System Lifecycle Management

Liebe Leserinnen und liebe Leser, als ich mit meinen Mitarbeitern von EIGNER+PARTNER 1991 mein erstes PLM Buch – den Namen PDM (Product Data Management) oder PLM (Product Lifecycle Management) gab es damals noch gar nicht und wir nannten es EDB (Engineering Database) – veröffentlichte, hatten wir bereits die Vision einer Gesamtintegration in den betrieblichen Ablauf.

In diesem Kapitel wird die evolutionäre Entwicklung von PDM über PLM zu SysLM erläutert. Die Einsatzbedingungen haben sich seit 1985 permanent verändert. Anfangs war 2D M-CAD der Schwerpunkt, aber schon durch die 3D M-CAD-Systeme hat sich die Komplexität der Datenverwaltung drastisch erhöht. Der nächste große Evolutionsschritt wurde durch die schnelle Zunahme mechatronischer Produkte und dem Wunsch von Anwendern und Anbietern die Anwendung von PDM über das Kerngebiet der Entwicklung und Konstruktion zu erweitern, ausgelöst (→ PLM). IOT, IOS und die daraus resultierende globalisierte interdisziplinäre Entwicklung cybertronischer bzw. cyberphysischer Produkte und Systeme, dadurch permanent zunehmende Software- und Elektronik-Anteile am Produkt, höhere Anforderungen an die unternehmensinterne und -externe Zusammenarbeit sowie sich parallel dazu entwickelnde, interdisziplinäre Engineering-Prozesse und -Methoden (→ Model Based Systems Engineering, System Thinking, Digital Thread und Digital Twin) führten in den letzten Jahren zu einer Erweiterung des PLM-Ansatzes zu System Lifecycle Management (→ SysLM)

Das Internet der Dinge und Services (IOT/IOS) sowie Industrie 4.0 gehen in der Zukunft von vernetzten Produkten, Systemen und Dienstleistungen aus. Der wertmäßige Anteil an Elektronik und Software wird bei dieser Art von Produkten und eingebetteten Dienstleistungen kontinuierlich steigen. Kommunizieren Produkte miteinander über das Internet, wird von Cyber-Physical Systems bzw. Cybertronischen Systemen gesprochen. Die Entwicklung dieser neuen Systeme wird mehrere Konsequenzen nach sich ziehen: interdisziplinäre, regional und organisatorisch verteilte sowie integrierte Produktentwicklung, ein Überdenken heutiger Konstruktionsmethoden, Prozesse, IT-Lösungen und Organisationsformen sowie die Forderung nach durchgängigen Prozessketten, basierend auf digitalen Modellen in der Anforderungsdefinition, Systemarchitektur, Produktentwicklung, Simulation, Produktionsplanung, Produktion und Service. Weiterhin müssen Planungs- und Entwurfsmethoden aller Disziplinen – Mechanik, Elektronik und Software – auf den System-Prüfstand gestellt und ihre Tauglichkeit für ein neues Vorgehensmodell der Produkt-, System und Serviceentwicklung überprüft werden, um diese in einen gemeinsamen, integrierten und interdisziplinären Methoden-, Prozess- und IT-Lösungsansatz zu überführen. Dieser Ansatz der Digitalisierung der Produktentwicklung wird Engineering 4.0 genannt. Der hier verwendete Begriff Produktenwicklung bezieht sich sowohl auf die eigentlichen Produkte als auch auf die Produktionsmittel, denn diese sind auch Produkte im eigentlichen Sinne. Diese Begriffsdefinition lehnt sich an die Begriffsbestimmung von Ehrlenspiel an [29]. Damit umfasst der in diesem Buch verwendete Begriff der Produktentwicklung den von vielen Autoren [78, 93] verwendeten Begriff der Produktentstehung. Die Grundlagen bilden Methodiken des Systems Engineering (SE), des Model Based Systems Engineering (MBSE) und des Systems Thinking. Die Digitalisierung der Produkte und der Produktentwicklung bedeutet einen Transformationsprozess, der die klassischen Grenzen einer fragmentierten und konkurrierenden IT-Lösungswelt neu ordnet. Weg vom Silodenken zu einem durchgängigen und integrativen Lösungsansatz für das Engineering. Ein leichtgewichtiger und föderierter Engineering Backbone (→ System Lifecycle Management, SysLM) wird die Rolle der Daten- und Prozessintegration über den gesamten Produktlebenszyklus inklusive des operativen Betriebes einnehmen. In diesem Kapitel werden Grundlagen, Randbedingungen und Treiber der Digitalisierung vorgestellt und eine daraus resultierende für die Entwicklung von cybertronischen Produkten und Systemen angepasste Konstruktionsmethodik abgeleitet.

