Fakultät für Verkehrs- und Maschinensysteme (Fakultät V ... · mit der Weiterentwicklung der...

Fakultät für Verkehrs- und Maschinensysteme (Fakultät V)

Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb

Fachgebiet Industrielle Informationstechnik

Prof. Dr.-Ing. R. Stark

Anwendungen der Industriellen Informationstechnik

1. Vorlesung: Einführungsveranstaltung


Gliederung

► Vorwort

Rückblick: Grundlagen der Industriellen Informationstechnik

Ausblick: Anwendungen der Industriellen Informationstechnik

Organisatorisches

Schlussbemerkung

2


Die multidisziplinäre Disziplin der Industriellen Informationstechnik

3


MaschinenbauVirtuelle Produktentstehung

(CAD, CAM, CAE, CAID, CAP,

PDM, DLM, VR, AR, …)

Grundlagen für die Nutzung der Industriellen Informationstechnik

Natur-

gesetze

Modell-

bildung

Zahlen

Rechen-

gesetze

Numerik

Algo-

rithmen

Sprachen

Rechner

Daten-

banken

Daten-

technik

Netz-

technik

Kon-

struktion

Berech-

nung

Ferti-

gungs-

vorbe-

reitungRegelung

Automa-

tisierung

Produk-

tionMechanik

Dynamik

Logistik

Kosten

Betriebs-

(Volks-)

wirt-

schaft

Gesetze

Stan-

dards

Mechanik

Statik

Physik Mathe-

matik

Infor-

matik

Elektrotechnik Bauingenieur-

wesen und

Architektur

Wirt-

schafts-

inge-

nieur-

wesen

Wirtschaft und

Politik

Steigender Anteil

4


5

Definition der Industriellen Informationstechnik

► Die Industrielle Informationstechnik ist eine multidisziplinäre Disziplin und

bezeichnet die Anwendungen von Methoden der Informatik zur Lösung

ingenieurwissenschaftlicher Problemstellungen in der industriellen Konstruktion,

Fertigung und Montage sowie zur Erfassung von Prozessen entlang der gesamten

virtuellen Produktentstehung in der Industrie.

Fachgebiet Industrielle Informationstechnik an der TU Berlin

► Das Fachgebiet der Industriellen Informationstechnik an der TU Berlin ist

eingebettet in der Fakultät für Verkehrs- und Maschinensysteme sowie im Institut

für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb.

► Das Fachgebiet Industrielle Informationstechnik an der TU Berlin beschäftigt sich

mit der Weiterentwicklung der digitalen Lösungen zur Verbesserung und

Erweiterung der Ingenieurtätigkeiten im gesamten Ablauf der virtuellen

Produktentstehung von der Produktidee und -planung, der Produktentwicklung bis

zur Planung und Anlaufabsicherung der Produktion.

Definition und Fachgebiet an der TU Berlin


Industrielle Informationstechnik

Einführung in die Informationstechnik für Ingenieure

Grundlagen und Anwendungen der Industriellen Informationstechnik

Technologien der Virtuellen Produktentstehung

Entwicklung und Management digitaler Produktentstehungsprozesse

Informationstechnische Prozesse für den digitalen Fabrikbetrieb

Virtuelles Entwickeln in der industriellen Praxis

(Virtual Engineering in Industry)

Überblick der Lehrveranstaltungen des Fachgebietes

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Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark

Studium des Maschinenbaus an der Ruhr-Universität

Bochum

Integriertes einjähriges Studium an der Texas A&M

University, USA, im Bereich Mechanical Engineering

Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für

Konstruktionstechnik/ CAD an der Technischen Fakultät der

Universität des Saarlandes

(Senior) Technischer Spezialist CAD, Produktmodellierung

und Product Information Management in Ford Europa

Technischer Leiter / Europäischer Manager "Virtuelle

Produktentstehung & Methoden“ in der Ford Motor

Company

Leiter des Fachgebiets Industrielle Informationstechnik an

der Technischen Universität (TU) Berlin und Direktor des

Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung des

Fraunhofer Instituts für Produktionsanlagen und

Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin

System-Ingenieur Karosserieentwicklung der Ford Werke in

Köln

7


Lernziel und Inhalte dieser Lehrveranstaltung

Lernziel

Studierende sollen lernen, die Potenziale und Techniken

informationstechnischer Lösungen im industriellen Umfeld zielorientiert

benutzen zu können.

