PLM Open Hours - Model Based Systems Engineering im Kontext der Digitalisierung
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Das Dokument behandelt die Bedeutung des Model-Based Systems Engineering (MBSE) im Kontext von Industrie 4.0 und der digitalen Transformation, insbesondere für die europäische Industrie, die ein potenzielles Wertschöpfung von bis zu 1,25 Billionen Euro erreichen könnte. Es werden die Herausforderungen und Chancen von MBSE, wie die Verbesserung der Kommunikation zwischen Domänen, virtuelle Systemintegration und die Notwendigkeit zur Optimierung komplexer Systeme, beschrieben. Zudem wird die Rolle von PLM-Systemen bei der Integration von MBSE in die Produktentwicklung hervorgehoben.
![Befähigungstechnologien zur Digitalisierung
Feld I: Digitale Managementsysteme
1. PPS-System – Digitales Produktionsplanungs- und -steuerungssystem [System aus Computerprogrammen,
das den Anwender bei der Produktionsplanung und -steuerung unterstützt und die damit verbundene
Datenverwaltung übernimmt.]
2. PLM-Systeme – Product Lifecycle Management Systeme [Softwaregestütztes Management sämtlicher
Informationen, die im Verlauf des Lebenszyklus eines Produktes anfallen.]
Feld II: Drahtlose Mensch-Maschine-Kommunikation
3. Mobile digitale Visualisierung am Arbeitsplatz [Passive Nutzung von mobilen Endgeräten zur Bereitstellung
von Daten und Arbeitsunterlagen in der Fabrikhalle]
4. Mobile Bedienung und Programmierung von Maschinen und Anlagen [Aktive Nutzung von mobilen
Endgeräten in der Fabrikhalle, um die Produktion direkt zu beeinflussen]
Feld III: Vernetzte Systeme, bzw. CPS-nahe Prozesse
5. Digitaler Austausch von Dispositionsdaten mit Zulieferern und Kunden [Supply Chain]
6. Techniken zur Automatisierung und Steuerung der Produktionslogistik
7. Echtzeitnahe Produktionsleitsystem
MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0
https://www.haufe.de/amp/controlling/controllerpraxis/produktivitaetssteigerung-durch-industrie-40-technologie_112_402804.html?xing_share=news
MBSE](https://image.slidesharecdn.com/plmopenhours-modelbasedsystemsengineeringimkontextderdigitalisierung-170613121640/85/PLM-Open-Hours-Model-Based-Systems-Engineering-im-Kontext-der-Digitalisierung-7-320.jpg)
![Beispiel: Elektrischer Fensterheber im Automobil
Grosse Kräfte bis 300N
20 % der getesteten Fahrzeuge haben keinen Einklemmschutz
hinten [Grund: Fenster nichtvollautomatisch]
Richtlinien und Anforderungen werden ständig umfangreicher
Produkte werden komplexer:
«Every system is somebody‘s subsystem»
Produkte müssen immer schneller auf den Markt kommen
Dies zwingt Hersteller zu besseren Nachweisen und
frühzeitige Validierung (z.B. über Simulationsmodelle)
Hersteller verlangen daher immer mehr von Zulieferern,
auch Simulationsmodelle zu Verfügung zu stellen
auch
MBSE wird zunehmend wichtiger
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MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0
Quelle: http://www.autobild.de/](https://image.slidesharecdn.com/plmopenhours-modelbasedsystemsengineeringimkontextderdigitalisierung-170613121640/85/PLM-Open-Hours-Model-Based-Systems-Engineering-im-Kontext-der-Digitalisierung-8-320.jpg)
PLM Open Hours - Model Based Systems Engineering im Kontext der Digitalisierung
- 1. Intelliact AG Siewerdtstrasse 8 CH-8050 Zürich Tel. +41 (44) 315 67 40 Mail mail@intelliact.ch Web http://www.intelliact.ch Model Based Systems Engineering im Kontext von Industrie 4.0 Christian Bacs, 12.06.2017, http://plmopenhours.net/ INTELLIACT AG PLM OPEN HOURS
- 2. «Digitalisierung» – es geht um viel Geld… Wertschöpfungspotential für Europa durch die «Digitale Transformation» 1) in der Industrie «Gewinnpotential»: bis zu € 1.25 Billionen «Verlustpotential»: bis zu € -605 Milliarden Risiko-Szenarien der digitalen Transformation – Möglicher Verlust des IKT-Wertschöpfungsanteils – Möglicher Verlust der Kundenschnittstelle 1) Roland Berger, Die Digitale Transformation der Industrie, Deutschland (2015) € Mia. 1’250 € Mia. – 605 bis Zum Vergleich: EU-BIP 2015 = € Mia. 14’630 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0
