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Copyright Blum, Christoph Lutz

Wissensbasierte Konfiguration und Konstruktion kundenindividueller Produkte

SWISS PLM Forum 2010, 11. November, HS RapperswilChristoph Lutz, Leiter Engineering Services, Julius Blum GmbH

© Julius Blum GmbH, Christoph Lutz SWISS PLM Forum 2010, 11. November, HS Rapperswil

Übersicht

Kurzvorstellung Julius Blum GmbHUnternehmensdaten, Innovationsprozesse, PDM

Assistenzsysteme für die Konfiguration und Auslegung kundenindividueller Lösungen

Ausgangssituation und ZielsetzungPositionierung von IT-Technologien – Fokus der BetrachtungProzessanforderungen

Problemfelder bei Einführungs- und Umsetzungsprojektengenerelles VorgehenWissenserfassung und –formalisierungIntegration in die Arbeitsumgebung des Konstrukteurs (CAx/PDM)

Zusammenfassung


Kurzvorstellung Firma Julius Blum (1/3) Unternehmensdaten

Hauptsitz in Höchst am Bodensee/Österreich

7 Produktionswerke in VorarlbergWeitere Produktionsstandorte inUSA, BAS, PL23 Tochtergesellschaften

Gegründet 1952Julius Blum

293341 371,9

448,7509,6

555,5

0

100

200

300

400

500

600

700

96/97 97/98 98/99 99/00 00/01 2001/02

Umsatz 09/101,04 Mrd. EUR

5000 Mitarbeiter

97% Export

Branche/ProdukteZulieferer für MöbelindustrieKlappen-, Auszugs-, Scharniersysteme

http://www.blum.com/at/de/02/40/10/index.php


Kurzvorstellung Firma Julius Blum (2/3) Engineering und Innovationsprozesse

700 Ingenieure, Techniker und Fachspezialisten am Standort Höchst (eigenes Werk)Fachbereiche: Forschung, Produktentwicklung, Betriebsmittelentwicklung, Betriebsmittelherstellung, LehrlingsausbildungIn Top 5 österreichischer Unternehmen in Bezug auf jährliche Patente und Gebrauchsmuster

Betriebsmittel

Prozess Innovationen

Produktentwicklungsprozes Produkte, Verarbeitungshilfen

Produkt Innovationen

Werkzeuge: Konstruktion und Herstellung

Montageanlagen: Konstruktion und Herstellung

Produktinnovationsprozess

Auch kunden-individuelleLösungen

Auch kunden-individuelleLösungen


Kurzvorstellung Firma Julius Blum (3/3) CAx/PDM bei Blum

400 CAx-Arbeitsplätze (SolidWorks, E3, MSC-SimXpert, Adams, Moldflow)2,8 Mill. verwaltete CAx-Objekte in SmarTeam (+ 30T pro Monat)ENOVIA V6 als PDM in der Produktentwicklung (Rollout Nov. 2010)

Masterliste = St ückliste + bereichsspez . ZusatzinfosStücklisteStammdaten -management

Frühe Phase (Anforderungen, Funktionen, Bauteile)

SolidWorks SmarTeam EnoviaCAD-Verwaltung (ab 2012 direkt in Enovia)

Erzeugersysteme EnoviaVerwaltung v. ReferenzdokumentenCAD2Part / CAD2BOM

Entwicklungsvarianten Änd.wesen /Konfig.mngt ERP-KopplungFertigungsdaten,

Auftragsdaten


Übersicht





Zusammenfassung


Ausgangssituation und Zielsetzung

Zielsetzung und Herausforderung:Konstrukteursgerechte Assistenzsysteme

Unter individualisierten Produkten werden Bündel aus Sachprodukten und Dienstleistungen verstanden, die sowohl Standard- als auch individuelle Komponenten enthalten.

Individualisierte ProdukteVarianten sind unterschiedliche Ausprägungen eines Produkts bzw. von Teilen oder Merkmalen eines Produktes.

Markt/KundeAnsprüche steigenBedürfnisse werden individuellerGlobalere Märkte

Wettbewerbs-Differenzierungwird schwieriger

Anzahl der Produktvarianten steigtKonfigurationswissen wird komplexerAufwände in der Konstruktion steigen

Umfelderhöhte Innovations- undTechnologiedynamikverkürzte Entwicklungs- undTechnologiezyklenAuswirkungen der Informations-und Wissensgesellschaft

Produkt

Geeignete Maßnahmen zur Beherrschung

StandardisierungModularisierung

BaukästenProduktplattformen

IT-Unterstützung zur Auslegung und Konfiguration


Aktivitäten zum Thema KBE – Knowledge Based Engineering

http://www.swop-project.eu/

Institut für Konstruktionswissenschaftenund Technische LogistikForschungsbereich Maschinenbauinformatikund Virtuelle Produktentwicklung (MIVP)http://www.mivp.tuwien.ac.at

