Variantenmanagement von Excel zum SAT Solver

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19th ISPE International Conference on
       Concurrent Engineering – CE2012,
           Trier (Germany), Sept 3 – 7

Variantenmanagement ‐ von Excel zum SAT‐Solver
                                    SAT Solver

                  Prof. Dr. Georg Rock,
           Trier University of Applied Science
Inhalt

     1.   WARUM DIESE GROßE VARIANTENVIELFALT?

     2
     2.   VARIANTEN IM PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESS

     3.   EXCEL VS. VAMOS VS. FEATURE MODELL

     4.   GENERELLE METHODIK ZUR VARIANZBEHERRSCHUNG

     5.   BEISPIELANWENDUNGEN UND ZUSAMMENFASSUNG
Warum Variantenvielfalt?
 „You can have any color, as long as it is black.“ (Henry Ford)
 Anstieg der (externen) Varianz in heutigen Konfiguratoren
  Problem: Konsistenz externer vs. interner Varianz (Baubarkeit)
Variantensteigerung: Modelwechsel Audi A6

Quelle: ALDERS, K.: Komplexitätsmanagement bei der Audi AG. In: 6. Internationales
Automobil-Forum, Graz (Österreich), 19.-20. Oktober 2004. Landsberg: Moderne Industrie 2004.
*http://www
 http://www.alders-vmc.de/alders/alders_images/downloads/6.artikel_automobil_produktion-januar_05-p_38-42.pdf
            alders vmc de/alders/alders images/downloads/6 artikel automobil produktion januar 05 p 38 42 pdf
Variantensteigerung: Model BMW X3

Quelle: STOCKMAR, J.: Variantenmanagement: Varianten vermeiden, beherrschen, reduzieren, finanzieren.
Ergebnisse einer Umfrage 2004. In: 6. Internationales Automobil-Forum, Graz (Österreich), 19.-20. Oktober 2004.
Landsberg: Moderne Industrie 2004.
Bildquelle: Dissertation Ingo Renner: Methodische Unterstützung funktionsorientierter Baukastenentwicklung am Beispiel Automobil, 2007
Produktvielfalt auf einer globalen Basis

Varianz wächst verstärkt in den letzten Jahren durch
• Varianz innerhalb des Produktionsprozesses (Produktionsortes  Lieferant …))
                                             (Produktionsortes, Lieferant,
• Varianz in Kunden‐Features  Für jeden Kunden ein individuelles Auto
• Varianz
  V i     zur Differenzierung
              Diff     i      zum Wettbewerber
                                  W ttb    b (Nischenbildung)
                                               (Ni h bild   )
• Varianz aufgrund
   der Regionen (LL, RL), Klima, Verkehr, …
   Emissionsgesetze (CO2 Reduktion)
  – Varianz
    V i     iin d
                der A
                    Aggregateentwicklung
                           t   t i kl    (M
                                         (Motor
                                            t (Hybridisierung,
                                                (H b idi i     El
                                                               Elektrifizierung),
                                                                  kt ifi i     ) GGetriebe,…)
                                                                                    ti b )
  – …………

Abhängigkeiten müssen während des gesamten Produktionsprozesses
und der Wartungsphase konsistent gehandhabt werden.
Variantenmanagement und Traceability im V-Modell

  Requirements
  Raumkonzept

     Raumangebot vorne inkl. Ein- / Ausstieg
                                                                                                                                               Sign-Off Test
     Raumangebot hinten inkl. Ein- / Ausstieg

     Ablagekonzept

     Kofferraum / Zuladung

         VDA Volumen                                                                  Gesamtfahrzeug
                        min/max in l, Länge, Breite und Tiefe des Kofferraums in mm

         Zugänglichkeit Kofferraum                                                    Gesamtfahrzeug
                        Höhe der Ladekante in mm, Höhe der Ladeöffnung und Breite der Ladeöffnung in mm

         Heckscheibenneigung                                                          Gesamtfahrzeug
                        in Grad

                             Functional Spec.
                                                                                                                                           System-Test

                                                                                  System Design
                                                                                                                                 Integration-Test

                                                                                                          Software-Arch.
                                                                                                                               Unit-Test

                                                                                                              Implementation

                                       Varianteninformation
                                            entlang des
                                       Produktlebenszyklus
Herausforderungen: Variantenmanagement und Traceability

                                                          © PROSTEP 2012
Herausforderungen: Variantenmanagement und Traceability

                                                          © PROSTEP 2012
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                                                          © PROSTEP 2012
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                                                          © PROSTEP 2012
Herausforderungen: Variantenmanagement und Traceability

                                                          © PROSTEP 2012
Typische E/E-Entwicklungs- und Datenmanagementwerkzeuge

                                                   Ziel: Durchgängigkeit
                                                   zur Erreichung von Traceability &
            Polarion                               Prozessintegration

