Daten- und Konfigurationsmanagement

Daten- und Konfigurationsmanagement
Autor:
Prof. Dr.-Ing. Frank-Lothar Krause
Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und
Konstruktionstechnik (IPK)
Pascalstraße 8-9
10587 Berlin
Telefon: +49 (0) 30 / 3 90 06 – 2 43
Telefax: +49 (0) 30 / 3 91 10-37
E-Mail: [email protected]
Internet: http://www.ipk.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/vpe
Stand: 1. November 2006
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Zusammenfassung
Mechatronische Produkte zeichnen sich durch die Wechselwirkungen der
Fachdisziplinen Maschinenbau, Elektrotechnik, Regelungstechnik und Informationstechnik aus. Die zahlreichen Abhängigkeiten zwischen den genannten Disziplinen stellen besondere Anforderungen an den Produktentwicklungsprozess und damit zusammenhängend an das Daten- und Konfigurationsmanagement. In diesem Zusammenhang soll ein funktionierendes
Datenmanagement eine konsistente und integrierte Verwaltung der Daten
gewährleisten, die sowohl organisatorische, methodische und technische
Maßnahmen und Verfahren, als auch deren Zusammenwirkung mit den Geschäftsprozessen betrifft. Unter Konfiguration versteht man miteinander
verbundene funktionelle und physische Merkmale eines Produkts, wie sie
in den Anforderungen an Entwicklung, Realisierung, Verifizierung, an Funktionstüchtigkeit und Unterstützung des Produkts beschrieben sind [ISO
10007]. Konfigurationsmanagement ist somit eine koordinierte Tätigkeit zur
Leitung und Lenkung der Konfiguration.
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Management der Produktdaten
Um den mechatronischen Entwicklungsprozess und die Aktivitäten entlang des
Produktlebenszyklus zu unterstützen, ist das effiziente Management der Produktdaten äußerst wichtig. Die Produktdaten beschreiben ein Produkt während
seines gesamten Lebenszyklus von den Anforderungen über Entwurf und Planung bis zur Stilllegung (Bild 1). Zu den Produktdaten gehören:
•
Zeichnungsdaten,
•
CAD-Modelldaten,
•
Stücklisten,
•
Projektdaten,
•
NC-Daten,
•
Softwarekonfigurationen,
•
Fertigungsplänen,
•
Werkzeug- und Betriebsmitteldaten, etc.
Marktanalysen
Software
Prozesse
Arbeitsplan/
NC
Stadardteile
Spezifikationen/
Anforderungen
Projektplan
Forschung
Forschung
Produkt
struktur
Stücklisten
Planung
Testresultate
Design &
Prod. Plan.
Testen
Simulations
-ergebnisse Dokumentationen
ProdukDistribuProduktion
Distribution
tion
tion
VerwenVerwen
dung
Recycling &
Entsorgung
PDM
Forschung
Marketing
Design
Unternehmen
Vertrieb
Service
Produktion
Bild 1: Produktdaten entlang des Produktlebenszyklus
Für das Management der Produktdaten werden verstärkt PDM-Systeme eingesetzt. Der Begriff Produktdatenmanagement (PDM) bezeichnet die ganzheitliche
Verwaltung aller Daten, die im Produktlebenszyklus neuer Produkte oder bei der
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Aktualisierung bisheriger Produkte anfallen, bearbeitet und weitergeleitet werden,
verbunden mit der Fähigkeit, den Prozess der Bearbeitung und Weiterleitung zu
steuern und zu kontrollieren.
Ein PDM-System hat somit die Aufgabe, in produzierenden Unternehmen die
Verwaltung und Lenkung von Ressourcen und Daten zu übernehmen. Als Rückgrat der technischen und administrativen Informationsverarbeitung stellen viele
PDM-Systeme systemspezifische Schnittstellen zu CAD- und ERP-Systemen
sowie zu anderen Anwendungssystemen bereit. PDM-Systeme unterstützen somit einen unternehmensweit durchgängigen Informationsfluss [SK97]. Funktionen
wie Produktstruktur-, Workflow-, Versions- und Variantenmanagement helfen, die
große Komplexität von Produktentwicklungsvorgängen zu bewältigen. PDM hat
sich zur zentralen Datenquelle für Produktdaten in einem produzierenden Unternehmen entwickelt, und das inzwischen nicht mehr nur für die Produktentwickler
und –fertiger, sondern zunehmend auch für andere Unternehmensbereiche wie
Vertrieb, Einkauf oder Marketing, die Daten über die erstellten Produkte benötigen oder liefern [KHP06].