Dieses Kapitel erläutert die Umsetzung der in Kapitel drei vorgestellten Trends und Methodiken der Digitalisierung speziell im Anwendungsgebiet des Engineerings. Dabei wird die Digitalisierung sowohl des Produktes als auch der im Rahmen von Service-orientierten Geschäftsmodellen entwickelten Dienstleistungsprodukte vorgestellt. Ein weiterer wesentlicher Punkt der Digitalisierung sind die horizontale und vertikale Integration der technischen und administrativen Arbeitsprozesse entlang des Produktlebenszyklus. Bei den vertikalen Integrationen handelt es sich um die Integrationen der Autorensysteme entlang den Lebenszyklusphasen Anforderungsmanagement, Systemarchitektur, CAD in Mechanik, Elektronik und CASE (Computer Aided Software Engineering) und Simulation. Bei der horizontalen Integration stehen die administrativen Funktionen wie Freigabe-, Änderungs- und Konfigurationsmanagement über den gesamten Produktlebenszyklus und die technische Integration der in den einzelnen Phasen erzeugten Informationen im Vordergrund. Die typischen Anwendungsfunktionen entlang des Produktlebenszyklus werden am Beispiel eines marktführenden SysLM-Systems dargestellt. Das Kapitel wird durch eine Anforderungsanalyse an SysLM und einer Vorstellung eines Reifegradmodells zur Bewertung der Digitalisierung des Engineerings abgerundet.

Wie bereits in den ersten Kapiteln dargestellt wurde, wird die Industrie einen disruptiven Veränderungsprozess erleben, den nur die agilen und innovativen Unternehmen überleben werden. Geschäfts- und Kooperationsmodelle werden sich verändern und die gesamte Produkt- und zunehmend die Systemstruktur wird dominiert von mechatronischen und cybertronischen hochgradig vernetzten Systemarchitekturen. Um diesen neuen Anforderungen zu genügen, müssen die Unternehmen die Kompetenz besitzen, solche interdisziplinären Systemarchitekturen und die darauf aufbauenden Dienstleistungen gesamthaft zu orchestrieren und mit ihren Zulieferern neue, intelligente Formen der Zusammenarbeit zum Umsetzen der Systemarchitektur finden. Bimodale SysLM-Systeme müssen diese Produkt- und Prozessveränderungen durch neue modulare, föderierte und WEB-basierende Technologien, durch absolute Offenheit und durch neue kundenorientierte Geschäftsmodelle unterstützen. Ziel ist neben einer drastische Senkung der Total Cost of Ownership (→ TCO) auch die Voraussetzungen für eine agile Implementierung zu schaffen. Nachdem in der Vergangenheit große PLM/SysLM-Projekte häufig an ihrer Komplexität, der Dauer der Umsetzung und auch des permanenten Nachziehens von customisierten Anteilen scheiterten, sind heute bimodale SysLM-Systeme und agile Implementierungsansätze gefragt, bei denen in kurzen Zeitfenstern (Sprints) sogenannte User Stories realisiert werden. In kleinen inkrementellen Schritten, permanent unterstützt durch Rapid Prototyping und das Feedback der Systemnutzer, werden die Ziele umgesetzt und verfeinert.

Die Entwicklung innovativer, mechatronischer und cybertronischer Produkte, Systeme und angebundene Services werden in mehreren Bereichen der Unternehmen zu Veränderungen führen. Davon betroffen sind alle Funktionsbereiche, vor allem aber Produktentwicklung, Produktionsplanung, Produktion und Logistik sowie Service. Zur betrieblichen Umsetzung müssen die Planungs- und Entwurfsmethoden aller Disziplinen und aller Funktionseinheiten auf den Prüfstand gestellt werden.