Arbeitspaket #18



Systemmodelle im PLM-Umfeld

Zielstellung:

MBSE und PLM: Heutige Hürden

Product Lifecycle Management (PLM) und seine Softwaresysteme sind heute nicht für die Verwaltung von (SysML-)Systemmodellen vorbereitet. Die üblichen Hürden sind:

  • SysML kennt nur bedingt Metadaten im Sinne von PLM.
  • PLM kennt keine Systemartefakte und  netzbasierte Syntax von SysML-Modellen.
  • PLM kann die Semantik der Systemmodelle nicht interpretieren.
  • Der SysML-Standard hat keine Bezüge zu Funktionen, geometrischen Bauräumen, Teilen/Artikeln und sonstiger Produktdokumentation.
  • PLM wird heute für verteiltes Arbeiten eingesetzt. TDM weniger.
  • Es ist unzureichende PLM-Funktionalität in den SysML-Autorenwerkzeugen vorhanden.

MBSE und PLM: Potentiale

Die Potentiale einer Integration der Systemmodelle in das PLM-Umfeld sind vielfältig:

  • Objektorientierte Nachvollziehbarkeit (Traceability) im gesamten Produktentwicklungsprozess
  • Interdisziplinäres Modell für die einzelnen Fachdisziplinen
  • Unterstützung von PLM-Funktionalität durch
    semantische Netze
  • Enabler für Industrie 4.0

Sicherstellung der Konsistenz des Prozess-Outputs bei hoher Änderungsfrequenz

Ergebnisse:

Grundlagen

Systemmodelle müssen zum einen von PLM-Funktionen verwaltet werden,  zum Anderen können Systemmodelle und die in ihnen enthaltenen Informationen PLM-Funktionen smarter machen. Das automatisierte Auslesen der Informationen und ihre Interpretation im Kontext der PLM-Funktion ist einer der Vorteile einer formalen Beschreibungssprache wie der SysML. Folgend werden die wichtigsten PLM-Kernfunktionen in kürze aufgelistet:

  • Konfigurationsmanagement
    Konfigurationsmanagement stellt sicher, dass das Produkt und die dazugehörigen Artefakte vollständig reproduzierbar sind. Hierzu müssen alle notwendigen Artefakte eindeutig bestimmt, beschrieben und verwaltet werden. Unter dem Konfgurationsmanagment werden die Teilbereiche Versionsmanagement, Variantenmanagement, Baselinemanagement, Änderungsmanagement, Freigabemanagement, Auditmanagement, Buildmanagement  zusammengefasst.
  • Versionsmanagement
    Versionsmanagement ermöglicht es alle Änderungen von Lebenszyklusobjekten in verschiedenen Versionen zu erfassen und diese im Bedarfsfall wiederherzustellen.
  • Freigabemanagement
    Das Freigabemanagement ist eng verknüpft mit dem Änderungsmanagement. Es beschreibt eine kontrollierte und formale Freigabe von Konfigurationseinheiten zwischen Prozessschritten eines Entwicklungsprozesses.
  • Engineering Change Management
    Das Änderungsmanagement ist das koordinierte Management und die Überwachung produktbezogener Änderungen. Ziel des Änderungsmanagements ist es, die monetären wie technischen Folgen einer Änderung abzuschätzen und ihre Durchführung kontrollierbar zu machen.
  • Rechte- und Rollenkonzept
    Bildet die Organisationsstruktur mit ihren Benutzern und Benutzergruppen ab und weißt ihnen bestimmte Zugriffsrechte auf Informationsobjekte und Funktionen zu.
  • Dokumentenmanagement
    Im PDM-System beinhalten Dokumente inhaltlich zusammengehörige Informationen, die Objekte auch aus komplexen Modellen beschreiben. Das PLM-System verwaltet die dem Dokument zugehörigen Dateien, die ganz unterschiedliche Informationen, wie Texte, CAD-Modelle, Tabellen, Grafiken, Korrespondenzen, o.Ä., enthalten können.

MBSE und PLM: Integrationsstufen

Die Integration von Systemmodellen in das PLM-System kann durch unterschiedliche Stufen repräsentiert werden. Die Komplexität der Verwaltung aber auch der Nutzen steigt dabei mit jeder Stufe. Die ersten Stufe wird durch die Reflektion des Systemmodells und seiner Systemartefakte in das PLM-System charakterisiert. Die zweite Stufe durch den zusätzlichen Aufbau eines semantischen Netzes im PLM-System. Das semantischen Netz des Systemmodells kann im PLM mit Informationsobjekten des Produktlebenszyklus ergänzt werden. In der dritte Stufe werden die PLM-Funktionen für die Verwaltung von Systemmodellen aber auch die Erweiterung von PLM-Funktionen auf Basis von Systemmodellen realisiert. Der höchste Nutzen des Systemmodells für den Produktentwicklungsprozess wird erst in der dritten Stufe voll ausgeschöpft.

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Abbildung 1: Komplexitätsstufen in der Verwaltung von Systemmodellen

Verwaltung von Systemmodellen im PLM

Die Verwaltung von Systemmodellen im PLM-System kann durch unterschiedliche Konzepte realisiert werden. Es kann zwischen drei grundsätzlichen „Granularitätsebenen“ unterschieden werden – Modellebene, Paket-/Diagrammebene, Artefaktebene. Im Sinne von PLM und seinen Funktionen ist eine hochgranulare Auflösung des Systemmodells notwendig. Als Beispiel für einen  Treiber der Granularität im PLM-System ist das Engineering Change Management zu nennen.  Erst durch die hoch-granulare Auflösung des Systemmodells können im EC-Prozess die zu ändernden Objekt auf Systemebene identifiziert werden und in der Fachdisziplin (Mechanik, Elektrik/Elektronik, Software) zur Änderung markiert und mit den notwendigen Informationen versorgt werden.

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Abbildung 2: Granularitätsstufen von Systemmodellen im PLM-System

PLM-Metadaten im Systemmodell

Die Integration von PLM-Metadaten im Systemmodell ist eine der Voraussetzung für die Verwaltung von Systemmodellen in PLM-Systemen. Dafür wurde im Projekt mecPro² ein PLM-Profil entwickelt. Dieses ermöglicht es PLM-Metadaten in Form von Attributen bestimmter Stereotypen an Systemartefakte zu binden. Das Profil unterscheidet zwei Arten von PLM-Objekten:

  • CI-Element
    Das CI-Element besitzt die klassischen PLM-Metadaten. Innerhalb des PLM-Systems vererbt das CI-Element bestimmte PLM-Metadaten an die ihm zugeordneten PLM-Elemente.  Es fungiert dadurch als Container von Systemartefakten. Im Kontext von mecPro² wurde die Konvention getroffen, Packages als CI-Elemente zu definieren.
  • PLM-Element
    Das PLM-Element besitzt ausschließlich das Attribut „PLM-ID“. Es ist damit ein Identifier für das PLM-System. PDM-Elemente müssen für die Verwaltung immer einem CI-Element zugeordnet sein.

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Abbildung 3: PLM-Profil für Systemmodelle im Demonstrator 1