Von Martin Allemann Rolf Laudenbach

Mit PLM werden die zentralen Disziplinen der Produkt-Entwicklung wie Mechanik, Elektrik und Elektronik, Software, Hydraulik, Pneumatik sowie die zu einem Produkt gehörenden Dienstleistungen integriert. Damit die Vernetzung mit den unterschiedlichen Anwendungen und Abteilungen reibungslos funktioniert, ist ein gemeinsamer Standard für die Koordination und Kopplung notwendig. Sofern standardisierte Technologien wie SOAP und XML eingesetzt werden, bieten SOA-Ansätze (serviceorientierte Architektur) flexible Integrationsszenarien. SOAP (Simple Object Access Protocol) stellt sicher, dass die Schnittstellen der Tools miteinander kommunizieren und Informationen austauschen können. XML als universelle Datenbeschreibungssprache verpackt und strukturiert die eigentlichen Nutzdaten mittels Meta-Informationen. Beispielsweise wird das Feld „Bestellnummer“ von allen Unternehmens-Applikationen eindeutig als solche erkannt. SOAP und XML bilden die Basis für Web-Services, die als Dienst innerhalb einer SOA eine bestimmte Funktion haben, zum Beispiel eine neue Bestellnummer generieren.

Weitere Funktionen lassen sich bei service-orientierten Architekturen bei Bedarf erstellen, bis ein Set von Web-Diensten bereitsteht, aus denen sich Anwendungen zusammensetzen lassen. In solche SOA-basierenden Anwendungs-Infrastrukturen von Unternehmen sowie in herkömmliche Applikationsumgebungen gilt es, die CAD-Lösungen zu integrieren. Bei der ebenfalls SOA-basierenden Open-Source-PLM-Lösung Aras Innovator erfolgt dies über vorkonfigurierte Standard-Schnittstellen. Derzeit lassen sich CADSysteme wie Solid-Edge, Solid-Works, AutoCAD ProEngineer, Inventor, Eplan, EL-CAD, ECS-CAD, TopSolid, Catia v4/v5 und UG-NX anbinden. Die Schnittstellen ermöglichen den bidirektionalen Austausch von Zeichnungs- und Modell-Daten sowie die Kopplung zu ERP-Systemen wie SAP ab Version 4.x oder Navision Dynamics NAV 5.x von Microsoft. Ebenfalls unterstützt wird die Integration von Microsoft-Office: In Fuß- und Kopfzeilen gespeicherte Meta-Daten lassen sich mit den Verwaltungsdaten in der Datenbank des PLM-Systems synchronisieren.

Über zusätzliche Menüpunkte in den CAD-Anwendungen können beispielsweise Modelle, Zeichnungen und Baugruppen vom PLM-Tool gelesen oder zurück geschrieben werden.

Die Schnittstellen zwischen dem PLM- und den CAD-Systemen sind so aufgebaut, dass die PLM-Funktionen im CAD-Werkzeug zur Verfügung stehen. Dazu muss der CAD-Connector lokal auf der CAD-Workstation installiert sein. Die Software-Erweiterung sorgt dafür, dass die PLM-Anwendung in der Lage ist, Daten aus dem CAD-System zu lesen und zurück zu schreiben. Zentraler Speicher für diese Daten ist der Aras-Innovator-Server, der mit einer Microsoft SQL-Datenbank arbeitet.

Der CAD-Connector liefert innerhalb der CAD-Systeme zusätzliche Menüpunkte für den Datenaustausch mit dem PLM: Typische Funktionen sind beispielsweise das Laden neuer Teile in das PLM-System oder das Erzeugen einer neuen Teilenummer über die PLM-Lösung. Weiterhin gibt es eine Funktion zum Ableiten und Hochladen kompletter Stücklisten-Strukturen von Bauteilen, Maschinen oder Anlagen. Beim Transfer von Zeichnungen in das PLM-System konvertieren die Schnittstellenmodule die Schaltpläne, Gerber-Dateien (Leiterplatten-Fertigung) oder 3D-Modelle optional auch in neutrale Bildformate. Benutzer können sich so die Modelle, Baugruppen oder Produkte mit gängigen „Viewern“ anschauen, ohne das entsprechende CAD-/ECAD-System im Einsatz zu haben. Darüber hinaus ist die Synchronisation mit gängigen Teile-Bibliotheken möglich. Dies stellt sicher, dass nur im PLM bekannte und freigegebene Komponenten zum Einsatz kommen.

