Bezüge (Relationship)<br />

Mit einem scheinbar unstrukturierten Fluss wie diesem Satz,<br />

können Bezüge mehrdeutig, unklar oder hinderlich sein,<br />

wie zum Beispiel: die Relation “kommt vorher”.<br />

Sie beschreibt die relative Position des Wortes<br />

“unstrukturiert” zu dem Wort “Fluss” in der ersten Zeile.<br />

Bei einer eindeutigen Struktur sind Bezüge weniger<br />

unklar und mehrdeutig:<br />

1. Bezüge zeigen mehrere Typen <strong>von</strong> Eigenschaften<br />

2. Bezüge sind oft komplex und verändern sich häufig<br />

3. Komplexe Bezüge in Dokumenten sind selten<br />

beherrschbar und benötigen zur klaren Darstellung<br />

spezielle Systeme<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 232

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Barrieren des Wissensmanagement<br />

Alles was jemanden im Kontext<br />

• Mensch,<br />

• Organisation<br />

• Technologie<br />

daran hindern könnte, Wissen zu<br />

• identifizieren, akquirieren,<br />

• generieren, speichern,<br />

• strukturieren, verteilen<br />

• bewerten, wiederverwenden.<br />

Thoben 2002

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Barrieren im Kontext Mensch<br />

• Vorurteile bzgl. internationaler Unterschiede<br />

(z.B. Deutsche sind sehr genau und exakt)<br />

• Profilverlust durch Weitergabe unsicherer<br />

Informationen/Vorschläge/Ideen<br />

• Schlechte Artikulation und Sprache<br />

• Mangelnder Schutz des individuellen Wissens<br />

• Pflege <strong>von</strong> Kommunikationskanälen und Beziehungen<br />

• Doppeldeutungen<br />

• Falsche Wortwahl oder Betonung<br />

• Sender – Empfänger-Störung<br />

• Emotionen<br />

Nach Thoben 2002

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Theoretische Ansätze<br />

Sichtbar<br />

Unbewusst, unsichtbar<br />

Artefakte/Objekte/Struktur<br />

Bekundete Werte<br />

Grundlegende<br />

Annahmen<br />

Modell nach Schein, 1986<br />

• Kultur entwickelt sich immer in einer<br />

Gruppe, Organisation, Gesellschaft.<br />

• Kultur steuert Wahrnehmung und<br />

Verhalten.<br />

• Die eigene Kultur wird erst im Kontakt zu<br />

einer anderen Gruppe mit einer anderen<br />

Kultur deutlich.<br />

• Kultur lässt sich nicht einfach „abfragen“<br />

• Der Einzelne ist oft Mitglied in<br />

verschiedenen Gruppen bzw. durchläuft<br />

im Laufe seiner Sozialisierung<br />

verschiedene Gruppen und Kulturen.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Barrieren im Kontext Organisation<br />

• Wissensträger sind oftmals nicht verfügbar.<br />

• Eingeschränkte Zeitfenster für die Kommunikation<br />

(z.B. Kommunikation mit Indien oder Amerika).<br />

• Fehlende Mechanismen zum Umgang mit vertraulichen<br />

Informationen.<br />

• Risiko bei Kooperation mit zu wenigen Partnern.<br />

• Eine enge Zusammenarbeit mit zu vielen Partnern bewirkt evtl.<br />

diametrische Zielsetzungen im Unternehmen.<br />

• Erhöhte Investitionen in WM-Partner erschweren im Falle eines<br />

Dissenses den Ausstieg aus der Partnerschaft.<br />

• Eine zu hohe Transparenz des eigenen Unternehmens bewirkt evtl.<br />

die Offenbarung der wirklichen Herstellkosten und reduziert die<br />

Vorteile gegenüber den Wettbewerbern.<br />

Thoben 2002

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Barrieren im Kontext Technologie<br />

• Fehlende Verfügbarkeit geeigneter Technologien.<br />

• Kompatibilität angewandter Systeme.<br />

• Akzeptanzprobleme der Nutzer im Umgang mit<br />

neuer Software.<br />

• Technologien sind nicht angepasst an die<br />

Bedürfnisse der Nutzer.<br />

Thoben 2002

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Wissen in der Produktentwicklung<br />

Verbindet Produkt, Prozess und Ressourcen Informationen<br />

mit Engineering Problemlösungen.<br />

• Anforderungsanalyse.<br />

• Spezifikationsorientierte Konstruktion.<br />

• Analyse <strong>von</strong> Konflikten und deren Lösung.<br />

• Änderungsmanagement.<br />

• Konzeptkonstruktion - Anpassungskonstruktion - Detailkonstruktion.<br />

• Design-to-X (zum Beispiel: Herstellbarkeit, Testbarkeit,<br />

Demontierbarkeit, Wiederverwertbarkeit).<br />

• Systemanalyse: FMEA, Sicherheit, etc.<br />

• Arbeitsabläufe / Planung.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Die Schlüsseldimensionen <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Wissensmanagementprozess<br />

Wissensmanagement<br />

Wissen<br />

• Inhalt<br />

• Zusammenhang<br />

• Bezüge<br />

• Mensch<br />

• Organisation<br />

• Technologie<br />

• Identifikation • Akquisition • Generierung<br />

• Speicherung • Strukturierung • Verteilung<br />

• Bewertung • Wiederverwendung • Recycling<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 239

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Gründe für Wissensmanagement<br />

Qualität war die führende Größe der 80´er Jahre<br />

QUALITÄT<br />

In den 90´er Jahren ZEIT war Zeit<br />

der kritische Erfolgsfaktor.<br />

In den 70´ern waren die<br />

KOSTEN Kosten der strategische<br />

Erfolgsfaktor für den<br />

unternehmerischen Erfolg<br />

In dieser Dekade werden nur die Unternehmen erfolgreich sein, die in<br />

der Lage sind, den höchsten Wert bei geringsten Kosten in der<br />

kürzesten Zeit zu liefern<br />

Quelle: Acc. to Kenichi Omahae (Former McKinsey Director in Tokyo)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 240

