Produktionssysteme

Anforderungsmanagement im PLM-Prozess

Bei der Pflege und Validierung von Produktanforderungen leistet ein Anforderungsmanagement – integriert in die PLM-Prozesse – wertvolle Unterstützung. Es macht Zusammenhänge zwischen Anforderungen, Funktionen und Bauteilen transparent und sorgt für den sicheren Umgang mit nachträglichen Änderungen. Wie effektiv die Anwender eine solche Lösung nutzen können, hängt entscheidend von der Bedienerfreundlichkeit ab. Gemeinsam mit dem Grazer Virtual Vehicle Research Center (ViF) hat Contact Software hat deshalb ein innovatives Konzept für das Anforderungsmanagement entwickelt.

Dr. Jan Kickstein, Leiter Anwendungsentwicklung, Contact Software

In vielen Branchen ist das Anforderungsmanagement heute der Schlüssel zu verkürzten Entwicklungszyklen, denn es schafft die Voraussetzung dafür, innovative Produkte schneller und mit weniger Änderungsschleifen zur Marktreife zu bringen. Welche Funktionen und Eigenschaften soll ein Produkt haben? Welchen gesetzlichen Bestimmungen muss es genügen? Was sind die Zielkosten? Diese Fragen müssen schon in der Frühphase der Entwicklung geklärt werden und entscheiden letztlich über den Markterfolg des Produkts. Die Herausforderung besteht allerdings nicht nur darin, die richtigen Anforderungen zu definieren, sondern auch dafür zu sorgen, dass sie korrekt und vollständig umgesetzt werden.

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Der Anforderungskatalog für die Produktentwicklung kann dabei viele Quellen haben: am Markt identifizierte Bedürfnisse, das konkrete Lastenheft eines Kunden, das firmeninterne Ideenmanagement, aber auch Veränderungen im Herstellungsprozess oder bestimmte gesetzliche Regelungen. Sobald Anforderungen sich auf ein konkretes Entwicklungsvorhaben beziehen, müssen sie konstruktiv umgesetzt werden und überprüfbar sein. Das Anforderungsmanagement lässt sich mithin nicht losgelöst von der Produktentwicklung betrachten und ist ein wesentlicher Bestandteil der Produktdokumentation.

Systems Engineering wird immer wichtiger

In den Unternehmen besteht großes Interesse an einer engeren Verzahnung des Anforderungsmanagements mit dem Entwicklungsprozess. Der Bedarf für eine bessere Integration rührt zum einen daher, dass die Vielfalt und Varianz der Produkte rasant zunimmt. Gleichzeitig steigt ihre Komplexität, weil ihr Innovationsgehalt immer stärker durch Elektronik und Software bestimmt wird. Die Entwickler müssen deshalb die Funktionalität des Gesamtsystems absichern, was ein interdisziplinäres und systemorientiertes Vorgehen im Sinne des Systems Engineerings erfordert. Grundlage hierfür ist die Definition, Analyse und Verwaltung der Anforderungen, und zwar unabhängig davon, in welchen Teilsystemen (Mechanik, Elektrik/Elektronik oder Software) sie später umgesetzt werden.
Ein weiterer Grund für die wachsende Bedeutung eines PLM-integrierten Anforderungsmanagements sind zum anderen immer strengere gesetzliche Vorschriften in punkto Dokumentation, Sicherheit und Umweltverträglichkeit, die bei der Entwicklung berücksichtigt werden müssen. Diese Auflagen sind häufig von Land zu Land unterschiedlich und ändern sich kontinuierlich, weshalb die Regelkonformität (Compliance) gerade für global tätige Unternehmen eine große Herausforderung darstellt. Wird eine Norm verschärft, ist mit den herkömmlichen Werkzeugen und Methoden des Anforderungsmanagements nur schwer zu beurteilen, welche Produkte, Baugruppen und Komponenten davon betroffen sind.