PDM-Systeme können zur Verwaltung technischer und administrativer Daten und
Dokumente eines Produktes über dessen gesamten Lebenszyklus eingesetzt
werden. Die meisten Systeme gestatten es, durch komplexe Produkt- und Dokumentenstrukturen zu navigieren und gewünschte Daten zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung zu stellen, soweit die Daten hinsichtlich Klassifizierung und
Attributierung von Produkten technisch-organisatorisch aufbereitet sind.
PDM-Systeme stellen Funktionen zur Verfügung, die den Datentransfer in verteilten Entwicklungs- und Auftragsabwicklungsteams begünstigen. Manche unterstützen darüber hinaus den Datenaustausch bei unternehmensübergreifenden
Kooperationen. Für die Abbildung und Steuerung von Produktentwicklungsprozessen sowie von Routineabläufen, wie sie im Freigabe- und Änderungswesen
die Regel sind, stellen die meisten PDM-Systeme Workflowmanagement-Module
zur Verfügung [HLZ05].
Zur Sicherstellung des Zugriffsschutzes auf Daten bieten PDM-Systeme die unternehmensspezifische Festlegung von Zugangsberechtigungen an. Für die Belange des Qualitätsmanagements und im Hinblick auf das Produkthaftungsgesetz
(ProdHaftG) besteht vielfach die Möglichkeit, alle produktbezogenen Aktionen
und Änderungen zu protokollieren und somit die Rückverfolgbarkeit mittels einer
Produkthistorie zu gewährleisten.
Aus der globalen Vorgabe, Entwicklungsprozesse schneller, qualitativ besser und
kostengünstiger zu realisieren, ergeben sich als Ziele von PDM-Anwendungen
[VDI2219]:
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• Inhalte, Abhängigkeiten und Strukturen der produktbeschreibenden Daten
zu übernehmen bzw. zu erzeugen und transparent zu machen,
• das Auffinden, Weitergeben und Verwalten dieser Daten effektiv durchzuführen,
• optimierte Abläufe abzubilden und zu unterstützen,
• Integration bzw. Kopplung an benachbarte IT-Systeme wie Produktionsplanung
und
-steuerung,
Büroautomatisierung
und
Projekt-
managementsysteme zur Verfügung zu stellen.
Der grundsätzliche Aufbau eines PDM-Systems ist in Abbildung 2 dargestellt. Die
Engineering-Daten stehen dabei im Mittelpunkt des Systems. Sie unterteilen sich
in Modelldaten, die eigentlichen Produktdaten, und die dazugehörigen Verwaltungsdaten, genannt Metadaten, die in der Basis-Datenbank im Systemkern gespeichert werden. Auf diese Engineering-Daten können anwendungsbezogene
oder anwendungsübergreifende Funktionen ausgeführt werden.
Web-Client / Benutzungsoberfläche
Schnittstellen
Anwendungsbezogene
Funktionen
Anwendungsübergreifende
Funktionen
Engineering Daten
Anpassungs(Customizing)-Werkzeuge
Metadaten
Modelldaten
Basis Soft-/Hardware-Umgebung
Bild 2: Grundsätzlicher Aufbau von PDM-Systemen
Die anwendungsbezogenen Funktionen unterstützen vor allem die spezifische
Verwaltung der Modelldaten von Anwendungssystemen, wie das Stücklisten- und
Standard/Normteilmanagement. Anwendungsübergreifende Funktionen sind allgemeine Verwaltungs- und Kommunikationsfunktionen. Diese unterstützen die
Prozesse über mehrere Prozessschritte, wie das Änderungs- und Workflowma© www.transmechatronic.de
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nagement. Darüber hinaus stellen sie zentrale Systemdienste, wie die Benutzerverwaltung und Datensicherung bereit. Wichtige anwendungsübergreifende
Funktionen und deren Nutzen für ein Unternehmen sind aus Bild 3 ersichtlich.