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Detlef [email protected]

Forschungsarbeiten

Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten

EvaluationsprojekteWissenslandkarten, Wikis, IntranetWissensmanagementMachbarkeitsuntersuchungen und Pilotprojekte mit mehreren Marktlösungen

TechnologiemanagementEngineering Technologien: eines von 4 strategischen Technologiefeldernneben PDM ist KBE ein eigenes Modul

strategische Technologiefelder

Virtuelle Produkt- und Betriebsmittelentwicklung

Prozesse, Projekte, Planung

PIP-begleitendes Informationsmanagement

Technische Berechungen undnumerische Simulation

Produkt-technologien

Engineering Technologien

Produktions-technologien

Betriebsmittel-technologien


Assistenzsysteme Positionierung des Einsatzes – Fokus der Betrachtung

Auslegen/KonstruierenGrad der wissensbasierten Unterstützung

niedrig hoch

KonfigurierenGrad der wissensbasierten

Unterstützung

niedrig

hoch Produkt-konfiguratoren

KBESysteme

CADFeaturetechnik

Parametrik

PDM/ERPVarianten-

konfiguratorenDesign

Automation

ganzheitliche„Assistenz“

(ideales SW-System)

3D-ProduktKonfiguratoren

Assemble-to-Order (ATO) – Standardprodukt mit herstellerspezifischen Varianten Grundgedanke ist eine auftragsneutrale Vorfertigung verbunden mit einer kundenspezifischen Endfertigung oder Montage.

Make-to-Order (MTO) – Standardprodukt mit kundenspezifischen Varianten Das Produkt wird teilweise aus vordefinierten Komponenten und teils aus nur vorgedachten Komponenten zusammengesetzt. Dementsprechend entstehen bei diesem Konzept auch neue Teile.

Ort der Nutzung

Intern(beim Hersteller/Anbieter)

Extern(beim Kunden)

AnwenderOrientierung

(wer führt aus?)

Technik

Vertrieb

1

43

2

Aussendienst-MA

Kunde (Einkäufer)

Kunde (Konstrukteur)

Innendienst-MA

Produktmanager

Konstrukteur


Prozessanforderungen Gleiche Kriterien wie bei „klassischer“ Arbeitsweise

CAD

Spezifikationen

CAD/PDM-zentrierte Arbeitsumgebung des Konstrukteurs/Entwicklers

Stammdaten-/Stücklisten

Entw.-/Prod.-varianten Änd.wesen/Konf.mgnt

PDM

Sauber definierte, digitale Produktrepräsentationen als Basis für weitere Prozesse

Zeichnungen StücklistenCAD-Modelle

MontageplanungMontage

Qualitätskontrolle

FertigungsaufträgeKalkulation

BeschaffungPlanung

EinbauuntersuchungenSimulationPrototyping

NC-Fertigung

„klassische“Arbeitsweise

Assistenzsystem

mitAssistenzsystem


Übersicht





Zusammenfassung


Problemfeld I

Problemfeld:Ganzheitliche Betrachtung und adäquates Vorgehen bei der Konzeption und Einführung

Problembeschreibung:Potentiale werden erkannt – Verantwortliche tun sich schwer, eine Technologie-Entscheidung zu treffenRahmenbedingungen für eine erfolgreiche Einführung unklarVielzahl von Softwarelösungen mit unterschiedlichen AnsätzenKomplexe Zusammenhänge bei kombinierten Aufgaben aus Konfiguration und Konstruktion

Anforderungen und Fragen:Praxiserprobter Leitfaden für den Gesamtprozess

- wie sehen die Teilschritte im Detail aus (was ist die Aufgabe, was ist das Ergebnis)? - welche Gestaltungsoptionen gibt es? Welche Probleme können auftreten?- welche Methoden und Lösungsansätze könnten für den jeweiligen Teilschritt angewendet werden?

Hilfestellungen für eine Projektvorbereitung und Entscheidung- welche Einflussgrößen sind zu berücksichtigen? Welche Rahmenbedingungen müssen geschaffen werden?- wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit aus?- eignet sich mein Produkt für eine derartige Unterstützung? Welche Kriterien sind für eine Technologieauswahl wichtig?