- 3. Nutzen der Digitalisierung/Industrie 4.0 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Quelle: Ergebnisse einer länderübergreifenden Studie zum Thema Industrie 4.0 (2016), Staufen/Inova, 2017 Im Vordergrund stehen die klassischen Erwartungen der Kostensenkung durch Effizienzsteigerung und Erhöhung der Transparenz Kundenspezifische Lösungen sind insbesondere im Hochlohnland Schweiz wichtig An neuen Geschäftsmodellen wird noch gearbeitet Kundennutzen ist noch nicht der Haupttreiber 0% 20% 40% 60% 80% 100% Steigerung der internen Effizienz Transparenz in den Abläufen z.B. in der Produktion Kostensenkung Möglichkeit zur wirtschaftlich individualisierten Fertigung Neue Geschäftsmodelle Schnellere und bessere Managemententscheide Kundenwünsche 87% 88% 77% 79% 71% 61% 58% 45% 32% 35% 23% 24% 16% 30% Schweiz Deutschalnd
- 4. Nutzen der Digitalisierung/Industrie 4.0 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Neue Geschäftsmodelle Zusatznutzen für den Kunden Effizienzsteigerung
- 5. Engineering Das Digitale Produkt MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 LogisticsDIGITAL PRODUCT Sales ProductionService Smart Product
- 6. Bausteine als Basis für die Digitalisierung/Industrie 4.0 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0IT-Tools,Infrastruktur &Technologie ProzesseProduktdaten&- strukturen Model-based EngineeringFunktionsstruktur & Requirements App-PlattformData, Big DataInternet of Things, Connectivity Additive Manufacturing Vertikale Integration Condition Monitoring, Analyse & Predictions IT-Security, AutorisierungHorizontale Integration ZustandsdatenStamm- & Bewegungsdaten
- 7. Befähigungstechnologien zur Digitalisierung Feld I: Digitale Managementsysteme 1. PPS-System – Digitales Produktionsplanungs- und -steuerungssystem [System aus Computerprogrammen, das den Anwender bei der Produktionsplanung und -steuerung unterstützt und die damit verbundene Datenverwaltung übernimmt.] 2. PLM-Systeme – Product Lifecycle Management Systeme [Softwaregestütztes Management sämtlicher Informationen, die im Verlauf des Lebenszyklus eines Produktes anfallen.] Feld II: Drahtlose Mensch-Maschine-Kommunikation 3. Mobile digitale Visualisierung am Arbeitsplatz [Passive Nutzung von mobilen Endgeräten zur Bereitstellung von Daten und Arbeitsunterlagen in der Fabrikhalle] 4. Mobile Bedienung und Programmierung von Maschinen und Anlagen [Aktive Nutzung von mobilen Endgeräten in der Fabrikhalle, um die Produktion direkt zu beeinflussen] Feld III: Vernetzte Systeme, bzw. CPS-nahe Prozesse 5. Digitaler Austausch von Dispositionsdaten mit Zulieferern und Kunden [Supply Chain] 6. Techniken zur Automatisierung und Steuerung der Produktionslogistik 7. Echtzeitnahe Produktionsleitsystem MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 https://www.haufe.de/amp/controlling/controllerpraxis/produktivitaetssteigerung-durch-industrie-40-technologie_112_402804.html?xing_share=news MBSE
- 8. Beispiel: Elektrischer Fensterheber im Automobil Grosse Kräfte bis 300N 20 % der getesteten Fahrzeuge haben keinen Einklemmschutz hinten [Grund: Fenster nichtvollautomatisch] Richtlinien und Anforderungen werden ständig umfangreicher Produkte werden komplexer: «Every system is somebody‘s subsystem» Produkte müssen immer schneller auf den Markt kommen Dies zwingt Hersteller zu besseren Nachweisen und frühzeitige Validierung (z.B. über Simulationsmodelle) Hersteller verlangen daher immer mehr von Zulieferern, auch Simulationsmodelle zu Verfügung zu stellen auch MBSE wird zunehmend wichtiger 8 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Quelle: http://www.autobild.de/
- 9. Nutzen der Digitalisierung/Industrie 4.0: MBSE als Chance Kommunikation zwischen den Domänen verbessern Transparenz zur Beherrschung der Komplexität schaffen Virtuelle Systemintegration, frühe Validierung Schnelleres Time to Market Qualitätssteigerung (weniger Nachfolgefehler, optimierter Erfüllungsgrad) Vor dem eigentlichen Produkt wird ein Systemmodell bereitgestellt (z.B. Verhalten Fensterheber) „Integrator“ (z.B. Autofirma) ist in der Lage „Gesamtverhalten“ des Systems – mit dem Fensterheber zu simulieren Rückführung von Betriebsdaten (Autos im Betrieb) ermöglicht Optimierung von Systemen Verbesserung Gesamtsystem auf der Basis einer Simulation MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Neue Geschäftsmodelle Zusatznutzen für den Kunden Effizienzsteigerung 2 1
