Marken- und domänenübergreifendes Management industrieller Produktdaten

In diesem Buch stellt Stefan Kehl erstmals ein ganzheitliches Konzept zur technischen Unterstützung durchgängiger Produktentwicklungsprozesse unter Berücksichtigung der Wiederverwendung und transparenten Änderbarkeit von Produktbestandteilen in unternehmensübergreifenden Kollaborationsverbünden vor. Zur Analyse der damit verbundenen Herausforderungen wurde eine Fallstudie bei einem deutschen Automobilhersteller unter Berücksichtigung der Zusammenarbeit der einzelnen Marken durchgeführt. Als Ergebnis wird ein disziplinenübergreifendes Produktmodell vorgeschlagen, das dezentral mit disziplinspezifischen Ergebnissen erweitert werden kann. Die Koordination von Erweiterungen und nachfolgenden Änderungen erfolgt systemübergreifend mittels einer ereignisbasierten Softwarearchitektur. Danksagung 6 Inhalt 9 Abbildungen 16 Tabellen 31 Abkürzungen 33 Symbole 36 Abstract 37 Teil I Motivation und Problemstellung 39 1 Einleitung 40 2 Hintergrund 49 2.1 Definitionen 49 2.1.1 Produkte und Produktkomponenten 50 2.1.2 Produktentstehungsprozess 53 2.1.3 Datenelemente 55 2.1.4 Rollen und Systeme 59 2.1.5 Prozesse und Arbeitsweisen 65 2.2 Wiederverwendungskonzepte 67 2.2.1 Plattform–Hut 68 2.2.2 Modularisierung 69 2.3 Softwarearchitekturen und Technologien zur Umsetzung 71 2.3.1 Makro–Meso–Mikro–Architektur 71 2.3.2 Event–Driven Architecture (EDA) 73 2.3.3 Service–Oriented Architecture (SOA) 77 2.3.4 Event–Driven SOA 80 2.4 Entwurfsmuster 81 3 Analyse des Entwicklungsprozesses in der Automobilindustrie 83 3.1 Identifikation von Handlungsfeldern 84 3.2 Entstehung und Nutzung einer Plattform 89 3.2.1 Bereitstellung, Verwendung und Änderungen von Plattformkomponenten 90 3.2.2 Transparenz bei der Wiederverwendung 93 3.3 Markenspezifischer Produktentwicklungsprozess 94 3.3.1 Anforderungsdefinition 96 3.3.2 Spezifikation von Eigenschaften 98 3.3.3 Ablage von Geometrien (ohne Stücklistenbezug) 100 3.3.4 Übergang von Design zu Serie 103 3.3.5 Ablage von Geometrien und Teilen (mit Stücklistenbezug) 105 3.3.6 Änderungsmanagement 114 4 State–of–the–Art und Related Work 118 4.1 Produktdatenmodellierung 121 4.1.1 NIST Core Product Model 121 4.1.2 STandard for the Exchange of Product model data (STEP) 124 4.1.3 Produktstrukturen 126 4.1.4 Sonstige Datenmodelle 130 4.2 Integration 131 4.2.1 Prozessintegration 133 4.2.2 Datenintegration 139 4.2.3 Zusammenfassung verwandter Arbeiten im Bereich der Integration 141 4.3 Änderungsmanagement 142 4.3.1 Engineering Change Management (ECM) 144 4.3.2 Agentengestützte Änderungsoperationen 147 4.3.3 Versionskontrollsysteme 150 4.4 Wiederverwendung 152 4.4.1 Softwareproduktlinien 155 4.5 Zusammenarbeitsmodelle 162 4.6 Zusammenfassung der Forschungsfragen 166 Teil II Ein konzeptionelles Modell für die dezentrale und kollaborative Produktentwicklung 174 5 Auswertung der Anwendungsfälle 175 5.1 