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

State of the Art: Produkt Wissenserfassung<br />

EBOM VPM CATIA DIALOG SRM<br />

Das Wissen, das mit diesen Systemen bearbeitet wird, ist aufgeteilt in<br />

die Informationen, die explizit in den IT-Systemen behandelt werden<br />

und in das implizite Wissen des Anwenders: die Annahmen,<br />

Vereinfachungen, Vernachlässigungen, Interpretationen.<br />

Konsequenz: Jedes IT System trifft unterschiedliche Annahmen.<br />

Folgerichtige Behandlung ist kompliziert.<br />

Kommunikation erfordert spezielle Schnittstellen (interfaces).<br />

Erweiterungen und Modifikationen sind schwer durchzuführen.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 241

Die Chancen :<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 1 Grundlagen des Wissensmanagements - Überblick, Motivation<br />

Zusammenfassung: Wissen in der Produktentwicklung<br />

Die Herausforderung:<br />

• Sehr komplex, mit vielen unterschiedliche Aspekten.<br />

• Mit einer Vielfalt an Wechselwirkungen und gegenseitigen<br />

Abhängigkeiten.<br />

• Unterschiedliches Verständnis <strong>von</strong> Inhalten bei Verwendung gleicher<br />

Begriffe.<br />

• Enge Verknüpfung <strong>von</strong> Produkt und Prozess.<br />

• Problemlösungswissen.<br />

Wissen in der Produktentwicklung<br />

• ist gut strukturiert,<br />

• hat wenig Zweideutigkeiten<br />

• und eine klare Semantik.

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 2 Grundlagen des Wissensmanagements - Zielsetzung und Methodik<br />

Wissensmanagement heute - Beispiele<br />

• Regelkommunikation<br />

• Reviews<br />

• Technologie Kolloquien<br />

• Messen<br />

• Vorträge<br />

• Präsentationen<br />

• Forschungsklausuren<br />

• Monitoringberichte<br />

• Technische Berichte<br />

• Organisationshandbuch<br />

• Qualitätshandbuch<br />

• Themenspeicher<br />

• interne Publikationen<br />

• Patente<br />

• High Tech Reports<br />

• Intranet<br />

• Auditberichte<br />

• Gutachterberichte<br />

• Interaktive Demos<br />

• Laborstrategien<br />

• Patenschaften für neue MA<br />

• Bereichsentwicklungen<br />

• Kunden<br />

• Sekretariats-Kommunikation<br />

• Austauschgruppe<br />

• Hospitanzen<br />

• Kaffeeküchen u.ä<br />

• und vieles mehr<br />

Es gibt<br />

eine Unmenge an Wissen<br />

• das an unterschiedlichen Stellen dokumentiert (oder gar nicht)<br />

• ohne (einheitliche) Systematik/Struktur und ohne Vernetzung<br />

• ohne Kontext der Informationen<br />

• erteilt auf unterschiedliche Personen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 243

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 2 Grundlagen des Wissensmanagements - Zielsetzung und Methodik<br />

Unterschiedliche Perspektiven <strong>von</strong> Wissen<br />

Paketmodell<br />

Interaktionsmodell<br />

Sender<br />

Empfänger<br />

Sender<br />

Empfänger<br />

Wissen als Input in den Prozess.<br />

Wissen als ein Bild der Realität.<br />

Wissen entsteht in einem Prozess.<br />

Wissen erzeugt Realität.<br />

führt zu<br />

Ausrichtung auf Effektivität,<br />

IT - Lösungen.<br />

Ausrichtung auf menschliche<br />

Beziehungen und Prozesse.<br />

[Ursula Schneider: Wissensmanagement 1996, S. 19]<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 244

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 2 Grundlagen des Wissensmanagements - Zielsetzung und Methodik<br />

Probst: Prozessmodell des Wissensmanagement<br />

Feedback<br />

Wissensziele<br />

Wissensbewertung<br />

Erkennen <strong>von</strong><br />

Wissen<br />

Erwerben <strong>von</strong><br />

Wissen<br />

Entwickeln<br />

<strong>von</strong> Wissen<br />

Verwenden<br />

<strong>von</strong> Wissen<br />

Bewahren <strong>von</strong><br />

Wissen<br />

Verteilen<br />

<strong>von</strong> Wissen<br />

Strukturieren<br />

<strong>von</strong> Wissen<br />

[Probst, Romhardt 1997]<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 245

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 2 Grundlagen des Wissensmanagements - Zielsetzung und Methodik<br />

Unternehmenspraxis - Prozesse<br />

• Wissensidentifikation:<br />

„Ich frage jemanden, der vielleicht jemanden kennt.“<br />

• Wissensakquisition:<br />

„Ich lasse es mir <strong>von</strong> einem Kollegen erzählen, ich lese ein Buch, oder ...“<br />

• Wissensgenerierung:<br />

„Wir setzen uns zusammen und denken nach.“<br />

• Wissensspeicherung:<br />

„Wissen für alltägliche Abläufe ist schriftlich dokumentiert (QM-Handbuch<br />

etc.), aber Wissen für nicht-routine Situationen ist in den Köpfen.“<br />

• Wissensstrukturierung:<br />

„Ich ordne mein Wissen so, dass ich es wiederfinde (aber kein anderer).“<br />

• Wissensverteilung:<br />

„Kollegen schicken mir ungefragt eine Vielzahl <strong>von</strong> Informationen zu, die ich<br />

aber mangels Zeit gar nicht verarbeiten kann.“<br />

• Wissensbewertung:<br />

„Ich erkenne schon am Namen des Absenders, ob die Nachricht wichtig ist<br />

oder nicht.“

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 2 Grundlagen des Wissensmanagements - Zielsetzung und Methodik<br />

Prozess des Wissenserwerbs und der<br />

Wissensnutzung (3-Phasenmodell)<br />

Kognitive<br />

Phase<br />

deklaratives Erlernen <strong>von</strong> Wissen auf Basis<br />

<strong>von</strong> Fakten und Erkennen <strong>von</strong> Zusammenhängen<br />

in Mustern und Regeln<br />

Assoziative<br />

Phase<br />

prozedurales Anwenden der erlernten Muster<br />

und Regeln. In dieser Phase wird das Wissen<br />

als erlernt betrachtet<br />

Automatisierte intuitive Anwendung der Muster und Regeln,<br />

Phase<br />

zum Teil verbunden mit dem Verlust deren<br />

Beschreibbarkeit<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Quelle: Fitts/Anderson<br />

247

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 2 Grundlagen des Wissensmanagements - Zielsetzung und Methodik<br />

