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14.05.1993 - 

Debatte um CAx-Normen dringt zu tieferen Problemen vor

Militaerstandard Cals ist auch im zivilen Bereich einsetzbar

Cals (Computer-aided Acquisition and Logistic Support) ist ein systematischer und grundlegender Ansatz, alle Teilschritte vom Entwurf ueber das fertige Produkt bis hin zur Wartung, Logistik und Verwertung ueber einen digitalen Datenaustausch zu integrieren. Cals fuehrt somit Normen, Richtlinien und Verfahren zum Vereinheitlichen, Erstellen, Nutzen und auch zum Austauschen aller Produktinformationen zusammen, die in digitaler Form vorliegen. Dabei werden alle Phasen des Produktlebenswegs abgedeckt. Der gesamte Lebenszyklus eines Produktes soll sich mit Hilfe der Datenverarbeitung steuern, kontrollieren, verbessern und fuer kuenftige Entwicklungen auswerten lassen.

Isolierte Phasen der Produktion ueberblicken

Bisher sind in einem Produktzyklus nur Teilbereiche unabhaengig voneinander optimiert. Eine globale Sichtweise bezieht nun alle Taetigkeiten ein, vom rechnerunterstuetzten Entwurf und Engineering ueber die Fertigung und die Produktionsplanungs- und Steuerungssysteme bis hin zum Fehler- und Wartungsberichtswesen. Eine "Datenautobahn" sorgt dabei fuer die informationstechnische Verbindung (vgl. Abbildung 1).

Diese Strategie entstand Mitte der 80er Jahre im militaerischen Bereich, um das Problem der technischen Dokumentation zu loesen. Dies ist jetzt ein Teilbereich von Cals. Gedruckte Handbuecher sind teuer, umfangreich und schwer auf dem neuesten Stand zu halten. So wiegt die technische Dokumentation eines amerikanischen Kreuzers 26 Tonnen. Die Korrektur von Fehlern und die aktuellen Aenderungen kosten die amerikanische Luftwaffe jaehrlich mehr als 3,5 Millionen Dollar.

Technische Daten sollten auch zwischen den Partnern, zum Beispiel Lieferanten, austauschbar sein. Durch die Verfuegbarkeit von leistungsfaehigen Rechnern am Arbeitsplatz und lokale wie globale Vernetzung lassen sich diese Ideen realisieren. Normierte Austauschverfahren wie Electronic Data Interchange (EDI) unterstuetzen diesen Ansatz.

Zur Zeit entsteht gerade eine Deutsche EDI-Gesellschaft, an der namhafte Unternehmen aus der Informationstechnologie beteiligt sind. Die Geschaeftsfuehrung soll vom DIN wahrgenommen werden.

Aus ersten Schritten entwickelte sich der Blick fuer den gesamten Entwicklungs-, Produktions-, Logistik- und Wartungsprozess. Warum nicht die CAD-Daten vom Entwurf in einer zentralen Datenbank oder Datensammlung ablegen, auf die sich dann beim rechnerunterstuetzten Engineering zugreifen laesst?

Die Ergebnisse der numerischen Simulation koennen anschliessend wieder in den Designprozess einfliessen, um Schwachstellen zu beseitigen. Man denke beispielsweise an eine Crash-Berechnung, die zu starke Verformungen aufzeigt. In einem solchen Fall sind die Quertraeger im Design zu verstaerken.

Das klingt im Prinzip logisch und einfach, ist aber im einzelnen sehr komplex zu realisieren. Eine Moeglichkeit des Austausches von Produktdaten bietet sich durch das internationale Projekt Standard for the exchange of product data (Step) an. In den USA, Japan und Europa sind verschiedene Step-Zentren entstanden, in Deutschland das Prostep-Zentrum in Berlin. Vor allen Dingen die Automobilindustrie treibt diese Aktivitaeten voran.

Auf Grund einer gemeinsamen Datenbasis oder besser des Produktdatenmodells besteht die Chance, weitgehend gleichzeitig auf verschiedenen Stufen zu entwickeln (Concurrent beziehungsweise Simultaneous Engineering). Liefen bisher die einzelnen Schritte des Entwurfsprozesses eines neuen Produktes sequentiell ab, so sollen sie kuenftig unabhaengig voneinander geschehen.

Aus dem CAD/CAE-Datenmodell lassen sich in einer fruehen Phase die logistischen Anforderungen fuer ein Produkt ableiten. Das gilt auch fuer die Fertigung. Vorab koennen alle Einfluesse des Entwurfs auf die rechnergestuetzte Fertigung betrachtet und die Kosten, aber auch Modifikationen im Ablauf abgeschaetzt werden. Aenderungswuensche der Produktion gehen an den CAD/CAE-Bereich zurueck. Das gegenseitige Beeinflussen in diesem fruehen Stadium kostet wenig und ist leicht zu bewerkstelligen, waehrend Aenderungen am Ende des bisher ueblichen sequentiellen Prozesses die Fertigung oft vor schwer loesbare Aufgaben stellen.

Erste Aktivitaeten zu einem normierten Vorgehen im CAE-Bereich haben einige Unternehmen frueh initiiert. So hat Mercedes-Benz das Projekt Datenschiene begonnen, das spaeter das Debis Systemhaus fortgefuehrt hat. Die CAE-Daten lassen sich zwischen unterschiedlichen Rechnern mit verschiedenen Zahlendarstellungen und Programmpaketen wie "Nastran", "Permas", "Marc", "Fidap" und anderen austauschen. In einer eigenen Struktur und einem eigenen Format werden die Eingabedaten auf den Zielrechner oder das FEM- Paket zugeschnitten. Hier hat man eine lokale Loesung gewaehlt, da zum damaligen Zeitpunkt keine global verfuegbaren Standards definiert waren.

Auch die Produktionsplanung und -steuerung sowie die Bewirtschaftung mit Material und Betriebsmitteln werden sehr frueh in den Designprozeeingebunden. Gleichzeitig koennen sich die Bereiche, die fuer die Sicherstellung der Qualitaet und das Testen verantwortlich zeichnen, auf ihre Aufgaben beim neuen Produkt vorbereiten und die erforderlichen Massnahmen treffen. Schliesslich darf man den Vertrieb, die Logistik mit Lieferung und Ersatzteilbevorratung, die Wartung und die Verwertung nicht vergessen. Von dieser Seite koennen wichtige Informationen aus der Praxis in das Datenmodell einfliessen.

Neben den Entwurfsdaten enthaelt die zentrale Datensammlung beispielsweise Texte fuer die technische Dokumentation, Diagramme, Grafiken etc. Der Zugriff auf diese Daten muss nicht auf das eigene Unternehmen beschraenkt sein. Die Zusammenarbeit zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer laesst sich auf dieser Ebene beschleunigen.

Unterschiedliche Darstellungsformen

Die Integration und das reibungslose Zusammenspiel dieser unterschiedlichen Elemente in einem System ist nicht einfach umzusetzen. Hier sind Schnittstellen zwischen den Datentypen und den Anwendern erforderlich: internationale Standards fuer den Datenaustausch zwischen den einzelnen Elementen.

Weitere Schwierigkeiten ergeben sich durch die unterschiedliche Darstellung der binaeren und der Textdaten. Man denke an die diversen Byte- oder Wortlaengen, die Zahl der Bits fuer Mantisse und Exponent, ASCII- oder EBCDIC-Code. Ein erster Schritt zu einer einheitlichen Zahlendarstellung ist der IEEE-Zahlenstandard. Prinzipiell wuenschenswert ist der Einbezug bestehender Standards (vgl. Abbildung 2).

In Europa hat die Kommission der Europaeischen Gemeinschaften die oekonomische Bedeutung von Cals erkannt und foerdert diese Konzepte in ihren Direktionen Beschaffung und Produktionstechnologie. In Deutschland wurde unter Fuehrung der Industrieanlagen- Betriebsgesellschaft mbH (IABGin Ottobrunn bei Muenchen eine Arbeitsgruppe gegruendet.

Sie beschaeftigt sich mit der Integrationsstrategie von Cals und will die diesjaehrige Cals-Konferenz in Berlin unterstuetzen.

Inzwischen ist die Gruppe unter dem Dach des BDI (Bundesverband der Deutschen Industrie e.V.) angesiedelt. Dort existierte schon die Arbeitsgruppe Cals-Recht, die sich mit den juristischen Fragen beschaeftigte, die Cals aufwirft.

Die neue Arbeitsgruppe Technik unter der Leitung von Juergen Kessler von der IABG will die Integrationsphilosophien untersuchen und Vorschlaege erarbeiten. Der BDI ist der erste gesamtindustrielle Verband in Europa, der sich dieses Themas annimmt. Auf der Behoerdenseite engagiert sich das Verteidigungsministerium. Intensive Kontakte bestehen auch zum Wirtschafts- sowie Forschungs- und Technologieministerium.

Cals durchdringt nach und nach den Markt

Kessler erhofft sich von der Traegerschaft des BDI neue Impulse. Bisher hatte sich schon die wehrtechnische, die Luft- und Raumfahrt- und die Automobilindustrie mit Teilelementen von Cals beschaeftigt. Nun koennen sich mit Hilfe des BDI auch der Anlagen- und Maschinenbau, der Werkzeugmaschinenbau, die Elektro- und Elektronikindustrie und andere ueber den Nutzen von Cals informieren. Es besteht mithin ein Forum, um Strategien zu erarbeiten und in den jeweiligen Fachgebieten umzusetzen.

"Auch im Bereich der oeffentlichen und halboeffentlichen Beschaffungen wie Bahn, Post, kommunale Fuhrparks und Flughafenanlagen wird sich die Kostenersparnis durch Cals auszahlen", meint Juergen Kessler. "Selbst im privaten Leben, etwa in der Touristik, koennen infrastrukturelle Massnahmen unter Cals- Aspekten die Kosten reduzieren." Sicherlich wird auch die oeffentliche Hand mit der Industrie kommunizieren, um neue Einsparungsmoeglichkeiten auszunutzen.

Inzwischen kann Kessler ueber konkrete Massnahmen berichten. Mitte April 1993 ging in Paris ein sechswoechiger Workshop zu Ende. Etwa 50 Teilnehmer aus sechs Nato-Staaten diskutierten einen einheitlichen und durchgaengigen Normenverbund, aus dem eine ISO- Norm entstehen kann.

Im Bereich der Logistic Support Analysis (LSA) sollten verschiedene militaerische Standards aus den USA, europaeische Standards der Luft- und Raumfahrtindustrie (AECMA) und die von der UN gefoerderten Edifact-Standards harmonisiert werden.

Aehnliche Workshops fuer die Gebiete Akquisition und Logistik im aktuellen Betrieb sind geplant. Juergen Kessler erkennt zwar die Groesse der Aufgabe, ist aber ueberzeugt: "Wir werden alle Teilprozesse ueber Normen miteinander verbinden, funktionale Normen, Datenstandards und auch Datenaustauschstandards. Basis wird das OSI-Referenzmodell sein".

In Deutschland soll der europaeische Kongress "Cals Europe ?93" ein wichtiges Ereignis auf dem Weg zur Umsetzung der Cals-Strategie in Industrie und Behoerden werden. Die Konferenz und Ausstellung wird vom 22. - 24. September in Berlin stattfinden. Es sind Vortraege beispielsweise zu den Themen Step, EDI, Concurrent Engineering, Logistic Support Analysis, Engineering Data Management und technische Dokumentation geplant.

*Uwe Harms ist Supercomputing-Berater in Muenchen.

Abb. 1: Integration der Prozesse

Ueber eine "Datenautobahn" sollen sich bei Cals die verschiedenen Einzelprozesse integrieren lassen. Quelle: Harms

Abb. 2: Schalenmodell

Das Schalenmodell von Cals bezieht existierende Standards ein. Quelle: Kessler/ABC