Inhalte

Überblick über anwendungsspezifische Einsatzmöglichkeiten

grundlegender Techniken der Datenverarbeitung zur Lösung

ingenieurwissenschaftlicher Problemstellungen

Vermitteln von theoretischen und praxisnahen Kenntnissen zur

unternehmensweiten Integration von Prozessen entlang der

Wertschöpfungskette

8


Gliederung

Vorwort

► Rückblick: Grundlagen der Industriellen Informationstechnik


Organisatorisches

Schlussbemerkung

9


Sichtweisen des Produktlebenszyklus

Produktlebenszyklus ist ein theoretisches, abstrahierendes Modell zur

zeitlichen Einteilung von Lebensphasen von Produkten

Ziel der Modelldarstellung ist ein besseres Verständnis über den Nutzen eines

Produktes über die einzelnen Lebensphasen, um daraus Entscheidungen

hinsichtlich der Produktentwicklung treffen zu können

Forschung/ Marketing

AbwicklungDistribution/

GebrauchErprobungPlanung Konstruktion

Arbeits-

vorbereitungHerstellung

Produktentstehung

Produktentwicklung

Produktmarkt

Produktentsorgung

Konstruktion

Produktion

10


Informationstechnische Betrachtung des Produktlebenszyklus (1/2)

CAS Computer-Aided Styling

CAD Computer-Aided Design

CAE Computer-Aided Engineering

CAM Computer-Aided Manufacturing

AM Anforderungsmanagement

PDM Product Data Management

PLM Product Lifecycle Management

PIM Supply Chain Management

EB e-Business

ERP Enterprise Resource Planning

SE Simultaneous Enginerring

EAI Enterprise Application Integration

ENTWICKLUNGVERKAUF UND

NUTZUNG

PRODUKTION

MISMIS

CAD/CAE/VISCAD/CAE/VIS

CAD/CAMCAD/CAMPIMPIM

CAS/VISCAS/VIS

PLM

ERPERP

CISCISEB

ERP

SE

CAS / AM

CAD / CAE

CAD / CAMSCM

PDM/PLM

EAI

Anwendungen der IIT

Grundlagen der IIT

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Informationstechnische Betrachtung des Produktlebenszyklus (2/2)

Informationen über ein Produkt werden in allen Phasen des Produktlebenszyklus gewonnen

Folgende Phasen lassen sich definieren:

Produktionsplanung (Spezifikation, Marketing, Konzept): Festlegung und Beschreibung neuer Produktideen und -konzepte

Konstruktion (technisch-planerische Phase): Entwicklungstätigkeiten, Validierungstätigkeiten zur Informationsbeschaffung und vollständige Beschreibung des zukünftigen Produktes

Erprobung: Durchführung und Auswertung virtueller (z.B. Simulationen) und realer Produkttests

Arbeitsvorbereitung (Fertigungsplanung): Arbeitsplanung und -steuerung mit Schwerpunkt auf Fertigungs-, Montage- und Qualitätsplanung

Produktherstellung (Produktion): Vorliegende Informationen über Produkte werden mittels Material und Energie in reale Produkte umgewandelt

Produktvertrieb (Verkauf): Transport, Lagerung, Verteilung, Kosten und Termine

Produktnutzung (Nutzung, Service und Wartung): Nutzung, Wartung, Pflege, reparatur, Austausch und Modifikation des Produktes

Produktrecycling und Entsorgung: Umweltgerechte Entsorgung und Recycling oder Wiederaufarbeitung des Produktes