Formen der Wissensgenerierung (Nonaka/Takeuchi)<br />

zu<br />

<strong>von</strong><br />

implizit<br />

explizit<br />

implizit<br />

Sozialisierung<br />

z.B. gemeinsame<br />

Erfahrungen<br />

Verinnerlichung<br />

z.B. Gewohnheit,<br />

Ausdruck<br />

explizit<br />

Veräußerlichung<br />

z.B. Wissenserwerb<br />

Kombination<br />

z.B. Berechnung<br />

Schwerpunkt <strong>von</strong> IT<br />

Diese vier Formen sind in einer Wissensspirale verbunden.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 248

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 3 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensakquise<br />

Eigenschaften einer<br />

Community of Practice<br />

• Gemeinsame Bereiche <strong>von</strong> Erfahrungen.<br />

• Orientierung an der strategischen Ausrichtung.<br />

• Aufgaben-, Organisations- und<br />

Funktionsübergreifende Gruppen.<br />

• Erfassung <strong>von</strong> Wissen und Erfahrungen, nicht<br />

Abarbeitung <strong>von</strong> Aufgaben.<br />

• Organisiert durch Beziehungen zwischen Menschen.<br />

• Ausrichtung auf Wertsteigerung durch intensiven<br />

Austausch und lebenslanges Lernen.<br />

• Selbstorganisierte Weiterentwicklung der Gruppen.<br />

Erfolgsfaktoren<br />

• Vertrauen<br />

• Wichtigkeit<br />

• gegenseitiger<br />

Respekt<br />

• persönliche<br />

Interessen<br />

• Kerngedanken<br />

des Leiters<br />

• offene<br />

Kommunikation<br />

“…you cannot force a plant to grow by pulling its leaves…<br />

what you can do is create the infrastructure in which it can prosper.”<br />

- Etienne Wegner, 1999<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> Wintersemester 2011 /<br />

Sommersemester <strong>2012</strong><br />

249

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 3 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensakquise<br />

Plattformübergreifende Ziele <strong>von</strong> TechClubs<br />

Herausforderungen<br />

• Unzureichende<br />

Kommunikation<br />

zwischen den<br />

Plattformen.<br />

• Führende Spezialisten<br />

sind über die<br />

Plattformen verteilt.<br />

• Kommunikations-<br />

Beziehungen sind<br />

schwierig.<br />

Ansätze<br />

• verteiltes Produkt- und<br />

Prozesswissen.<br />

• gemeinsame Nutzung<br />

<strong>von</strong> “Best Practises”<br />

• Management der<br />

Ressourcen.<br />

• Karriere-Entwicklung.<br />

• Training.<br />

• Plattformübergreifende<br />

Produkt-Reviews.<br />

• Nutzung gleicher<br />

Technologien und<br />

Lieferanten.<br />

• Qualität und<br />

Kulanzkosten Review.<br />

Vorteile<br />

• Bereitstellung <strong>von</strong><br />

Mechanismen für eine<br />

Plattform<br />

übergreifende<br />

Kommunikation auf<br />

den wichtigsten<br />

Gebieten.<br />

• Bessere und sichere<br />

Managemententscheidungen.<br />

• Standardisierung für<br />

Teile und Systemlieferanten.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 250

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 3 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensakquise<br />

Hauptaufgaben in der Wissensakquise<br />

• Kommunikation (Informell / Implizit):<br />

Schaffe die Voraussetzungen dafür, dass Menschen ihr Wissen<br />

teilen:<br />

- bringe Menschen zusammen,<br />

- schaffe eine Kultur des share2win (löse die Bremsen!)<br />

- sorge für Effizienz durch klare Prozesse,<br />

ohne die Kreativität einzuengen.<br />

• Dokumentation (Formell / Explizit)<br />

Dokumentiere Wissen und mache es zugänglich:<br />

- mache explizierbares Wissen explizit,<br />

- schaffe einheitliche Struktur und gemeinsames Verständnis,<br />

(d.h. alle Beteiligten verstehen unter den gleichen Begriffen das<br />

Gleiche)<br />

- definiere Wissensmanagement-Prozesse<br />

- sichere die Unterstützung der Hierarchie

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 3 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensakquise<br />

Elemente der Wissensakquise (1)<br />

Verbale Kommunikation verbessern<br />

• Regelkommunikation auf Labor- und Abteilungsebene<br />

• Labor- oder Abteilungskolloquien<br />

• „Steh-Convent“<br />

• gemeinsame Mittagessen<br />

• Hospitanzen<br />

• Mitarbeiter-Veranstaltungen,<br />

• digitale Diskussionsforen<br />

Wichtig:<br />

Transparenz, Win2Win-Situation, Offenheit<br />

(inkl. Umgang mit Fehlern)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 252

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 3 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensakquise<br />

Elemente der Wissensakquise (2)<br />

Textuelle Dokumentation<br />

• gemeinsame Platte für einfache Dokumente ( z.B.Protokolle)<br />

• gemeinsamer Kalender<br />

• regelmäßige Bereichs oder Abteilungsinformationen (z. B.<br />

Bereichszeitung)<br />

• Intranet-Auftritt<br />

Wichtig:<br />

Teilnehmer, Prozesse, Zugriffsrechte,<br />

Syntax <strong>von</strong> Dokumenten, Ablagestrukturen usw.<br />

müssen definiert und jedem bekannt sein<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 253

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 3 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensakquise<br />

Elemente der Wissensakquise (3)<br />

• Aufbau eines ontologiebasierten Wissensmanagements für<br />

Ergebnisse eines Arbeitsgebiets<br />

• Inhalte<br />

- Projekte<br />

- Publikationen<br />

- Monitoringberichte<br />

- Literaturquellen<br />

- Kundeninformationen<br />

- Personen<br />

- usw.<br />

• Aufbau eines Wissensmodells zur Vernetzung des<br />

vorhandenen Wissens<br />

- Definition <strong>von</strong> Core Topics und Key Words<br />

- Erarbeitung des Wissensmodells<br />

- Verabredung eines Glossars oder Aufbau einer Ontologie

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 4 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensverteilung<br />

