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Systems Engineering

Digitale TransformationIndustrie 4.0 noch lange nicht umgesetzt

Digitalisierung in der Produktion

Die Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktionstechnik (WGP) ist ein Zusammenschluss führender deutscher Professorinnen und Professoren der Produktionswissenschaft. Zwei Jahre nach einem Weckruf an Politik und Wirtschaft bleibt für die neue Regierung laut WGP noch viel zu tun.

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Systems EngineeringKomplexität einfach gemacht

Um einen durchgehend digitalisierten Produktionsprozess von der Planung bis zum fertigen Produkt zu gewährleisten und ein Produkt sogar darüber hinaus bis hin zum Recycling zu begleiten, bedarf es modernster Technologien. So kann beispielsweise ein modellbasierter Entwicklungsansatz im Rahmen des Systems Engineering dazu beitragen, Entwicklungszeiten zu verkürzen und bei sinkenden Kosten gleichzeitig die Qualität der Produkte zu verbessern.

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3D-Modellierung

Durchgängige Digitalisierung in Produkten sowie in der Produktentstehung ist ein wichtiges Trendthema. Überall schießen Konzepte, Software und Tools zum Thema Industrie 4.0 aus dem Boden, die Vorteile durch digital vernetzte Systeme und Prozesse aufzeigen. Doch der Knackpunkt für eine vollständig digitalisierte Entwicklung und Produktion liegt in einer ganzheitlichen Sicht auf sämtliche Vorgänge und Planungen entlang des gesamten Produktentstehungsprozesses. Konstrukteure müssen sich mit Nicht-CAD-Spezialisten austauschen können, verschiedene Disziplinen wie Mechanik, Elektronik und Software zusammenwachsen, Daten überall verfügbar sein. Aber auch bisher kaum integrierte Fachbereiche wie psychophysiologische Wissenschaften, Neurobiologie oder Rechts- und Wirtschaftswissenschaften sollten im Sinne einer ganzheitlichen Produktentwicklung berücksichtigt werden.

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Seit einigen Jahren wird Systems Engineering als vielversprechender Ansatz dafür in der Fachwelt diskutiert und auch angewendet. Neuere technische Entwicklungen wie Cloud Computing, Apps und Modellierung als integraler Bestandteil im PLM-Kontext eröffnen zusätzliche Potenziale. Von Offenheit und Transparenz verspricht man sich sinkende Kosten, verbesserte Produktqualität und mehr Planungssicherheit. Zudem soll ein modellbasierter Entwicklungsansatz den steigenden komplexen Anforderungen entgegenkommen.

Komplexe technische Systeme wie das autonome Fahren, die Elektrifizierung im Antriebsstrang von Autos oder die Vernetzung von Maschinen und Anlagen steigern die Komplexität von Produktentwicklungsprozessen in einer bisher nicht da gewesenen Weise. Gleichzeitig verändern sich auch die rechtlichen Rahmenbedingungen. Umfassende Nachweispflichten zur Durchgängigkeit von Entwicklungsprozessen sowie die Rückverfolgbarkeit des kompletten Produktentstehungsprozesses werden zunehmend von Kunden und Behörden im Rahmen der Produkthaftung eingefordert. Systems Engineering spannt im Sinne des Product-Lifecycle-Managements (PLM) den Bogen von der Anforderungsermittlung über die technische Implementierung und das fertige Produkt bis hin zum Recycling.

Wettbewerbsvorteile durch Systems Engineering

Die Aufgaben des Engineering sind vielfältig und interdisziplinär. Sie umfassen Systemanalyse, Anforderungsermittlung, Systementwicklung, Absicherung und Testphase. Ziel ist es, die zahlreichen Funktionen unterschiedlicher Disziplinen in einem komplexen System möglichst modellbasiert zu beschreiben und mit vielen integrierten Projektbeteiligten auf nur einer Plattform zeitgleich zu bearbeiten. Um dabei einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten, ist es notwendig, den Entwicklungsprozess vollständig zu digitalisieren und gleichzeitig die Entwicklungsdaten zu vereinheitlichen.

