Product Lifecycle Management

PLM verstehen und umsetzen

Keine wichtige Innovation verpassen, schnell am Markt sein und das bei vertretbaren Kosten und hoher Produktqualität. Das sind die Herausforderungen, denen sich Unternehmen heute stellen müssen. Bei der daraus abgeleiteten Notwendigkeit zur Optimierung stand lange Zeit die Produktion im Fokus. Das Engineering im Produktentstehungsprozess (PEP) wurde Aufgrund seiner Komplexität von Optimierungen weitgehend ausgenommen. Getrieben von der zunehmenden Produktkomplexität und der für die Industrie 4.0 Umsetzung dringend benötigten digitalen Modelle tritt der Produktentstehungsprozess verstärkt in den Fokus. Optimierungsprojekte unter dem Begriff Product Lifecycle Management (PLM) führten in den letzten Jahren oft zu Enttäuschungen geführt. Ein Grund dafür ist die in der PLM-Diskussion verbreitete Überzeugung, dass sich der PEP wie durch Zauberhand durch Installation einer Software optimieren ließe. Dies ist nicht der Fall. Dennoch ist es möglich die Produktentstehung zu gestalten.

Die Notwendigkeit zur Optimierung der Produktentstehung wird immer dringlicher. Nach Einschätzungen von Marktexperten [1] haben 50 Prozent der Produkteinführungen keinen Erfolg, 33 Prozent der neuen Produkte erfüllen nicht die notwendige Marge und 80 Prozent der Projekte benötigen 20 Prozent mehr Personenstunden als ursprünglich geplant war.

Warum ist das so? Produktentstehung ist komplex und wird mit der kommenden Diskussion um smarte Produkte und Industrie 4.0 noch komplexer werden. Es ließe sich also argumentieren, hohe und zukünftig steigende Kosten seien unvermeidlich und alternativlos. Mit einer solchen pauschalen Aussage darf man sich nicht zufrieden geben. Wie in der Produktion seit Jahren selbstverständlich, muss Optimierung auch im PEP möglich und umsetzbar sein.

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Um sich diesem Thema nähern zu können, ist es notwendig, den PEP und die Gründe für dessen zunehmende Komplexität zu verstehen. Aktuell erleben wir eine explosionsartige Zunahme der verfügbaren Applikationen im PEP. Entwicklung wird heute virtuell durchgeführt. Alle wesentlichen Produkt- und Produktionsaspekte können mit Modellen vorab untersucht werden. Da alle Modelle Aspekte desselben Produkts abbilden, haben sie vielfältige Redundanzen. Der Druck, Produkte immer schneller zur Marktreife zu bringen, erzwingt heute Simultaneous Engineering; das heißt das gleichzeitige Arbeiten vieler Personen aus unterschiedlichen Abteilungen am selben Produkt. Die zuvor genannten Modelle werden somit häufig simultan erzeugt. Erkenntnisse zum Produkt aus einem Modell müssen dann umgehend in allen abhängigen Modellen aktualisiert werden. Dies macht die kontinuierliche Synchronisation unzähliger Informationen über Modell- und Abteilungsgrenzen hinweg notwendig.

PEP als Beziehungsgeflecht

Um zu verstehen, was dies tatsächlich bedeutet, ist nachfolgende Analogie hilfreich: Jedes Modell, das vom Produkt in einer Applikation (sei es ein CAD-System, Simulation, Excel, PLM-System etc.) abgebildet wird, ist mit einer Kiste, in der sich Bälle befinden, vergleichbar. Die Bälle in den Kisten stehen für die modellspezifischen Informationen (etwa die Teile, Baugruppen oder Komponenten des Produkts). Die Bälle innerhalb einer Kiste sind üblicherweise systematisch strukturiert und vernetzt. Diese Vernetzung ist damit sicht- und handhabbar. Die Bälle sind aber auch über die Kisten hinweg durch „unsichtbare“ Schnüre vernetzt (siehe Bild 1). Zieht man an einen Ball, dann zieht man - zumeist unwissend - auch an einer unsichtbaren Schnur und beeinlusst damit Bälle in den anderen Kisten.