Das Daten-Karussell

Eine mit den IT- und Produktionssystemen verbundene PLM-Lösung übernimmt die Rolle einer zentralen Datendrehscheibe für sämtliche produkt-relevanten Informationen, die alle von den jeweiligen CAE/CAD-Anwendungen freigegebenen Daten speichert. Die Daten laufender Entwicklungsprojekte bleiben bis zur Übergabe im CAD-System oder einem Team-Data-Management-System gespeichert. Teile-Bibliotheken sind an beide Applikationen angebunden, wobei CAD-seitig meist detailliertere technische Informationen gepflegt werden, während PLM die Basisdaten verarbeitet und mit den CAD-Systemen austauscht.

Zu den Vorteilen einer zentralen Datenhaltung zählt, dass Ingenieure aus unterschiedlichen Abteilungen neu zu entwickelnde Teile nicht mehrfach im System anlegen. Gleichzeitig verbessert sich die Wiederverwendung existierender Teile über Entwicklungsteams hinweg. Zudem entsteht eine Transparenz zwischen einzelnen Unternehmensbereichen. Beispielsweise lässt sich über einen speziellen Anforderungsprozess sicherstellen, dass der Einkauf frühzeitig in die Entwicklung eines neuen Teils eingebunden wird. Unternehmen bringen so technische und kommerzielle Anforderungen in Einklang. Gerade bei der Entwicklung von Elektronik-Baugruppen ist es wichtig, dass Entwickler schon früh erkennen, ob bestimmte Teile über den geplanten Lebenszyklus der Komponenten oder des Produkts überhaupt verfügbar sind.

Software als Bauteil

Neben den mechanischen und elektronischen Komponenten verwaltet das PLMSystem die Software-Komponenten eines Entwicklungsprojekts. Dazu lässt sich die Software wie ein herkömmliches Bauteil verwalten und mit einer Teilenummer versehen. Dabei ist es unerheblich, ob es sich um den Quellcode oder den ablauffähigen Programmcode handelt. SPS-Programmierer können ebenso eine Teilenummer für ihre Ablaufprogramme, HMI-Projekte oder Programm-Module anlegen wie der Konstrukteur für seine mechanische Konstruktion oder sein 3D-Modell.

Über die Funktion Prozessmodellierung lassen sich Abläufe definieren, beispielsweise eine Komponenten-Änderung.

Die Kopplung erfolgt wie bei anderen Dokumenten manuell über die Funktion „Check-in/out“. Typischerweise werden einzelne Funktionsbausteine oder gesamte Projekte aus dem SPS-Programmiersystem exportiert und anschließend per Check-in an ein Verwaltungsobjekt im PLM-System gehängt, das die notwendigen Querverweise sowie die Produkt-Strukturen und -Versionen umfasst. Zur Bearbeitung lassen sich die Bausteine dann per Check-out wieder herunterladen und an das Programmiersystem übergeben.

Dieser Ablauf ist über Web-Services zu automatisieren. Je nach Offenheit des Programmiersystems könnten diese Services auch im Programmiertool angestoßen werden. Der Programmcode sowie der Quelltext gehören dann zu einer definierten Versionsnummer des Produktes und lassen sich mit den zugehörigen Hardware-Komponenten in einer Stückliste führen. Denkbar wäre darüber hinaus eine Kopplung mit SPS-Verwaltungsdatenbanken, wie VersionWorks Commander der Firma Rockwell Automation Solutions.