3DExperience-Plattform

Am einfachsten beschreiben lässt sich Systems Engineering als durch „V“ dargestelltes Vorgehensmodell mit interdisziplinärer Vernetzung. Dabei zeigt der linke Strang des V-Modells die Entwurfsphasen, der rechte die Testphasen. Systems Engineering in der mechatronischen Produktentwicklung gliedert sich in die drei Hauptphasen Systemanalyse, physikalische Entwicklung und Systemintegration. In der Systemanalyse wird das zu entwickelnde Produkt durch die Schritte Anforderungsdefinition, Funktionsanalyse, Entwurf logische Architektur und Komponentenspezifikation theoretisch beschrieben und durch die dabei entstehenden Produktmodelle spezifiziert. Die physikalische Entwicklung resultiert in der Erstellung von Produktentwicklungsdaten. Im Rahmen der Systemintegration werden die entwickelten Komponenten simuliert und getestet, in das System integriert und unter ständiger Verifikation und Validierung einer Prüfung unterzogen.

Wertschöpfungskette digital abbilden

Voraussetzung für erfolgreiches Systems Engineering ist, dass alle Daten, Standards und Softwaretools in einem Unternehmen nahtlos in einer Plattform zusammenlaufen. Idealerweise lassen sich auch Zulieferer und andere am Produktentstehungsprozess Beteiligte integrieren, um Schnittstellen- und Medienbrüche zu vermeiden. Die 3DExperience-Plattform von Dassault Systèmes bildet die gesamte Wertschöpfungskette durchgängig digital ab – von der ersten Idee über das Engineering und die Fertigung bis hin zu Vertrieb und Service. Hier können Ingenieure aus allen Branchen in Echtzeit ihre Produkte und Systeme in einem die Realität abbildenden Umfeld entwickeln und verschiedene Szenarien prüfen.

Soziale und vernetzte Apps ermöglichen den Aufbau von vernetzten Communitys, deren Teilnehmer Inhalte zu Problemstellungen austauschen und diskutieren können. Apps zu Information Intelligence vereinfachen Darstellungen und Dashboarding. Über die Apps Catia, Solidworks, Geovia und Biovia ist die 3D-Modellierung auf der Plattform genauso integriert wie die Apps zu Content und Simulation an den Schnittstellen von virtueller Welt und Realität.

Umfassende Nachweispflichten zur Durchgängigkeit von Entwicklungsprozessen sowie die Rückverfolgbarkeit des kompletten Produktentstehungsprozesses sind aufgrund der hohen Komplexität wichtige Bestandteile des Systems Engineering. Die Nachvollziehbarkeit der einzelnen Entwicklungsschritte wird in einem Traceability-Report sichergestellt. Für Hersteller, aber auch Kunden und Behörden, ist es von höchster rechtlicher Relevanz, wenn sie im Falle von Störungen oder Schäden im Rahmen der Produkthaftung nachweisen können, dass sie den jeweiligen Stand der Technik erfüllt haben.

Die Zukunft des Systems Engineering

Die Einführung von Systems Engineering in Unternehmen wird eher schrittweise über einen längeren Zeitraum erfolgen. Unternehmen, die diesen Weg schneller beschreiten und ihre Prozesse und Methoden zügig anpassen, werden mit Systems Engineering schnell nachhaltige Wettbewerbsvorteile erzielen. Je einfacher sich gemeinsame Plattformen nutzen lassen, desto höher die Chancen auf Beherrschbarkeit der Komplexität und damit verbunden eine erhöhte Produktqualität.

Die modellbasierte Systementwicklung erfordert aber nicht nur neue Werkzeuge und Standards. Sie verlangt auch ein anderes Denken, organisatorische, prozessuale und methodische Veränderungen in den Unternehmen. Die einzelnen Mitarbeiter der verschiedenen Fachbereiche müssen frühzeitig integriert werden – mit dem Ziel, eine gemeinsame Herangehensweise, verbunden mit einheitlicher Systembeschreibung und Systemdenken zu entwickeln. Die große Herausforderung lautet: den Dialog mit den beteiligten Menschen führen und sie für das Thema begeistern, weil sie die Vorteile überzeugen. am

Hannover Messe, Halle 6, Stand K30

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