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Folie 1
Anwendung des „Concurrent Engineering“ für Systementwürfe im DLR Institut für Raumfahrtsysteme
23. September 2010 – Aachener Automatisierungstage
Andy Braukhane
DLR Institut für Raumfahrtsysteme
Systemanalyse Raumsegment
Folie 2
Überblick
DLR Bremen
Abteilung Systemanalyse Raumsegment
Systems Engineering in der Raumfahrt
Concurrent Engineering (CE)
CE – Prozess
Concurrent Engineering Facility (CEF)
Datenmodelle (Software)
CE – Studienbeispiele
Zusammenfassung
Ausblick und Visionen
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DLR Bremen: Institut für Raumfahrtsysteme
Neues DLR-Institut in Bremen: gegründet 2007
Systemanalyse- Analyse und Bewertung komplexer Raumfahrtsysteme in Bezug auf technische,
ökonomische und politische ApekteSystemtechnik
- Systems Engineering für Raumfahrzeuge und deren Anwendung; Forschung und Entwicklung in speziellen Technologiebereichen
Projekte- Ko-operationen mit anderen DLR-Instituten, Universitäten und Forschungs-
einrichtungen, sowie mit der Industrie
CEF
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CEFCEF
DLR Bremen: Abteilungen
SystemanalyseRaumsegment
System-konditionierung
& Verifikation
Avionik-systeme
Systemanalyse Raumtransport
Navigations- & Kontrollsysteme
Transport- & Antriebssysteme
Orbitalsysteme & Sicherheit
Explorations- systeme &
Wissenschafts-missionen
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Systemanalyse Raumsegment
3 Kernbereiche
Systembewertung und Kosten
Orbital- und Missionsanalyse
Systemkonzepte und Concurrent Engineering
Derzeitige Projekte und Aktivitäten, u. A.:
Betrieb Concurrent Engineering Facility (CEF)
Knowledge Capitalization (ESA-Projekt)
Datenbanken für Raumfahrtsysteme, Subsysteme, Komponenten und deren Parameter
Kleinsatellitenentwicklung, z.B. CLAVIS; AISat
Kompaktsatelliten, z.B.: AsteroidFinder; CarbonSat
Kosten- und Missionsanalyse
Concurrent Engineering
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Systems Engineering: Warum?
Quelle: TSTI
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Systems Engineering: Phasen
Quelle: European Cooperation for Space Standardization (ECSS)
Derzeitiger Fokus des “Concurrent Engineering”
- Machbarkeit(Phase 0)
- Vorläufiges Design(Phase A)
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Systems Engineering: Prozesse I
Conventional Design / Engineering Processes
Centralized Engineering:
Sequential Engineering (with iterations):
Configuration ThermalPower
iteration
Power
AOCS
Configuration
Thermal
Project Manager/ Systems Engineer
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Systems Engineering: Prozesse II
Concurrent Design / Engineering Process
Project Manager/ Systems Engineer
Configuration Power
AOCSThermal
Die 5 Elemente des Concurrent Engineering (CE); gemäß ESA:
- Interdisziplinäres Expertenteam
- CE-Prozess
- Design Modell
- Infrastruktur (hier: CEF)
- Multi-Media Umgebung
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Concurrent Engineering
Was ist das?
- Systems Engineering Technik für Entwurf, Entwicklung und technisches Management
- Systematischer Ansatz für integrierte Produktentwicklung
- Formalisierung des iterativen Entwicklungsprozesses
- Simultanes Arbeiten an einem gemeinsamen Problem
- Involviert alle Disziplinen + aktive Einbindung des Kunden
Wer macht das (in der Raumfahrt)?
- Agenturen & Forschungseinrichtungen
- u.A.: NASA, ESA, DLR, ASI (Italien), CNES (Frankreich)
- Industrie
- u.A.: EADS Astrium; Thales Alenia Space
- Universitäten
- u.A.: TU München; MIT, Stanford; Cranfield; La Sapienza
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Der CE-Prozess: Ablauf & Produkte
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Der CE-Prozess: Phasen I
Initiationsphase (Monate vor Studie)
- „Kunde“ kontaktiert CE-Team
- Erste Verhandlungen mit dem Kunden; Status-Bestimmungen
- Diskussion der zu erwartenden Resultate
- Identifikation der benötigten Disziplinen (Domänen)
Vorbereitungsphase (Wochen vor Studie)
- Festlegung der Missions- und Studienziele
- Definition der Missions- und Systemanforderungen
- Identifikation möglicher Systemoptionen (max. 3)
- Vorbereitung der Missions-Analyse (u.A. Bahnberechnungen)
- Finale Zusammensetzung und Einladung des Entwicklerteams
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Der CE-Prozess: Phasen II
Studienphase (DLR: 1-3 Wochen)
- Kick-off mit Präsentationen der wichtigsten Themen
- Erste Konfiguration und Budget-Abschätzungen (z.B.: Masse)
- Iterationen auf Subsystem- und Komponentenebene in mehreren Sitzungen; inkl. Datenabgleich; Vergleiche von Optionen
- Dazwischen: Gruppendiskussionen; Berechnungen
- Endet mit kurzen Abschlusspräsentationen jedes Subsystems
- Review; Abgleich; Aufnahme der offenen Punkte