Schritte zur Nutzung <strong>von</strong> „verteiltem Wissen”<br />

Wissen sollte breit verfügbar sein:<br />

• Unternehmenswissen<br />

• Produktwissen<br />

• Wissen über den Wettbewerb<br />

• Technologiewissen<br />

• Wissen über Rechte und Regelungen<br />

Austausch <strong>von</strong> „best practices“ zwischen<br />

vergleichbaren Abteilungen und<br />

Tätigkeitsfeldern.<br />

Austausch <strong>von</strong> Wissen zwischen unterschiedlichen<br />

Abteilungen und Bereichen<br />

z.B. Konstruktion, Berechnung, Versuch<br />

Erzeugung eines Bewusstseins<br />

für eine Wissensgemeinschaft<br />

mit dem Ziel der Verkürzung<br />

<strong>von</strong> Zykluszeiten.<br />

Verstärkte Möglichkeiten zur<br />

Nutzung des Wissens.<br />

Bessere, schnellere und kostengünstigere<br />

Produktentwicklung mit<br />

Entscheidungen auf einer breiteren<br />

Wissensgrundlage.<br />

Basis für ein Wissenssystem zur Speicherung,<br />

Bereitstellung und Nutzung dieses Wissens ist ein<br />

„Knowledge Warehouse“.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 255

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 4 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensverteilung<br />

Bestandteile eines „Knowledge Warehouse”<br />

Erweiterte Nutzung<br />

filtern, kombinieren<br />

Erstellung<br />

und<br />

Wartung<br />

Kommunikation<br />

• Email<br />

• News<br />

Nutzung<br />

navigieren, suchen,<br />

präsentieren<br />

Basis Dienste<br />

• Bereitstellung • Versionierung<br />

• Back-up • Zugriffssteuerung<br />

Die Funktionen können auf unterschiedlichste Weise programmiert werden<br />

- Intranet mit Ergänzungen<br />

- Dokumenten Management Software<br />

- Groupware-Systeme<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 256

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 4 Grundlagen des Wissensmanagements - Wissensverteilung<br />

Die „Engineering Knowledge Management“-<br />

Prozesskette<br />

Engineering<br />

Knowledge<br />

zusammentragen,<br />

gliedern, explizit<br />

machen.<br />

Konsolidiertes<br />

Engineering<br />

Knowledge auf<br />

Hypermedia-Struktur<br />

abbilden.<br />

Vorteile:<br />

• Jede Phase liefert einen definierten<br />

Nutzen.<br />

• reduziertes Implementierungsrisiko<br />

Wiederverwendbare<br />

Module definieren<br />

Teile des Engineering<br />

Knowledge ausführbar<br />

formalisieren.<br />

Wissen<br />

sammeln<br />

Wissen<br />

verteilen<br />

Wissen<br />

wiederverwenden<br />

Wissen<br />

verarbeiten<br />

Konsolidiertes<br />

Wissen<br />

Wissen im<br />

Intranet<br />

Lösungsbibliotheken<br />

Ausführbares<br />

Wissen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 257

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Messkriterien für „Community of Practice“<br />

Die unterschiedlichen Messkriterien können auf verschiedene<br />

Ebenen der Berichterstattung angewendet werden.<br />

Unternehmenszielkriterien<br />

Ergebniskriterien<br />

Soft fact-<br />

Kriterien<br />

Basistypen <strong>von</strong> Messkriterien<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 258

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Messergebnisse<br />

Die Messergebnisse sind ein Attraktivitätsmaß für die<br />

„Community“.<br />

Dies ermöglicht dem Koordinator die Überwachung der<br />

Beteiligung und bildet die Grundlage für nötige<br />

Anpassungen.<br />

Output<br />

Measures<br />

Beispiele für Messergebnisse:<br />

• Anzahl der „reads and writes” in den überwacht die Trends und<br />

CoP Tools<br />

Veränderungen<br />

• Zahl der Teilnehmer an CoP meetings bewertet die aktuelle Beteiligung<br />

• Anzahl der Kapitel im Book of Knowledge prüft künftige Ziele der CoP<br />

Vorteile der Messergebnisse:<br />

Messungen sind leicht durchzuführen.<br />

Grenzen der singulären Messung:<br />

„Aktivität” bedeutet nicht unbedingt<br />

auch Produktivität und Qualität.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 259

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Messungen auf Basis <strong>von</strong> Geschäftszielen<br />

Zur Erreichung allgemeiner Geschäftsziele<br />

können verschiedene Messkriterien für<br />

„Communities of Practice“<br />

eingesetzt werden.<br />

Beispiele für Messergebnisse zum Beitrag<br />

<strong>von</strong> CoP zum Unternehmensziel „Kundenzufriedenheit“:<br />

• Entwicklung:<br />

• Fertigung:<br />

• Finanzdienstleistung:<br />

Business<br />

Goal Measures<br />

Kundenzufriedenheitsindex bezüglich Produktinnovationen<br />

Reduzierung der Fehlerquote<br />

schnellere Bearbeitung <strong>von</strong> Finanzierungsanträgen<br />

Vorteile der Messergebnisse:<br />

Die Effekte der „Community of<br />

Practice“ werden direkt mit den<br />

Unternehmenszielen in Bezug gesetzt.<br />

Grenzen der singulären Messung:<br />

Die Beiträge der CoP an der<br />

Verbesserung der Unternehmensziele<br />

sind schwer <strong>von</strong> andern Einflüssen<br />

abzugrenzen.<br />

(Der Erfolg hat viele Väter und Mütter)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 260

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Messungen <strong>von</strong> „Soft facts“<br />