Vergisst man dies zu berücksichtigen, entstehen schnell hohe Kosten. So wurde beispielsweise bei einem Automobilzulieferer eine vom Kunden geforderte Konstruktionsänderung in den Konstruktionsmodellen angepasst, jedoch nicht in den Modellen der Qualitätssicherung. Gutteile wurden daher aufgrund veralteter Unterlagen der Qualitätssicherung als Ausschuss deklariert und verschrottet. Der entstandene Schaden ging in die Millionen. Dokumentiert werden solche Fälle selten. Oft werden sie unter den Teppich gekehrt und erreichen, wenn es sich vermeiden, lässt auch das Management im eigenen Unternehmen nicht.

Die skizzierten Auswirkungen der Abhängigkeiten zwischen den Modellen im PEP sind den meisten Akteuren nicht bewusst. Oft erfolgt - wenn die daraus resultierenden Probleme zu groß werden - der Ruf nach neuen, noch mächtigeren Modellen, die dann zusätzlich zu handhaben sind und das Problem verschärfen.

Die Produktentstehung im eigenen Unternehmen hinterfragen

In wieweit der PEP in einem Unternehmen tatsächlich gestaltet ist, lässt sich mit folgenden sieben Fragen sehr einfachen prüfen: Gab es im Unternehmen Projekte, in denen die Umgehensweise mit Produktinformationen über den Lebenszyklus diskutiert und gestaltet wurde? Könnten die Akteure im PEP Mehrwert und Zweck der Modelle, die sie aufbauen benennen? Ist bekannt in welcher Granularität die Informationen in den Modellen gebraucht werden? Ist der Zeitpunkt bekannt, wann welche Modelle notwendig sind? Ist bekannt welche Quell- und Zielmodelle das jeweilige Modell hat? Können die Informationen so erzeugt werden, dass sie genau dann vorhanden sind, wenn sie gebraucht werden? Könnten Sie aufzeigen, wie die Informationen im zeitlichen Verlauf des PEPs zwischen den Modellen tatsächlich fließen?

Die Erfahrung zeigt, dass die wenigsten Unternehmen die gestellten Fragen beantworten können. Trifft dies zu, dann folgt daraus, dass dort Informationen unnötig oder auf Basis falscher Annahmen erzeugt und wichtige Informationen nicht immer weitergeleitet werden. Die Folge sind Entscheidungen auf der Basis unzureichender Informationen, die dann oft kostenintensiv nachjustiert werden müssen.

Lifecycle Mapping: Wertstromdesign für die Produktentstehung

Vor dem beschriebenen Hintergrund ist die Do(PLM)Con Methode ein geeignetes Mittel, die Fragen zu klären und den PEP dann entsprechend der individuellen Unternehmensanforderungen zu gestalten [2], [3], [4].

Die Do(PLM)Con Methode nahm ihren Ursprung in Fachdiskussionen erfahrener PLM Architekten, die vor der Aufgabe standen, das Zusammenwirken von Produktmodellen über den Zeitverlauf des PEP zu gestalten. Nachdem Versuche, dies mit gängigen Methoden durchzuführen, scheiterten, blieb nur die Möglichkeit einen eigenen Ansatz zu entwickeln.

Die Do(PLM)Con Methode und ihr Hauptwerkzeug, das Lifecycle Mapping, unterscheiden sich grundsätzlich von bisherigen Ansätzen. Lifecycle Mapping fokussiert auf den Fluss der Informationen zwischen den Modellen im Unternehmen, konzentriert sich dabei auf das Wesentliche, so dass zur Anwendung Bleistift und Papier ausreichen. Es verzichtet auf eine komplizierte IT-Sprache und macht damit eine gemeinsame Diskussion aller Beteiligten, unabhängig von ihren Vorkenntnissen, möglich. So entsteht ein klares Bild des PEP im betrachteten Unternehmen, auf dem zuvor unerkannte Lebenszyklusaspekte sichtbar werden. Mit einer solchen Landkarte zu arbeiten, ist ein wenig so, als könnte man sich von seinem Arbeitsplatz aus in einen Hubschrauber setzen, nach oben fliegen um dann die Informationen im PEP des Unternehmens tatsächlich fließen zu sehen. Mit einer solchen Landkarte lassen sich sehr einfach Schwachpunkte lokalisieren und dann geeignete PLM-Strategien ableiten, die diese beheben.

