Funktionale Entwicklung und Optimierung komplexer Systeme ... · Anforderungsdokument einer...

1 © disclosure or duplication without consent prohibited WORKSHOP Modellbasierte Kalibriermethoden 2011, 23.09.2011

Funktionale Entwicklung und

Optimierung komplexer Systeme in 2020

Andrea Denger1, Markus Zoier1, Christian Zingel2

1Virtual Vehicle Competence Center (ViF), Graz, Österreich 2 Inst. f. Produktentwicklung, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Karlsruhe, Deutschland

K2 Competence Center - Initiated by the Federal Ministry of Transport, Innovation & Technology (BMVIT) and the

Federal Ministry of Economics & Labour (BMWA). Funded by FFG, Land Steiermark and Steirische Wirtschaftsförderung (SFG)


Der Arbeitsplatz der Zukunft?


TU-Graz and Institutes

Research

Facilities

Industrial

Partners

Serv

ices

Fun

ded

and

Con

trac

tual

Res

earc

h Research Projects

10 Years Funded Programme

K2

Zielsetzung: effiziente virtuelle Methoden

für Gesamtfahrzeugentwicklung

MA ca. 180

VIRTUAL VEHICLE im Überblick:


Motivation & Zielsetzung

Zukünftige Anforderungen an ein Product Lifecycle

Management

Portfoliomanagement als Beispiel der Adressierung dieser

Anforderungen

Technischer Lösungsvorschlag für Informationsvernetzung

Zusammenfassung & Ausblick

Agenda


Motivation & Zielsetzung

„Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.“

(Aristotels ca. 320 v. Chr.)

Wie könnte das Unternehmensumfeld in der Zukunft

aussehen? (Betrachtungszeitraum 2020)

Werden die heutigen Herausforderungen (z.B. Komplexität,

Transdisziplinarität etc.) auch die zukünftigen sein?

Was kann ein Beteiligter in der Produktentstehung erwarten,

worauf muss er sich vorbereiten, wie kann sich ein

Unternehmen bestmöglich rüsten? (speziell Kalibrierung)

Mit welchen Product Lifecycle Management-

Einführungsstrategien wird man zukünftig Erfolg haben und

welche Rolle spielt dabei der Faktor Mensch ?

Wie können die Herausforderungen bewältigen werden?

(ausgewählt: Datenmanagement/-vernetzung)


Was muss heute (Gesamt-)Fahrzeugentwicklung leisten?

ein hochkomplexes Produkt

unter Nutzung

vorhandener Erfahrung

und Wissen

mit einer heterogenen

Mannschaft pro

Entwicklungsphase

mit wechselnden

Mannschaften über die

Entwicklungsphasen

über mehrere

Standorte

mit einem hohen Ausmaß

an virtueller Entwicklung

mit hybriden

Absicherungs-

methoden

mit nachvollziehbaren

Entscheidungen

unter Vermeidung

interdisziplinärer

Zielkonflikte

in sehr kurzer Zeit

kostengünstig

kundenorientiert

Entwerfen

Entwickeln

Absichern


Product Lifecycle Management (PLM)

PLM ist ein strategisches Konzept (Geschäftsansatz) zum

Management des IP eines Produktes* über den gesamten

Produktlebenszyklus.

*) Das Produkt beinhaltet auch Dienstleistung (z.B: Service und Wartung)

Beginning of life (BOL) Middle of life(MOL)

End of life (EOL)

Kunden

Zulieferer

Idee Design Prod. Planung

VerifikationProduktion

Konzept

PLMPDM

Service

Vertrieb Wiederauf-bereitung

Entsorg.


PLM-Einführung ist nicht immer eine Erfolgsstory …

Quelle: Studie Benefits of PLM; Prof. Dr.-Ing. Michael Abramovici


Product Lifecycle Management (PLM)

PLM ist ein strategisches Konzept (Geschäftsansatz) zum

Management des IP eines Produktes* über den gesamten

Produktlebenszyklus.

Das Konzept umfasst Elemente eines Unternehmens wie Prozesse

insbesondere Änderungs- und Konfigurationsprozesse,

Organisationsstrukturen, Methoden und unterstützende IT-Systeme.

In dem Projekt FuturePLM wird insbesondere der Faktor Mensch

betrachtet.

*) Das Produkt beinhaltet auch Dienstleistung (z.B: Service und Wartung)

Beginning of life (BOL) Middle of life(MOL)

End of life (EOL)

Kunden

Zulieferer

Idee Design Prod. Planung

VerifikationProduktion

Konzept

PLMPDM

Service

Vertrieb Wiederauf-bereitung

Entsorg.


Systems Engineering ist ein interdisziplinärer Ansatz, um komplexe

technische Systeme in großen Projekten zu entwickeln und zu

realisieren.

Systems Engineering


Informations- und Kommunikationswege /

Einflußfaktoren


Das Produkt Stakeholder der

Entstehung eines Produktes

Team

IT-Systeme

Methoden

Prozess

Organisation


Team

IT-Systeme

Methoden

Prozess

Organisation

Das Produkt Stakeholder der

Entstehung eines Produktes


Das Produkt und seine Stakeholder in der

Entstehung


Zukünftige Anforderungen an ein Product

Lifecycle Management


Wirkgefüge FuturePLM

Szenario 1

Globalisierung extrem

Szenario 2

Die Entnetzung

Szenario 3

Auf der Informationswelle

Szenario 4

Der Mensch im Mittelpunkt

04.08.2010 (1 Vortrag):

Essenz aus

Ethik und

Gesellschaftslehre

14.09.2010 (5 Vorträge):

Essenz aus

Lernen, Wissen

& Kommunikation

26.11.2010 (2 Vorträge):

Essenz aus

Komplexität

& Verantwortung

02.03.2011 (4 Vorträge):

Essenz aus

Mensch

& Kultur

Analyse (Interviews) – Faktor Mensch

Anforderungskatalog PLM 2020

Roadmap PLM 2020

Interdisziplinärer

Erfahrungsaustausch Szenarioentwicklung

FuturePLM

Cross-Lifecycle

Wissens-

management

Cross-domain

Kollaboration

Globale

Kommunikation

PLM

Szenario 1

Globalisierung extrem

Szenario 2

Die Entnetzung

Szenario 3

Auf der Informationswelle

Szenario 4

Der Mensch im Mittelpunkt

04.08.2010 (1 Vortrag):

Essenz aus

Ethik und

Gesellschaftslehre

14.09.2010 (5 Vorträge):

Essenz aus

Lernen, Wissen

& Kommunikation

26.11.2010 (2 Vorträge):

Essenz aus

Komplexität

& Verantwortung

02.03.2011 (4 Vorträge):

Essenz aus

Mensch

& Kultur

Ein

flu

ss a

uf P

LM

Kommunikation zu/von Management

Anforderungskatalog 2020

Roadmap 2020

Interdisziplinärer Erfahrungsaustausch Szenarien

Cross-Lifecycle

Knowledge

Management

Cross-domain

Zusammenarbeit

Globale

Kommunikation


Anforderungskatalog 2020


Bisherige Ergebnisse FuturePLM

Transparenz, Rolle im

Entwicklungsablauf/Gesamtprozess erkennen, sichtbar

machen, bewusst sein, gemeinsame Ziele sehen,

Bedarf an Kommunikation

Menschliche Komponente – Technische Komponente

Zusammenhänge abbilden und verwalten

Abhängigkeiten sichtbar machen

Primäres Ziel, Entwickler optimal zu unterstützen

Die Komplexität des Entwicklungsprozesses nimmt schneller zu als

Verbesserung desselben, deshalb sind weitere Innovationen erforderlich.


Portfolio-Management als Beispiel der

Adressierung dieser Anforderungen


Bsp. Portfolio-Management

Herausforderungen

• Anforderungen, Funktionen, Produkt über Planungslebenszyklus (Idee, Entwicklung, Stilllegung) verwalten

• von Marktanforderungen zu Produktfunktionen

• angesiedelt am Beginn der Entwicklungskette

• produktübergreifend klare Ziele definieren

• konkurrierende Entscheidungen in Produktstrategie vermeiden

Methodischer Lösungsansatz

• Anforderungen auf Produktportfolio abbilden, Roadmap Features/Produkt über Zeit

• Beeinflussende Objekte und Abhängigkeiten identifizieren, u.a. Anforderungen, Produktfunktionen und Produktarchitektur


zzz

Schritt 1 – Aufbau funktionaler Lösungsraum

Die funktionale Lenkung mechatronischer Produkte ist ein komplexer Vorgang,

unter Einbeziehung aller produktrelevanten Informationsquellen entlang des

gesamten Produktlebenszyklus.

Eine wesentliche Fragestellung ist die Modellierungsmöglichkeit von

Zusammenhängen und Beziehungen einzelner Elemente (Prozesse, Methoden,

Organisation, Teams und IT-Systeme) und deren Kommunikationspfade, die

bisher nicht zufriedenstellend integriert werden konnten.


Schritt 2 – Einschränkung des Lösungsraums durch

Rahmenbedingungen und Qualitätsanforderungen


Technischer Lösungsansatz

Funktionale Modellierung

• Herausforderung: Beschreiben der Produktentwicklungs-“Welt“ • Domains selbst (welche Objekte gibt es)

• Zusammenhänge und Abhängigkeiten (zwischen den Objekten und Domains)

• Methode – Ablauf der Lösungsfindung

• Zu Modellierende Objekte:

• Funktionale Beschreibung - Warum? • Formal -> präzise, eindeutig

• Mensch- und maschinenlesbare Repräsentation

• Gangbarer Mittelweg von für Mensch und Maschine abbildbarer Semantik

• Trend: Methoden aus prof. Softwareentwicklung zur Verbesserung automotiver Produktentwicklungsprozess

Bedürfnisse Anforderungen Funktionen Komponenten

(HW, SW) Module Produkte

Zusammenhänge, Abhängigkeiten


Umsetzung in SysML

• Systems Modeling Language (SysML)

• Auf der UML basierende standardisierte Sprache

• Für die Modellierung von komplexen Systemen

• SysML als „Baukasten“ für die Sprachelemente zur Beschreibung des Lösungsansatzes

• Möglichkeit für Beschreibung virtueller Produkte

Bedürfnisse

Anforderungen

Funktionen

Komponenten

(HW, SW)

Module

Produkte

Zusammenhänge,

Abhängigkeiten


Aspekte zum Lösungsansatz

• Müssen nun alle Entwickler und

Produktverantwortlichen SysML lernen?

• Naheliegend: eindeutige Beschreibung der Lösung z.B. als

Anforderungsdokument einer Portofolio-Management-

Software

• Nein, in Mehrzahl der Fälle funktionale Modell hinter

angepassten „klassischen“ GUIs versteckt

• Oder – die Beschreibungen werden sowieso im Backend

eines Systems angewandt

• Möglichkeit: Informations-Management-System aufbauen,

das Beschreibungen direkt versteht

• Was mache ich dann mit den in SysML modellierten

Zusammenhängen?


Technischer Lösungsvorschlag für

Informationsvernetzung


Idee

Der gezeigten Lösungsansatz kann auch dazu dienen, eine

Datenmanagement-Plattform zu bauen, um

Zusammenhänge zwischen Entwicklungstools oder existierenden

Informationssystemen entlang des gesamten

Produktentwicklungsprozesses abzubilden.

• Ziel 1: bei steigender Produktkomplexität Qualität des

Entwicklungsprozesses sicherstellen

• Ziel 2: Designentscheidungen nachvollziehbar gestalten

Was nicht funktioniert:

• Einführung eines monolithischen Datenmanagements (alles in einem

großen System) illusorisch, unflexibel, starr, sehr lange

Einführungszeiträume

• Ablösung etablierter Lösungen in Domänen/Bereichen


Wie manage ich den Informationsfluss technisch?

Nachteile

• Logik der Umsetzung

in vielen verstreuten

Interfaces

• Keine übergreifende

Steuerung,

Berücksichtigung von

Abhängigkeiten

Tool 1

Role 1

Tool 2

Role 2

Tool 3

Role 3

Tool 4

Role 4

Einfachster Fall – direkte Peer-to-Peer-Kopplung

Tool 1

Role 1

Tool 2

Role 2

Tool 3

Role 3

Tool 4

Role 4

Cockpit

Workflow

Engine

Integrationsplattform

• Logik der Umsetzung

in Plattform

zusammengezogen

• Übergreifendes Modell

für Ordnung der

Umsetzungsregeln

etablierbar

• Standardisierte

Interfaces

• Automatisierte Abläufe

und Verfolgung der

Abhängigkeiten

möglich Ordnung der Umsetzungsregeln

Integration

Infrastructure

Virtuelle

Beschreibung

des Produkts


Idee

• Nutzung der funktionalen Beschreibung der Strukturen und

Zusammenhänge als virtuelle Produktbeschreibung

• Baue funktionales Modell nicht händisch auf, sondern lasse das

eine Businesslogik innerhalb einer Datenmanagementplattform

machen

• Aus dem relevanten Teil der Daten eines Tools (Nutzdaten, z.B. Input-Deck

oder Testergebnisse) wird ein Teil des Systemmodells generiert

• Dieses Systemmodell wird bei Änderungen der Nutzdaten (z.B. neue

Version) automatisch synchron gehalten

• Systemmodell basiert aus Elementen verschiedener funktionaler Sprachen,

z. B. SysML, EAST-ADL, AUTOSAR, IP++, OSLC

Anforderungs-

modell

Produkt-

funktionen

Architektur-

modell Modell der

Testfälle

System-

Modell


Wie sieht ein Entwicklungsschritt aus?

Tool 3

Role 3

Tool 4

Role 4

Integration Infrastructure

Meta Data

Repository

Cockpit

Tool Data

Management Tool Data

Management

System-

Modell

Tool 5

Role 5

Tool Data

Management

Tool-

Daten

Tool-

Adapter

= Umsetzungsregeln

Teil des Systemmodells

+

Referenz auf Tool-Daten

Referenzmodelle


Für die Entwicklung übergreifender Methoden

ist die (grobe) Kenntnis der

Teilbereiche/Domains erforderlich

Steigende Komplexität des

Entwicklungsprozesses erfordert Sicht des

einzelnen (spezialisierten) Entwicklers als Teil

des Ganzen.

Conclusio

„Es kommt nicht darauf an, die Zukunft vorherzusagen,

sondern auf die Zukunft vorbereitet zu sein“ (Perikles ca. 450 v. Chr.)


Kontakt:

Andrea Denger, Markus Zoier

Virtual Vehicle

[email protected]

[email protected]

Systeme, Prozesse und Organisation müssen den

Menschen in der Produktentwicklung signifikant

unterstützen und ihm ermöglichen, eine holistische

Aufgabenstellung kreativ zu bearbeiten.

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]

Funktionale Entwicklung und Optimierung komplexer Systeme ... · Anforderungsdokument einer...

Documents

Transcript of Funktionale Entwicklung und Optimierung komplexer Systeme ... · Anforderungsdokument einer...