Adaptive und wandlungsfähige IT-Architektur für Produktionsunternehmen

23 1 Einleitung 27 1.1 Motivation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.1.1 Turbulentes Umfeld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 1.1.2 Globalisierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 1.1.3 Wachsende Komplexität . . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.2 Problemstellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 1.3 Vision, Ziele und Forschungsfragen . . . . . . . . . . . . . . 36 1.3.1 Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 1.3.2 Ziele der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 1.3.3 Forschungsobjekte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.4 Aufbau der Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 2 Grundlagen 45 2.1 Managementkonzepte für Produktionsunternehmen . . . . . 45 2.1.1 Computer-integrated Manufacturing . . . . . . . . . 48 2.1.2 Produktdatenmanagement . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.1.3 Digitale Fabrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.1.4 Product Lifecycle Management . . . . . . . . . . . . 53 6 Inhaltsverzeichnis 2.1.5 Factory Lifecycle Management . . . . . . . . . . . . 55 2.1.6 Supply Chain Management . . . . . . . . . . . . . . 57 2.1.7 Das Stuttgarter Unternehmensmodell . . . . . . . . . 58 2.2 Informationstechnische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . 60 2.2.1 Enterprise Application Integration . . . . . . . . . . 61 2.2.2 Serviceorientierte Architektur . . . . . . . . . . . . . 62 2.2.2.1 Web Service . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 2.2.2.2 WSDL . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.2.2.3 SOAP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 2.2.2.4 Serviceverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . 67 2.2.2.5 Modellierungssprachen für Geschäftsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.2.3 Nachrichtenvermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . 70 2.2.3.1 Einheitliches Nachrichtenformat . . . . . . 70 2.2.3.2 Content-based Router . . . . . . . . . . . . 71 2.2.3.3 Message Queues . . . . . . . . . . . . . . . 71 2.2.4 Enterprise Service Bus . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 2.3 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 3 IT-Lösungen für den Produktlebenszyklus und verwandteArbeiten 77 3.1 Phasenmodell des erweiterten Produktlebenszyklus . . . . . 78 3.2 Serviceorientierte Architektur für das Product Lifecycle Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3.2.1 PLM Services 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 3.2.2 Enterprise Service Bus zur Integration des Product Lifecycle Management . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 3.3 Champagne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 3.4 Engineering Service Bus (EngBus) . . . . . . . . . . . . . . . 88 3.5 Manufacturing Service Bus (MSB) . . . . . . . . . . . . . . . 89 3.6 Softwarelösungen für PLM, FLM und SCM . . . . . . . . . . 92 Inhaltsverzeichnis 7 3.7 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 4 Serviceorientierte IT-Architektur für wandlungsfähige Produktionsunternehmen 103 4.1 Adaptivität und Abhängigkeiten von Unternehmenselementen 104 4.2 Anforderungen an eine adaptive und wandlungsfähige ITArchitektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 4.2.1 Technische Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . 111 4.2.2 Organisatorische Anforderungen . . . . . . . . . . . 114 4.3 Adaptive und wandlungsfähige IT-Architektur für Produktionsunternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.3.1 Eine adaptive und wandlungsfähige IT-Architektur (ACITA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.3.2 Umsetzung der ACITA zur Integration des Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 4.3.2.1 Datenaustauschformate . . . . . . . . . . . 121 4.3.2.2 Serviceverzeichnisse . . . . . . . . . . . . 122 4.3.2.3 Dynamische Nachrichtenvermittlung . . . 133 4.3.2.4 Prozessunterstützung . . . . . . . . . . . . 137 4.4 Ganzheitliches Managementmodell für Produktionsunternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 4.4.1 Lebenszyklen und Managementmodelle . . . . . . . 138 4.4.1.1 Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . 138 4.4.1.2 Fabriklebenszyklus . . . . . . . . . . . . . 140 4.4.1.3 Lieferkette . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 4.4.2 Ganzheitliches Managementmodell . . . . . . . . . . 142 4.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 5 Prototypische Implementierung der ACITA im Produktlebenszyklus 149 5.1 Integrationsumgebung Lernfabrik . . . . . . . . . . . . . . . 149 5.1.1 Die digitale Lernumgebung . . . . . . . . . . . . . . 151 8 Inhaltsverzeichnis 5.1.2 Die physische Fabrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.1.3 Integration der digitalen Werkzeuge und der physischen Fabrik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 5.2 Der Production-planning Service Bus (PPSB) . . . . . . . . . 157 5.3 Implementierung der serviceorientierten ACITA für das PLM 161 5.3.1 Implementierung der ACITA für den Produktlebenszyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 5.3.2 Implementierung der Serviceverzeichnisinfrastruktur 166 5.3.3 Dynamisches Routing in der ACITA . . . . . . . . . 167 5.3.4 Globales Nachrichtendatenformat . . . . . . . . . . . 167 5.3.5 Übersetzungsservices . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 5.4 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 6 Anwendung und Evaluation der ACITA 173 6.1 Anwendungsszenarien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 6.1.1 Anwendungsszenario 1: Serviceorientierte Integration der Produktionsplanung . . . . . . . . . . . . . . 174 6.1.2 Anwendungsszenario 2: Phasenübergreifende Integration von Produktionsplanung und Produktion . . 177 6.1.3 Anwendungsszenario 3: Wandlungsfähigkeit der ACITA durch Hinzufügen oder Entfernen von phasenspezifischen Integrationsumgebungen . . . . 179 6.1.4 Anwendungsszenario 4: Integration von externen Partnern in die ACITA . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 6.2 Bewertung der ACITA gegenüber anderen Lösungen . . . . 184 6.2.1 Bewertungskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 6.2.2 Vergleich mit anderen Systemen . . . . . . . . . . . 189 6.3 Erweiterung der ACITA auf andere Forschungsgebiete . . . 192 6.3.1 Integration von mobilen Endgeräten in die Unternehmensinfrastruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 6.3.2 SOA für die Maschineninbetriebnahme . . . . . . . . 196 Inhaltsverzeichnis 9 6.4 Evaluierung der ACITA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 6.4.1 Erfüllung der Forschungsobjekte . . . . . . . . . . . 200 6.5 Zusammenfassung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 7 Fazit und Ausblick 205 7.1 Zusammenfassung und Diskussion . . . . . . . . . . . . . . 205 7.2 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 7.2.1 Einsatz von mobilen Endgeräten in Produktionsunternehmen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 7.2.2 Analyse von Planungsund Produktionsdaten . . . . 211 7.2.3 Umsetzung der ACITA in der Cloud . . . . . . . . . 212 A Codebeispiele 213 A.1 XML-Schema des einheitlichen Nachrichtenformates der Produktionsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213 A.2 XML-Schema des global einheitlichen Nachrichtenformates . 216 Abbildungsverzeichnis 221 Tabellenverzeichnis 223 Literaturverzeichnis 225 10 Inhaltsverzeichnis