Lifecycle Mapping in der Anwendung

Nachfolgend wird die Anwendung des Lifecycle Mapping anhand eines stark vereinfachten Beispiels gezeigt. Das betrachtete Unternehmen stellt Werkzeugmaschinen in Auftragsfertigung her. Im Rahmen einer Analyse mit der Do(PLM)Con Methode wurden eine Reihe von Schwachstellen im PEP des Unternehmens erkannt. Eine dieser Schwachstellen wird nachfolgend, anhand der entsprechenden Lifecycle Map, diskutiert.

Dem Unternehmen gelang es nicht, die technischen und warenwirtschaftlichen Produktmodelle synchron zu halten. Dadurch werden häufig falsche Teile bestellt, was hohe Folgekosten verursachte. Ein weiteres Problem waren die sich daraus ergebenden lange Durchlaufzeiten bei Aufträgen mit hohem Neuentwicklungsanteil. Die Konkurrenz konnte oft schneller liefern, wodurch regelmäßig wichtige Aufträge verloren gingen.

Um die Ursachen der Probleme zu lokalisieren, wurde der Informationsfluss der Produktinformationen mit Hilfe von Lifecycle Mapping analysiert. Im Bild 2 ist ein Ausschnitt einer der erstellten Lifecycle Maps zu sehen. Die Rechtecke stehen für Produktinformationen in den Teilmodellen des PEP und deren zeitlichen Entwicklung. Die Pfeile/Linien, inklusiv der zugeordneten Symbole, bilden die organisatorische Vernetzung der Teilmodelle ab. Auf der Zeitachse werden die Meilensteine des PEP dokumentiert.

Mit Eingang eines neuen Auftrags erstellt der verantwortliche Produktmanager eine erste Produktstruktur für das Neuprodukt im TDM-System (Technical Document Management) und verteilt die Konstruktionsaufgaben an die beteiligten Konstrukteure (Bild 2, Produktstruktur Produkt A). Im Fortschreiten der Produktentwicklung klären dann die Konstrukteure mit den Warenwirtschaftlern ad hoc, in Meetings oder telefonisch die Materialentsprechungen für angepasste und/oder neue Teile (Bild 2, Pfeile zwischen Produktstruktur Produkt A und Materialstamm). Vor Abschluss der Konstruktionsphase initiiert der Produktmanager die manuelle Erstellung einer Stamm-Stückliste (Bild 2, Stamm-Stückliste) im ERP-System (Enterprise Resource Planning) die er manuell von der Produktstruktur im TDM-System ableitet. In der PEP Analyse wurde dieses Zusammenspiel als wesentliche Ursache für das beschriebene Problem identifiziert. Die Verknüpfung zwischen Materialstamm und Produktstruktur Produkt A ist gewachsen, jeder Beteiligte löst die Kommunikation zwischen den Systemen individuell. Es existiert weder eine abgeglichene Datensemantik noch ein organisatorisches Konzept, um die Stamm-Stücklisten und den Materialstamm mit den Daten der Produktstruktur synchron zu halten. Die Verbindung der IT-Systeme (TDM & ERP) ist manuell. Veränderungen in den jeweiligen Modellen werden daher oft nicht oder fehlerhaft kommuniziert.

Umsetzung eines schlanken Produktentstehungsprozesses

In Bild 3 ist die verbesserte und erfolgreich im Unternehmen umgesetzte Lösung zu sehen. Dabei wurden in einem ersten Schritt die semantischen und dann die organisatorischen Probleme gelöst. Nach Analyse der vorhandenen Produktstrukturen, des Materialstamms und der Stamm-Stücklisten wurde festgestellt, dass im vorliegenden Fall eine 1:1 Zuordnung der Teile zwischen Produktstruktur, Materialstamm und Stammstückliste möglich ist.

Um diese zu realisieren, wurde die gewachsene, funktionale Struktursemantik der Produktstruktur in die logistisch orientierte Semantik der Stamm-Stückliste überführt. Dazu mussten Baugruppenumfänge verändert werden, so dass in jedem Fall eine eindeutige Entsprechung dieser im Materialstamm des ERP-System (Bild 3, semantischer Abgleich) sichergestellt werden konnte.