                                                   Ziel: Durchgängigkeit
                                                   zur Reduzierung des
            Polarion                               Entwicklungsaufwands & Erhöhung
                                                   der Entwicklungsqualität
                                                                            © PROSTEP 2012
Herausforderungen: Variantenmanagement und Traceability
                                                                                                                                                   Produktvarianten

                                                                                                                                                       ?
  Requirements
  Raumkonzept                                                                                                                                                                                              Sign-Off Test

                                                                                                                               ?                                                       ?
     Raumangebot vorne inkl. Ein- / Ausstieg

     Raumangebot hinten inkl. Ein- / Ausstieg

     Ablagekonzept

     Kofferraum / Zuladung

         VDA Volumen                                                                  Gesamtfahrzeug
                        min/max in l, Länge, Breite und Tiefe des Kofferraums in mm

         Zugänglichkeit Kofferraum                                                    Gesamtfahrzeug
                        Höhe der Ladekante in mm, Höhe der Ladeöffnung und Breite der Ladeöffnung in mm

         Heckscheibenneigung                                                          Gesamtfahrzeug
                        in Grad

                             Functional Spec.
                                                                                                                                                                                                       System-Test

                                                                                                                                   ?                                            ?
                                                                                  System Design
                                                                                                                                                                                             Integration-Test

                                                                                                                                    ?                                      ?
                                                                                                          Software-Arch.
                                                                                                                                                                                           Unit-Test

                                                                                                                                          ?                           ?
                                                                                                              Implementation

                                                                                                                                                       ?
                                       Varianteninformation                                                                  Transformation in                   Standardisierte                 Komposition
                                            entlang des                                                                       eine generische              Varianzrepräsentation auf        verschiedener Ebenen:
                                       Produktlebenszyklus                                                                 Varianzrepräsentation           allen Entwicklungsebenen          Analyse/Optimierung
Häufiges Vorgehen zur Lösung

• „?“ wird durch (Excel‐) Tabellen repräsentiert
    Spalten oder Zeilen repräsentieren einzelne Varianten
    Zellen enthalten “X” oder einen “Wert” zur Darstellung der Variante
• Spielbeispiel: Lenkräder
Tabelle zur Verwaltung der Varianz (Excel)

     Plastics   Leather   3-Spoke 4-Spoke   Multifunction   Black   Gray   Blue
V1      x                             x                       x
V2                 x         x                                x
V3                 x         x                                       x
V4                 x         x                                              x
V5                 x         x                    x           x
V6                 x         x                    x                  x
V7                 x         x                    x                         x
V8                 x                  x                       x
V9                 x                  x                              x
…
Tabelle zur Verwaltung der Varianz (Excel)

     Plastics   Leather   3-Spoke 4-Spoke       Multifunction   Black   Gray   Blue
V1      x                               x                         x
V2                 x         x                                    x
V3                 x         x                                           x
V4                 x         x                                                  x
V5                 x         x                         x          x
V6                 x         x                         x                 x
V7                 x         x                         x                        x
V8                 x                    x                         x
V9                 x                    x                                x
…

                                 eine einzelne Konfiguration
Tabelle zur Verwaltung der Varianz (Excel)
     Plastic   Leather   3-Spoke   4-Spoke   Multifunction   Black   Gray   Blue                Material   Spoke     Multifunction      Color
V1      x                             x                        x
                                                                                   Variant 1    Plastic    4-Spoke   No Multifunction   Black
V2                 x        x                                  x
V3                 x        x                                          x           Variant 2    Leather    3-Spoke   No Multifunction   Black
V4                 x        x                                                x     Variant 3    Leather    3-Spoke   No Multifunction   Gray
V5                 x        x                       x          x
                                                                                   Variant 4    Leather    3-Spoke   No Multifunction   Blue
V6                 x        x                       x                  x
V7                 x        x                       x                        x     Variant 5    Leather    3-Spoke
                                                                                                              p       Multifunction     Black
V8                 x                  x                        x
V9                 x                  x                                x

     Pro                                                                           Contra
                  Einfach zu verstehen                                                       Keine automatische Analyse
                  Schnell realisiert                                                         Leicht änderbar
                  Schnell erweitert                                                            Risiko von Inkonsistenzen
                  S h ll änderbar
                   Schnell ä d b                                                              Beziehung zwischen Merkmalen oft
                                                                                               unklar (kein Toolsupport)
                                                                                               Große Modelle nicht handhabbar
VAMOS (Variantenmanagement und Optimierungssystem)

       Sub-Assembly
       S bA     bl       Material
                         M t i l        Spokes
                                        S  k        Multifunction
                                                    M ltif   ti       Color
                                                                      C l