Eine ausgeglichene Messung integriert die<br />

Zufriedenheit <strong>von</strong> Kunden und Mitarbeitern.<br />

In einer CoP können beide Gruppen<br />

Mitglieder sein.<br />

Health<br />

Measures<br />

Beispiele für Messergebnisse<br />

<strong>von</strong> „Soft facts“:<br />

• Hat jedes Mitglied genügend Zeit, während<br />

der Meetings seine wichtigen Fragen<br />

einzubringen?<br />

• Sind die externen Teilnehmer nützlich?<br />

• Werden auch außerhalb der Meetings die<br />

anderen Mitglieder häufig einbezogen?<br />

• Sind die community tools (Datenbank, Teamrooms)<br />

einfach zu benutzen?<br />

• Wie oft werden aus der CoP neue<br />

Erkenntnisse für den Einzelnen gewonnen?<br />

Vorteile der Messergebnisse:<br />

Der Moderator kann erkennen, ob er<br />

die Bedürfnisse aller Teilnehmer<br />

angemessen berücksichtigt und das<br />

Team in einer optimalen<br />

Arbeitsatmosphäre hält.<br />

Grenzen der singulären Messung:<br />

Die „Soft fact“ Messung kann nicht<br />

ermitteln, ob die Ziele des Unternehmens<br />

adressiert und erreicht<br />

werden.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 261

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Erfolgsstories<br />

Erfolgsstories adressieren alle drei Messkriterien gemeinsam.<br />

Oft sind sie frei verfügbar oder werden zumindest allen<br />

Teilnehmern <strong>von</strong> CoP´s innerhalb eines Unternehmens<br />

zugänglich, um einen Erfahrungsaustausch zu betreiben.<br />

Beispiel:<br />

Unternehmeszielkriterien<br />

Ergebniskriterien<br />

Erfolgsstories<br />

Soft fact<br />

Kriterien<br />

Unternehmensziel<br />

Ergebnis<br />

Soft facts<br />

Es konnte ermittelt werden, dass das<br />

neue Material langlebiger ist und<br />

weniger wiegt. Wir erwarten eine<br />

Reduktion der Ausfälle <strong>von</strong> 12%.<br />

„Nach dem Studium des Entwicklungs-<br />

„Book of Knowledge“ und dem Kontakt<br />

mit zwei Mitgliedern der CoP konnte<br />

eine Materialalternative für das Produkt<br />

gefunden werden.<br />

Es hat Spaß gemacht, mit den anderen<br />

Mitgliedern der Community<br />

zusammenzuarbeiten. Ich freue mich<br />

auf das nächste Treffen.“<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 262

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Kosten versus Nutzen<br />

Projekt Kosten<br />

Direkte Kosten<br />

• Entwicklung<br />

• Installation, Veränderung<br />

• HW/SW<br />

Indirekte Kosten<br />

• Datenzugriffe<br />

• Datenintegration<br />

• Netzwerk<br />

• Wartung<br />

• Training<br />

• Support<br />

direkt<br />

Projekt Nutzen<br />

messbar<br />

indirekt<br />

nicht messbar<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 263

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

10. 5 Grundlagen des Wissensmanagements - Bewertung <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Bewertung <strong>von</strong> Intellektuellem Kapital<br />

Balanced Score Card<br />

(Kaplan /Norton)<br />

Lernen und<br />

Wachstum<br />

„Wie erhalten wir<br />

unsere Fähigkeit<br />

zur Veränderung<br />

und Verbesserung<br />

um die Vision<br />

zu erreichen?”<br />

Strategische Ziele<br />

Messkriterien<br />

Operative Ziele<br />

Maßnahmen<br />

Kunden<br />

„Wie müssen wir<br />

uns dem Kunden<br />

gegenüber<br />

darstellen um<br />

unsere Vision zu<br />

erreichen?“<br />

Strategische Ziele<br />

Messkriterien<br />

Operative Ziele<br />

Maßnahmen<br />

Vision<br />

und<br />

Strategie<br />

Interne Geschäfts-<br />

Prozesse<br />

„Welche Prozesse<br />

müssen wir verbessern,<br />

um die<br />

Kunden und<br />

Aktionäre zufriedenzustellen?“<br />

Strategische Ziele<br />

Messkriterien<br />

Operative Ziele<br />

Maßnahmen<br />

Finanzen<br />

Strategische Ziele<br />

Messkriterien<br />

Operative Ziele<br />

Maßnahmen<br />

„Wie sollen wir<br />

uns unseren<br />

Aktionären<br />

präsentieren<br />

um erfolgreich<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> zu sein?”<br />

264

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 1 Wissensverarbeitende Systeme - Regelbasierte Systeme<br />

Regelbasierte Systeme<br />

Idee<br />

Verknüpfung <strong>von</strong> Wissenselementen in Form <strong>von</strong> Regeln<br />

Wissensdarstellung<br />

Inferenz<br />

• Regeln: WENN A DANN B<br />

• zusätzlich Kombinationen möglich<br />

WENN (A UND B) DANN C<br />

WENN A DANN (B ODER C)<br />

• Ähnlichkeit mit einfacher Logik,<br />

• auch Verknüpfung mit Unschärfemassen<br />

(z.B. fuzzy oder probabilistische Gewichtung <strong>von</strong> Fakten<br />

und Regeln)<br />

Musterorientiert / Erkennen <strong>von</strong> Zyklen<br />

• Vorwärtsverkettung<br />

• Rückwärtsverkettung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 266

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 1 Wissensverarbeitende Systeme - Regelbasierte Systeme<br />

Wie viele Arten <strong>von</strong> Wissen können in einer Regel<br />

stehen?<br />

Steuerungswissen<br />

Klassifizierungswissen (Taxonomie)<br />

IF part x is placed<br />

and next-part is-of-type P12<br />

THEN connect part 27 to previous-part<br />

and set length = diameter / 3<br />

Strukturwissen<br />

Parameter Abhängigkeiten<br />

Regeln mischen verschiedene Arten <strong>von</strong> Wissen<br />

=> Der Aufwand zur Pflege der Wissensbasis ist groß<br />

=> Wiederverwendung <strong>von</strong> Wissen in anderen Basen ist nicht möglich<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 267

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 1 Wissensverarbeitende Systeme - Regelbasierte Systeme<br />

Regelbasierte Systeme: Zusammenfassung<br />

Stärken<br />

Schwächen<br />

• relativ leichte, intuitive Erstellung <strong>von</strong> heuristischem<br />

Wissen<br />

• explizites („tiefes“) Verständnis der<br />

Anwendungsdomäne ist nicht erforderlich<br />

• bei größerer Regelmenge schwer überschaubar<br />

• kaum strukturierbar / modularisierbar<br />

• Konsistenz der Regeln nicht garantierbar<br />

• Tendenz zum „Spaghetti“-Code<br />

• unterschiedliche Arten <strong>von</strong> Wissen sind im Regelwerk<br />

vermischt<br />

Anwendungsfelder<br />

• kleine, einfache Systeme zur Synthese und Analyse<br />

• frühe Konfigurationssysteme (XCON)<br />

• eingebunden auch in andere Engineering-Tools (CATIA)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 268

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 2 Wissensverarbeitende Systeme - Fallbasierte Systeme<br />

