Entwurfsmuster für den Aufbau von Baukästen für das Funktionale Engineering

Abstract

Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus bewegen sich heute in einem stark globalisierten Markt, was zu einem hohen Wettbewerbsdruck führt. Daher setzen viele Unternehmen heutzutage neben Innovation, Energieeffizienz und Qualität immer mehr auf die Individualisierung ihrer Produkte, um dem Kunden die für ihn optimale Lösung anbieten und dadurch ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis erreichen zu können. Die Individualisierung von Maschinen und Anlagen führt in den Unternehmen jedoch zu einer erhöhten Komplexität, was sich vor allem im Engineering-Bereich deutlich zeigt, wo explodierende Kosten, Qualitätsprobleme und verlängerte Projektlaufzeiten zu beobachten sind. Diesen Problemen versuchen viele Unternehmen mit baukastenbasierten Funktionalen Engineering Systemen (FES) entgegenzuwirken. Durch Modularisierung und Wiederverwendung von mechatronischen Komponenten ist es möglich, variantenreiche Maschinen und Anlagen zu konfigurieren und Daten und Projektunterlagenautomatisch zu generieren. Die Erstellung der Baukästen für FES ist jedoch zeit- und kostenintensiv. Zudem finden viele Engineering-Prozesse nicht mehr zentral in einem Unternehmen statt, sondern werden firmenübergreifend in Kooperationen hoch spezialisierter Zulieferer und Dienstleister abgewickelt. Für die reproduzierbare Erstellung leicht zu wartender Baukästen wurde deshalb in dieser Arbeit ein Katalog aus mechatronischen Entwurfsmustern erarbeitet. Um Optimierungspotenziale in vorhandenen Baukästen transparent und die Anwendung der entwickelten Entwurfsmuster messbar zu machen, wurden Metriken zur Analyse von FES-Baukästen ermittelt, die in Form eines "Model-Analysers" umgesetzt wurden. Die mechatronischen Entwurfsmuster wurden zum einen benutzt, um Konzepte für firmenübergreifend wiederverwendbare Basisbaukästen zu entwickeln, womit sich Aufwände bei der Erstellung von Baukästen reduzieren lassen. Zum anderen wurden mit Hilfe dieser Entwurfsmuster Konzepte erstellt, um den Einsatz von FES in Kooperationen zwischen Firmen zu ermöglichen.

The mechanical and plant engineering industry today finds itself in an increasingly globalized market which results in a very high competitive pressure. Therefore, many companies now focus not only on innovation, energy efficiency and quality but also on customization of their products, in order to be able to offer their customers the optimum solution and consequently a good price/performance ratio. However, the customization of machines and plants in the industry results in a higher level of complexity which can be seen in particular in the field of engineering where cost explosion, quality problems and prolonged project durations can be observed. Many companies try to avoid these problems by means of modular Functional Engineering Systems (FES). Modularization and reuse of mechatronic components enables the configuration of versatile machines and plants and the automatic generation of data and project documents. But the creation of libraries for FES is time- andcost-intensive. In addition, many engineering processes do not take place centrally in a company, but are cross-company processes in cooperation with highly specialized suppliers and service providers. For this reason, a catalogue of mechatronic design patterns for the reproducible generation of easy to maintain libraries has been elaborated in this thesis. In order to make optimization potentials in existing libraries transparent and the application of developed design patterns measurable, metrics for the analysis of FES modules have been identified that have been implemented as a "model analyzer". On one hand, the mechatronic design patterns were used to develop concepts for cross-company reusable basic libraries, so that the effort of producing the libraries can be reduced. On the other hand, concepts have been developed with the help of those design patterns for enabling the application of FES in cooperations between companies.