                         Plastic        4-Spoke
                                           p       No Multifunction   Black
                                                                      Black
                                                    Multifunction     Gray
       Steering Wheels                                                Blue
                                        3-Spoke
                                                                      Black
                                                   No Multifunction   Gray
                                                                      Blue
                         Leather
                                                                      Black
                                                    Multifunction     Grayy
                                                                      Blue
                                        4-Spoke
                                                                      Black
                                                   No Multifunction   Gray
                                                                      Blue

                               Eine einzelne Konfiguration
VAMOS (Variantenmanagement und Optimierungssystem)

   Sub-Assembly     Material   Spokes     Multifunction     Color                                                (*)
                                                                        m: Verzweigungsgrad
                    Plastic    4-Spoke   No Multifunction   Black       n: # M
                                                                             Merkmale
                                                                                 k l ((z.B.
                                                                                         B MMaterial)
                                                                                              t i l)
                                                            Black
                                          Multifunction     Gray
                                                            Blue
                                                                        # Varianten:
  Steering Wheels              3-Spoke
                                                            Black
                                         No Multifunction   Gray
                    L th
                    Leather
                                                            Blue
                                                            Black
                                                                        # Knoten:
                                          Multifunction     Gray
                                                            Blue
                               4-Spoke
                                                            Black
                                         No Multifunction   Gray
                                                            Blue

Pro                                                                 Contra
         Einfach zu verstehen                                            Änderungen
                                                                                   g sind schwierig   g
         Identifikation von Komplexitätstreibern                          (hinzufügen von Tiptronic)
          möglich                                                         Übersichtlichkeit geht bei großen
         Möglichkeit der automatischen                                    Modellen verloren
          Analyse (Constraints)                                           Große Modelle nicht mehr
                                                                           handhabbar
                                                                                       ((*)) konstanter Verzweigungsgrad
Feature Bäume: Formale, modelbasierte Repräsentation

                                                  Plastic
                                   Material
                                                 Leather

                                                 3-Spokes
                                   Spokes
              Steering                           4-Spokes
               Wheel
                                 Multifunction

                                   Tiptronic      Black

                                    C
                                    Color         G
                                                  Gray

                                                   Blue

 Mandatory
 Optional          Alternative                    Requires   Excludes
Feature Bäume: Formale, modelbasierte Repräsentation

                                                  Plastic
                                   Material
                                                 Leather

                                                 3-Spokes
                                   Spokes
              Steering                           4-Spokes
               Wheel
                                 Multifunction

                                   Tiptronic      Black

                                    C
                                    Color         G
                                                  Gray

                                                   Blue

 Mandatory
 Optional          Alternative                    Requires   Excludes
Semantik der Feature Modelle: Aussagenlogik
Steering-Wheel 
(Steering-Wheel  Material) 
(Steering-Wheel  Spokes) 
(Steering-Wheel  Color) 
(Multifunction    Steering   Wheel) 
                    Steering-Wheel)
 (Tiptronic        Steering-Wheel)
(Material  (Plastic  Leather)  (Plastic  Leather)) 
(S k
(Spokes     (3-Spoke
             (3 S k  4-Spoke)
                          4 S k )  (3-Spoke
                                      ( 3 S k  4-Spoke))
                                                   4 S k )) 
(Color      (Black  Gray  Blue)  (Black  Gray  Blue) 
             (Black  Gray  Blue)) 
(Plastic  4-Spoke) 
(Plastic  Black) 
(Plastic  Multifunction) 

                Formale Analyse mit Hilfe von SAT-Solvern
Feature Bäume: Formale, modelbasierte Repräsentation

Pro
   
                                                                       Plastic
                                                        Material
       Einfach zu verstehen
                   erstehen (als                                      Leather
       Feature Bäume)
   
                                                                      3-Spokes
       Generalisierte, kompakte,           Steering
                                                        Spokes
                                                                      4-Spokes
                                                                        S
       modellbasierte Sicht auf             Wheel
                                                      Multifunction

       Varianz
   
                                                        Tiptronic      Black

       Eindeutige Semantik
   
                                                         Color         Gray

       Konfigurationen auf Bedarf                                       Blue
       automatisiert erzeugbar
      Modulare Vorgehensweise      Contra
       möglich                            Logische Repräsentation schwierig zu
      Einfache Erweiterung;               verstehen
       Refactoring                        Implementierung und Realisierung in
      Analysemöglichkeiten                der Praxis
Herausforderungen: Variantenmanagement und Traceability
                                                                                                                                                   Produktvarianten

                                                                                                                                                       ?
  Requirements
  Raumkonzept                                                                                                                                                                                              Sign-Off Test

                                                                                                                               ?                                                       ?
     Raumangebot vorne inkl. Ein- / Ausstieg