Fallbasierte Systeme<br />

Idee<br />

Wissensdarstellung<br />

Inferenz<br />

Generiere für ein gegebenes Problem eine Lösung aus<br />

bereits gelösten „ähnlichen“ Problemen<br />

Fallbasis:<br />

bereits gelöste Fälle mit ihren Lösungen<br />

Vergleich des Problems mit denen in der Fallbasis.<br />

Festlegung des „ähnlichsten“ Problems; Zyklus<br />

• RETRIEVE: was ist der beste vergleichbare Fall bzw.<br />

Fälle<br />

• REUSE: welches Problemlösungswissen war in dem<br />

Fall anzuwenden<br />

• REVISE: welche Lösung wurde vorgeschlagen und<br />

umgesetzt<br />

• RETAIN: Abspeichern des neuen Falls und der<br />

Lösung in der Fallbasis<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 270

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 2 Wissensverarbeitende Systeme - Fallbasierte Systeme<br />

Grundidee vom “Fallbasierten Schließen”<br />

Case-based Reasoning (CBR)<br />

• Gemachte Erfahrung wird als Fall gespeichert.<br />

• Um ein neues Problem zu lösen, wird:<br />

- ein ähnlicher Fall verwendet,<br />

- die gemachte Erfahrung wiederverwendet, ggf. modifiziert,<br />

- die neue Erfahrung als Problemlösungspaar in der<br />

Fallbasis gespeichert.<br />

Neues Problem<br />

Ähnlichkeit<br />

bekanntes<br />

Problem<br />

Neue Lösung<br />

Adaption<br />

Lösung<br />

Fallbasis<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 271

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 2 Wissensverarbeitende Systeme - Fallbasierte Systeme<br />

Fallbasierte Systeme: Zusammenfassung<br />

Stärken<br />

• explizite Modellierung nicht notwendig<br />

• mit jedem neu gelösten Problem wächst die<br />

Fallwissensbasis und damit die Verlässlichkeit des<br />

Systems<br />

Schwächen<br />

• blindes Verfahren<br />

• bei kleiner Fallwissensbasis wenig verlässlich<br />

• Wahl des Maßes für „Ähnlichkeit“ ist häufig schwierig<br />

Anwendungsfelder<br />

• schlecht modellierbare Bereiche mit Fülle <strong>von</strong> Beispielen<br />

• Beispiele:<br />

• User Help Desk<br />

• medizinische Diagnose<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 272

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 3 Wissensverarbeitende Systeme - Evolutionäre Algorithmen<br />

Evolutionäre Algorithmen<br />

Idee<br />

Nutze Prinzipien der Biologie / Evolution<br />

Wissensdarstellung<br />

• nicht explizit<br />

• in Form <strong>von</strong> Informationssträngen in Analogie zu<br />

Gensträngen<br />

Inferenz<br />

Modifikation einer Anfangslösung durch Variation und<br />

Selektion im Hinblick auf Fitness<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 274

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 3 Wissensverarbeitende Systeme - Evolutionäre Algorithmen<br />

Die zwei Prinzipien der Evolution<br />

Selektion<br />

Individuen, die besser an ihre Umgebungsbedingungen<br />

angepasst sind, haben bessere Fortpflanzungschancen.<br />

„Survival of the fittest“<br />

Variation (durch Fortpflanzung)<br />

Generierung <strong>von</strong> veränderten Nachkommen,<br />

d.h. Generierung neuer Vielfalt.<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 275

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 3 Wissensverarbeitende Systeme - Evolutionäre Algorithmen<br />

Evolutionäre Algorithmen: Zusammenfassung<br />

Stärken<br />

Schwächen<br />

• „verteilte“ Wissensrepräsentation<br />

• hohe Stabilität/Fehlertoleranz<br />

• geeignet für unterschiedlichste Optimierungsaufgaben<br />

(kontinuierlich, diskret, hybrid)<br />

• nahezu freie Wahl der Gütefunktion<br />

• blinde Verfahren<br />

• noch nicht ausreichend theoretisch fundiert<br />

• explizites Wissen nur bedingt darstellbar<br />

• Effizienz hängt stark ab <strong>von</strong> der Nutzung expliziten<br />

Wissens über die Domäne<br />

Anwendungsfelder<br />

• Planung und Optimierung<br />

• Reglersynthese<br />

• Design<br />

• Klassifikation <strong>von</strong> Daten<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 276

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 4 Wissensverarbeitende Systeme - Agentenbasierte Systeme<br />

Agentenbasierte Systeme<br />

Idee<br />

Lösungserarbeitung durch verteilte, intelligente, autonome<br />

Einheiten mit Selbstorganisation<br />

Wissensdarstellung<br />

• Kapselung <strong>von</strong> Strukturen und/oder Funktionen in<br />

abgeschlossenen Einheiten („Agenten“)<br />

• Granularität: Ein Agent ist ein zielgerichteter<br />

Entscheidungsfinder, der sich situationsabhängig auch<br />

in der Koordinierung mit anderen Agenten verhält<br />

• letztlich Erweiterung objekt-orientierter Modellierung<br />

Inferenz<br />

Kooperation der Agenten entweder durch direkte<br />

Kommunikation oder über Signale in der Umgebung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 278

... weil sie<br />

Vorteile bieten<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 4 Wissensverarbeitende Systeme - Agentenbasierte Systeme<br />

Warum Agenten ?<br />

Agenten sind das Mittel ...<br />

... für Planung, Bau und Betrieb<br />

komplexer, verteilter, dynamischer, vernetzter offener Systeme<br />

Agenten arbeiten nach dem Motto ...<br />

... „so dezentral wie möglich, so zentral wie nötig“<br />

Die Agenten-Philosophie steigert<br />

... eine natürliche, modulare Entwicklung sowie<br />

einfache Wartung und Erweiterbarkeit<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 279

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 4 Wissensverarbeitende Systeme - Agentenbasierte Systeme<br />

Agenten orientierte Modellierung <strong>von</strong> Prozessen<br />

Vorgehensweise:<br />

Zerlegen <strong>von</strong> Prozessen in modulare Prozessschritte;<br />

Unterscheidung <strong>von</strong> Ausführungsvarianten<br />

Spezifikation des Kontextes, in dem der Prozessschritt<br />

anwendbar ist<br />

Spezifikation des Unterziels, das mit dem Prozessschritt<br />

erreicht werden kann<br />

Weitere Aspekte:<br />

Definition einer Zielhierarchie<br />

Definition <strong>von</strong> Notfall-Strategien<br />

Definition <strong>von</strong> Rollen (der Akteure)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 280

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 4 Wissensverarbeitende Systeme - Agentenbasierte Systeme<br />