Um diese Eindeutigkeit zu realisieren, wurden alle relevanten Zuordnungsfälle zwischen den Modellen herausgearbeitet und jeweils spezifisch gelöst. Ein Beispiel dafür sind Profilstangen. In der Produktstruktur werden die tatsächlich verbauten Längen der Profilstangen modelliert. Im Materialstamm sind lediglich kaufbare Standardlängen verzeichnet. Zur Gewährleistung der eindeutigen Zuordnung wurde für Stangen in der Produktstruktur die Möglichkeit geschaffen, die Teillängen zu disponierender Profilstangen zu definieren. Mit Lösungen aller Zuordnungsfälle wurde es möglich, Materialstamm und Stamm-Stückliste über die Produktstruktur zu steuern. Die Produktstruktur wurde als führende Informationsquelle definiert. Das bedeutet, dass die Neuanlage eines Materials immer von der Produktstruktur aus erfolgen muss. Damit wurde das zugrunde liegende semantische Problem behoben und ermöglicht, jederzeit von der Produktstruktur auf das Material zu schließen (Bild 3, Pfeilrichtungen zwischen Produktstruktur, Materialstamm und Stamm-Stückliste).

In einem nächsten Schritt wurde die Organisation des PEP neu gestaltet. Bei Anlage der Produktstruktur bestimmt der Produktmanager sowohl auf Konstruktions- als auch auf Warenwirtschaftsseite Teile- beziehungsweise Komponentenverantwortliche. Die Kommunikation zwischen diesen erfolgt über einen definierten Freigabeprozess, den der Konstrukteur auslöst. Nach erfolgreicher Freigabe findet die Datenübergabe zwischen den Systemen statt (Bild 3, Symbolik an den Pfeilen zwischen Produktstruktur, Materialstamm und Stamm-Stückliste).

Zur technischen Unterstützung der Lösung wurde ein PLM-System eingeführt, welches das TDM-System ersetzte. Es trägt alle Produktstrukturen. Damit war es möglich, den zuvor definierten Prozess an wesentlichen Stellen zu automatisieren. PLM- und ERP-System wurden über eine Schnittstelle verknüpft. So konnte, zum Beispiel nach Durchlauf eines Freigabeworkflows, ein automatischer Übertrag der Teileinformation ins ERP-System erfolgen.

Fazit und Ausblick

Am beschriebenen Beispiel lässt sich erkennen, dass die Gestaltung des PEP im Wesentlichen auf einer intelligenten, kontext- und zeitbezogenen Vernetzung von Informationen beruhen muss. Es ist notwendig, diese vor der Einführung eines PLM-Systems zu gestalten. Die Aufgabe dies durchzuführen, fällt der Entwicklungsabteilung und der Produktionsvorbereitung zu. Sie sollte nicht, als IT-Thema verpackt, an die IT-Abteilung ausgelagert werden. Nach erfolgreich abgeschlossener Gestaltung des PEP kann dieser mit Hilfe von PLM-Systemen automatisiert werden.

Die Do(PLM)Con und ihr Werkzeug das Lifecycle Mapping ist die Grundlage dafür, den PEP einer Optimierungsdiskussion zugänglich zu machen. Durch ihre Anwendung lässt sich die Einführung von PLM viel präziser und systematischer planen, als es aktuell möglich ist. -sg-

Quellen:

2. Fischer, Jörg W.; Lammel Bernhard; Hosenfeld Dirk; Bawachkar Deodatt; Brinkmeier Bernd: Do(PLM)Con: An Instrument for Systematic Design of Integrated PLM-Architectures.

3. Fischer, Jörg W.; Rebel, Martin; Lammel, Bernhard; Gruber, Jürgen: Systematic optimization of the Product Development Process with PLM-ML.

4. Fischer, Jörg W.; Stowasser, Sascha: Industrial Engineering und Lean Product Development.

Autoren: Prof. Dr.-Ing. Jörg W. Fischer, Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Hoheisel und Prof. Dr.-Ing. Ute Dietrich, Steinbeis Transferzentrum für Rechnereinsatz im Maschinenbau

Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. hc Jivka Ovtcharova, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

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