Die Benutzungsoberfläche bildet die direkte Schnittstelle zum Anwender und hat
daher die gewünschte Sicht des Anwenders auf das PDM-System zu erfüllen. Mit
den Customizing-Werkzeugen kann das PDM-System an die spezifischen Gegebenheiten eines Unternehmens angepasst werden. Dazu werden Masken- und
Tabellengeneratoren sowie Möglichkeiten zur Anpassung der Datenstrukturen
und -felder angeboten. Über die Programmierschnittstelle können Anwendungsbausteine zur funktionalen Erweiterung des PDM-Systems entwickelt werden.
Die Basis-Soft- und -Hardwareumgebung bildet die jeweilige Plattform für den
Betrieb eines PDM-Systems.
Die Weiterentwicklung der PDM-Technologie mündet in PLM-Systemen. Mit dem
Begriff PLM (Product Lifecycle Management) wird die Fähigkeit zum Ausdruck
gebracht, den gesamten Produktlebenszyklus zu unterstützen und für einen Geschäftsprozess die notwendigen Prozesse, Informationen und Daten durchgängig
zu gestalten. In PLM-Systemen wird das PDM-System mit zusätzlichen Systemen wie RMT (Requirement Traceability Management), MRO (Maintenance-,
Repair- and Overhaul Management) oder CM (Configuration Management) integriert. Ein weiteres Ziel der PLM-Systeme ist die Unterstützung der Kollaboration
zwischen den einzelnen Unternehmen.
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Möglicher Nutzen für das Unternehmen
Hohe Datenqualität /
-konsistenz
Qualit ät sM anagement
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Weniger
Konfigurations- Archivierung
Redundanzen
M anagement
Schnellere Beschaf f ung
Integration
Dokumentenvon Inf ormat ionen
PDM -CAD-PPS
M anagement
Weniger Kosten f ür
PDM NummernTeilenummern /
systeme
System
Höhere Verf ügbarkeit
Art ikelcodes
Internet /
von
Klassifikation
Publishing
Häuf igere
Produkt inf ormationen
Wiederverwendung
Workflowvon exist ierenden
M anagement
Lösungen S
K ink
Schnellere
Schnellere Verteilung von
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Änderungsprozesse
te nd
Inf ormat ionen
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und Arbeit
Bild 3: Anwendungsübergreifende Funkitonen und deren Nutzen für das Unternehmen [HP03]
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Anwendungsbezogene Funktionen:
Die Verwaltung aller einem Produkt zugeordneten Daten und Dokumente ist eine
der vorrangigen Aufgaben eines PDM-Systems. Anwendungsbezogene Funktionen unterstützen dieses Datenmanagement aufgabenspezifisch, indem klassische Datenverwaltungsfunktionen, wie Neuanlegen, Ändern und Löschen um
zusätzliche Fähigkeiten erweitert werden, wie zum Beispiel im Falle der Zeichnungsverwaltung die automatische Übernahme von Metadaten aus dem CADZeichnungskopf in die PDM-Datenbank oder das Klassifizieren von Bauteilen.
System- bzw. anwendungsübergreifende Funktionen:
Das Daten- und Dokumentmanagement erfordert eine anwendungsneutrale Infrastruktur, die Funktionen für die organisatorische Abwicklung dieser Verwaltungsprozesse bereitstellt. Diese system- bzw. anwendungsübergreifenden
Funktionen unterstützen das Daten- und Dokumentmanagement durch Funktionen für das Varianten- und Versionsmanagement, sichern die Berücksichtigung
beispielsweise des Bearbeitungsstatus’ eines Dokuments im Verwaltungsprozess
und stellen zentrale Systemdienste z.B. für die Benutzerverwaltung, den Datenschutz und die Datensicherung bereit.