Ableitung von Anforderungen aus den Anwendungsfällen 176 5.1.1 Durchgängigkeit entlang des Produktentwicklungsprozesses 176 5.1.2 Plattformnutzung und Wiederverwendung 184 5.1.3 Änderungsmanagement 192 5.1.4 Abdeckung der Anwendungsfälle durch Anforderungen 197 5.2 Funktionen zur Umsetzungen der Anforderungen 199 5.2.1 Automatisiertes Befüllen von Strukturen (Anforderung 1.1) 199 5.2.2 Klassifizierung von Komponenten (Anforderung 1.2) 201 5.2.3 Sukzessive Anreicherung mit Ergebnisdokumenten (Anforderung 1.3) 202 5.2.4 Optimierung und Synchronisation 204 5.2.5 Revisionsgenaue und phasenspezifische Zuordnung zu mehreren Kontexten (Anforderungen 2.2 und 2.1) 206 5.2.6 Prozessinformationen auf Komponenten (Anf. 2.3) 211 5.2.7 Transparenz (Anforderungen 2.4, 2.5, 2.6) 213 5.2.8 Ändern einer Komponente (Anforderung 3.1) 222 5.2.9 Prozessinformationen auf Ergebnisdokumenten (Anforderung 3.3) 224 5.2.10 Koordination innerhalb einer Komponente (Anforderung 3.2) 227 5.2.11 Koordination innerhalb von Kontexten (Anforderung 3.4) 229 5.3 Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse 231 6 Zentralisiertes Produktmodell für dezentral entstehende Komponenten 233 6.1 Grundlagen von Virtuellen Produktmodell–Komponenten 234 6.2 Der Lebenszyklus von VPKs 235 6.2.1 Teile und Lokalisierungen 239 6.2.2 Geometrie und Geometrierevision 240 6.2.3 Software und Release 241 6.3 Kontextbeschreibung durch die Verwendung von VPKs 243 6.3.1 Geometrie und Geometrieverwendung 247 6.3.2 Teil und Teilverwendung 248 6.3.3 Software und Softwareverwendung 250 6.4 Klassifizierung von VPKs, VPK–Vs und der Strukturierung 250 6.4.1 Hierarchische Klassifizierung 252 6.4.2 Befüllung von strukturierten Sichten auf Basis der Klassifizierung 254 6.5 Zusammenfassung der wichtigsten Eigenschaften des Datenmodells 257 7 Ereignisbasierte Systemarchitektur für die dezentrale Produktentwicklung 260 7.1 Interaktionsebenen – Makro–Meso–Mikro 262 7.1.1 Koordination von Änderungsoperationen an Ergebnisdokumenten 263 7.1.2 Markenübergreifende Koordination von Änderungen 266 7.2 Ereignisbasierte Steuerung 268 7.2.1 Ereignisauslösende Aktionen 270 7.2.2 Ereignisverarbeitung und Ereignisregeln 274 7.3 Architekturkomponenten 277 7.3.1 Clientschicht 279 7.3.2 Datenschicht 280 7.3.3 Middleware 281 7.4 Kerneigenschaften der ereignisgesteuerten Softwarearchitektur 287 Teil III Evaluierung und Fazit 289 8 Proof of Concept Implementierung (Demonstrator) 290 8.1 Umsetzung der Middleware einer Ereignisbasierten Systemarchitektur 293 8.1.1 Leichtgewichtiges Proxy–Datenmodell 293 8.1.2 Serviceprovider und ClientBridge 296 8.1.3 Eventmanager 300 8.2 Realisierung der exemplarischen Ablagesysteme 301 8.2.1 Gitbucket und DeCoDeJGit 302 8.2.2 Siemens Teamcenter und DeCoDeTCBridge 303 8.3 Autorensysteme für die Änderungen an Softwareständen und VPKs 317 8.3.1 Git–GUI (DeCoDeFXGUI) 318 8.3.2 Anpassungen und Erweiterung (DeCoDeTCPlugin) des