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Anwendung des „Concurrent Engineering“ für Systementwürfe im DLR Institut für Raumfahrtsysteme

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reece
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  1. Anwendung des „Concurrent Engineering“ für Systementwürfe im DLR Institut für Raumfahrtsysteme 23. September 2010 – Aachener AutomatisierungstageAndy Braukhane DLR Institut für Raumfahrtsysteme Systemanalyse Raumsegment

  2. Überblick DLR Bremen Abteilung Systemanalyse Raumsegment Systems Engineering in der Raumfahrt Concurrent Engineering (CE) CE – Prozess Concurrent Engineering Facility (CEF) Datenmodelle (Software) CE – Studienbeispiele Zusammenfassung Ausblick und Visionen

  3. DLR Bremen: Institut für Raumfahrtsysteme Neues DLR-Institut in Bremen: gegründet 2007 • Systemanalyse - Analyse und Bewertung komplexer Raumfahrtsysteme in Bezug auf technische, ökonomische und politische Apekte • Systemtechnik - Systems Engineering für Raumfahrzeuge und deren Anwendung; Forschung und Entwicklung in speziellen Technologiebereichen • Projekte - Ko-operationen mit anderen DLR-Instituten, Universitäten und Forschungs-einrichtungen, sowie mit der Industrie CEF

  4. Systemanalyse Raumtransport SystemanalyseRaumsegment Navigations- & Kontrollsysteme System- konditionierung& Verifikation Transport- & Antriebssysteme Explorations- systeme & Wissenschafts- missionen Orbitalsysteme & Sicherheit Avionik- systeme DLR Bremen: Abteilungen CEF

  5. Systemanalyse Raumsegment • 3 Kernbereiche • Systembewertung und Kosten • Orbital- und Missionsanalyse • Systemkonzepte und Concurrent Engineering • Derzeitige Projekte und Aktivitäten, u. A.: • Betrieb Concurrent Engineering Facility (CEF) • Knowledge Capitalization (ESA-Projekt) • Datenbanken für Raumfahrtsysteme, Subsysteme, Komponenten und deren Parameter • Kleinsatellitenentwicklung,z.B. CLAVIS; AISat • Kompaktsatelliten, z.B.: AsteroidFinder; CarbonSat • Kosten- und Missionsanalyse • Concurrent Engineering

  6. Quelle: TSTI Systems Engineering: Warum?

  7. Systems Engineering: Phasen Derzeitiger Fokus des “Concurrent Engineering” • Machbarkeit (Phase 0) • Vorläufiges Design (Phase A) Quelle: European Cooperation for Space Standardization (ECSS)

  8. iteration Systems Engineering: Prozesse I Conventional Design / Engineering Processes Sequential Engineering (with iterations): Configuration Power Thermal Centralized Engineering: Power Configuration Project Manager/ Systems Engineer AOCS Thermal

  9. Systems Engineering: Prozesse II Concurrent Design / Engineering Process Configuration Project Manager/ Systems Engineer Power AOCS Thermal • Die 5 Elemente des Concurrent Engineering (CE); gemäß ESA: • Interdisziplinäres Expertenteam • CE-Prozess • Design Modell • Infrastruktur (hier: CEF) • Multi-Media Umgebung

  10. Concurrent Engineering • Was ist das? • Systems Engineering Technik für Entwurf, Entwicklung und technisches Management • Systematischer Ansatz für integrierte Produktentwicklung • Formalisierung des iterativen Entwicklungsprozesses • Simultanes Arbeiten an einem gemeinsamen Problem • Involviert alle Disziplinen + aktive Einbindung des Kunden • Wer macht das (in der Raumfahrt)? • Agenturen & Forschungseinrichtungen • u.A.: NASA, ESA, DLR, ASI (Italien), CNES (Frankreich) • Industrie • u.A.: EADS Astrium; Thales Alenia Space • Universitäten • u.A.: TU München; MIT, Stanford; Cranfield; La Sapienza

  11. Der CE-Prozess: Ablauf & Produkte

  12. Der CE-Prozess: Phasen I • Initiationsphase (Monate vor Studie) • „Kunde“ kontaktiert CE-Team • Erste Verhandlungen mit dem Kunden; Status-Bestimmungen • Diskussion der zu erwartenden Resultate • Identifikation der benötigten Disziplinen (Domänen) • Vorbereitungsphase (Wochen vor Studie) • Festlegung der Missions- und Studienziele • Definition der Missions- und Systemanforderungen • Identifikation möglicher Systemoptionen (max. 3) • Vorbereitung der Missions-Analyse (u.A. Bahnberechnungen) • Finale Zusammensetzung und Einladung des Entwicklerteams

  13. Der CE-Prozess: Phasen II • Studienphase (DLR: 1-3 Wochen) • Kick-off mit Präsentationen der wichtigsten Themen • Erste Konfiguration und Budget-Abschätzungen (z.B.: Masse) • Iterationen auf Subsystem- und Komponentenebene in mehreren Sitzungen; inkl. Datenabgleich; Vergleiche von Optionen • Dazwischen: Gruppendiskussionen; Berechnungen • Endet mit kurzen Abschlusspräsentationen jedes Subsystems • Review; Abgleich; Aufnahme der offenen Punkte • Nachbereitungsphase • Sammlung der Resultate (Dateien; Berichte, Präsentationen) • Bewertung der Resultate • Anfertigung der Abschlussdokumentation • Überleitung der offenen Punkte in die weitere Projektarbeit • Überleitung der „Lessons Learnt“ in den CE - Prozess