Die meisten Unternehmen verwalten ihre produktrelevanten Informationen heute mit Hilfe von Lösungen für das Product Lifecycle Management (PLM). Das Anforderungsmanagement ist in diese Lösungen jedoch nicht oder allenfalls lose eingebunden. Statt in einer zentralen Datenbank werden Anforderungen meist in Textdokumenten und Excel-Tabellen erfasst und gepflegt, so dass sie nicht in Beziehung zu den einzelnen Aktivitäten eines Entwicklungsprojekts oder den jeweiligen Funktionen und Komponenten eines Produkts gesetzt werden können. Gleichzeitig erschwert das dokumentenbasierte Arbeiten die gemeinsame Nutzung der Anforderungen durch Anwender unterschiedlicher Disziplinen, Abteilungen und Organisationen. Hersteller von hochkomplexen Produkten wie Automobilen oder Flugzeugen setzen deshalb oft Speziallösungen für das Anforderungsmanagement wie DOORS oder Polarion ein. Die naturgemäß mangelnde Integration separater Tools in das PDM-Datenmodell und die PLM-Prozesse erlaubt aber nur ein suboptimales Management, einschließlich der Kontrolle notwendiger Änderungen und der Erfüllung der Anforderungen.

Weitreichende Vorteile der PLM-Integration

PLM-Lösungen sind dafür konzipiert, den kompletten Lebenszyklus eines Produktes von der Ideenfindung bis zur Inbetriebnahme zu unterstützen. Von daher liegt es nahe, das Anforderungsmanagement direkt in den PLM-Prozess zu integrieren. Einer der Vorteile dieses Integrationsansatzes ist, dass die Anforderungen kein Eigenleben mehr entwickeln können, weil sie in Beziehung zu Produkt- und Projektstrukturen stehen. Ihr Status und Lebenszyklus ist für alle Projektbeteiligten jederzeit nachvollziehbar. Auch trägt das PLM-gestützte Anforderungsmanagement dazu bei, das im Unternehmen vorhandene Know-how besser nutzbar zu machen. In den Anforderungen steckt nämlich viel Produkt- und Prozesswissen, das bei neuen Entwicklungsprojekten oder bei der Variantenentwicklung in Form von strukturierten Vorlagen wiederverwendet werden kann. Diese stehen damit auch für eine systematische Differenzierung des gesamten Produktportfolios zur Verfügung.

Die Integration des Anforderungsmanagements bedeutet nicht, dass die PLM-Lösung geschlossen ist. Für Automobilzulieferer kann es beispielsweise wichtig sein, DOORS-Daten ihrer Auftraggeber im ReqIF-Format (Requirements Interchange Format) zu importieren, um den Aufwand für die Erfassung und Pflege der Anforderungen in ihrer eigenen PLM-Umgebung zu reduzieren. Gleichzeitig sind Schnittstellen zu Office-Anwendungen erforderlich, um Inhalte aus Lasten- und Pflichtenheften zu importieren und referenzieren zu können. Vielfach wollen die Unternehmen auf die dokumentenbasierte Darstellung der Anforderungen nicht verzichten, weil sie Grundlage der Abstimmung mit Kunden und Lieferanten ist.

Anforderungen können im Falle von leistungsfähigen PDM/PLM-Plattformen wie CIM Database sehr gut abgebildet und mit den übrigen Produktdaten assoziiert werden. Die eigentliche Herausforderung besteht darin, das Mehr an Komplexität, das sich aus der Integration des Anforderungsmanagements ergibt, durch eine benutzerfreundliche Gestaltung der Bedienerführung beherrschbar zu machen. PLM-Lösungen erfordern heute schon die Vernetzung von zahlreichen Objekt- und Prozesselementen, so dass sich jedes weitere Element negativ auf Anwenderakzeptanz und Nutzungsgrad auswirken kann.

ViF/Contact-Konzept setzt auf Usability

Contact Software hat deshalb gemeinsam mit dem Grazer Virtual Vehicle Research Center (ViF) ein innovatives Konzept für das Anforderungsmanagement entwickelt, bei dem ein besonderes Augenmerk auf eine intuitive, den Erfordernissen der Praxis entsprechende Handhabung gelegt wurde. Die Lösung, die in den Standard von CIM Database einfließen wird, systematisiert die initiale Abstimmung über zukünftige Produkteigenschaften und die Gewichtung der Anforderungen, unterstützt deren Pflege und Nachverfolgung im Zuge des Produktentstehungsprozesses und macht die Auswirkungen nachträglicher Änderungen transparent.

Anforderungen können im PLM-Kontext zunächst erfasst, strukturiert, kategorisiert, priorisiert und gewichtet werden. Schlüsselattribute für die spätere Validierung der Anforderungen sind der Erfüllungsgrad beziehungsweise die quantitativen oder qualitativen Sollwerte, an denen sich der Erfüllungsgrad messen lässt. Sie können gewichtet werden, um den Einfluss kritischer Anforderungen für den Gesamterfüllungsgrad hervorzuheben. Ein spezielles Cockpit unterstützt den Anwender beim Abgleich der Istwerte aus Tests und Messungen mit den Sollwerten, so dass sich der Erfüllungsgrad anhand von Ampelfarben leicht erkennen lässt.

Besonders effektiv ist das PLM-gestützte Anforderungsmanagement dadurch, dass die Abhängigkeiten zwischen Anforderungen – aber auch zwischen den Anforderungen und anderen Objekten in einem System – definiert und verfolgt werden können: zum Beispiel den Aufgaben im Projektmanagement, den Komponenten der Produktstruktur und / oder bestimmten Funktionen des (optionalen) Funktionsmodells. Letzteres dient dazu, die Funktionalität eines Produkts unabhängig von der Produktstruktur zu beschreiben, beispielsweise weil nicht von vornherein klar ist, welche Funktionen durch mechanische Bauteile, elektronische Systeme und / oder Software realisiert werden sollen. Dank dieser Beziehungen lassen sich die möglichen Auswirkungen von Änderungen auf andere Objekte überprüfen, so dass die betroffenen Personen unmittelbar benachrichtigt werden können.

Das Beziehungsgeflecht kann aufgrund der Vielzahl von Anforderungen komplex sein und erfordert deshalb komfortable, grafische Darstellungen. Eine übersichtliche Strukturmatrix vereinfacht die Verknüpfung von Anforderungen und Funktionen oder auch von Funktionen und Artikeln, wobei unterschiedliche Typen der Abhängigkeit definiert werden können. Anhand eines Abhängigkeitsgraphen können die Beziehungen ausgehend von einem bestimmten Objekt in unterschiedlicher Detaillierung beziehungsweise Darstellungstiefe veranschaulicht werden. Die Ergebnisse aus der Validierung lassen sich mit Hilfe der leistungsfähigen Report-Funktionen des PLM-Systems für Präsentationen oder Besprechungen aufbereiten.

Fazit

Zusammenfassend ist die Integration des Anforderungsmanagements in die PLM-Umgebung ein entscheidender Schlüssel, um nachträgliche Änderungen an den Anforderungen und ihre Auswirkungen auf Funktionen und Komponenten des Gesamtsystems transparent darzustellen und effektiv zu managen. Intuitiv zu bedienende GUI-Elemente wie Strukturmatrix, Abhängigkeitsgraph und Validierungs-Cockpit tragen dazu bei, die Komplexität des Anforderungsmanagements im PLM-Kontext zu reduzieren, und sorgen für eine hohe Anwenderakzeptanz. Seine Stärken kann das PLM-gesteuerte Anforderungsmanagement überall dort ausspielen, wo interdisziplinäre Teams an hochkomplexen Produkten arbeiten und nachträgliche Änderungen sehr kostspielig werden können. Dies gilt insbesondere für die Automobil- oder Luftfahrtindustrie und ihre Zulieferer, aber auch für andere Hightech-Branchen.

Contact Software GmbH, Bremen Tel. 0421/20153-0, http://www.contact.de

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