12


13

Die Produktentwicklung…

… bezeichnet den Vorgang, den

eine Idee bis zu einem fertigen

Produkt durchläuft

… umfasst alle Tätigkeiten die

das Produkt und sein Umfeld aus

Produktion, Distribution, Nutzung

und Entsorgung/ Rückführung

betreffen (z.B. Fertigungsplanung,

Montage, Wiederaufarbeitung)

… stellt die Phase des

technischen Produktlebenszyklus

dar, an deren Ende eine

vollständige Produktdefinition

bestehend aus Produktstruktur,

Stückliste, Dokumentation und

Konfiguration vorliegt Quelle: Prof. Lindemann, TU München


14

Produktstruktur und Produktgliederung

► Der Aufbau eines Produkts

(P) wird zunächst in

Gruppen (G1-G6)

gegliedert. Diese Produkt-

gliederung stellt das Gerüst

eines Produkts dar.

► Die tatsächlichen verbauten

Einzelteile (E1-E6) oder

Zusammenbauten von

Einzelteilen (Z1-Z2) werden

unterhalb der Gruppen

hinzugefügt und erweitern

die Produktgliederung zur

Produktstruktur.

E1 E2 E3 Z1 E4 E5 Z2 E6

E7 E8 E9

Pro

du

kts

tru

ktu

r

G1

G3

G2

G4 G5 G6 Pro

du

ktg

lied

eru

ngPStruktur


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Beispiel zum Aufstellen einer Produktstruktur

A complete set of generically connected and decomposable items which ‘hold

the place’ for physical entities

Vehicle

Powertrain InteriorBIW &

ExteriorChassis Wiring

Finish Body Side Right

Body Side Left

RoofFuel Entry

Front Body

Rear Body

SpareWheelCarrier

Second Unit Body

Monoside ApertureMirror Front

Door

Rear Door

Protective Structure

MonosideReinforcements

Skin ClosureWater Shield WindowBody Side

Molding

L0

L 1

L 2

L 3

L 4

Latch HingeDoor Lock

Check Arm

Entry Keypad

L 5 Door Seal

Sound Control

Door Handle

Underbody

LockCylinderLamp

Vehicle

Powertrain InteriorBIW &

ExteriorChassis Wiring

Finish Body Side Right

Body Side Left

RoofFuel Entry

Front Body

Rear Body

SpareWheelCarrier

Second Unit Body

Monoside ApertureMirror Front

Door

Rear Door

Protective Structure

MonosideReinforcements

Skin ClosureWater Shield WindowBody Side

Molding

L0

L 1

L 2

L 3

L 4

Latch HingeDoor Lock

Check Arm

Entry Keypad

L 5 Door Seal

Sound Control

Door Handle

Underbody

LockCylinderLamp

Knoten: Gruppen

Knoten: Einzel-

teile


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Ableiten einer Stückliste aus einer Produktstruktur

Beim Generieren

von Stücklisten aus

Produktstrukturen

müssen die

Varianten und

Versionen von

Objekten sowie

deren Status und

Quantität beachtet

werden

Dazu müssen

bestimmte

Definitionen und

Regeln festgelegt

werdenComponent

Rev C

Component

Rev C

Product

ComponentDrawing

Drawing

CustomerOrder

Standard

Regulation

Manual

Drawing/A

Drawing

Change

Request

ChangeOrder

Note

Publication

Instruction

Component

Drawing/B

Drawing/C

Subassembly

Component

Rev AComponent

Component

Assembly Assembly


Beispielstückliste: CAD einer Frontleuchte eines Fahrzeugs

ACB55640_004-HDLP HOUSING

LHACB55640

ACA15293-SCREW A-SPECIAL

90506890-EXPANSION NUT_1

ACB55645_002-HDLP CAP LOW

BEAM LHACB55645

ACB55643_002-HDLP CAP HIGH

BEAM LHACB55643

ACA15293-SCREW A-SPECIAL_1

ACA15293-SCREW A-SPECIAL_2

ACB55812_002-HDLP REFLECTOR

BASIS LHACB55812

OPB42368_001-HDLP BEZEL

LHOPB42368__001____PART

ACB55637_004-HDLP LENS

LHACB55637__004____PART

Explosionsdarstellung Stückliste

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18

Komplexe Welt aus Netzwerken: Verknüpfungen

London Berlin

Vorsitzender des Vorstandes

Assistentin des Vorstandes

Projektleiter

Projektleiterin

Praktikantin

ProgrammabteilungLeitung

Vorstand

Assistent des Vorstandes

VerwaltungLeitung

Immobilien Buchhalterin

Hausmeister

Mitarbeiterin

…

Mitarbeiter

KlausKlaus

Frau H.-T.Frau H.-T.