Zielkontextorientierte Auswahl <strong>von</strong> Prozessschritten<br />

Agenten wählen Pläne (d.h. die nächsten Schritte) in Abhängigkeit<br />

ihrer Ziele und des Kontextes aus.<br />

Aktuelle<br />

Ziele<br />

Ziel: Wähle nächste Maschine<br />

Ziel:<br />

Ziel:<br />

Kontext:<br />

Wähle<br />

Wähle<br />

Letzte<br />

nächste<br />

nächste<br />

Bearbeitung<br />

Maschine<br />

Maschine<br />

beendet<br />

Kontext:<br />

Kontext:<br />

Letzte<br />

Letzte Bearbeitung beendet<br />

Bearbeitung<br />

Bearbeitung<br />

noch<br />

beendet<br />

nicht<br />

Bearbeitung<br />

Bearbeitung noch nicht<br />

komplett<br />

noch nicht<br />

komplett<br />

komplett<br />

Aktueller<br />

Kontext<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 281

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 4 Wissensverarbeitende Systeme - Agentenbasierte Systeme<br />

Agentenbasierte Systeme: Zusammenfassung<br />

Stärken<br />

• abstraktere Modellierung und Realisierung als z.B. mit<br />

Objekten; dadurch Reduktion der Entwurfskomplexität<br />

• verfolgt das Prinzip „so dezentral wie irgend möglich<br />

und so zentral wie gerade noch notwendig“; dadurch<br />

erhöhte Flexibilität und Robustheit<br />

Schwächen<br />

• noch nicht ganz aus den Kinderschuhen heraus<br />

• wenig Tool-Unterstützung<br />

Anwendungsfelder<br />

• Modellierung, Planung und Steuerung dynamisch<br />

vernetzter Systeme mit autonomen Knoten<br />

• z.B. Fabrik- und Zuliefernetze<br />

• z.B. Concurrent Engineering<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 282

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 5 Wissensverarbeitende Systeme - Modellbasierte Systeme<br />

Modellbasierte Systeme<br />

Idee<br />

Wissensdarstellung<br />

Nutze wiederverwendbare explizite Modelle einer<br />

Anwendungsdomäne<br />

• Modellbibliothek, in der für jeden Modelltyp das<br />

funktionale Verhalten (Normal- und Fehlerverhalten)<br />

festgelegt ist<br />

• Instanzierung der Modelltypen in einer die<br />

Modellbausteine verbindenden strukturellen und<br />

kausalen Darstellung<br />

Inferenz<br />

Gleichungs- bzw. Constraint-Verarbeitung<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 284

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 5 Wissensverarbeitende Systeme - Modellbasierte Systeme<br />

Grundlagen Constraint-Technologie:<br />

Paradigmenvergleich<br />

Klassische Programmierung vs. Constraint-basierte Programmierung<br />

Klassische Programmierung<br />

Variablen mit Werten<br />

belegen (assignment)<br />

Constraint-basierte Programmierung<br />

Constraints definieren<br />

(absetzen)<br />

Funktion<br />

berechnen<br />

Funktion<br />

berechnen<br />

Bedingungen<br />

(Constraints)<br />

eingehalten<br />

Dämon: Fehlerbehandlung<br />

Werte für Variablen suchen<br />

(labeling)<br />

Dämon: Propagation<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 285

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 5 Wissensverarbeitende Systeme - Modellbasierte Systeme<br />

Beispiel: Constraintberechnung<br />

X + 2 < Y,<br />

X + Y > 15,<br />

X =< 10, Y =< 10,<br />

X, Y N<br />

Klassische Programmierung: Im worst case, Generierung und Test <strong>von</strong> 121 Wertepaaren.<br />

Constraint-Programmierung:<br />

Nach Absetzen der Constraints verbleiben lediglich 4 Wertepaare.<br />

X = (6..7)<br />

Y = _(9..10)<br />

Intervallgrenzenpropagation<br />

X + 2 < Y<br />

X:: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 Y:: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10<br />

X + Y > 15<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 286

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 5 Wissensverarbeitende Systeme - Modellbasierte Systeme<br />

Vision<br />

Wissensbasiertes<br />

Design-To-X<br />

• Modularität<br />

• Wiederverwendbarkeit<br />

• Life Cycle Cost Reduktion<br />

durch intelligente CAD-<br />

Dokumentation<br />

R<br />

S D<br />

Modellbasierte<br />

X-Analysis<br />

• Zuverlässigkeit<br />

• Verfügbarkeit<br />

M DS<br />

• Wartbarkeit<br />

• Sicherheit<br />

• Diagnosegenerierung<br />

Digitales<br />

Produkt<br />

Der modellbasierte Ansatz erlaubt<br />

die Verknüpfung der funktionalen<br />

Entwicklung mit der Systemanalyse<br />

Modellbibliothek<br />

Engineering Wissensmanagement<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 287

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 5 Wissensverarbeitende Systeme - Modellbasierte Systeme<br />

Modellbasierte Systeme: Zusammenfassung<br />

Stärken<br />

• Wissensmodellierung ist explizit<br />

(z.B. in Form physikalischer Gesetzmäßigkeiten)<br />

• Modellierung ist strukturiert<br />

• Produktstruktur und Modelle der Bausteine sind<br />

getrennt<br />

• Wissenserwerb geschieht einmalig bei der Erstellung<br />

eines Modellbausteins<br />

Schwächen<br />

• Anwendungsdomäne muss explizit modellierbar sein<br />

• Aufwand zur Erstellung der Modellbibliothek<br />

Anwendungsfelder<br />

• funktionales Design und Analyse<br />

• technische Domänen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 288

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

Informationstechnik und Wissensverarbeitung<br />

in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme<br />

11.1 Regelbasierte Systeme<br />

11.2 Fallbasierte Systeme<br />

11.3 Evolutionäre Algorithmen<br />

11.4 Agentenbasierte Systeme<br />

11.5 Modellbasierte Systeme<br />

11.6 Ontologiebasierte Systeme

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 6 Wissensverarbeitende Systeme - Ontologiebasierte Systeme<br />