Teamcenter Clients 320 9 Evaluierung 328 9.1 Qualitative Evaluierung 328 9.1.1 Beispielhafte Prozessabläufe 330 9.1.2 Ergebnisse der Befragungen 340 9.2 Technische Evaluierung 349 9.2.1 Operationen auf Featuremodellen 349 9.2.2 Befüllung von Sichten zur Laufzeit 360 9.2.3 Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse 365 10 Zusammenfassung und Ausblicke 368 10.1 Diskussion der Forschungsfragen und Ergebnisse 368 10.2 Mögliche zukünftige Forschungsthemen 386 Teil IV Anhänge 393 A Abbildungen 394 B Ereignisverarbeitung und Ereignisregeln 396 B.1 Aktionen auf Ergebnisdokumenten und ED–Verwendungen 396 B.1.1 Ergebnisdokument erstellen 397 B.1.2 Ergebnisdokument ändern 398 B.1.3 Ergebnisdokument löschen 398 B.1.4 ED–Revision erstellen 401 B.1.5 ED–Revision ändern 402 B.1.6 ED–Revision löschen 404 B.1.7 ED–Verwendung erstellen, ändern und löschen 406 B.2 Aktionen auf Virtuellen Produktmodell Komponenten 407 B.2.1 VPK erstellen und ändern 407 B.2.2 VPK löschen 408 B.2.3 VPK–Revision erstellen 410 B.2.4 VPK–Revision ändern 411 B.2.5 VPK–Revision löschen 413 B.3 Aktionen auf VPK–Vs und VPK–V–Revisionen 414 B.3.1 VPK–V erstellen, ändern, löschen 414 B.3.2 VPK–V–Revision erstellen 415 B.3.3 VPK–V–Revision ändern 417 B.3.4 VPK–V–Revision löschen 419 C Technische Dokumentation des Demonstrators 421 C.1 Git–Client Screenshots 423 C.2 Teamcenter Screenshots 425 D Screenshots zu den ShowCases der Qualitativen Evaluierung 427 D.1 ShowCase 1: Dezentrale Plattformzusammenarbeit 427 D.2 ShowCase 2: Transparente Wiederverwendung 434 D.3 ShowCase 3: Durchgängige Entwicklung von Komponenten 440 E Fragebogen der qualitativen Evaluierung 452 F Auswertungen der Ergebnisse der qualitativen Evaluierung 471 G Laufzeitmessungen der technischen Evaluierung 477 Literatur 480 Front Matter ....Pages I-XLIV Front Matter ....Pages 1-1 Einleitung (Stefan Kehl)....Pages 3-11 Hintergrund (Stefan Kehl)....Pages 13-46 Analyse des Entwicklungsprozesses in der Automobilindustrie (Stefan Kehl)....Pages 47-81 State–of–the–Art und Related Work (Stefan Kehl)....Pages 83-138 Front Matter ....Pages 139-139 Auswertung der Anwendungsfälle (Stefan Kehl)....Pages 141-198 Zentralisiertes Produktmodell für dezentral entstehende Komponenten (Stefan Kehl)....Pages 199-225 Ereignisbasierte Systemarchitektur für die dezentrale Produktentwicklung (Stefan Kehl)....Pages 227-255 Front Matter ....Pages 257-257 Proof of Concept Implementierung (Demonstrator) (Stefan Kehl)....Pages 259-296 Evaluierung (Stefan Kehl)....Pages 297-336 Zusammenfassung und Ausblicke (Stefan Kehl)....Pages 337-361 Back Matter ....Pages 363-485 In diesem Buch stellt Stefan Kehl erstmals ein ganzheitliches Konzept zur technischen Unterstutzung durchgangiger Produktentwicklungsprozesse unter Berucksichtigung der Wiederverwendung und transparenten AEnderbarkeit von Produktbestandteilen in unternehmensubergreifenden Kollaborationsverbunden vor.