Herr S.Herr S.

KlausKlaus

TeamleiterinTeamleiterin

KolleginKollegin

FreundinFreundin

SchwesterSchwester

Arbeit

MutterMutterVaterVater

Familie

FreundFreund

Freunde

Zweigstellenleiter

Bekannter

BekannteFreunde

ZweigstellenleiterZweigstellenleiter

BekannterBekannter

BekannteBekannteFreunde

Verschachtelung

Verknüpfung zwischen

verschiedenen Sichten

sozialer Netze

Verknüpfung zwischen Netzen

unterschiedlicher Art


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Komplexe Welt aus Netzwerken: weitere Netzwerke

Schaltplan

Prozessplan

Logistiknetzwerk

…

SchaltplanQuelle: http://minner.bwl.uni-mannheim.de

Prozessplan

Logistik-

netzwerk


Beispiel Rechnernetze: Protokolle und Anwendungen in der Praxis

Klaus möchte von London aus Produktdaten mit seiner Projektleiterin Frau H. austauschen

Darstellung des ISO/OSI-Schichtenmodells

SmarTeam

TCP

IPv4

Ethernet

SmarTeam

TCP

IPv4

Ethernet

Übertragung über WWW

Klaus

Projektleiterin

ISO/OSI 5-7

ISO/OSI 4

ISO/OSI 3

ISO/OSI 1-2

ISO/OSI 5-7

ISO/OSI 4

ISO/OSI 3

ISO/OSI 1-2

20


21

Was ist Kommunikation?

Definition:

Kommunikation ist das Senden, Übermitteln und Empfangen von

Informationen zwischen zwei oder mehreren Personen oder

Maschinen.

Weiterhin wird unter Kommunikation das wechselseitige Übermitteln

von Daten oder von Signalen verstanden. Diese haben für Empfänger

und Sender eine festgelegte Bedeutung.

Die Vorlesung Netzwerke fokussierte die Kommunikation zwischen zwei oder

mehreren Maschinen bzw. Rechnern

Zwei weitere Formen der Kommunikation:

Mensch – Mensch

Mensch – Maschine

Klaus Katrin

Klaus


22

Beispiel: Verteilte Entwicklung

Situation: Klaus ist lokal von seinem Team in Berlin getrennt und soll den aktuellen Entwicklungsstand seines Teilprojektes seiner Projektleiterin in Berlin präsentieren

Prozess der Interaktion

Kommunikation über geeignete Medien:

Internet

Telefon

Fax

…

Kommunikation über geeignete Anwendungen:

PDM System

CAD System

Videokonferenz

…

SmarTeam SmarTeam

Übertragung über WWWKlaus

Projektleiterin

ISO/OSI 5-7

ISO/OSI 1-4

ISO/OSI 5-7

ISO/OSI 1-4


Wissensmanagement: Die Wissenspyramide

▲ Kompetenz Ausbildung von Fähigkeiten

▲ Wissen Zweckorientierte Vernetzung von

Informationen

▲ Informationen In den Kontext eines Problem-

zusammenhangs gestellte Daten

▲ Daten Zusammengefügte Zeichen

▲ Zeichen Ein Element aus einem

Zeichenvorrat

Preis

€150,00

Preis

150,00 €

Neuprodukt

D N 3

M

k0

2 1 5 l

Markt-

kenntnisse

Handeln

Quellen: Gissler, Krcmar, DIN44300-1 bis DIN 44300-9

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Strategische Ebene

Operative Ebene

Aufgabengebiete des Wissensmanagements

Wissensziele Wissensbewertung

Wissensidentifikation Wissensnutzung

Wissensbewahrung

Wissensverteilung

Wissenserwerb

Wissensentwicklung

Feedback

Quelle: Probst et al.; Gausemeier

Schutz

geistigen

Eigentums

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Verkürzung von Projektlaufzeiten durch Parallelisierung