- 10. Von Dokumenten zu Modellen 10 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Dokumenten-zentrisches Engineering «Isolierte und teils nicht in Beziehung stehende Informationen in Dokumenten» Modell-zentrisches Engineering «Zusammenführung der Informationen in ein ganzheitliches, “zusammenhängendes“ digitales Modell»
- 11. Arten von Modellen 11 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Beschreibung Sobald sich das Fenster beginnt zu schliessen, soll ein Sensor überwachen, dass die Belastung als Gegenwirkende Kraft nicht höher als 100N ausfällt. Sobald dies eintritt, soll das Fenster anhalten und leicht zurückfahren bis die Belastung wieder unter 50 N fällt, dann soll das Fenster wieder anhalten. Fenster schliessen Fenster halten > 100 N 50ms warten Fenster öffnen Fenster halten <50 N VerhaltenForm Funktion Noch ein ModellEin Modell Ein anderes ModellKein Modell
- 12. Model Based Systems Engineering (MBSE) MBSE ist ein interdisziplinärer Ansatz des Systems Engineering Verbindet die bewährten Vorgehensweisen des traditionellen Systems Engineering mit strikten/vordefinierten visuellen Modellierungstechniken für ein Systemmodell Über den Gesamten Lebenszyklus eines Systems Systementwurf (Systemanforderungen, Analytische Modelle, System-Modell etc.) Domänenspezifischer Entwurf (mechatronische Modelle, Simulationen etc.) Systemintegration (virtuelle Validierung) 12 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Analytische Modelle Design Modelle Validierungs- Modelle MBSE
- 13. Ganzheitliche Modellierung des Systems 13 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Anforderungsmodell Analytisches Modell System Modell Art. No. Anforderungsbeschreibung … 1 Elektrischer Fenterheber … Muss 1.1 Halt bei Kräften <10kg … Kann 1.2 …. … … … … … Anforderungsliste Mechanisches Modell Software Modell Test Modell Elektrisches Modell MBSE
- 14. PLM als Backbone von MBSE Für den Einsatz von MBSE bedarf es einer ganzheitlichen Abbildung der Informationen und Modellen im Digitalen Produkt (PLM) Ganzheitliche Sicht auf das Produkt Einbindung der frühen Phasen in der Produktentwicklung Abbildung der Systemmodellierung Für ein „durchgängiges Engineering“ muss sich MBSE in PLM-Prozesse und Daten integrieren 14 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Engineering LogisticsDIGITAL PRODUCT Sales ProductionService Smart Product
- 15. Ausblick im Kontext der Digitalisierung/Industrie 4.0 Einsatz von digitalen Zwillingen «Virtuelles Abbild» eines spezifischen Produktes, das sein physisches Pendant ein Leben lang begleitet Dieses Simulationsmodell ist also einem individuellen Produkt zugeordnet Rückführung von Daten bez. Verhalten, Nutzen o.ä. Optimierung des Automobils Neuentwicklungen (z.B. Software- Updates) initiieren (physisches Automobil sowie digitalen Zwilling) 15 MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Entwicklungsprozess Systeme in Betrieb Speichern von Instanz-Daten AuswertenderNutzungsdaten fürdieverschiedenen ModelleundProdukte Digital Twins Physisches Automobil Neue Funktionen etc.
- 16. FAZIT MBSE ermöglicht die Komplexität von Systemen und deren Verhalten abzubilden Transparenz schaffen Interdisziplinarität fördern Abbildung von Systemverhalten Vorteile von MBSE Beherrschen der zunehmenden Komplexität Schnelleres Time to Market Ermöglicht Rückführung von Realen Betriebsdaten über den digitalen Zwilling zur Optimierung der Modelle und der Produkte MBSE ist Teil von PLM „Zusammenhängendes“ Produktmodell ( Digitales Produkt/Digital Twin) Modellierungs - und Systemunterstützung (PLM) Modellierungs -/Simulations Know-How MODEL BASED SYSTEMS ENGINEERING IM KONTEXT VON INDUSTRIE 4.0 Engineering LogisticsDIGITAL PRODUCT Sales ProductionService Smart Product
- 17. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. 17