Die Integration von Software-Komponenten in die Produkt-Entwicklung erleichtert das Konfigurationsmanagement und die Fehleranalyse. Generiert die Software-Abteilung eine neue Programmversion für eine Serienmaschine, verwaltet das PLM-System dieses neue Release wie ein weiteres Bauteil. Solche Software-Bausteine lassen sich innerhalb der Produktstruktur mit Teilen, Stücklisten und Dokumenten mischen und unterliegen den gleichen Konfigurations-Management-Regeln wie die Hardware. Ingenieure können nun nachvollziehen, in welchen Produkten beispielsweise identische SPS-Module (mit der gleichen Bauteilnummer) zum Einsatz kommen. Bei neuen Versionen wird so automatisch sichergestellt, dass die aktuelle Software in alle Produkte einfließt.

Speziell die im Maschinen- und Anlagenbau häufig anzutreffende Variantenfertigung profitiert davon, da über die PLM-Lösung ständig die aktuellen Software-Versionen bereitstehen und den Maschinen zugeordnet werden. Ein weiteres Beispiel sind Fertigungsstraßen, in denen Arbeitsaufträge für unterschiedliche Produkt-Varianten laufen und Maschinen regelmäßig umzurüsten sind. Die PLM-Lösung hilft hier als zentraler Datenspeicher, die Arbeitsstationen mit korrekten Daten über die jeweils zu produzierende Variante zu versorgen. Ein weiterer Vorteil: Problem-Analysen zum gesamten Produkt können im PLM-System über alle Engineering-Disziplinen hinweg stattfinden.

Registrierte Fehler lassen sich über alle Phasen des Produktlebenszyklus mit den auslösenden Komponenten in Verbindung bringen. Auch SPS-Module und Software-Komponenten fließen in diese Betrachtung ein, so dass Ingenieure gezielt in der Datenbasis des PLM-Systems anhand von Problem-Reports nach Fehlern suchen und entsprechende CAPA-Abläufe entwickeln können (CAPA: corrective actions & preventative actions).

PLM in der digitalen Fabrik

PLM ist ebenso auf Produktionsprozesse übertragbar. Regularien, Vorschriften und Qualitätssicherungs-Maßnahmen sorgen dafür, dass in einem Produktionsablauf eine Vielzahl von Daten und Dokumenten entstehen. Ein PLM-System kann innerhalb einer digitalen Fabrik beispielsweise die Aufgaben rund um die Kontrolle und Freigabe der Fertigungsprozess und Arbeitsanweisungen von Produkten optimieren. Hierfür steuert und protokolliert die PLM-Lösung die Produkt-Freigaben der Prozessverantwortlichen und macht diese Abläufe transparent und nachvollziehbar. Definierte Prozesse, die sich zum Beispiel an der Norm ISO 9000 orientieren, lassen sich über das PLM-System von zentraler Stelle aus prüfen und bieten damit eine hohe Audit-Sicherheit.

Eine PLM-Lösung erhöht schon in der frühen Entwicklungsphase das Produktwissen. Dies ist besonders relevant, da in dieser Phase ein Großteil der späteren Produktkosten definiert wird. Weiterhin unterstützt ein PLM-System die interne und firmenübergreifende Kommunikation von Ingenieuren in verteilten Entwicklungsprozessen, wobei individuell gestaffelte Zugriffsrechte den Schutz des geistigen Eigentums sichern. Prozessabläufe werden beschleunigt, da Mitarbeiter in allen Phasen des Produktlebenszyklus Zugriff auf die für sie relevanten Informationen erhalten.

Voraussetzung für den erfolgreichen Start ist die hohe Integrationsfähigkeit der PLM-Software. Schnittstellen zu CAD-Systemen, offene Standards und Open-Source-Geschäftsmodelle helfen auch mittelständischen Betrieben, schnell und effizient mit einem PLM-Projekt produktiv zu starten.

Autoren

Martin Allemann ist Vice President EMEA bei der Aras Corporation in Solothurn (CH).

Rolf Laudenbach ist Director Field Services bei Aras in Solothurn (CH).