  14. Der CE-Prozess: Studienphase Session:moderiert (im Hauptraum); Datenaustausch Post-processing:freie Diskussionen; Arbeitsgruppen Final Presentation:abschließender Abgleich der Ergebnisse

  15. Eingang • Was ist • Eine Toiletten Server- Raum Küche Hauptraum Besprechungs- Raum 2 Lobby Besprechungs- Raum 1 CEF I: Concurrent Engineering Facility

  16. CEF II: Haupt („Design“) Raum 3 Projektionsflächen 12 Arbeitsplätze

  17. CEF III: Team-Anordnung Kunden- & Expertentisch Beispiel Team Leitung Power Thermal System Antriebe Kosten Lageregelung Missionsanalyse Struktur Kommunikation Daten- management Konfiguration

  18. Modelle: ESA Integrated Design Model (IDM) I • MS Excel-basiert • Makro-unterstützt • Phase 0 / A • Zentraler Datenaustausch • Data_exchange.xls • Arbeitsblätter (Tabellen) • Input • Berechungen • Budgets • Output • Schnellübersicht • … • Ein „Workbook“ pro Disziplin • Satelliten-Missionen

  19. Modelle: ESA Integrated Design Model (IDM) II Schematischer Überblick: Quelle: ESA

  20. Leichter Übertrag der Units aus Bibliothek in Studien-Explorer Datenspeicherung mit Versionskontrolle „Subversion (SVN)“ verwendet SMP2-Standard basiert auf Eclipse Komponenten-bibliothek Ansicht des “System breakdown” Quelle: TSTI SMP = Simulation Model Portability Quelle: DLR-SC Modelle: DLR Virtueller Satellit I • Simultaner Zugriff der Disziplinen  Rechtevergabe (System; Power…) • Enthält Bibliothek mit parametrisierten Komponenten (Units) • Gliederung der Systemstruktur in Baumansicht • flexibel erweiter- und verschachtelbar

  21. Quelle: DLR-SC Modelle: DLR Virtueller Satellit II Beispiel: Luftfahrt Beispiel: Raumfahrt

  22. Quelle: TU München Modelle: (v)Sys-ed (TU München) I (v)Sys-ed virtuelles System; Editor Objektbasierte Modellierung für simultane Systementwicklung Zentrales Datenmodell Verwendet Klassen und Objekte (Instanzen) Wiederverwendung von Klassen/Objekten über die Bibliothek • Mehrere Projekte in einer einzigen Datenbank • Inputs/ Outputs über Flussrelationen • Schnittstellen • Excel • XML… • Benutzerzugriff über (4D-)Client

  23. Modelle: (v)Sys-ed (TU München) II Beispiel: Erstellen eines Objektes Klassenbibliothek Erstelltes Objekt Quelle: TU München

  24. CE – Studienbeispiele • Beispiele bisheriger DLR - Studien • Derzeit 15 ein- bis dreiwöchige Studien seit 2008 • Externe Kunden u. A.: EADS Astrium; AMSAT; IUP Bremen; FH Aachen MASCOT (DLR Bremen) Cryo-Kickstufe (DLR Bremen) AsteroidFinder (DLR Bremen) COMPASS-II (FH Aachen) AMSAT Mond + Mars (AMSAT-DL) AHAB (Uni Bremen, DLR)

  25. Zusammenfassung • Concurrent Engineering • Spart Entwicklungskosten und -Zeit (~50 %) • Minimiert Fehler  erhöht Konsistenz • Gegenseitige Ausbildung („Blick über den Tellerrand“) • Sehr hilfreich in frühen Projektphasen • Das Team steht im Vordergrund • Datenmodelle und Infrastruktur unterstützen den Prozess • Mehrere Modelle möglich / erhältlich / in Entwicklung • Kommunikation der Ingenieure (auch mit dem Kunden) • Weitere (potentielle) Industriezweige und Anwendungen • Fahrzeugbau; Luftfahrt • Öl- und Gas-Industrie; Offshore-Anlagen • Architektur-Bauwesen; Werkzeugmaschinen?

  26. Ausblick und Vision • Anwendung des Prozesses auf höhere Projektphasen • Einbindung von Team, Modellen und Infrastruktur über den gesamtem Produkt-Lebenszyklus bis hin zur Entsorgung • Höhere Vernetzung von Software und integriertem Datenmodell • Anbindung von Subsystem-Werkzeugen • Virtuelle „Vorschau“; automatische 3D-Modelle aus Parametern • Einbindung von internen Datenbanken in die Design-Modelle • DLR Space Suppliers and Manufacturers Database (SSAM) • DLR Concurrent Engineering Reference Database (CERD) • Vertiefung der Kooperation auf nationaler & europäischer Ebene • Zusammenschluss der CE-Anlagen für gemeinsame Studien • Standardisierung von Modellen; Parametern und Abläufen

  27. Fragen?Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit