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Produktdaten
ganzheitlich verwalten
Artikel
erschienen in
Ausgabe September 2000 2000
Von Werner
Weiland
Inhaltsübersicht:
Die
Notwendigkeit zur ganzheitlichen Verwaltung der im Produktentwicklungsprozess
entstehenden Daten wurde durch unterschiedliche Einflussfaktoren
vorangetrieben: Zum einen hat die Komplexität der zu entwickelnden
Industrieprodukte stetig zugenommen, so dass heute eine manuelle
Verwaltung der zugehörigen Daten nicht mehr möglich
ist. Zum zweiten sollen die Produktentwicklungszeiten schrumpfen,
da der Markt in kürzeren Abständen neue technische Lösungen
und Produkte fordert und der Ingenieur einmal mehr auf einen effizienten
Zugriff auf die Produktdaten angewiesen ist. Nicht zuletzt verlangt
die QS ISO 9001 eine lückenlose Dokumentation des Produktentwicklungsprozesses.
Die
historischen Wurzeln vieler Produktdatenmanagement-Systeme liegen
im Bereich der CAD-Datenverwaltung. Im Zuge der zunehmenden Menge
und Komplexität der elektronisch erzeugten Daten wuchs auch
der Bedarf, diese Daten übersichtlich verwalten zu können.
Heute
gibt es am Markt eine Reihe von leistungsstarken PDM-Systemen,
die umfassende Funktionalitäten für eine ganzheitliche
Verwaltung aller im Produktentwicklungsprozess anfallenden Daten
und Dokumenten bieten.
Was ist PDM?
Unter Produktdatenmanagement-Systemen
(PDMS) versteht man technische Informationssysteme zur Speicherung,
Verwaltung und Bereitstellung aller produkt- oder anlagenbeschreibender
Daten und Dokumente im gesamten Produktlebenszyklus. Als Daten
sind hier organisatorische, produktbeschreibende Daten (so genannte
Metadaten) zu verstehen. Beispiele dafür sind:
- Teilestammdaten
(z.B. Sachnummer, Version, Benennung, Lieferant)
- Stücklisten
(engl. BOM = Bill of Material, Mengen- oder Strukturstücklisten)
- Klassifizierungsdaten
(Klassifizierung von Teilen zwecks Wiederverwendung z.B. nach
dem Prinzip der Sachmerkmallisten nach DIN 4000/4001)
- Historien
von Teilen (Wann wurde welches Teil von welchem Anwender verändert,
versioniert?)
- Konfigurationsdaten
mit Verwendungsnachweis (Welches Teil, mit welcher Version wurde
in welchem Enderzeugnis bzw. welcher Baugruppe verbaut?)
Dokumente
im Sinne von PDM setzen sich aus dem beschreibenden Dokumentstammsatz
(Metadaten) sowie angehängter Datei/en (Nutzdaten) zusammen,
z.B.:
- CAD-2D-Zeichnungen
und CAD-3D-Modelle
- Pflichten-
bzw. Lastenhefte
- Prüf-
und Versuchsberichte
- Lieferantenbeurteilungen
- Projekt-Terminpläne
- Spezifikationen
zu Einzelteilen oder Funktionsgruppen
- Prüfpläne
- Normen
und Richtlinien
Üblicherweise
werden zwischen Teiledaten und Teiledaten sowie Teiledaten und
Dokumentdaten Verknüpfungen aufgebaut, um Fragen zu beantworten
wie: Welche Teile sind in einer Baugruppe enthalten? Welche beschreibenden
Dokumente gibt es dazu?
Im Allgemeinen
verfügen PDMS auch über Funktionalitäten zum Dokumentenmanagement,
wobei diese unter Umständen weniger umfassend sind als bei
reinen Dokumentenmanagement-Systemen. PDMS unterscheiden sich
hauptsächlich in zwei Punkten von reinen Dokumentenmanagement-Systemen:
- Zum einen
durch ihren klaren Fokus auf den Engineering- bzw. Produktentwicklungsbereich.
Das heißt, allgemeine Unternehmensdokumente, die nicht
einem Teil, Produkt oder einem Entwicklungsprojekt zuzuordnen
sind (wie interne Arbeits- und Verfahrensanweisungen, Organigramme,
Arbeitsverträge, Mitarbeitermitteilungen usw.), werden
meist nicht, obwohl die Funktionalitäten grundsätzlich
vorhanden wären, in einem PDMS verwaltet.