Lösungskonzept:methodengestütztes Vorgehensmodell


Lösungskonzept methodengestütztes Vorgehensmodell

VorbereitungUmsetzung

BetriebWissensakquisition Wissensformalisierung Implementierung

Vor

gehe

nTe

ilsch

ritte

AnalysenUmfeldAufgabe/ZielAnforderungenWirtschaftlichkeitRisikoInfo-Quellen

informelles PMHerkunft, Relevanz,Eignung u. Nutzen derDaten und InformationenStrukturierung undKlassifizierung derDaten und InformationenIdentifizieren vonBeziehungs- und Regel-wissen

formelles PMProduktdefinition/ProduktstrukturProduktbeschreibung/Geometrie(master)modellKonfigurationsstrategieBeziehungs- und Regeldefinition

Konzeption und Reali- sierung der Assistenz

Systemevaluation undKonzeptionImplementierung desformellen PMIntegration in betrieblichesUmfeldPilot, Tests

produktiver EinsatzSchulung der Anwenderpraktische AnwendungKVPÄnderungsmanagement

Experte (Konstrukteur)

Anwender(Konstrukteur)

Auftraggeber (Konstruktionsleiter)

Wissensingenieur(Knowledge Engineer)

warten

anwenden/wartentesten

implementierenformalisieren

prüfenvermitteln

erfassen

beauftragen

analysieren

optimierenanfordern

Schritt Aufgabe Ergebnis mögl. Teilproblemfelder, Risiken Gestaltungsoptionen, Lösungsansätze und Methoden

1n


Problemfeld II

Problemfeld:Erwerb, Formalisierung und rollengerechte Verwaltung von Konfigurations- und Konstruktionswissen (K&KW)

Problembeschreibung:K&KW ist über viele „Träger“ (explizite, implizite) verteiltK&KW ist wenig formalisiert und deshalb für das Unternehmen langfristig nicht gesichertKonstrukteure und Wissensingenieure haben unterschiedliche Sichten und Methoden auf/für die Dokumentation/Modellierung von K&KWDie Wissensbasen existierender IT-Lösungen sind für die Konstrukteure schwer zugänglich und verständlich – dies macht insbesondere bei der Pflege und bei Erweiterungen große Probleme.

Anforderungen und Fragen:Gemeinsame Sicht und direkter Einfluss auf das relevante K&KW

- Wie kann das implizite Wissen des Konstrukteurs methodisch erfasst werden?- Welche Formen der Dokumentation sind zweckmäßig/zielführend um die beiderseitigen Bedürfnisse zu erfüllen?- Wie kann diese konsistent gehalten werden (Fehlerbehebung, Änderungen, Erweiterungen)?

Möglichkeiten teilgenerischer Übergaben an das Assistenzsystem- Welche Informationen sind für den Aufbau eines PK&A-Assistenzsystems erforderlich?- Wie müssen dafür die Informationen formell gestaltet sein?

Lösungskonzept:WEFA – Wissenserfassungs- und -formalisierungsassistent


Herausforderung Rollenspezifische Sichten für Experten und Wissensingenieur

PDMData Manager, Design Engineer

new standard componentsDesign tables / Object parameter lists

„other“ Sources

„Engineering Data Management World“

CAD

Design Engineerexisting DesignsTemplates

„CAD-World“

KBES specific Knowledge Base

KBES

„Configuration/Design World“

Knowledge EngineerDesign Engineer

KBES Generator

“Same View” to relevantData, Information, Knowledge

Knowledge Engineer Expert / Design Engineer

Class models,XML-diagrams,Programming syntax

CAD-Modells,BOMs, Constraints,Rules,

formalized knowledge

Data and Knowledgein „Expert/User language“

Föderierte Wissensbasis

Expert / Design EngineerMaster Assemblies configuration knowledgedesign knowledge


Lösungskonzept Wissenserfassungs- und –formalisierungs Assistent

(7) Beziehungen Eingabeparameter/Komponenten (Matrix - DMM)

(8) + (9) Konfigurations- und Konstruktionsregeln (Matrix DSM)

Grundlage/Ansatz:Matrix-Methoden

(6) Erfassen der Eingabe-/Steuerparameter; Domänenspezifikation

(1) + (2) Erfassen und Klassifizieren aller eingesetzten Komponenten

(3) Teilevarianten aufbereiten, Sachmerkmale bestimmen

(4) Erfassen der relevanten Geometriemerkmale; Domänenspezifikation

(5) Entwickeln der variablen Produktstruktur


Problemfeld III

Problemfeld:Implementierung und Einbindung des PK&A-Assistenzsystems in die CAD/PDM-zentrische Arbeitsumgebung

des Konstrukteurs

Problembeschreibung:Struktur- und Teileinformationen über Produkte sowie Sachmerkmale (Attribute) und Variantentabellen sind vielfach in PDM-Systemen gespeichert. PK&A-Assistenzsysteme benötigen aufgrund ihres Aufbaues und der Inferenzmechanismen diese Informationen im eigenen Datenmodell. Dies führt zu Doppelverwaltung, Inkonsistenzen und Fehlern.Auch mit Unterstützung eines Assistenzsystems benötigt der Konstrukteur am Ende seiner Arbeit ein fertigungs- bzw. montagegerechtes, konsistent aufgebautes, verwaltetes CAD-Modell (Bauteile, Baugruppen). Gängige Mastermodellansätze berücksichtigen diese Umstände unzureichend.