Die anwendungsbezogenen Funktionen unterstützen das Management der Modelldaten. Obwohl diese Modelldaten von sehr unterschiedlicher Ausprägung
sein können, muss eine Verwaltung mit Hilfe der anwendungsbezogenen Funktionen möglich sein, was über eine logische Zusammenfassung in sogenannten
Mappen und Ordnern, etc. ermöglicht wird. Ebenso können Relationen zwischen
einzelnen Dokumenten und Produktdaten hergestellt werden. Wichtige anwendungsbezogene Funktionen sind:
•
allgemeines Datenmanagement,
•
Zeichnungsdatenmanagement,
•
Klassifikation,
•
Stücklistenmanagement,
•
Standardteil-/ Normteilmanagement,
•
Projektplanung / -verfolgung,
•
Fertigungsplandatenmanagement,
•
NC-Datemanagement,
•
Werkzeug-/ Betriebsmittelmanagement und
•
Methodenmanagement.
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Konfigurationsmanagement
Definition
Die ISO 10007 definiert das Konfigurationsmanagement als die technischen und
organisatorischen Maßnahmen zur Konfigurationsidentifizierung, Konfigurationsüberwachung, Konfigurationsbuchführung und Konfigurationsauditierung. Das
Konfigurationsmanagement ist somit das Verfahren zur Herbeiführung und ständiger Sicherstellung der Übereinstimmung der Leistungs-, Funktions- und physischen Charakteristiken eines Produkts mit den zugehörigen Anforderungen, den
Ausführungen, den Ausführungsunterlagen und den für den Betrieb erforderlichen Informationen während des gesamten Lebenszyklus des Produkts. Ziel ist
es, den Grad der Erfüllung der Anforderungen an eine Konfigurationseinheit zu
dokumentieren und volle Transparenz herzustellen. Ein Produkt soll bezüglich
seiner funktionellen wie auch äußeren Merkmale jederzeit eindeutig identifizierbar sein. Die Überwachung der Konfiguration garantiert, dass Zusammenhänge
und Unterschiede zwischen früheren und aktuellen Konfigurationen jederzeit erkennbar sind. Dadurch sind Änderungen überprüfbar und nachvollziehbar.
Produktstruktur, Versionierung, Gültigkeit und das Änderungsmanagement werden über PDM-Systeme dargestellt. Somit sind PDM-Systeme Lösungsansätze
für das Konfigurationsmanagement. Bild 4 zeigt, wie die Versionierung, die Gültigkeit und das Änderungsmanagement in einem PDM-System realisiert werden.
Bild 4: Versionsmanagement, Konfigurationen & Gültigkeiten
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Die fünf konzeptionellen Teilgebiete des Konfigurationsmanagements sind die
Konfigurationsmanagementorganisation und Konfigurationsmanagementplanung,
Konfigurationsidentifizierung, Konfigurationsüberwachung, Konfigurationsbuchführung und das Konfigurationsaudit.
Konfigurationsprozesse
lm Folgenden werden die Tätigkeiten nach dem ISO Qualitätsmanagement - Leitfaden für Konfigurationsmanagement [ISO 10007] beschrieben, die im Rahmen
des Konfigurationsprozesses durchgeführt werden. Damit der Konfigurationsprozess zur Wirkung kommt, ist es wesentlich, dass diese Tätigkeiten koordiniert
erfolgen. Der Konfigurationsprozess sollte sich an den Anforderungen der Kunden an das Produkt orientieren und sollte das Umfeld der Durchführung des Prozesses berücksichtigen. Der Konfigurationsprozess sollte eingehend in einem
Konfigurationsmanagement - Plan dargestellt werden. Dieser Plan sollte projektspezifische Verfahren und das Ausmaß ihrer Anwendungen im Laufe des Produktlebenszyklus beschreiben.
Konfigurationsmanagement-Planung
Die KM-Planung bildet das Fundament für den KM-Prozess. Eine wirksame Planung stimmt alle KM-Tätigkeiten im besonderen Zusammenhang mit dem Produktlebenszyklus aufeinander ab. Das Ergebnis der KM-Planung stellt der Konfigurationsmanagement-Plan (KM-Plan) dar. Der KM-Plan für ein bestimmtes Produkt sollte
•
dokumentiert und genehmigt werden,
•
überwacht werden,
•
die anzuwendenden KM-Verfahren identifizieren,
•
nach Möglichkeit auf die zutreffenden Verfahren der Organisation verweisen, und
•
die Verantwortung und Befugnisse für die Durchführung des KM im Laufe
des Produktlebenszyklus beschreiben.
