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11.04.2003 - 

IT im Maschinenbau/Auf dem Weg zum Product-Lifecycle-Management

PLM wird zum strategischen Backbone

Güter wie Fahrzeuge, Werkzeugmaschinen, Computer oder Flugzeuge beruhen auf komplexen Engineering- und Produktentwicklungsprozessen. Product-Lifecycle-Management (PLM) ermöglicht es, diese Produkte schneller und besser zur Marktreife zu bringen. PLM-Systeme verfügen über Schnittstellen zu CAD/CAE/CAM-, ERP-, SCM- und CRM-Systemen.Von Martin Eigner*

Die Industrie wird konfrontiert mit verkürzten Durchlaufzeiten, zunehmenden Forderungen im Hinblick auf die Produkthaftung und steigenden Ansprüchen an das Qualitäts-Management wie beispielsweise DIN/ISO 9001. Hinzu kommen Faktoren wie die Globalisierung. Internationale Kooperationen zwischen Zulieferern untereinander sowie mit deren Kunden führen zu einer parallelen und koordinierten Zusammenarbeit verschiedener Einheiten eines Unternehmens einerseits und verschiedener Unternehmen andererseits. Hinter dem Kürzel PLM verbirgt sich ein probater Ansatz diesen Herausforderungen mit Hilfe von Softwarelösungen gerecht zu werden.

Aus den Zulieferbeziehungen leiten sich neue Methoden des Entwicklungs-Managements ab. Dazu gehören auch das Cross Enterprise Engineering als Nachfolger von Simultaneous Engineering und Concurrent Design sowie das Management der auf das Produkt bezogenen geistigen Eigentumsrechte. Beide Methoden basieren darauf, die Engineering-Tätigkeiten über den gesamten Produktlebenszyklus, das heißt von der Anforderungsaufnahme bis hin zum Recycling, organisatorisch und systemtechnisch zu unterstützen. Die entsprechende IT-Lösung wird PLM genannt und reiht sich zusammen mit CRM (Customer-Relationship-Management), SCM (Supply-Chain-Management), MRP (Material Resource Planning) und ERM (Enterprise-Resource-Management) in die strategischen Backbones eines Unternehmens ein.

Engineering-Prozess im Wandel

Über die gesamten Entwicklungs- und Konstruktionstätigkeiten sowie den Produktlebenszyklus in allen Phasen der Produktentstehung und des Produktbetriebs erstreckt sich der Engineering-Prozess. Er umfasst die Portfolio- beziehungsweise Produktplanung, das Produktdesign, die eigentliche Produktentwicklung und -konstruktion, die Analyse, Berechnung und Simulation. Am Ende dieser Phase existiert eine vollständige elektronische Beschreibung des virtuellen Produkts, der digitale "Master". Darüber hinaus ist der Ingenieur im Rahmen der Produktdefinition eingebunden in den Beschaffungsprozess, in die Konstruktion beziehungsweise die Beschaffung der gesamten Betriebsmittel, die Planung der Fertigungs- und Montageprozesse und in die technische Dokumentation. Ist das Unternehmen nach der Auslieferung für den Betrieb oder die Wartung des Investitionsguts verantwortlich - typischerweise im Flugzeugbau, in der Rüstungsindustrie, dem Transportwesen und Schiffbau - so ist die Planung der Wartungsintervalle, der Inspektion und der Ersatzteilversorgung ebenfalls Bestandteil des Engineerings. Dieser Aufgabenbereich wird bezeichnet als "Maintenance, Repair and Overhaul", kurz MRO.

Parallelisierung von Tätigkeiten

Statistiken der letzten Jahre belegen den permanenten Wandel der Ingenieurtätigkeiten. Die Einflüsse resultieren aus veränderten Marktbedingungen, neuen Anforderungen an das Produkt und neuer Kundensicht.

Daraus ergaben sich für den Ingenieur neue Aufgaben und Verantwortungen. In den letzten Jahren hat sich seine Rolle in der Entwicklung und Konstruktion von der kreativen Tätigkeit in Richtung Information, Dokumentation und Kommunikation verschoben. Damit begegnet er verschiedenen äußeren Einflüssen auf die Produktentwicklung, beispielsweise Anforderungen aus dem Qualitäts-Management, aber vor allem der zunehmenden Bedeutung internationaler Zusammenarbeit dezentraler Entwicklungsstandorte. Der Ingenieur ist durch immer mehr Parallelisierung von Tätigkeiten in neue Prozesse eingebunden, die vorher sequenziell abgelaufen sind, wie etwa Qualitäts-Management, Supply-Chain-Management und technische Dokumentation.

Zusätzlich haben auch die Forderungen nach kürzeren Durchlaufzeit und früherer Marktfreigabe von Produkten das Engineering verändert. Manager des Engineering-Prozesses haben jetzt die Aufgabe, in einer komplexen und vernetzten Umgebung besser, schneller und mit weniger Kapazität immer wieder neue Produkte zu definieren, um auf dem Markt erfolgreich bestehen zu können.

Die Lösung: Product-Lifecycle-Management

Um PLM zu verstehen, muss man sich zunächst mit den Funktionen eines Systems zum Produktdaten-Management (PDM) befassen. Diese beinhalten im Wesentlichen die Verwaltung von Produktdaten und Konstruktionsprozessen, die Gruppentechnik und Klassifikation, das Ein- und Ausgabe-Management sowie Integrationen mit den Erzeugersystemen (CAD-M, CAD-E, Office etc.) und mit der Produktplanung und -steuerung (PPS).

PLM-Systeme sind evolutionär aus den existierenden PDM-Systemen entstanden, sie enthalten immer die gesamten PDM-Funktionen als Basis. PLM integriert darüber hinaus alle produktrelevanten Informationen und Prozesse innerhalb eines Unternehmens über verschiedene Standorte und über existierende IT-Systeme hinweg und außerhalb mit Zulieferern, Partnern und Kunden. Dabei spielt das Internet eine wesentliche Rolle.

Prinzipien einer erfolgreichen PLM-Strategie

Ein wesentliches Bindeglied über alle Phasen des Produktlebenszyklus ist das Konfigurations-Management (KM). Die Struktur der Informationen, die den Kern eines Produkts ausmachen, ist in jeder Phase des Produktlebenszyklus sehr unterschiedlich. Auftragsentwicklungen stellen dabei eine spezielle Herausforderung dar, da sie in der Regel im Rahmen langwieriger technischer Projekte betrieben werden. Hinzu kommt, dass oft nur kleine Stückzahlen mit speziellen Leistungsmerkmalen und besonderen Eigenschaften produziert werden, die manchmal sogar von Einheit zu Einheit unterschiedlich sein können. Konfigurations-Management schreibt technische und administrative Richtlinien sowie Überwachungsmechanismen fest. Somit stellt die Funktion Konfigurations-Management einen unverzichtbaren Bestandteil eines jeden "echten" PLM-Systems dar.

Eine erfolgreiche Umsetzung einer PLM-Strategie basiert auf folgenden Grundsätzen: Alle produktrelevanten Informationen werden in einem PLM-System administriert. In der englischen Übersetzung spricht man vom "Product Record", der einen wesentlichen Teil des unternehmensspezifischen Intellectual Property darstellt. In einer vernetzten Unternehmenswelt mit ständig wechselnden Partnerschaften müssen PLM-Systeme Cross Enterprise Engineering ermöglichen, also die Verteilung der Entwicklungs- und Konstruktionsaufgaben in Entwicklungspartnerschaften. Die im PLM abgelegten Informationen werden für den Management- Support genutzt.

Das intellektuelle Kapital

Der Product Record stellt zusammen mit anderen Informationen das intellektuelle Kapital eines Unternehmens dar. Er enthält das gesamte Wissen, das zur Herstellung eines Produktes notwendig ist, und bildet das Ergebnis des Engineering-Prozesses oder, wie es in Deutschland genannt wird, der Produktdefinition. Die Kontrolle des Product Record ermöglicht zentralen oder dezentralen Entwicklungsteams die Definition innovativer, hochwertiger, sicherer Produkte, die die Kunden- oder Marktansprüche innerhalb eines vorgegebenen Zeit- und Kostenrahmens befriedigen.

Aus der Vielzahl der in einem PLM-System abgelegten Informationen und der Vernetzung mit anderen unternehmensspezifischen IT-Lösungen lassen sich vielfältige und konfigurierbare Management-Informationen ableiten, zum Beispiel durchschnittliche Freigabe- und Änderungsdauer, Anzahl Änderungen pro Teilenummer und Zeiteinheit, Anzahl Wiederverwendungen, Änderungsgründe, Soll-Ist-Vergleiche, Statistiken etc. In Verbindung mit einem übergreifenden Projekt-Management können weitere Informationen auf Management-Ebene dargestellt werden, die dann auch zeit- und kostenrelevante Faktoren des Engineering-Prozesses transparent machen.

PLM-Systeme müssen eine Reihe von Voraussetzungen erfüllen: die Verwaltung von Projekt-, Produkt- und Prozessmodellen, die Bereitstellung von Funktionen zur Kooperation, Kommunikation und Koexistenz mit existierenden unternehmensinternen Systemen und die funktionelle Abdeckung des gesamten Produktlebenszyklus.

Die Verwaltung von Projekten, Produkten und Prozessen über den gesamten Produktlebenszyklus ist das zentrale Element eines PLM-Systems. Da Engineering-Prozesse zunehmend dezentralisiert und unternehmensübergreifend ablaufen, muss eine verteilte und föderierte Administration der Informationen gewährleistet sein. Föderation bedeutet dabei, dass die Daten in ihren lokalen logischen und physikalischen Datenbanken verbleiben und über gemeinsame eindeutige Schlüssel referenziert werden. Dies kann zum Beispiel die Teilenummer mit dem jeweiligen Änderungsindex sein.

Die systemtechnischen Voraussetzungen für die erfolgreiche Umsetzung einer PLM-Strategie können mit den Begriffen Kooperation, Kommunikation und Koexistenz beschrieben werden.

Kooperation schafft organisatorische und systemtechnische Voraussetzungen, damit Mitarbeiter in und außerhalb des Unternehmens über regionale, organisatorische und systemtechnische Grenzen hinaus online zusammenarbeiten können.

Kommunikation bildet die Grundlage, dass Mitarbeiter projekt-, produkt- und prozess-relevante Informationen auf der Basis nationaler, internationaler oder industrieller Standards austauschen können.

Die richtige Information am richtigen Ort

Koexistenz basiert auf der Integration von existierenden IT-Lösungen innerhalb oder außerhalb des Unternehmens (CAD, CAE, ERP, ERM, SCM, CRM etc.). Methoden und Werkzeuge, um Koexistenz systemtechnisch umzusetzen, sind: APIs (Application Programming Interfaces), Messaging, EAI (Enterprise Application Integration), Middleware und Föderation, also Konzepte zur weitgehend redundanzfreien Ablage von Informationen in ihren Ursprungssystemen und Referenzierung über gemeinsame und eindeutige Schlüssel. Ziel einer koexistenten IT-Lösung ist die Bereitstellung aller produktrelevanten Informationen (Product Record) für den Ingenieur während seiner täglichen Arbeit. Das bedeutet richtige und wichtige Information am richtigen Ort zur richtigen Zeit, zum Beispiel während einer Freigabesitzung.

Die Methoden und Funktionen eines PDM-Systems müssen über den gesamten Produktlebenszyklus angewandt werden. Ein möglichst frühzeitiger Einsatz von besseren Methoden, Prozessen und IT-Lösungen senkt kräftig die Produktkosten.

PLM unterstützt den Ingenieur bei seinen administrativen Tätigkeiten, die in den letzten Jahren stark gewachsen sind. Basierend auf einem integrierten digitalen Projekt-, Produkt- und Prozessmodell, ist das PLM-System:

-Dreh- und Angelpunkt der Datenverwaltung und des Datentransfers von Erzeugersystemen (CAD, CAE, CAM,...) zu Zielsystemen (PPS, SCM,...),

-Grundlage der internen und externen Informationsaufbereitung sowie

-Bereitstellung für den Engineering-Prozess,

-zentrales Administrationssystem für alle projekt-, produkt- und prozessrelevanten Informationen über den gesamten Produktlebenszyklus,

-Verbindungsglied des Ingenieurs mit dem Internet und damit die Grundlage für die Anbindung des Ingenieurs an den Supply-Chain- und E-Commerce-Prozess sowie

-Kernelement der Kooperation und Kommunikation zur Unterstützung der Unternehmen bei der internen und externen Zusammenarbeit während des Engineering-Prozesses.

Der Ingenieur steht im Mittelpunkt eines Informationssystems, das im Gegensatz zu früher die angezeigten Informationen nicht mehr vollständig physikalisch speichern muss, sondern die Informationen aus Fremdsystemen referenziert. Damit wird er in die Lage versetzt, die benötigten Informationen aus internen Quellen, zum Beispiel Vertrieb, Logistik, Einkauf, Finanzen, Produktion und Wartung, sowie über das Internet aus beliebigen externen Informationsquellen, zum Beispiel Zulieferer, Normteiledatenbanken, Lizenzen, Patente und landesspezifische Rechtssituationen, zusammenzustellen. Das verbessert den im Cross Enterprise Engineering notwendigen Analyse- und Entscheidungsprozess. Ein systematisch geplantes, eingeführtes und genutztes PLM-System führt zu schnellerer und vollständiger Informationsbeschaffung, zu sicheren Entscheidungen und Abläufen und damit zu einer Senkung sowohl der verursachten als auch geplanten, in nachfolgenden Phasen des Produktionsprozesses anfallenden Kosten. Ein weiterer positiver Effekt entsteht durch die geringeren Durchlaufzeiten im Engineering-Prozess. (bi)

*Dr.-Ing. Martin Eigner ist in der Lehre tätig (Fachhochschule Offenburg, Universität Karlsruhe) und gleichzeitig Aufsichtsratsvorsitzender und CTO der Eigner Inc. in Waltham, Massachusetts.

Abb: Entwicklung der PDM-Umsätze in Deutschland

Mit jeder PDM-Lizenz steigt der dazugehörige Service überproportional an. Die Kosten von PDM-Projekten setzen sich zu einem Drittel aus IT und zwei Dritteln aus Service zusammen, so Fachleute. Quelle: Dressler Verlag GmbH