Definition: Ontologie<br />

Basisdefinition Ontologie (Platon):<br />

Lehre <strong>von</strong> der Bedeutung der Worte<br />

• Ontologien sind:<br />

- eine formale Beschreibung <strong>von</strong> (Wissens-)Objekten<br />

- mit ihren Relationen zueinander<br />

- für ein definiertes Themenfeld<br />

- die <strong>von</strong> allen Beteiligten<br />

gemeinsam verwendet werden<br />

Nockenwelle<br />

Zusammenbau Zylinderkopf<br />

ist Teil <strong>von</strong><br />

Nocken<br />

Ventil<br />

ist hergestellt aus<br />

ist Teil <strong>von</strong><br />

ist Teil <strong>von</strong><br />

Stahl<br />

wird geliefert <strong>von</strong><br />

Ventilsitz<br />

ist Teil <strong>von</strong><br />

Werk x<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 290

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 6 Wissensverarbeitende Systeme - Ontologiebasierte Systeme<br />

Warum Ontologien?<br />

Effekt:<br />

Der Computer wird in die Lage versetzt Wissen zu repräsentieren,<br />

zu prüfen, zu verteilen und zu nutzen.<br />

Das Konzept der Ontologie integriert Wissen in einer formalen,<br />

für den Computer verständlichen Weise:<br />

• Teilebäume,<br />

• Objekthierarchien,<br />

• Semantische Netze<br />

• Datenschemata<br />

Nutzung <strong>von</strong> Ontologien:<br />

• Bereitstellung einer Plattform für die breite, modulare,<br />

wiederverwendbare Wissensbasis für ein semantisches Datenmodell<br />

• speziell für internetbasierte Anwendungen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 291

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 6 Wissensverarbeitende Systeme - Ontologiebasierte Systeme<br />

Ontologiebasierte Wissensrepräsentation<br />

Aerodynamische<br />

Effekte<br />

Gesetzliche<br />

Regelungen<br />

Haftpflichtversicherung<br />

Generelles Wissen<br />

Gewicht<br />

Nutzlast<br />

Produkt<br />

Größe<br />

Attribute<br />

Flugzeug<br />

Relation wie<br />

ist Teil <strong>von</strong><br />

Bauteil<br />

Gewicht<br />

“ist ein”-Hierarchie<br />

Flügel Rumpf Leitwerk<br />

A300<br />

A310<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 292

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 6 Wissensverarbeitende Systeme - Ontologiebasierte Systeme<br />

Ontologie Modellierungsmethode<br />

Metamodell (Domainenwissen)<br />

• sichert Konsistenz und<br />

Wiederverwendbarkeit<br />

• definiert die Semantik,<br />

• führt den Anwender<br />

Teil<br />

ist ein<br />

Klassenmodell (Contentwissen)<br />

• spezialisierte<br />

Beschreibung des<br />

Konzepts<br />

Querruder<br />

• angepasst an ein<br />

bestimmtes Feld<br />

Ist hergestellt aus<br />

Werkstoff<br />

ist ein<br />

Aluminum<br />

Instanz (Beispielwissen)<br />

• konkrete Ausprägung<br />

des Konzepts<br />

A319<br />

linkes<br />

Querruder<br />

XYZ<br />

Aluminium<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 293

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 6 Wissensverarbeitende Systeme - Ontologiebasierte Systeme<br />

Ontologiebasiertes Wissensmanagement<br />

Steigerung der Leistungsfähigkeit <strong>von</strong> Wissensmanagement<br />

Stand der Technik<br />

Textbasierte Suche<br />

Navigation durch Anwender<br />

Erzeugen <strong>von</strong> Referenzen<br />

durch den Anwender<br />

Von Hand erstellte<br />

textuelle Glossare<br />

Redundante Informationen<br />

Programmierte Abfragen<br />

Manuelle Konsistenztests<br />

Mögliche Verbesserungen<br />

Intelligente Suche<br />

Automatisch generierte<br />

verschiedene Sichten<br />

Automatisch generierte<br />

Referenzen<br />

allgemeingültiges Verständnis<br />

<strong>von</strong> Strukturen<br />

„Vererbung“ <strong>von</strong> Informationen<br />

und Zusammenhängen.<br />

Benutzerabhängige<br />

Filter und Abfragen<br />

Konsistenz wird automatisch<br />

sichergestellt<br />

Der ontologiebasierte<br />

Ansatz adressiert alle<br />

möglichen<br />

Verbesserungen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 294

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. 6 Wissensverarbeitende Systeme - Ontologiebasierte Systeme<br />

Zusammenfassung<br />

Klassisches „Book of Knowledge”<br />

• begrenzte Anzahl <strong>von</strong> „Büchern” in einer Bibliothek<br />

(gespeicherte Informationen beantworten vordefinierte<br />

Fragen)<br />

Ontologiebasiertes „Book of Knowledge”<br />

• unbegrenzte Anzahl <strong>von</strong> aufgabenspezifischen „Heften”<br />

(gespeicherte Informationsteile werden auf intelligente<br />

Weise abhängig <strong>von</strong> dem aktuellen Problem kombiniert)<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 295

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

11. Wissensverarbeitende Systeme -<br />

Herausforderungen:<br />

• Wissensakquise<br />

• Wartung der Wissensbasis<br />

• Interaktive Anwendungen<br />

Zusammenfassender Vergleich<br />

Wissensbasierte Engineering-Systeme reduzieren<br />

Entwicklungszeiten<br />

Erste Generation: Regelbasierte Systeme<br />

(Stand der Technik)<br />

• Vermischung unterschiedlicher Wissensarten<br />

erhöhen den Wartungsaufwand<br />

• starre Wissensverarbeitung<br />

Systeme<br />

verfügbar<br />

• Kurzfristige Erfolge<br />

möglich<br />

• Systemansatz wird sich<br />

nicht durchsetzen<br />

Zweite Generation: Modellbasierte Systeme<br />

• Durch Trennung <strong>von</strong> Domänenwissen und<br />

Steuerung reduzierter Wartungsaufwand<br />

• Constraint-Technik macht Applikationen interaktiver<br />

Systeme in<br />

Entwicklung<br />

Mittelfristiger<br />

Systemeinsatz<br />

Dritte Generation: Ontologiebasierte Systeme<br />

• Ontologien unterstützen generische Modelle<br />

• logischer nächster Entwicklungsschritt<br />

• stärkere Aufteilung der Wissensebenen<br />

Systeme in<br />

Forschung<br />

• Mittelfristig einfache<br />

Systeme<br />

• Langfristig auch<br />

kommerzielle Lösungen<br />

Prof. <strong>Alfred</strong> <strong>Katzenbach</strong> 296

Informationstechnik und Wissensverarbeitung in der Produktentwicklung<br />

12. Exkursion<br />

Besuch eines Industrieunternehmens im Kontext<br />

Produktentwicklungs-IT

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