Nachbereitungsphase
- Sammlung der Resultate (Dateien; Berichte, Präsentationen)
- Bewertung der Resultate
- Anfertigung der Abschlussdokumentation
- Überleitung der offenen Punkte in die weitere Projektarbeit
- Überleitung der „Lessons Learnt“ in den CE - Prozess
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Der CE-Prozess: Studienphase
Session: moderiert (im Hauptraum); Datenaustausch
Post-processing: freie Diskussionen; Arbeitsgruppen
Final Presentation: abschließender Abgleich der Ergebnisse
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CEF I: Concurrent Engineering Facility
Was ist- Eine
Hauptraum Besprechungs-Raum 1
Besprechungs-Raum 2
Server- Raum Küche
Lobby
Toiletten
Eingang
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CEF II: Haupt („Design“) Raum
3 Projektionsflächen3 Projektionsflächen
12 Arbeitsplätze12 Arbeitsplätze
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CEF III: Team-Anordnung
Thermal
Struktur
System
Power
Konfiguration
Kunden- & Expertentisch
Kosten
Missionsanalyse
KommunikationDaten-
management
Team Leitung
Antriebe
Lageregelung
BeispielBeispiel
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Modelle: ESA Integrated Design Model (IDM) I
MS Excel-basiert
Makro-unterstützt
Phase 0 / A
Zentraler DatenaustauschData_exchange.xls
Arbeitsblätter (Tabellen)Input
Berechungen
Budgets
Output
Schnellübersicht
…
Ein „Workbook“ pro Disziplin
Satelliten-Missionen
Folie 20
Modelle: ESA Integrated Design Model (IDM) II
Schematischer Überblick:
Quelle: ESA
Folie 21
Modelle: DLR Virtueller Satellit I
Simultaner Zugriff der Disziplinen Rechtevergabe (System; Power…)
Enthält Bibliothek mit parametrisierten Komponenten (Units)
Gliederung der Systemstruktur in Baumansicht
flexibel erweiter- und verschachtelbar
Quelle: TSTIKomponenten-
bibliothekKomponenten-
bibliothek
Quelle: DLR-SC
Ansicht des “System breakdown”
Ansicht des “System breakdown”
Leichter Übertrag der Units aus Bibliothek in Studien-Explorer
Datenspeicherung mit Versionskontrolle „Subversion (SVN)“
verwendet SMP2-Standard
basiert auf Eclipse
SMP = Simulation Model Portability
Folie 22
Modelle: DLR Virtueller Satellit II
Quelle: DLR-SC
Beispiel: LuftfahrtBeispiel: LuftfahrtBeispiel: RaumfahrtBeispiel: Raumfahrt
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Modelle: (v)Sys-ed (TU München) I
(v)Sys-ed virtuelles System; Editor
Objektbasierte Modellierung für simultane Systementwicklung
Zentrales Datenmodell
Verwendet Klassen und Objekte (Instanzen)
Wiederverwendung von Klassen/Objekten über die Bibliothek
Quelle: TU München
Mehrere Projekte in einer einzigen Datenbank
Inputs/ Outputs über Flussrelationen
Schnittstellen
Excel
XML…
Benutzerzugriff über (4D-)Client
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Modelle: (v)Sys-ed (TU München) II
Klassenbibliothek
Erstelltes Objekt
Beispiel: Erstellen eines Objektes
Quelle: TU München
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CE – Studienbeispiele
Beispiele bisheriger DLR - Studien- Derzeit 15 ein- bis dreiwöchige Studien seit 2008
- Externe Kunden u. A.: EADS Astrium; AMSAT; IUP Bremen; FH Aachen
AsteroidFinder(DLR Bremen)
MASCOT(DLR Bremen)
COMPASS-II(FH Aachen)
AHAB(Uni Bremen, DLR)
Cryo-Kickstufe(DLR Bremen)
AMSAT Mond + Mars
(AMSAT-DL)
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Zusammenfassung
Concurrent Engineering
- Spart Entwicklungskosten und -Zeit (~50 %)
- Minimiert Fehler erhöht Konsistenz
- Gegenseitige Ausbildung („Blick über den Tellerrand“)
- Sehr hilfreich in frühen Projektphasen
Das Team steht im Vordergrund
- Datenmodelle und Infrastruktur unterstützen den Prozess
- Mehrere Modelle möglich / erhältlich / in Entwicklung
- Kommunikation der Ingenieure (auch mit dem Kunden)
Weitere (potentielle) Industriezweige und Anwendungen
- Fahrzeugbau; Luftfahrt
- Öl- und Gas-Industrie; Offshore-Anlagen
- Architektur-Bauwesen; Werkzeugmaschinen?
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Ausblick und Vision
Anwendung des Prozesses auf höhere Projektphasen
- Einbindung von Team, Modellen und Infrastruktur über den gesamtem Produkt-Lebenszyklus bis hin zur Entsorgung
Höhere Vernetzung von Software und integriertem Datenmodell
- Anbindung von Subsystem-Werkzeugen
- Virtuelle „Vorschau“; automatische 3D-Modelle aus Parametern
Einbindung von internen Datenbanken in die Design-Modelle
- DLR Space Suppliers and Manufacturers Database (SSAM)
- DLR Concurrent Engineering Reference Database (CERD)
Vertiefung der Kooperation auf nationaler & europäischer Ebene
- Zusammenschluss der CE-Anlagen für gemeinsame Studien
- Standardisierung von Modellen; Parametern und Abläufen
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Fragen?
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit