Product Lifecycle Management

Komplexere Produkte und Prozesse in der Entwicklung fordern neue Methoden und IT-Lösungen. Product Lifecycle Management-Lösungen spielen eine wesentliche Rolle bei der Optimierung des Produktentstehungsprozesses. Die Durchdringung dieser Systeme gerade für kleinere und mittlere Unternehmen sowie der Einsatz über den gesamten Produktlebenszyklus sind heute noch nicht gewährleistet. Dies kann nur geschehen, wenn die Implementierung dieser Systeme als ganzheitlicher Prozess betrachtet wird, der die Organisation, die Technik und den Menschen umfasst.

Der Produktentstehungsprozess hat sich in den letzten Jahren insbesondere durch die Zunahme der Produkt- und Prozesskomplexität zunehmend verändert. Ein wesentliches Resultat dieser Veränderung ist die Abnahme des fachlich/kreativen Teils der Ingenieurtätigkeiten. Um diesem Trend entgegen zu wirken sollen u. a. IT-Lösungen den Produktentstehungsprozess optimieren. Schwerpunkte der Anforderungen sind Unterstützung des Cross Enterprise Engineering, der zunehmenden Virtualisierung und der Prozessintegration. Moderne IT-Lösungen für den PEP müssen interdisziplinär, integrativ und föderativ gestaltet sein.

Produktdaten-Management und das darauf aufbauende Product Lifecycle Management sind die zentralen IT-Lösungen für den Produktentwicklungsund den Produktentstehungsprozess. Die ersten PDM-Systeme kamen in der Mitte der 80er Jahre auf dem Markt. Sie entstanden häufig im Umfeld von Dokumentenmanagement, CAD- und ERP-Systemen aus der Problematik, die zunehmenden CAD-Dokumente parallel mit gescannten Papierdokumenten in einer dem herkömmlichen Zeichnungsarchiv entsprechenden Form zu verwalten. Durch die stärkere Verbreitung der 3D-Arbeitstechnik ergab sich zusätzlich eine stärkere und zwangsläufige Anbindung an die Produktstruktur und damit auch an das Freigabe- und Änderungswesen, die Versionsverwaltung und das Konfigurationsmanagement. Die typische Einsatzbreite von PDM war gekennzeichnet durch die Beschränkung auf abteilungsspezifische Entwicklungs- und Konstruktionstätigkeiten. PLM-Lösungen haben im Kern identische Funktionen wie PDM-Systeme. Durch die Anwendung über den gesamten Produktlebenszyklus ergaben sich zwangsläufig über die verschiedenen Ausprägungen der Produktstruktur entlang den Produktlebenszyklusphasen auch zusätzliche Anwendungen, z. B. Anforderungs-, Funktions-, Wartungs-, Service- und Ersatzteilmanagement sowie Erweiterungen des Konfigurationsmanagements. Außerdem ist die Internet-basierende Einbindung von Kunden und Zulieferern in Form einer Engineering Collaboration Plattform Teil einer PLM-Lösung.

Der Einsatz der Informationstechnologie im Produktentstehungsprozess hat bereits einen hohen Durchdringungsgrad erreicht und zielt darauf ab, die Produktentstehung weitgehend digital durchzuführen. Dafür ist der Begriff der Virtuellen Produktentwicklung geprägt worden. Reicht der Prozess über die Produktentwicklung hinaus bis in den Bereich der Produktionsentwicklung hinein, so wird er auch als Virtuelle Produktentstehung bezeichnet. IT-Lösungen für die virtuelle Produktentstehung sind Autorensysteme, Lösungen zur Simulation und Berechnung, Lösungen zur Planung und Simulation von Fertigung und Montage sowie Kooperationswerkzeuge. Produktdaten-Management und Product Lifecycle Management Lösungen bilden den administrativen Verwaltungsbackbone für diese Systeme und Lösungen.

