Es gibt viel Hype um Digital Twins und Threads. Nach über 30 Jahren in der virtuellen Produktentwicklung und im Product Lifecycle Management spreche ich lieber über spezifische Anforderungen und Lösungen in diesem Bereich. Dieser Artikel stellt Anwendungsfälle für den Digital Thread in der Automobilindustrie und SENSEI als unsere Lösung zur Integration von Daten in diesem Umfeld vor.
Die Anfänge des Digital Thread (Product Development)
Der Digital Thread beginnt bereits in frühen Produktentwicklungsphasen. Noch bevor wir klar definierte Anforderungen haben, gibt es weniger strukturierte Vorgaben zu Strategie, Produktportfolio, Positionierung und obligatorischer Verwendung von Gleichteilen. Wenn wir aber dem RFLP-Ansatz (Requirements – Functional – Logical – Physical) folgen, der den linken Ast des V-Modells im Systems Engineering beschreibt, ist unsere Anforderungsstruktur mit funktionalen und logischen Architekturstrukturen verbunden. Im nächsten Schritt gelangen wir zu physischen Produktstrukturen, z. B. Stücklisten mit Inhalten wie CAD-Modellen, elektrische und elektronische Stücklisten für Kabelbäume und Leiterplatten und Software-Stücklisten mit Modulen, Paketen usw.
Viele Automobilunternehmen konzentrieren sich derzeit auf den Aufbau von Software-Fähigkeiten für das software-definierte Fahrzeug. Weitere Informationen zu diesem Thema finden Sie unter Automotive Software Application Lifecycle Management for ACES (ACES ALM).
Ich stelle mir die Produktstruktur gerne als Skelett des Digital Twins vor. Der Digital Thread verknüpft die Strukturen und Inhalte miteinander. Die Verknüpfungen sind genauso Teil des digitalen Zwillings wie die Elemente (Knoten), d. h. sie müssen mit der gleichen Aufmerksamkeit in Bezug auf Dokumentation, Änderungsmanagement, Planung und Steuerung usw. verwaltet werden. In der Automobilindustrie betrachten wir Tausende von Anforderungen, Funktionen und Teile in den jeweiligen Strukturen.
Engineering-Strukturen sind mit RFLP nicht vollständig, wir benötigen auch die entsprechenden Integrations-, Validierungs- und Verifikationsartefakte auf dem rechten Ast des V-Modells sowie Produktionsplanung und Fertigungsstücklisten.
Dies führt uns zu folgenden Anwendungsfällen für den Digital Thread in der Produktentwicklung:
- Horizontale und vertikale Nachvollziehbarkeit (traceability) von Strukturen im Systems Engineering V-Modell
- Konfigurations- und Änderungsmanagement in den Engineering-Strukturen mit Versionen, Revisionen, Alternativen, Optionen, Branches und Baselines
- Verbindliche Daten für Typgenehmigung (Homologation) bereitstellen
- PLM-ALM-Integration: Integration der ACES-Softwareentwicklungsprozesse in die Entwicklung des gesamten Mobilitätssystems
Die Herausforderung besteht hier nicht nur darin, die Menge an Verknüpfungen im Digital Thread zu verwalten – Graphdatenbanken haben in diesem Bereich ihre Stärken –, sondern auch in der Benutzererfahrung (user experience). Um in einer global verteilten Engineering-Organisation mit Hunderten von externen Lieferanten und Dienstleistern zu skalieren, benötigen wir eine robuste Methode für das Link-Management. Geschäftsprozessmanagement (BPM) hat das Potenzial, Benutzer durch die Komplexität zu führen und ein optimales Link-Management sicherzustellen.
Daten aus der Fahrzeugnutzung im Feld (Product Operations)
OEMs haben schon immer viel Geld mit After-Sales verdient. Daten sind das neue Öl: Das Auto als „Smart Connected Product“ verfügt über viele Sensoren, die Daten generieren und ständig in die Cloud übertragen werden. Diese Verfügbarkeit von Daten ist ein starker Treiber, um den Digital Thread in die After-Sales-Phase auszudehnen, um ein datengetriebenes Engineering zu ermöglichen und die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften sicherzustellen.
Die chinesischen Vorschriften zum Real-Time Monitoring verlangt die Bereitstellung von Daten zum Batteriestatus, zur Position und von etwa 60 weiteren Datenpunkten – gemessen alle 10 Sekunden. Ungeachtet der Datenschutzprobleme sind dies wertvolle Daten für die Batterieentwicklung und Ladeinfrastrukturplanung. Die UNECE-Vorschriften für Software-Updates und Cyber-Sicherheitsmanagement erfordern eine Zuordnung zwischen den Engineering-Informationen zur Kompatibilität von Software- und E/E-Hardware-Versionen mit der As-Maintained-Konfiguration einzelner Autos im Feld.