     Raumangebot hinten inkl. Ein- / Ausstieg

     Ablagekonzept

     Kofferraum / Zuladung

         VDA Volumen                                                                  Gesamtfahrzeug
                        min/max in l, Länge, Breite und Tiefe des Kofferraums in mm

         Zugänglichkeit Kofferraum                                                    Gesamtfahrzeug
                        Höhe der Ladekante in mm, Höhe der Ladeöffnung und Breite der Ladeöffnung in mm

         Heckscheibenneigung                                                          Gesamtfahrzeug
                        in Grad

                             Functional Spec.
                                                                                                                                                                                                       System-Test

                                                                                                                                   ?                                            ?
                                                                                  System Design
                                                                                                                                                                                             Integration-Test

                                                                                                                                    ?                                      ?
                                                                                                          Software-Arch.
                                                                                                                                                                                           Unit-Test

                                                                                                                                          ?                           ?
                                                                                                              Implementation

                                                                                                                                                       ?
                                       Varianteninformation                                                                  Transformation in                   Standardisierte                 Komposition
                                            entlang des                                                                       eine generische              Varianzrepräsentation auf        verschiedener Ebenen:
                                       Produktlebenszyklus                                                                 Varianzrepräsentation           allen Entwicklungsebenen          Analyse/Optimierung
Kompositionales Variantenmanagement
• Modulare Vorgehensweise zur Beherrschung der
  Komplexität
  Ebenen sind nicht nur „Empfänger“
                                f     “ der Varianzinformation,
                                                     f
  sondern (immer) auch „Träger“ der Varianzinformation!
  Definition Unterschiedlicher „Sichten auf Varianz“ erleichtern
   das Verständnis (Vertrieb,
                    (Vertrieb Baubarkeit,
                              Baubarkeit Entwicklung,
                                           Entwicklung Zeit,
                                                         Zeit …))

• Standards ((Schnittstellen)) zur Verwendung
                                            g bei
  Beweis- und Optimierungsverfahren
  CVL (Common Variability Language; CVL RFP vom 12.12.2009 bei der OMG)

• Beweis und Optimierungsverfahren
  Prinzipielle Einschränkungen nicht behebbar (NP-Vollständigkeit)
  Welche Fragen können beantwortet werden?
  Welche Verfahren (SAT-Solver) werden benötigt und wie groß können Probleme werden?
   (Skalierbarkeit)
Kompositionales Variantenmanagement
Skalierbarkeit:
    •   „Worst Case SAT“ untersucht 2n Knoten: 100 Variablen (Feature) führen zu 2100
        möglichen Wertzuweisungen; (2100*10‐20)/3600/24/365 ≈ 402 Jahre

    •   Typische Anwendungen bis 2006: 1500 Knoten

    •   Vollständiges Produkt: ca. 60.000 Knoten – 1.000.000 Knoten
Kompositionales Variantenmanagement

 Welche Fragen/Operationen soll das Variantenmanagement
   beantworten/bereitstellen?

    Konsistenz/Erfüllbarkeit der Produktlinie (PL)?
    Berechnung
     B    h      eines
                  i    b
                       beliebigen
                          li bi   ((aller)
                                     ll ) PProduktes
                                              d kt d der PL
    Berechnung der Anzahl der Produkte der PL
    Berechnung der Gemeinsamkeit (Commonality)
      Bei Anwendung auf ein Feature liefert die Berechnung den
       prozentualen Anteil der Produkte, die dieses Feature enthalten
    Berechnung des „optimalen
                      optimalen“ Produktes entsprechend vorgegebener Kriterien
      optimale Vervollständigung einer Teilkonfiguration
    Auf welche Produkte meiner Produktlinie wirkt sich eine Änderung aus?
    Online Konfiguration mit Constraint Propagation (Staged Configuration)
    …
Anwendung (1): Verlinkung benachbarter Ebenen (BMBF mit BMW)
                                                                                                                                                     Produktvarianten

    Requirements
    Raumkonzept

       Raumangebot vorne inkl. Ein- / Ausstieg
                                                                                                                                                                                                         Sign-Off Test
       Raumangebot hinten inkl. Ein- / Ausstieg

       Ablagekonzept

       Kofferraum / Zuladung

           VDA Volumen                                                                  Gesamtfahrzeug
                          min/max in l, Länge, Breite und Tiefe des Kofferraums in mm

           Zugänglichkeit Kofferraum                                                    Gesamtfahrzeug
                          Höhe der Ladekante in mm, Höhe der Ladeöffnung und Breite der Ladeöffnung in mm

           Heckscheibenneigung                                                          Gesamtfahrzeug
                          in Grad

                               Functional Spec.
                                                                                                                                                                                                     System-Test

                                                                                    System Design
                                                                                                                                                                                           Integration-Test