PLM-Lösungen sind im Gegensatz von CAD- und CAE-Systemen tief in die technische Ablauforganisation eingebettet. Aus diesem Grund bedarf die Implementierung dieser Systeme einer methodischen und organisatorischen Vorbereitung und einer Anpassung der Prozesse. Gerade der industrielle Mittelstand ist bezüglich der Organisation der Engineering Aufgaben und Abläufe eher unsystematisch. Deswegen werden im Folgenden die wesentlichen Themen der organisatorischen und methodischen Einsatzvorbereitung vollkommen unabhängig von IT-Aspekten dargestellt. Jedes Unternehmen sollte seinen Engineering Bereich vor der späteren PLM-Implementierung organisatorisch optimieren, um die Randbedingungen und Ziele der Qualitätssicherung, Produkthaftung, verteilter Teamarbeit usw. zu erfüllen.

Nach den vorangegangenen methodischen Ausführungen soll in diesem Kapitel ein Überblick über die zentralen Kernfunktionen einer PDM/PLM-Lösung durch in der industriellen Praxis gewonnene Erfahrungen und Beispiele gegeben werden. Die Grundlage bilden die klassischen Funktionen der Produktdatenverwaltung. Dabei wird nach der Diskussion von Stammdaten und Produktstruktur ausführlich auf die Komponenten des Dokumentenmanagements eingegangen. Darauf aufbauend werden die Grundlagen der Klassifikation sowie die Prozesse innerhalb des Freigabe- und Änderungswesens besprochen. Eine wesentliche Erweiterung des PDM-Ansatzes in Richtung einer PLM-Lösung spiegelt sich vor allem in solchen Moduln wider, die es ermöglichen, die Einsatzgrenzen der Produktentwicklung zu sprengen. Dazu gehören Funktionen zur Unterstützung verteilt arbeitender Teams (Collaboration), die Einbindung von Kunden, Zulieferern und Partnern sowie auch die Verfügbarkeit von Werkzeugen und Methoden zur Unterstützung der Managementaufgaben.

Die effiziente Einbindung von PLM-Lösungen in den Produktentstehungsprozess ist mit den Forderungen verbunden, produktrelevante Daten sowohl auf schnelle und sichere Weise erfassen zu können als auch eine einfache und zuverlässige Auswertung zu unterstützen. Dies betrifft sowohl die in einem PDM-System abgelegten Metadaten, die in Form von Ausdrucken, Reports oder Protokollen ausgegeben werden können, als auch Dokumente (z. B. Zeichnungen) und virtuelle Modelle. In diesem Kapitel sollen einige besonders wichtige Verfahren vorgestellt und deren Einbindung in PLM beschrieben werden. Zunächst wird die Übernahme externer Informationen sowohl aus vorhandenen Dokumentenbeständen (Data Capturing) als auch direkt vom physischen Produkt (Reverse Engineering) behandelt. Anschließend werden typische Möglichkeiten der temporären Darstellung und Auswertung der in der PLM-Umgebung gespeicherten Daten durch das sog. Digital Engineering Visualization besprochen. Schließlich stehen mit Drucken, Plotten und Rapid Prototyping drei Funktionen zur dauerhaften Ausgabe von Metadaten bzw. gespeicherten Modellen im Mittelpunkt.

Die PLM-Lösung bildet das Rückgrat des Datenbackbones eines Unternehmens und ist damit eingebettet in ein Netz komplexer Informationsbeziehungen. Diese bestehen sowohl zwischen den verschiedenen unternehmensinternen Applikationen als auch unternehmensübergreifend zwischen den verschiedenen PLM-Lösungen der am Produktentstehungsprozess beteiligten Partner. Unternehmensinterne und unternehmensübergreifende Datenflüsse unterliegen dabei unterschiedlichen Anforderungen und Restriktionen und nutzen unterschiedliche technische Lösungen. Softwarekomponenten, welche die Schnittstellen der PLM-Komponenten an diese unterschiedlichen Applikationen bereitstellen, werden Integrationen genannt. Deren Funktionalität und Architektur hängt von den konkreten Nutzerforderungen ebenso ab, wie von der Spezifik der Applikationen und soll im vorliegenden Kapitel ausführlich besprochen werden. Wegen deren besonderer Bedeutung wird dabei schwerpunktmäßig auf die Anforderungen der Integration mechanischer CAD-Systeme eingegangen.

PLM ist keine in sich abgeschlossene Applikation, sondern eine Lösung, die alle produktrelevanten Informationen und Prozesse in geeigneter Form zusammenführt. Darin enthalten sind sowohl Organisationskonzepte als auch die erforderliche IT-Infrastruktur. Um die Vielfalt der in den vorangegangenen Abschnitten besprochenen Funktionen von PLM-Lösungen erfüllen zu können, ist es erforderlich, neben den für den Endanwender eigentlich interessanten Funktionen auch solche zur Verfügung zu stellen, die die Funktionsfähigkeit des Gesamtsystems garantieren. Dazu zählt die Nutzer- und Berechtigungsverwaltung, Methoden zum sicheren Datentransfer oder auch Verfahren für den Backup der gespeicherten Daten. Zugleich ist es unerlässlich, das Gesamtsystem zu strukturieren. PLM-Lösungen haben im praktischen Einsatz heute eine Vielzahl von sich teilweise widersprechenden Anforderungen zu erfüllen. So sollen sich die Systeme leicht administrieren lassen und möglichst viele Standardkomponenten benutzen. Andererseits fordert man, dass eine möglichst weitgehende Anpassung an die Anforderungen einer bestimmten Einsatzumgebung möglich ist. Die heutigen PLM-Lösungen sind dabei sehr stark geprägt von der Leistungsfähigkeit des enthaltenen PDM-Systems. Diese datenbankbasierte Kernkomponente besitzt wegen ihrer großen Zahl an verfügbaren Moduln ein ausgesprochen komplexes Datenmodell und benötigt besondere Werkzeuge, um den Forderungen entsprechen zu können. Im Folgenden soll nun auf solche typischen Systemeigenschaften eingegangen werden.

Die Erstellung einer betriebsspezifischen Kosten-/Nutzen-Analyse einer PDM/PLM-Einführung bereitet vielen Unternehmen erhebliche Schwierigkeiten. In den folgenden Ausführungen wird daher eine Anleitung zur Durchführung einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung vorgestellt (vgl. auch VDI Richtlinie 2219).

In diesem Kapitel sollen zunächst allgemeine Methoden des Projektmanagements und der Prozessmodellierung für die Einführung einer PLM-Lösung in Unternehmen aufgezeigt werden, die eine allgemeine Grundlage für alle Arten der Projektplanung und Einführung von IT-Systemen bilden. Anschließend werden auf der Basis der VDI Richtlinie 2219 verschiedene Einführungsmethoden aus Forschung und Praxis aufgezeigt. Den Abschluss bildet die Erläuterung einer prozessorientierten Vorgehensweise, die in vielen industriellen Projekten angewendet wurde.

Die Grundlagen und Randbedingungen des Produktentstehungsprozesses haben sich über die letzen Jahre dramatisch verändert. Dies ist neben weiteren Faktoren vor allem begründet durch veränderte Marktbedingungen und die zunehmende internationale Verflechtung der Unternehmen auf der einen Seite sowie immer komplexere Produkte mit einem hohen Anteil an elektronischen Komponenten und eingebetteter Software auf der anderen Seite. Die traditionellen Organisationskonzepte müssen mit Sicht auf dieses Umfeld weiterentwickelt werden und bedürfen neuer Informationstechnologien in den Unternehmen. Zu den wichtigsten Unterstützungssystemen gehört seit vielen Jahren das Produktdatenmanagement (PDM). Dieses verwaltet die produktdefinierenden Daten in Verbindung mit der Abbildung und dem Management der Geschäftsprozesse. In Erweiterung dieser langjährigen Aktivitäten haben Lösungen des Product Lifecycle Management (PLM) heute eine strategische Bedeutung erlangt.