Der KM-Plan kann ein eigenständiges Dokument darstellen oder Bestandteil eines anderen Dokumentes sein oder aus mehreren Dokumenten bestehen.
Konfigurationsidentifizierung
Die Auswahl von Konfigurationseinheiten und deren wechselseitige Verflechtung
sind in der Regel maßgeblich für die Beschreibung der Produktstruktur. Konfigurationseinheiten sollten nach Maßgabe begründeter Auswahlkriterien identifiziert
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werden. Die Konfigurationseinheit beschreibt eine Einheit innerhalb einer Konfiguration die eine Endgebrauchsfunktion erfüllt. Um die Gesamtleistung des Produktes für den Endgebrauch zu erreichen, sollten Konfigurationseinheiten ausgewählt werden, deren funktionelle und physische Merkmale getrennt behandelt
werden können. Die Auswahlkriterien sollten folgendes berücksichtigen:
•
Gesetzliche und regulative Anforderungen;
•
Kritikalität bezüglich Risiko und Sicherheit;
•
Neue oder veränderte Technologie, Konstruktion oder Entwicklung;
•
Schnittstelle zu anderen Konfigurationseinheiten;
•
Beschaffungsbedingungen;
•
Unterstützung und Dienstleistung.
Die Anzahl der ausgewählten Konfigurationseinheiten sollte geeignet sein, die
Lenkung des Produkts zu optimieren. Die Auswahl der Konfigurationseinheiten
sollte zum frühestmöglichen Zeitpunkt im Produktlebenszyklus eingeleitet werden. Die Konfigurationseinheiten sollten mit fortschreitender Produktrealisierung
überprüft werden.
Konfigurationsbuchführung
Die Tätigkeit der Konfigurationsbuchführung bringt im Ergebnis Aufzeichnungen
und Berichte hervor, die sich auf das Produkt und die dazugehörigen Produktkonfigurationsangaben beziehen. Die Organisation sollte Tätigkeiten der Konfigurationsbuchführung während des gesamten Produktlebenszyklus durchführen,
um einen effizienten KM-Prozess zu ermöglichen und zu unterstützen.
Konfigurationsaudit
Konfigurationsaudits sollten nach den dokumentierten Verfahren durchgeführt
werden, um festzustellen, ob ein Produkt den Anforderungen und seinen Produktkonfigurationsangaben entspricht. In der Regel gibt es zwei verschiedene
Muster von Konfigurationsaudits:
•
Ein funktionsbezogenes Konfigurationsaudit stellt eine formelle Überprüfung dar, um zu verifizieren, dass eine Konfigurationseinheit die in den
Produktkonfigurationsangaben aufgeführten Funktionsmerkmale und Leistungsanforderungen erfüllt;
•
Ein physisches Konfigurationsaudit stellt eine formelle Überprüfung dar,
um zu verifizieren, dass eine Konfigurationseinheit die in den Produktkonfigurationsangaben aufgeführten physischen Merkmale erfüllt.
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Bereits vor der formellen Freigabe einer Konfigurationseinheit kann sich die Notwendigkeit eines Konfigurationsaudits ergeben. Dieses Audit ist nicht dazu gedacht, andere Formen von Verifizierung, Bewertung, Prüfung oder Begutachtung
zu ersetzen, wird jedoch von den Ergebnissen dieser Tätigkeiten tangiert.
Konfiguration in der Softwareentwicklung
Für den Bereich der Software-Systeme, gibt es nach [BK99, P00] das V-Modell.
Die vier Hauptkategorien sind:
KM1 – KM-Planung
KM2 – Produkt- und Konfigurationsverwaltung
KM3 – Änderungsmanagement
KM4 – KM-Dienst
Bild 5 zeigt den KM-Produktfluss nach dem V-Modell.