Quelle: Krottmaier

KonzeptKonstruktion

VersuchProd.-planung

BeschaffungVorserie

Serienproduktion

Konzept

Konstruktion

Versuch

Prod.-planung

Beschaffung

Vorserie

Serienproduktion

Traditional EngineeringSerial EngineeringSequential Engineering

Simultaneous EngineeringConcurrent Engineering

Zeitgewinn

25


Die Ausrichtung von Simultaneous Engineering im Unternehmen

Sicherung der bereits getätigten Fertigungs-

und LCM- Investitionen bei der

Neugestaltung der Produkte der nächsten

Generation

Bedarfsgerechte Informationsbereitstellung

für die verschiedenen Entwicklungspartner

(intern, extern, regional, global)

Frühzeitige digitale Absicherung der

Funktion und der Fertigbarkeit gemäß

Entwicklungsfortschritt

(Kostenreduzierungen, Erhöhung der

Qualität, …)

LCM … Life Cycle Management

Die Chancen der Digitalen Technologien

26


Gliederung

Vorwort



Organisatorisches

Schlussbemerkung

27


Themenüberblick: Vorlesungen

1. Einführungsveranstaltung

2. Produktentstehungsprozesse

3. Management von Entwicklungsprojekten

4. Prozessmanagement

5. Supply-Chain-Management

6. Anforderungsmanagement

7. CAx-Techniken

8. Simulation und Produktabsicherung

9. Produktdatenmanagement

10. Datenaustausch und Konvertierung

11. Varianten- und Komplexitätsmanagement

12. Change Management

13. Systems Engineering und Mechatronik

14. Produktionsplanung und digitale Fabrik

15. E-Business

28


Der Produktentstehungsprozess

Die Produktentstehung umfasst die Produktplanung, die Produktentwicklung und die Arbeitsvorbereitung der Produktion bis zum Produktionsanlauf.

Die operative Serienfabrikation („das Produzieren“) hingegen wird Produktherstellung genannt.

Unter Prozessgesichtspunkten werden alle Wertschöpfungsprozesse eines Unternehmens zusammengefasst

Tätigkeiten in der Produktentstehung teilen sich auf in:

► Direkte Tätigkeiten

Entwerfen

Modellieren

Berechnen

Simulieren

Änderungen durchführen

Stücklisten erstellen

► Indirekte Tätigkeiten:

Informationen und Kommunikation

Dokumentation und Archivierung

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Produktentstehungsprozess aus der Sicht des Produktlebenszyklus

Der Produktlebenszyklus setzt sich aus den Hauptprozessphasen der

Produktentstehung (Planung, Entwicklung, Arbeitsvorbereitung), der

Produktherstellung (operative Produktion) und des

realen Produktlebenslauf (Nutzung und Entsorgung/Recycling) zusammen.

Hauptprozessphasen werden durch Begleitprozesse, wie Marketing,

Beschaffung/Einkauf und Vertrieb, ergänzt

Begleitprozesse

VertriebMarketing

EntwicklungArbeits-

vorbereitung

Beschaffung/Einkauf

Reales

Produkt

Realer Produktlebenslauf

Informationsfluss

NutzungEntsorgung

& Recycling

Hersteller Kunden

Planung

ProduktherstellungProduktentstehung

operativeProduktion

Iterationen

30


Herausforderungen an die Industrielle Informationstechnik

Sicherstellen von:

Integrierten, parallelisierten und flexiblen Arbeitsabläufen und deren Organisation,

Verteilten Arbeitsschritten und Kernkompetenzen auf externe Partner und interne

Abteilungen

Verkürzten Entwicklungszyklen

Herausforderungen aus Produktsicht:

Zunehmende Variantenvielfalt

Steigende Produktkomplexität und –vielseitigkeit

Wachsender Anteil mechatronischer Produkte

Erhöhung der Sicherheit und Umweltfreundlichkeit

Herausforderungen aus Prozesssicht:

Kürzere Entwicklungs- und Produktionszeiten

Unternehmensübergreifende, simultane und verteilte Arbeitsabläufe

Stärkerer Einsatz interdisziplinärer und innovativer Technologien und IT-Lösungen

Zunehmende Globalisierung (Zeitzonen, Ausbildung, Kulturen, Traditionen, etc.)

Quelle: Ehrlenspiel / Bender

31


Evolution des Entwicklungsprozesses

32


Virtual Engineering

Crash-SimulationErgonomieuntersuchung

33


Gliederung

Vorwort



► Organisatorisches

Schlussbemerkung

34


Termin und Ort von Vorlesung und Übung

Ort der Vorlesung

Die Vorlesung findet im kleinen Hörsaal (PTZ 001)

Anmeldung zur Veranstaltung:

Die Anmeldung erfolgt über die Internetseite des ISIS-Portals. (einen Link finden Sie auf der folgenden Seite)

Inhalt der Übung:

Im Rahmen einer ausgewählten Aufgabestellung soll in Kleingruppen ein Produkt von der Idee bis hin zu einem virtuellen Prototypen entwickelt werden

35

So finden Sie uns:Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb

Pascalstr. 8-9

10587 Berlin


Betreuung und Unterlagen

Unterlagen zur Vorlesung► Skripte der Vorlesung werden online zur Verfügung gestellt

► Mit der dritten Vorlesung stehen die Unterlagen jeweils montags (13 Uhr) in der Woche der Vorlesung bereit (Anmeldung im ISIS-System erforderlich)

► Registrieren Sie sich bitte auf der ISIS-Internetseite für die Vorlesung unter:

https://www.isis.tu-berlin.de/course/category.php?id=48

Übungsanmeldung► Melden Sie sich bitte außerdem auf der ISIS-Internetseite zur Übung Grundlagen der

industriellen Informationstechnik an, unter:


Sekretariat von Prof. Dr.-Ing. R. Stark► Frau Behring

- Raum: 504

- Telefon: (030) 314-25416

- E-Mail: [email protected]

► Hörer- und Übungsscheine, Prüfungstermine

Ansprechpartner für die Übung:► Herr Dipl.-Ing. Kai Lindow

- Raum: 572

- Telefon: (030) 39006-212

- E-Mail: [email protected]

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mailto:[email protected]


Gliederung

Vorwort



Organisatorisches

► Schlussbemerkung

37


38

Ausblick auf diese Lehrveranstaltung

• Iterative Arbeitsabläufe

• „Workflow“ & „Workload“

Management

• Quality Gates

• Deliverables & Progress

Management

Produktlebenszyklus

Engineering Netzwerk

Virtuelles Produkt• Kontextbezogener Entwurf

• Prototypbezogene

Konfiguration

• „High-end“ Visualisierung

• Validierung

• Feedback und Optimierung

Informations- und

Kommunikationstechnologien

• CAx

• PLM

• VR/AR

• Web-Portale

• Telekommunikationsdienste

Produktentstehungsprozess

Team Kollaboration

Erfahrungswissen

• Iterative Arbeitsabläufe

• „Workflow“ & „Workload“

Management

• Quality Gates

• Deliverables & Progress

Management

Produktlebenszyklus

Engineering Netzwerk

Virtuelles Produkt• Kontextbezogener Entwurf

• Prototypbezogene

Konfiguration

• „High-end“ Visualisierung

• Validierung

• Feedback und Optimierung

Informations- und

Kommunikationstechnologien

• CAx

• PLM

• VR/AR

• Web-Portale

• Telekommunikationsdienste

Produktentstehungsprozess

Team Kollaboration

Erfahrungswissen

Quelle: Prof. Ovtcharova, Universität Karlsruhe (TH)

Entwickler

Lieferanten

Hersteller

Kunden


Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

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