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IKT-befähigte modelbasierte Auswirkungs- analyse in der Produktentwicklung
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Projekt-Manager Christian Oleff

Arbeitspaket 1 - Gemeinsame Wissensbasis

Arbeitsaufgabe
Im ersten Arbeitspaket wird eine gemeinsame Wissensbasis aufgebaut, um Handlungsbedarfe für die Entwicklung und Anwendung der modellbasierten Auswirkungsanalyse zu präzisieren.

AP 1.1 Erarbeitung einer gemeinsamen Wissensbasis

Die Erarbeitung einer gemeinsamen Wissensbasis bestand aus 2 Teilaufgaben: 

  • Physikalische Definition eines Wissensspeichers 

  • Füllen dieses Speichers mit theorie- und erfahrungsbedingtem Wissen 

Als Speicher für das Wissen wurde die Instanz des Project Office genutzt, welche von der Contact Software für das Projekt bereitgestellt wurde. Wesentliche Herausforderungen waren die Definition einer sinnvollen Kategorisierung sowie die anwenderfreundliche Präsentation der Wissensbasis. Es wurden fünf Wissenskategorien definiert, so dass Dokumente strukturiert und wiederauffindbar abgelegt werden können. 

 

 

Das Befüllen der Wissensbasis erfolgte mittels einer Serie von sowohl kollaborativen als auch vermittelnden Workshops. In den kollaborativen Workshops wurde das gemeinsame Wissen erarbeitet und diskutiert sowie eine projekteinheitliche Terminologie festgelegt. Bei den vermittelnden Workshops konnten…

AP 1.2 Abbildung aktueller ECM-Prozesse

Das Ziel des Arbeitspakets war die Entwicklung einer Methodik zur Abbildung der Produktentstehungsprozesse und Engineering Change Management Prozesse der ImPaKT-Anwendungspartner. Hierzu müssen prozessuale Abläufe, Rahmenbedingungen des Unternehmens sowie anfallende Aufgaben und Akteure identifiziert werden. Die genannten Prozesse wurden in Datenerhebungsworkshops mithilfe von der Modellierungssprache BPMN festgehalten und durch die Anwendungspartner validiert. Da die ImPaKT-Anwendungspartner in unterschiedlichen Branchen tätig sind, ergab sich ein heterogenes Bild an Prozessen.  Mithilfe vorhandener Modelle wie dem V-Modell der VDI 2206:2021 und generischen Modellen des Engineering Change Managements wurden Hilfsmittel festgelegt, um die Prozesse der Anwendungspartner zu vereinheitlichen. Es wurden elementare Bestandteile für die systematische und modellbasierte Abbildung des Engineering Change Managements sowie der Schnittstelle zum Produktentstehungsprozess definiert, welche auch auf andere Anwendungspartner zutreffen. Alle Bestandteile wurden in Form einer wiederverwendbaren Methodik festgehalten.

Abschließend wurden die aufgenommenen Prozesse gegenübergestellt, um ein Verständnis über die Abläufe der Anwendungspartner innerhalb des Konsortiums aufzubauen. Ergebnis des Arbeitspakets war die Methode zur systematischen modellbasierten Abbildung des unternehmensübergreifenden Entwicklungsprozesses, sowie die erfassten Ergebnisse der Entwicklungsprozesse der ImPaKT-Anwendungspartner.

AP 1.3 Aufnahme aktueller Partialmodelle, Informationsflüsse und Schnittstellen

Das Arbeitspaket 1.3 gliederte sich in die Aufnahme einer gemeinsamen Wissensbasis ein und fokussierte die Partialmodelle, Informationsflüsse, sowie deren Schnittstellen bei den ImPaKT-Projektpartnern. Hierzu wurden zum einen die allgemeinen Informationen zu Produktentstehungsprozessen (PEP) und dem Engineering Change Management (ECM) als Ergebnisse aus AP1.1 konsolidiert und darüber hinaus an den Ergebnissen aus AP1.2 angeknüpft. Die darin durch das Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn aufgenommenen PEP, sowie Engineering Change Prozesse der Anwendungspartner (Eisengießerei Baumgarte, Hadi-Plast, Hofmann sowie CLAAS) waren Grundlage für die Durchführung einer erprobten Methode zur Aufnahme von Modellierungssoftware am Institut für Maschinenelemente und Systementwicklung der RWTH Aachen University. Kern der Methode sind Modell-Analysekarten, die eine systematische Aufnahme und gleichzeitige Kategorisierung von vorhandenen Modellen erlauben. In jedem in AP1.2 aufgenommenen Prozessschritt wurden darin eingesetzte Partialmodelle erfasst. Neben Informationen zum Modellzweck und dem Modelleinsatz wurden detaillierte Informationen zu den Ein- und Ausgangsparametern jedes Modelles aufgenommen. Darüber hinaus wurden zusätzlich auswertbare Informationen bezüglich der Güte der Modelle und deren Versionierung und Validierung erfasst.