Bild 5: KM-Produktfluss nach dem V-Modell [P00]
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Jede Hauptaktivität spaltet sich in untergeordnete Aktivitäten mit internem Produktfluss auf. Die KM-Planung ist die erste KM-bezogene Aktivität. Ihr Ziel ist die
Festlegung des organisatorischen Rahmens durch den KM-Plan. Des Weiteren
sind die Einsatzmittel in Form der Produktbibliothek und der zugehörigen Werkzeuge bereitzustellen.
Bild 6: KM-Produkt und Konfigurationsverwaltung [P00]
Durch die Produkt- und Konfigurationsverwaltung werden alle Produkte einer
Konfiguration in der Produktbibliothek archiviert und katalogisiert, so dass die
Produkte weder absichtlich noch unabsichtlich zerstört werden können.
Alle Produkte sind jederzeit eindeutig identifizierbar. Dadurch wird sowohl während des Entwicklungsprozesses als auch während der Nutzung ein Nachvollziehen des Änderungsgeschehens sichergestellt und somit ein definierter Aufsetzpunkt für weitere Änderungen gegeben. Das Änderungsmanagement umfasst die
Tätigkeiten der Erfassung und Verwaltung eingehender Fehlermeldungen, Problemmeldungen und Verbesserungsvorschläge. Zudem ist es Verantwortlich für
die Entscheidung über die0 Bearbeitung von Änderungsanträgen / Problemmeldungen unter Berücksichtigung der eventuellen technischen und terminlichen
Auswirkungen auf den Projektverlauf und für die Veranlassung der Bearbeitung.
Bild 7 zeigt den schematischen Aufbau.
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Bild 7: Änderungsmanagement [P00]
Unter den KM-Diensten sind all diejenigen Aktivitäten des KM angesiedelt, die
als Projektdienstleistungen in Intervallen, nach Bedarf bzw. auf Veranlassung
durchzuführen sind.
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Literatur
[BK99]
Becker-Kornsaedt, U.: Der V-Modell Guide – Web-basierte Unterstützung
eines
Prozess-Standards,
IESE-Bericht
Nr.023.99/D
http://www.iese.fhg.de/pdf_files_iese_023_99.pdf.
[HLZ05]
Hayka, H.; Langenberg, D.; Zhang, Q.: Integrating Tools for Collaborative
Product Creation, ProSTEP iViP Science Days 2005, Cross-Domain
Engineering, Sept. 28-29, 2005, Darmstadt, Germany, S.72-83.
[HP03]
Hayka, H.; Pasewaldt B.: Einsatz von PDM-Technologien, ZWF 06/2003, Carl
Hanser Verlag, München
[ISO10007]
DIN
ISO
10007,
Qualitätsmanagement
–
Leitfaden
Konfigurationsmanagement (lSO 10007:2003), Dezember 2004
[KHP06]
Krause, F.-L.; Hayka, H.; Pasewaldt, B.: Efficient Product Data Sharing in
Collaboration Life Cycles. In: ElMaraghy, H.A. ElMaraghy, W.H. (Hrsg.):
Advances in Design, Springer series in advanced manufacturing, SpringerVerlag, London, 2006.
[P00]
Purper, CB.: GDPA-A Process Web-Centre für the V-Model; Vortrag der GIFG 5.11 „Vorgehensmodell für die betriebliche Anwendung“; Bonn, März
2000. http://www.informatik.uni-bremen.de/gdpa
[SK97]
Spur, G.; Krause, F.-L.: Das virtuelle Produkt : Carl Hanser Verlag München,
Wien 1997.
[VDI2219]
VDI-Richtlinie zur Informationsverarbeitung in der Produktentwicklung, VDIGesellschaft Entwicklung Konstruktion Vertrieb, November 2002.
für
Weiterführende Literatur
Eigner, M; Stelzer, R.: Produktdatenmanagementsysteme. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg
2006.
Krause, F.-L.; Franke, H.-J.; Gausemeier, J. (Hrsg.): Innovationspotenziale in der Produktentwicklung, Hanser Verlag, Carl Hanser Verlag, München, Wien, 2007, pg. 61-88.
Scheer, A.-W.; et al.: Prozessorientiertes Product Lifecycle Management. Springer-Verlag, Berlin,
Heidelberg 2005.
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