                                                                                                            Software-Arch.
                                                                                                                                                                                         Unit-Test

                                                                                                                Implementation

                               Varianteninformation                                                                            Transformation in                   Standardisierte             Komposition
                                    entlang des                                                                                 eine generische              Varianzrepräsentation auf    verschiedener Ebenen:
                               Produktlebenszyklus                                                                           Varianzrepräsentation           allen Entwicklungsebenen      Analyse/Optimierung
Funktionsnetz (Funktionale Spezifikation; BMBF Projekt EBASO)

  Car                                   Cbs
  Mileage
       g
                pinKm

  CarTime         pin
                 Date                                                           Cbs
                                        CbsWd
                               pinKm    MotorOil                                ComputeServiceDate
  Sensors                                                      pout
  MotorOil                    pinDate   Adaptive               Availability
                   pin
                         pinSensorsMo
               S
               Sensors
                   Mo    pinDoService                                         pinAvailabilityMo
                                                                              pinAvailabilitySp
                                        CbsWdSparkPlugs                       pinAvailabilityPf

                                                            Availability
                                               CbsWd
                                               SparkPlugs

                                                            pout
                                                                                 p
                                                                                 pout                  p
                                                                                                       pout

                                                            A
                                               Li
                                               Linear

                                                            p
                                                                                 Reset                 ServiceDate

                                                                                                                                  poutDisplay
                               pinKm
                                                                                                        pin
                              pinDate          CbsWd

                                                                                                                                  Basic
                                                                                                        ServiceDate
                                               SparkPlugs                                                                                       Car
  Sensors                pinDoService          Adaptive                                                                                         Display
                                                                                                      Cbs
  SparkPlugs                                                                                          Display
                   pin            pin

                                                            Availability
               Sensors     SensorsSp
                           S      S
                   Sp

                                                            pout
                               pinKm                                             pinReset
                                        CbsWd
  Sensors                     pinDate   ParticleFilter                                                                                          Car
  Particle                              Adaptive                                                                                                Service
                   pin   pinSensorsPf                                            CbsReset
  Filter       Sensors

                                                                                                                                         pin
                                                                                                                                  DoServvice
                    Pf   pinDoService

                                                                                                        poutServSp
                                                                                         poutServPf

                                                                                                                     poutServMo
Verfolgbarkeit und Konfiguration benachbarter Modelle

              Kundenanforderung                                                           Funktionale Spezifikation (Funktionsnetz)
                             Vehicle
                                                                             Car
                                                                                                                   Cb
                                                                                                                   Cbs
                                                                             Mileage
                                                                                           pinKm
                                                Vehicle
         Engine                                                              CarTime
                                              Maintenance                                    pin
                                                                                            Date                   CbsWd                                   Cbs
                                                                                                          pinKm    MotorOil                                ComputeServiceDate
                                                                             Sensors                                                      pout
                                                                             MotorOil                    pinDate   Adaptive
                                                                                                                                          Availability
                                                                                              pin
Di
Diesel
     l            Ott
                  Otto                            Cb
                                                  Cbs                                               pinSensorsMo
                                                                                          Sensors
                                                                                          S
                                                                                              Mo    pinDoService                                         pinAvailabilityMo
                                                                                                                                                         pinAvailabilitySp
                                                                                                          CbsWdSparkPlugs                       pinAvailabilityPf

                                                                                                                                       Availability
                                                                                                                 CbsWd
                                                                                                                          SparkPlugs

                                                                                                                                       pout
                    Wd                Wd                                                                                  Linear                           pout                  pout
                                                           Wd                                                                                              Reset                 ServiceDate
                  MotorOil       ParticleFilter

                                                                                                                                                                                                            poutDisplay
                                                        SparkPlugs                                        pinKm
                  Ad ti
                  Adaptive        Ad ti
                                  Adaptive
                                                                                                                                                                                 pin
                                                                                                         pinDate          CbsWd

                                                                                                                                                                                                            Basic
                                                                                                                                                                                 ServiceDate
                                                                                                                          SparkPlugs                                                                                      Car
                                                                             Sensors                pinDoService          Adaptive                                                                                        Display
                                                                                                                                                                                Cbs
                                                                             SparkPlugs                                                                                         Display
                                              Wd                   Wd                         pin            pin

                                                                                                                                       Availability
                                           SparkPlugs           SparkPlugs                Sensors     SensorsSp
                                            Adaptive              Linear                      Sp

                                                                                                                                       pout
                                                                                                          pinKm                                            pinReset

                                                                                                                                       A
                                                                                                                                       p
                                                                                                                   CbsWd
                                                                             Sensors                     pinDate   ParticleFilter                                                                                         Car
                                                                             Particle                              Adaptive                                                                                               Service
                                                                             Filter           pin   pinSensorsPf                                            CbsReset
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                                                                                                                                                                                                                  pin
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                                                                                                                                                                                   outServSp
                                                                                                                                                                   poutServPf

                                                                                                                                                                                                outServMo
                                                                                                                                                                                  po

                                                                                                                                                                                               po
Verfolgbarkeit und Konfiguration benachbarter Modelle

              Kundenanforderung                                                           Funktionale Spezifikation (Funktionsnetz)
                             Vehicle
                                                                             Car
                                                                             Mileage
                                                                                           pinKm
                                                Vehicle
         Engine                                                              CarTime
                                              Maintenance                                    pin
                                                                                            Date                   CbsWd                                   Cbs
                                                                                                          pinKm    MotorOil                                ComputeServiceDate
                                                                             Sensors                                                      pout
                                                                             MotorOil                    pinDate   Adaptive
                                                                                                                                          Availability
                                                                                              pin
Di   l
Diesel            Ott
                  Otto                            Cb
                                                  Cbs                                               pinSensorsMo
                                                                                          Sensors
                                                                                          S
                                                                                              Mo    pinDoService                                         pinAvailabilityMo
                                                                                                                                                         pinAvailabilitySp
                                                                                                          CbsWdSparkPlugs                       pinAvailabilityPf

                                                                                                                                       Availability
                                                                                                                 CbsWd
                                                                                                                          SparkPlugs

                                                                                                                                       pout
                    Wd                Wd                                                                                  Linear                           pout                  pout
                                                           Wd                                                                                              Reset                 ServiceDate
                  MotorOil       ParticleFilter

                                                                                                                                                                                                            poutDisplay
                                                        SparkPlugs                                        pinKm
                  Ad ti
                  Adaptive        Ad ti
                                  Adaptive
                                                                                                                                                                                 pin
                                                                                                         pinDate          CbsWd

                                                                                                                                                                                                            Basic
                                                                                                                                                                                 ServiceDate
                                                                                                                          SparkPlugs                                                                                      Car
                                                                             Sensors                pinDoService          Adaptive                                                                                        Display
                                                                                                                                                                                Cbs
                                                                             SparkPlugs                                                                                         Display
                                              Wd                   Wd                         pin            pin

                                                                                                                                       Availability
                                           SparkPlugs           SparkPlugs                Sensors     SensorsSp
                                            Adaptive              Linear                      Sp

                                                                                                                                       pout
                                                                                                          pinKm                                            pinReset

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                                                                                                                                       p
                                                                                                                   CbsWd
                                                                             Sensors                     pinDate   ParticleFilter                                                                                         Car
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                                                                             Filter           pin   pinSensorsPf                                            CbsReset
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                                                                                                                                                                                                                  pin
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                                                                                                                                                                   poutServPf

                                                                                                                                                                                                outServMo
                                                                                                                                                                                  po

                                                                                                                                                                                               po
Verfolgbarkeit und Konfiguration benachbarter Modelle

  Car                                   Cbs
  Mileage
                pinKm

  CarTime         pin
                   i
                 Date                                                           Cbs
                                        CbsWd
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  Sensors                                                      pout
  MotorOil                    pinDate   Adaptive               Availability
                   pin
                         pinSensorsMo
               Sensors
                   Mo    pinDoService                                         pinAvailabilityMo
                                                                              pinAvailabilitySp
                                        CbsWdSparkPlugs                       pinAvailabilityPf

                                                            Availability
                                               CbsWd
                                               SparkPlugs

                                                            pout
                                                                                 pout                  pout
                                               Linear                            Reset                 ServiceDate

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                               pinKm
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                                                                                                        pin
                              pinDate          CbsWd
                                               Cb Wd

                                                                                                                                  Basic
                                                                                                        ServiceDate
                                               SparkPlugs                                                                                        Car
  Sensors                pinDoService          Adaptive                                                                                          Display
                                                                                                      Cbs
  SparkPlugs                                                                                          Display
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                                                                                 pinReset

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                                        CbsWd
  Sensors                     pinDate   ParticleFilter                                                                                           Car
  Particle                              Adaptive                                                                                                 Service
                   pin   pinSensorsPf                                            CbsReset
  Filter       Sensors

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                                                                                                                                        pin
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                                                                                                             ervSp
                                                                                             ServPf

                                                                                                                          ervMo
                                                                                                        poutSe

                                                                                                                     poutSe
                                                                                         poutS
Verfolgbarkeit und Konfiguration benachbarter Modelle

  Car                                        Cbs
  Mileage
                pinKm

  CarTime         pin
                   i
                 Date                                                                           Cbs
                                             CbsWd
                               pinKm         MotorOil                                           ComputeServiceDate
  Sensors                                                                      pout
  MotorOil                    pinDate        Adaptive                          Availability
                   pin
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                                                                  ailability
                                                                                                 Reset            ServiceDate

                                                                                                                                            poutDiisplay
                                                                                                                  p
                                                                                                                  pin

                                                                  ut
                                                                Ava
                                                                pou
                                                   CbsWd
                                                   Cb Wd

                                                                                                                                            Basic
                                          pinKm                                                                   ServiceDate
                                        pinDate    SparkPlugs                                                                                              Car
  Sensors                                          Adaptive                                                   Cbs                                          Display
                                  pinDoService
  SparkPlugs       pin                                                                                        Display
                                           pin
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                                    SensorsSp
                   Sp
                                                                                                 pinReset

                                                                                                                                                           Car
                                                                                                 CbsReset                                                  Service

                                                                                                                                            DoService
                                                                                                                                                  pin
                                                                                                                       ervSp

                                                                                                                                    ervMo
                                                                                                                  poutSe

                                                                                                                               poutSe
Anwendung (2): Einführung VM im AM bei der VW AG
                                                                                                                                                     Produktvarianten

    Requirements
    Raumkonzept

       Raumangebot vorne inkl. Ein- / Ausstieg
                                                                                                                                                                                                         Sign-Off Test
       Raumangebot hinten inkl. Ein- / Ausstieg

       Ablagekonzept

       Kofferraum / Zuladung

           VDA Volumen                                                                  Gesamtfahrzeug
                          min/max in l, Länge, Breite und Tiefe des Kofferraums in mm

           Zugänglichkeit Kofferraum                                                    Gesamtfahrzeug
                          Höhe der Ladekante in mm, Höhe der Ladeöffnung und Breite der Ladeöffnung in mm

           Heckscheibenneigung                                                          Gesamtfahrzeug
                          in Grad

                               Functional Spec.
                                                                                                                                                                                                     System-Test

                                                                                    System Design
                                                                                                                                                                                           Integration-Test

                                                                                                            Software-Arch.
                                                                                                                                                                                         Unit-Test

                                                                                                                Implementation

                               Varianteninformation                                                                            Transformation in                   Standardisierte             Komposition
                                    entlang des                                                                                 eine generische              Varianzrepräsentation auf    verschiedener Ebenen:
                               Produktlebenszyklus                                                                           Varianzrepräsentation           allen Entwicklungsebenen      Analyse/Optimierung
Produktvielfalt für mechanische Bauteile

 Konzentration auf den ersten Schritt in der mechanischen Entwicklung
 • Erstellung von Lastenheften für mechanische Bauteile
    Lastenhefte werden immer wichtiger auf dem globalen Markt
    Lastenhefte bilden die Kommunikationsgrundlage zwischen OEM und Zulieferer
    Lastenhefte müssen eindeutig, verständlich, konsistent, aktuell, überprüfbar, …
     um einen effizienten und kostengünstigen Entwicklungsprozess zu garantieren
    Lastenhefte bilden die Grundlage zur Systemspezifikation durch den Zulieferer
 • Varianz mechanischer Bauteile kann nicht durch einfache Erstellung eines
   Lastenhefts für jede Variante gehandhabt werden
    “Clone and Own” Ansätze skalieren nicht mit zunehmender Komplexität

 Neuer Ansatz zur Handhabung varianter Lastenhefte auf Basis von Produktlinien!
Kernanforderungen zur AM-Methodik

                                       Erhöhung
                                          ö                 ä,
                                                  der Qualität
                                                      Q
                                   Wiederverwendung und Effizienz
                                 im Lastenhefterstellungsprozess für
                                       mechanische Bauteile
                                                                   Einfache
    Allgemeinverfügbare                        Qualität der
                                       Erhöhung der
                                                                   Werkzeuganwendung und
    Plattform für alle zentralen EA
                                 EA-   Anforderungen und der       A
                                                                   Anwenderunterstützung
                                                                         d   t tüt
    Anforderungsdokumente              Lastenhefte                 durch Automatisierung

                                                                   Gezieltes und effizientes
    Nachvollziehbare                   Effiziente Bereitstellung
    Datenbankstruktur orientiert an    bestehenden Wissens
                                                                   Änderungsmanagement
                                                                   zur nachvollziehbaren Durchführung von
    etablierten Strukturen             (Lessons Learned)           Änderungen

         Strukturierung der
    Flexible
                                       Aufwandsreduzierung durch
                                                                   Rollen- und
    Lastenhefte ermöglicht einfache    Wiederverwendung            Rechtekonzept
                                                                               p zur Festlegung
                                                                                           g g
    Einbeziehung von                   bestehender Informationen   von Verantwortlichkeiten und der
    Fachabteilungen                                                Zugriffsverwaltung

               Struktur                           Qualität                    Werkzeug

In Zusammenarbeit mit Volkswagen Management Aggregateentwicklung;
Ralf Gümmer (VW AG)
Methodischer Ansatz Master-Lastenheft

                                                                                   MASTERLASTENHEFT

                                                                                                                                                               eft-Erstellung
BT X1, 3Zyl.      BT X2, 4Zyl.     BT X3, 6Zyl.
                                                                                    Übergreifende System- und
                                          heute                                    Bauteilanforderungen der EA

         Fkt A, Otto      Fkt B, Diesel

                                                                                   Allgemeine Anforderungen an
                                                                                            ein Bauteil

                                                                                                                                                        Lastenhe
                                                         Erstellung des Bauteil-                                             Einbindung von
                                                         LAH aus dem Master             Bauteilspezifische                   Querschnittsdokumenten
                                                         über einen Filter/View          Anforderungen                       (mitgeltende Unterlagen)

                                                  Ziel                                                                   Verlinkung /
                                                                         Export
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                                                                   LASTENHEFT                                   QUERSCHNITTSDOKUMENTE

                                                                                                                                                        Bereittstellung
                                                                                                    z.B. Projektdatenblatt    Gussanforderungen …

                                                                                                                                                                                (Lieferant))
               Konzernweit eine Spezifikation
                      für ein Bauteil
                    BT X, Konzern EA

    In Zusammenarbeit mit Volkswagen Management Aggregateentwicklung;
    Ralf Gümmer (VW AG)
Vier Kernprozesse in der
Master-Lastenheft-Methodik
                                                            AM-EA Lastenheft-Prozesse
                                                                         PF            KE
                                                                                                                             F
                                                                                                                             Fahrzeug
                                                                                                                               h

                                                                        PFA            AE
                                                                                                                             Antrieb
                                                                        - 39           - 33
                     TE-Vorlage
                     Vorhandene                                                         BT-LAH
                      BT-LAH(e)

                                             V                                     E
   Management

                                            (1)*                                   (2)                        (3)*
     Vertrieb                          Erstellung BT-                          Erstellung                    Review
                                                                                BT-LAH
                      Anforrderungen

                                        Master-LAH                                                           BT-LAH

                                                                                                                       Abgestimmte
    Produktion                                                                                                        Änderungen des
                                                        BT-Master-LAH                                                  BT-Master-LAH
                                                          Datenbank                                                                        Neue
                                                                                                                (4)*
                                                                                                                                         TE-Vorlage
       TE                                           E                                                    Pflege BT-Master-           V
                                                                  V                     Aktualisiertes          LAH
                                                                                       BT-Master-LAH                                 E

Qualitätssicherung                                                                            M
                                                                                                                M

                                                                                                                     BT-Master-LAH
                     * projektunabhängig                                                                         V
                                                                                                                      (zum Review)

In Zusammenarbeit mit Volkswagen Management Aggregateentwicklung;
Ralf Gümmer (VW AG)
Verwendung einer Datenbank
Anforderungsmanagement‐Software ermöglicht:
• gemeinsames Arbeiten an einem einheitlichen Dokument (Master‐LAH)
• zentrale und strukturierte Datenablage
• konzernweiten Zugriff

                                    Datenbank

                                 Master-Lastenheft

In Zusammenarbeit mit Volkswagen Management Aggregateentwicklung;
Ralf Gümmer (VW AG)
Zusammenfassung
•   Variantenspezifikation
      Excel‐basierte Methoden sind geeignet bei geringer Variantenanzahl
      Feature Modell
               Modell‐basierte
                       basierte Techniken werden diese Methoden ablösen
      Werkzeuge sind verfügbar:
          pure::variants (pure‐systems GmbH), v.control (L4B GmbH), …

• Variantenanalyse
      Wenige hocheffiziente spezialisierte Verfahren auf dem Markt verfügbar
        SPASS‐SATT von L4B (als Produkt verfügbar; Analyse beliebig großer Modelle)
      Laufzeiten sind seit Anfang 2000 in der Größenordnung bis zu 10.000 verbessert

• Durchsetzung am Markt
      Produktlinien (Baukästen; MLB, MQB bei VW) sehr erfolgreich am Markt
      OEM verwenden p  proprietäre
                           p        SAT‐basierte Verfahren seit Anfangg 2000
        Veraltete Verfahren stoßen aktuell an ihre Grenzen
      Neue Technologien (SPASS‐SATT) ermöglichen Echtzeit‐Überprüfung großer
       Modelle
Vielen Dank
             für Ihre
           Aufmerksamkeit!

                                                              F
                                                              Fragen?
                                                                    ?

Kontakt:
                        PROF. DR. GEORG ROCK
                        Trier University of Applied Science
                        Computer Science Department
                        D-54293 Trier
                        Email: G.Rock@fh-trier.de

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