Aus den gesammelten Informationen entstand neben einer Übersicht über alle Partialmodelle der Partner auch eine Analyse von Abhängigkeiten und Informationsflüssen zwischen diesen. Diese wiederum gibt Aufschluss über notwendige Schnittstellen zur durchgängigen Verknüpfung der Tools und zeigt gleichzeitig Potenziale zur Reduktion des Ressourceneinsatzes auf.

Eine Übersicht der aufgenommenen Tools sowie deren Einordnung in die Phasen der Systementwicklung kann der untenstehenden Abbildung entnommen werden.

AP 1.4 Aufnahme verwendeter Modellierungssoftware in KMU

Das Ziel dieses Arbeitspakets war die Erfassung der verwendeten Modellierungssoftware in der Industrie mit dem Fokus auf kleine und mittlere Unternehmen. Dafür wurde gemeinschaftlich zwischen IKT-Partnern und Institutionen eine digitale Umfrage erarbeitet und u.a. über Kundenkontakte, ImPaKT-Homepage und Social Media breit verteilt. Die Umfrage gliederte sich in drei Abschnitte. Zu Beginn wurde beispielsweise zwecks Unternehmenseinordnung abgefragt, zu welcher Branche das Unternehmen gehört (z.B. Maschinen-/Anlagenbau, Automobil), zu welcher Kategorie sich das Unternehmen zählt (z.B. OEM, Supplier) und über wie viele Beschäftigte das Unternehmen verfügt. Im Anschluss wurde mit Fragen zu den Unternehmensbereichen Engineering, Fertigung und Organisation sowie zum Datenaustausch hinsichtlich Änderungen in der Produktentwicklung eine Selbsteinschätzung in Bezug auf die digitale Durchgängigkeit erfasst. Den Schwerpunkt der Umfrage bildete der dritte Abschnitt, in welchem die in den Unternehmen eingesetzten Modellierungstools erfasst wurden (Ergebnisse siehe Abbildung 4). Als Modellierungstools wurden in diesem Kontext Software-Werkzeuge bezeichnet, die im Produktentwicklungsprozess eingesetzt werden, um grundlegende funktionale, logische, geometrische und technologische produktrelevante Informationen zu erzeugen.

Durch die Umfrageergebnisse konnte die industrielle Relevanz, der im Projekt zu entwickelnden Schnittstellen abgesichert werden, sodass diese für die ermittelten Modellierungstools und Austauschformate implementiert werden können.

Weiterhin wurden in diesem Arbeitspaket die relevantesten System-Modellierungssoftwares identifiziert und anhand definierter Bewertungskriterien gegenübergestellt, sodass auf Basis dessen eine Entscheidung, über die im Projekt zu verwendende Modellierungssoftware getroffen werden konnte. Durch Kriterien wie z.B. die SysML-konforme Modellierung und Simulationsfähigkeit, die Möglichkeit zur Kollaboration und eine Vielzahl zusätzlicher Plug-Ins verwenden zu können sowie den hohen Marktanteil, fiel die Entscheidung auf den Cameo Systems Modeler von Dassault Systèmes.

Ebenfalls wurde in diesem Arbeitspaket anhand gemeinsamer Workshops eine Projekt-Roadmap erarbeitet. Diese visualisiert die Teilergebnisse der Arbeitspakete für die zyklische Vorgehensweise in einer zeitlichen Abhängigkeit und kann als Leitfaden für die weitere Vorgehensweise im Projekt verwendet werden.

AP 1.5 Wissenskonsolidierung

Die Arbeitsaufgabe der Wissenskonsolidierung war die Ableitung grundlegender Bedürfnisse und Anforderungen an die zu entwickelnden Ergebnisse. Diese grundlegenden Bedürfnisse und Anforderungen wurden zum einen schon bei der Durchführung der APs 1.2 – 1.4 festgehalten, zum anderen in mehreren Workshops gemeinsam erarbeitet. In den Workshops wurden Stakeholder-Anforderungen ermittelt. Anschließend wurden die in AP 1.2 definierten ECM-Prozesse, sowie die in AP 1.3 identifizierten Partialmodelle, Schnittstellen und Informationsflüsse der einzelnen Anwendungspartner analysiert, um sowohl übergreifende als auch individuelle Anforderungen zu identifizieren.