Anwendungsfälle für den Digital Thread im Produktbetrieb umfassen:
- Anforderungsoptimierung durch Verständnis des individuellen Kundenverhaltens in verschiedenen Märkten
- Produktportfolio- und Varianzoptimierung durch Verständnis der tatsächlichen Funktionsnutzung in der Flotte
- After-Sales-Optimierung durch Rückverfolgung von Fehlercodes auf Konstruktionsdaten und Anforderungen
- Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, z. China Real-Time Monitoring und UNECE R155/156 SUMS CSMS für Software-Updates und Cyber Security Management
Zusammenspiel von Digital Twins (Product Interoperability)
Wir verlassen das reine Fahrzeuggeschäft und steigen in automobile Mobilitätssysteme und die Smart City ein. Nachhaltige Mobilität erfordert eine intelligente Kombination mehrerer Verkehrsmittel wie ÖPNV, Fahrrad und Carsharing. Damit einher geht der Trend zu batterie-elektrischen Fahrzeugen und der zugrunde liegenden Ladeinfrastruktur. Folglich betrachten wir einen Digital Thread, der mehrere digitale Zwillinge verbindet, z. der Stadt (HD-Karten), des Fahrers (Präferenzen und Bezahlung) und des Fahrzeugs (Mietstandort und Verkehrsinformationen).
Anwendungsfälle für den Digital Thread in diesem Umfeld sind im folgenden Bild dargestellt:
Standards ermöglichen die Interoperabilität zwischen Bereichen wie Mobilität, Telekommunikation, Banken, Versicherungen und Versorgungsunternehmen. Das Digital Twin Consortium (DTC) bringt die relevanten Akteure zusammen und treibt die Entwicklung und Standardisierung der Digital-Twin-Technologie voran.
Andere relevante Standards sind STEP und OSLC. Der Standard für den Austausch von Produktmodelldaten (ISO 10303 STEP) stellt detaillierte Datenmodelle für physikalische und funktionale Aspekte eines Produkts bereit. Im Automotive-Umfeld ist das STEP-Anwendungsprotokoll AP 242 für modellbasiertes 3D-Engineering von besonderer Bedeutung. Die Open Services for Lifecycle Collaboration (OSLC) standardisieren die Nutzung von Linked Data auf Basis von Webtechnologien wie REST APIs, URLs und RDF. Bitte beachten Sie die OSLC Fest 2022-Konferenz einschließlich meiner Präsentation zum Thema „Integration Architecture for the Automotive Digital Thread“.
IT Infrastruktur
Bei der Betrachtung der Anwendungsfälle für Produktnutzung und Interoperabilität wird deutlich, dass ein großer Teil des Digital Threads auf Cloud- und IoT-Technologie beruht. Wir sehen auch, dass der Digital Thread in Wirklichkeit ein komplexer Enterprise Knowledge Graph ist, der sich über viele Anwendungen mit unterschiedlicher Semantik, Datenmodellen und Programmierschnittstellen (APIs) erstreckt.
Unsere Kunden arbeiten derzeit an Lösungen für einen integrierten Digital Thread. Einige bauen weiterhin Punkt-zu-Punkt-Integrationen auf, aber die meisten suchen nach einem zentralen Link-Management, entweder in einem PLM-Backbone oder in einem dedizierten Link-Repository.
Um unsere Kunden zu unterstützen, verwenden wir unsere Blaupause für Integrationsarchitektur, die wir SENSEI (Systems Engineering and Scalable Enterprise Integration) nennen. Sie organisiert mehrere Integrationskomponenten wie API-Management, Streaming, Messaging, Linked Data und Geschäftsprozessmanagement in einer logischen Integrationsschicht. Weitere Informationen finden Sie in unserem SENSEI-Whitepaper.
SENSEI - NTT DATA Systems Engineering Integration Architecture Blueprint
Zusammenfassung
Der Automotive Digital Thread erstreckt sich über die Produktentwicklung, die Nutzung und reicht sogar in andere Domänen wie Telekommunikation, Banken, Versicherungen und Versorgungsunternehmen in Smart-City- und Mobilitätsszenarien hinein. Dies erfordert robuste, standardbasierte Lösungen mit guter User Experience. NTT DATA bietet als Systemintegrator mit umfassender Erfahrung in der Automobilindustrie und anderen Bereichen Beratung und IT-Implementierungsdienste in diesem Bereich an.