Anforderungen und Fragen:Alle konfigurationsrelevanten Informationen von Standard- und Variantenteilen sollten weiterhin zentral im PDM-System verwaltet werden.

- wie können Teileinformationen, Variantentabellen und Sachmerkmalsleisten in das Assistenzsystem überführt werden?- wie kann die autonome Pflege der PDM-Daten mit der Wissensbasis der Assistenz synchronisiert werden?

Von der Assistenz generierte CAD-Modelle müssen den CAD-Konstruktionsmethoden entsprechen- wie lassen sich bestehende (verwaltete) CAD-Modelle in das Masterkonzept der Assistenz einbinden?- welche Gestaltungsoptionen sind beim Aufbau von Mastermodellen zu berücksichtigen bzw. zweckmäßig?

Lösungskonzept:Generische, föderierte Wissensbasis


Erstellung und Einsatz eines Assistenzsystems Berührungspunkte mit PDM

Erstellung/Entwicklung des Assistenzsystems(Konfigurationsmodell, Mastermodell)

Einsatz/Anwendung des Assistenzsystems

StandardteileVariantenteileneue Bauteile

Variable ProduktstrukturEingabeparameter

KonfigurationswissenKonstruktionswissen

Metadaten (Teile, CAD-Modelle)Variantentabellen <= Klassifizierung/SMLs

(Varianten) Stücklisten

(regelbasierte Variantenstücklisten)

GeometriemodellePlatzhalter

Parametermodelle

Masterassembly

(Konfigurationsmodelle)

PDM-SystemTeileverwaltungCAD-Verwaltung

CAD-System

InitialisierenModell suchen

KonfigurierenStandardteile aktivieren/unterdrücken/austauschenVariantenteile aktivieren/unterdrücken/austauschen

neue Bauteile erzeugenneue Variantenteile erzeugen

Abschliessenneue BT,BG verwalten

CAD-Modell instantiieren/bereinigen

CAD-Verwaltung

CAD-Verwaltung, TeileverwaltungStücklisten, Klassifizierung, SMLs,Variantentabellen

Temporäres CAD-Modell


CAD

PDM

Lösungskonzept Föderierte Wissensbasis (mit generischen Funktionen)

Anwender(Konstrukteur)

initialisieren (starten) konfigurieren abschliessen

AssistenzsystemWissensbasis

Konfiguriertes Produkt

Neue individuelle BG

Neue individuelle BTe

Neue individuelle BG

Neue Varianten BTe

Neue individuelle BTe

NeueVarianten BTe

Mastermodell aktuelleVarianten BTe

FöderierteWissensbasis Aktuelle konf.spez.

VariantentabellenNeutralesKonfigurationsmodell

assistenzspezifischesKonfigurationsmodell

Wissensingenieur

erstellen

Start einerKonfiguration

temporäresKonfigurationsmodell

Assistenzgenerator Assistenzsystem

updategenerische Unterstützung

getriggerter Update

DataManager,Konstrukteur

NeueVarianten BTe

PDM Verwaltung PDM Verwaltung PDM Verwaltung


Zusammenfassung

PotentialeGuter Ansatz zur Unterstützung der Produktindividualisierung(Time to Market, Beherrschung der Kosten, Variantensteuerung/-beeinflussung)Sales und/oder Engineering FokusEntlastung von Experten, Erweiterter Zugang für MA (Konstruktion, Vertrieb)Form der Wissenssicherung für das Unternehmen

ErfolgsfaktorenRollenbesetzung, -verteilung. Einbezug aller Betroffenen.Ganzheitliche ProzessbetrachtungRollengerechte Erfassung, Formalisierung und Pflege von KonstrukteurswissenEinbindung in PDM (und CAD)

Wunsch an System- bzw. Technologieanbieter

Auslegen/KonstruierenGrad der wissensbasierten Unterstützung

niedrig hoch

KonfigurierenGrad der wissensbasierten

Unterstützung

niedrig

hoch Produkt-konfiguratoren

KBESysteme

CADFeaturetechnik

Parametrik

PDM/ERPVarianten-

konfiguratorenDesign

Automation

ganzheitliche„Assistenz“

(ideales SW-System)

3D-ProduktKonfiguratoren

Systeme sind nur Mittel zum ZweckProzesse stehen im Vordergrundrollen-/benutzergerechtere Funktionalitätenmehr Augenmerk auf Integrationsaspekte


Kontakt

Dipl.-Ing. (FH) Christoph Lutz, MScLeiter Engineering [email protected].: +435578/705-3325

mailto:[email protected]

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