Die sich hieraus ergebenden Stakeholder-Anforderungen wurden in zwei gemeinsamen Workshops abgestimmt und finalisiert. Diese Stakeholder-Anforderungen dienen somit als Basis für die weiteren Projektphasen bzw. Arbeitspakete, um dann konkrete Anforderungen für das zu entwickelnde System ableiten zu können.

Arbeitspaket 2 - Durchgängige Systemmodellierung mit gemeinsamen Parameterraum

Arbeitsaufgabe
In AP 2 wird ein eines integrierenden Systemmodells mit gemeinsamem Parameterraum und für die Herleitung der ImPaKT-Referenzarchitektur entwickelt. Dazu wird ein agiles, zyklisches Vorgehen gewählt.

Arbeitspaket 3 - Modellbasierte Auswirkungsanalyse in ECM und PEP

Arbeitsaufgabe
Funktional wird die ImPaKT-Referenzarchitektur in AP 3 genutzt, um die modellbasierte Auswirkungsanalyse zu realisieren. Hierzu werden drei Funktionalitäten entwickelt: Die Auswirkungsanalyse, die Funktionskostenanalyse und die Variantenanalyse. Für jede dieser drei Kernfunktionalitäten werden methodische Lösungsansätze aus dem Stand der Forschung erweitert und angepasst, sodass die umfassende Informationsgrundlage in Form des gemeinsamen Parameterraums vollumfänglich genutzt werden kann. Anschließend werden Algorithmen zur Auswertung eines Systemmodells in Services implementiert.

Arbeitspaket 4 - Prototypische Implementierung der Integrationsplattform

Arbeitsaufgabe
AP 4 umfasst die prototypische Implementierung der in AP 2 und AP 3 konzipierten Modellelemente und Einzelfunktionalitäten in einer gemeinsamen Integrations-plattform. Die Integrationsplattform wird als konzeptuelle Integration der Module verstanden, die Funktionalität auf allen Ebenen der ImPaKT-Referenzarchitektur repräsentieren.

Arbeitspaket 5 - Validierung an Fallbeispielen

Arbeitsaufgabe
Die Projektergebnisse werden in AP 5 an den Fallbeispielen kontinuierlich validiert.

  • Das CIT-/EB-Fallbeispiel „Entwicklung einer neuen Generation eines Raupen-Laufwerks“ (Gen.3 Update) bietet neben einer Integration von fünf Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette den Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsszenarien (unterschiedliche selbstfahrende Erntemaschinen, Zugmaschinen und Anhänger).
  • Als Produkt im HFM-Fallbeispiel dient der Modul-Baukasten mit Stamm-Stücklisten und Software-Komponenten, die mit möglichst hohem Wiederverwendungsanteil einer kundenindividuellen Lösung angepasst werden.
  • Der Fokus im HP-Fallbeispiel liegt auf Referenzprojekten im Bereich der E-Mobilität, in denen Anforderungsanpassungen zu aufwändigen Werkzeugänderungen während oder nach der Entwicklungsphase führten.

 

Arbeitspaket 6 - Technologietransfer

Arbeitsaufgabe
In AP 6 werden Instrumente für den Wissenstransfer in die Praxis in Bezug auf die modellbasierte Auswirkungsanalyse und die ImPaKT-Referenzarchitektur erarbeitet. Dafür wird ein Transferwerkzeug, ein Tailoring-Leitfaden und Prozess-Standards entwickelt.

Arbeitspaket 1

Start
Q1 2021

Dauer
6 Monate

Verantwortlich
Itemis

 

Arbeitspaket 2

Start
Q2 2021

Dauer
18 Monate

Verantwortlich
RWTH-MSE

 

Arbeitspaket 3

Start
Q3 2021

Dauer
18 Monate

Verantwortlich
HNI-PE

 

Arbeitspaket 4

Start
Q4 2021

Dauer
21 Monate

Verantwortlich
CONTACT

 

Arbeitspaket 5

Start
Q4 2021

Dauer
27 Monate

Verantwortlich
PROSTEP

 

Arbeitspaket 6

Start
Q4 2022

Dauer
12 Monate

Verantwortlich
RWTH-MSE