- Zum anderen
fehlen einem Dokumentenmanagement-System in der Regel die Funktionalitäten
zur Verwaltung von Teiledaten.
Bei der Abgrenzung
von PDM- zu Workflow-Systemen haben letztere ihren Fokus auf der
Verteilung und Weiterleitung von Daten und Informationen sowie
auf der Steuerung und Kontrolle von Arbeitsvorgängen, bieten
aber im engeren Sinn keine Funktionalität zur Verwaltung
von Datenbeständen. Im umgekehrten Fall beinhalten PDMS mehr
oder weniger ausgeprägte Workflow-Funktionalitäten,
so dass auch hier beispielsweise der Durchlauf eines Dokumentes
durch definierte Ablaufschritte möglich ist. Es muss aber
deutlich gesagt werden, dass der erfolgreiche Einsatz eines breit
angelegten Workflows im Engineeringbereich aufgrund der fehlenden
Prozess-Stabilität sehr schwierig ist. Der Produktentwicklungsprozess
ist in vielen Unternehmen naturgemäß immer noch ein
kreativer, flexibler Ablauf, der oft nicht in ein konkret vorgegebenes
Workflow-Korsett gepresst werden kann. Generell sind zwar auch
Kopplungen von PDM- zu Workflow-Systemen über definierte
APIs denkbar, jedoch praktisch nicht anzutreffen.
PDMS können
in drei Systemklassen eingeteilt werden:
- Die Desktop-PDMS
übernehmen hierbei Aufgaben der Daten- und Dokumentenverwaltung,
hauptsächlich im Rahmen Windows-basierter CAD-Einzelplatzlösungen,
sie spielen aber im gesamten PDM-Markt eher eine untergeordnete
Rolle.
- Workgroup-PDMS
gehen einen Schritt weiter und unterstützen den Konstruktionsprozess
innerhalb eines Entwicklungsteams, indem sie die in einer homogenen,
vernetzten CAD-Systemlandschaft erzeugten Daten und Dokumente
verwalten. Diese Workgroup-PDMS verfügen oftmals lediglich
über einen sehr CAD-fokussierten Funktionsumfang und sind
zudem auf ein bestimmtes CAD-System zugeschnitten bzw. ausschließlich
vom CAD-System-Anbieter zu beziehen.
- Enterprise-PDMS
als umfassendste Stufe der verfügbaren Systeme mit dem
vielfältigsten Funktionsumfang verwalten Daten und Dokumente
unabhängig davon, mit welchem System sie erzeugt werden
und erlauben einen kontrollierten, unternehmensweiten Zugriff
auf die Informationen.
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PDM-Systemklassen
im Überblick
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Die in der
untenstehenden Abbildung dargestellte Referenzarchitektur beschreibt
den prinzipiellen Aufbau der Enterprise-PDMS. Im Mittelpunkt steht
dabei eine Datenbank, in der das PDMS die Metadaten speichert.
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Referenzarchitektur
eines PDM-Systems
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Zur Änderung
und Verwaltung dieser Daten existieren unterschiedliche Funktionsblöcke,
die in Produktdaten- und Dokumentenmanagement-Funktionen sowie
Prozess-, Projektmanagement- und Administrations-Funktionen unterschieden
werden:
- Die Produktdaten-
und Dokumentenmanagement-Funktionen beinhalten beispielhaft
die technische Teilestammverwaltung (Artikel- bzw. Materialverwaltung)
und die Dokumentenverwaltung. Des Weiteren werden hier Funktionen
zum Versions-, Status- und Historienmanagement, zum Produktstruktur-
und Konfigurationsmanagement, zur Klassifikation von Produktdaten
sowie zur Darstellung von Produktdaten und zum Scan- bzw. Plotmanagement
angeboten.
- Im Rahmen
der Prozess- und Projektmanagement-Funktionen bietet das PDMS
Funktionen zum Freigabe- und Änderungswesen, zur Dokumentenverteilung
bzw. zum Dokumentenaustausch und zum Projekt(daten)management
an. Eine der wichtigsten Aufgaben des PDMS ist die Unterstützung
des Freigabe- und Änderungswesens. Die Steuerung von Freigaben
und Änderungen von Teilen sowie Dokumenten über alle
beteiligten Unternehmensbereiche sowie deren lückenlose
Rückverfolgbarkeit zur Erfüllung der Anforderungen
nach ISO 9000/9001 wird in vielen Unternehmen als der wichtigste
Teilprozess angesehen.
- Zu den
Administrationsfunktionen zählen u.a. die Benutzerverwaltung
(einschließlich Berechtigungs-/Zugriffsschutzkonzept),
das Anlegen und Verwalten von elektronischen Tresoren zur Dokumentenspeicherung,
Konfigurationseinstellungen bezüglich der installierten
Applikationskopplungen (z.B. Office, CAD, ERP) und spezielle
Aspekte der Datenhaltung (z.B. verteilte Datenhaltung über
mehrere Unternehmensstandorte hinweg).
Immer mehr
an Bedeutung gewinnt die Archivierung (nicht Datensicherung),
welche auch den Administrationsfunktionen zuzuordnen ist. Hierbei
sind grundsätzlich zwei Arten von Daten zu unterscheiden:
die Metadaten, die in der Datenbank gespeichert sind, und die
Dokumentdateien, die außerhalb der Datenbank in den so genannten
elektronischen Tresoren (speziell geschützte Festplattenbereiche)
liegen. Die gezielte Auslagerung von Metadaten, welche nur einem
seltenen Zugriff unterliegen oder überhaupt nicht mehr benötigt
werden, kann die Datenbank performanter gestalten. Zum Archivieren
von Metadaten gibt es jedoch noch keine praxistauglichen Lösungen.
Durch leistungsstarke Hardware gelingt es offensichtlich, den
Performanceverlust in Grenzen zu halten.
Die Langzeitarchivierung
der Dokumentdateien hat im Wesentlichen rechtliche Gründe
(Produkthaftung über einen sehr langen Zeitraum). Hierbei
wird häufig aus dem Originärformat ein TIFF oder PDF-Format
erzeugt (beide haben sich quasi zum Industriestandard entwickelt),
also ein Format, welches nicht mehr mit der Original-Applikation
(Office, CAD...) verändert werden kann. Diese Dateien werden
dann an ein angekoppeltes Archivierungs-System übergeben,
das diese Dateien (mit Rumpfdaten zur Identifizierung) auf optische,
nicht wiederbeschreibbare Medien speichert. Im PDMS wird dann
zum Dokumentstammsatz ein Verweis auf diesen optischen Speicherplatz
hinzugefügt und die Datei aus dem Tresor des PDMS entfernt.
Ein weiterer,
großer Nutzen eines PDMS besteht in der Integration in die
vorhandene Systemlandschaft. Dies wird über die Schnittstelle/n
des PDMS möglich, durch die Anwendungen wie z.B. MS-Office,
CAD-Systeme oder ERP-Systeme angekoppelt werden. Hierbei übernimmt
das PDMS das gesamte File-Handling, soweit dies die Anwendungssysteme
von ihrer Architektur her zulassen.
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Integrierte
Systemlandschaft mit einem PDM-System als zentralem Element
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Vorgehensweise in PDM-Projekten
Die Einführung
eines PDM-Systems stellt ein sehr komplexes Vorhaben für
das jeweilige Unternehmen dar. Daher ist ein sorgfältiges,
spezifisches und in der Praxis erprobtes Projektmanagement bei
PDM-Projekten notwendig. Ist das Unternehmen entschlossen, sein
Produktdatenmanagement zu verbessern, kann ein erster Schritt
eine Machbarkeitsstudie sein.
In dieser
Studie, welche je nach Unternehmensgröße nicht länger
als einige Monate dauern sollte, werden folgende Aktivitäten
ausgeführt:
- Bilden
einer unternehmensspezifischen PDM-Vision einschließlich
Zieldefinition
- Kurzanalyse
(Workshops mit Vertretern aller beteiligten Organisationseinheiten)
- Identifikation
und Beurteilung von Problemfeldern
- Erstellung
eines Rahmenkonzeptes (Was könnte durch ein PDMS verbessert
werden?)
Als weitere,
mögliche Aktivitäten in dieser Studie werden eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung
(mögliche Nutzenpotenziale versus Projektkosten) und bei
positiver Wirtschaftlichkeitsbetrachtung eine anschließende
Systemauswahl durchgeführt.
Danach beginnt
die Feinkonzeption und Realisierung bestimmter Anwendungsfelder,
die sich bei der Analyse als besonders wichtig erwiesen haben.
Hierbei ist darauf zu achten, dass zuerst die Funktionen eingeführt
werden, welche den größten Nutzen für das Unternehmen
bringen. Dies sind häufig nicht die besonders schwierigen
und anspruchsvollen Funktionalitäten, sondern Basisfunktionen,
die aber den größten Teil der Anwender erreichen und
damit einen großen Gesamtnutzen stiften.
Eine besondere
Anforderung an PDM-Projekte besteht im richtigen Mix aus IT und
Organisation. Es handelt sich nicht nur um die Einführung
eines IT-Systems, sondern auch um die Betrachtung und eventuelle
Umgestaltung organisatorischer Festlegungen.
Hinzu kommt,
dass es in allen Unternehmen historisch gewachsene Insellösungen
für bestimmte PDM-Teilfunktionalitäten gibt (Stücklistensysteme,
Zeichnungsverwaltungsprogramme usw.), die bei der Einführung
eines PDMS abzulösen und deren (bewährte) Funktionalitäten
zu erhalten sind.
Da in einem
PDMS organisatorische Bestandteile des Unternehmens abgebildet
werden (Nummernsysteme, Freigabe- und Änderungsabläufe
usw.) und ein PDMS nie mit allen Funktionalitäten zu einem
Zeitpunkt eingeführt werden kann, sind Übergangsszenarien
zu gestalten, die eine schrittweise Umsetzung von Teilfunktionalitäten
und die Ablösung von Altsystemen ermöglichen, ohne dabei
die Durchgängigkeit der Kernprozesse und die Anwenderakzeptanz
zu gefährden. Diese Gratwanderung ist zweifellos die schwierigste
Aufgabe, die ein PDM-Projektteam zu bewältigen hat und für
die eine jahrelange PDM-Erfahrung unerlässlich ist.
Branchenspezifische Anforderungen
Da ein PDMS
prozessunterstützend wirken soll und die Produkte in diesen
Systemen beschrieben werden, müssen sich auch zwangsläufig
Branchenunterschiede in PDMS auswirken. Der Anbieter hat naturgemäß
das Bestreben, ein universal einsetzbares Werkzeug am Markt zu
platzieren, das dann durch mehr oder weniger starken Customizing-Aufwand
an die spezifischen Belange eines Unternehmens angepasst werden
muss. Die Vergangenheit hat jedoch gezeigt, dass der Markt branchenspezifische,
vorkonfigurierte Systeme benötigt, damit nicht zuletzt auch
die Projektlaufzeit in akzeptablen Grenzen gehalten werden kann.
Die Abläufe
eines Auftrags- bzw Unikatfertigers (z.B. Anlagenbau) sind in
vielen Bereichen nicht mit denen eines Serienfertigers (z.B. Automobilzulieferer)
zu vergleichen. Dies betrifft etwa den Kommunikationsprozess mit
dem Entwicklungspartner (Austausch von Zeichnungen, Änderungsständen,
Vorgehen in der Angebotsphase usw.) oder Vorgaben bzw. Richtlinien
zur Nummerierung von Teilen und Dokumenten. Wesentlich ist auch
der Unterschied beim Konfigurationsmanagement: Beispielsweise
ist es notwendig, eine Anlage (Unikat) als SOLL-Struktur (as planned),
als IST-Auslieferungsstruktur (as build) sowie die Veränderungen
über den gesamten Betriebszeitraum (as maintained) im System
zu pflegen. Der Kleinserienfertiger verlangt, jedes ausgelieferte
Exemplar mit einer Seriennummer zu versehen, um Änderungen
an Einzelteilen diesen Seriennummern zuordnen zu können.
Die Anforderungen
an die Stücklistenfunktionen unterscheiden sich ebenfalls
stark: Während die Abbildung eines Kraftwerkes neben den
Ortsinformationen für die jeweiligen Aggregate und Komponenten
auch eine Darstellung nach verfahrenstechnischen Funktionen und
Prozessen verlangt, fordert der Serienfertiger die Möglichkeit,
verschiedene Stücklistensichten auf dieselbe Produktstruktur
zu definieren (Konstruktions-, Fertigungs-, Montagesicht).
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