Systematic Aggregation of Multiple Views onto a ...

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„business objects“. „business object“ starts „task“. Task B. Task B. This aggregate relation is computed via two intermediate domains: XOR. „connectors“ and.
Systematic Aggregation of Multiple Views onto a Complex System as Individual Design Structure Matrices M. Kreimeyer, N. Bradford, S. Langer, W. Biedermann, U. Lindemann

© 2010 Prof. Lindemann

Agenda • 

Scope of this research – overall industrial need

• 

Solution idea – a short example

• 

Principles of aggregation – illustration

• 

Application to the initial example – procedure and particularities

• 

Conclusion – Results and further work

© 2010 Prof. Lindemann

2/2010

Scope of this research: An example of a process chart .

S tatus

Org.E lemente

Führt  a us  &  unters tützt

Modellierungsgrenze

PPS (Projektplanungsstart)

Produktstrategie

Kundenbedürfnis

Projektidee erarbeiten

Projektplanungsstart

Strategische Strategische Grundüberlegungen Grundüberlegungen Unternehmen Unternehmen und Produkt und Produkt -erivate, -familien

LF Launchfreigabe

DF (Design Freeze) PE (Projektentscheid)

Festlegung der Zielsegmente

FE (Fahrzeugentscheid) Leistungsvereinbarung

Strategisches Fahrzeuggrundkonzept, Derivate, Familien

RE (RichtungsEntscheid)

Beschaffungsfreigabe B-Frei

Pflichtenhaft

PVS (Produktionsversuchserie)

Baumusterfreigabe Entwicklungsbestätigung

Fertigungs/ Marktreifes Produkt

Konzeptsteckbrief Fahrzeugbezogene Konzeptvorentwicklung incl. Packagevorgabe

I/EB

Führt  a us

Fahrzeugkonzepte

PackageVorgabe in CAD Grundmaße festgelegt

Packageplan erstellen

2D-Schnitte erstellt 3D-Drahtmodelle erstellt

Gesamtkonzepterstellung koordinieren

Grundkontur festgelegt

I/ED

Designideen entwickeln

Gesamt. entwurferstellung koordinieren

Gesamtkonzept

Clay-Designmodelle erstellt

Gesamtentwurf

1:1 physische Modelle Außendesign

Clay-Außendesignmodell abtasten

3D-NetzAußendesignmodell

1:1 physische Modelle Innendesign

Clay-Innendesignmodell abtasten

3D-Netz -Innendesignmodell

I/ED

2 technikkonforme Außendesignthemen

Außendesign mit Package abstimmen

2 technikkonforme Innendesignthemen

Innendesign mit Package abstimmen

Karosseriekonzepterstellung koordinieren I/EK-11 AufbauVorentwicklung

Strukturentwurferstellung koordinieren

Strukturberechnungsergebnisse Oder

Karosseriekonzept erstellung ausführen

Karosseriekonzept

Führt  a us

Technikmodellerstellung ausführen

Strukturmodellerstellung unterstützen

Anbauteileentwurferstellung koordinieren

Oder

Sitzanlagenentwurferstellung...

Anbauteilemodellerstellung unterstützen

Systemteielentwurf koordinieren

Systemteilemodellerstellung unterstützen

Systemteileentwurf Systemteileentwurferstellung ausführen

Technikmodell Cockpitentwurferstellung koordinieren

Innenausstattungskonzepterstellung koordinieren Innenausstattungskonzept erstellung ausführen

Cockpitmodellerstellung unterstützen

Cockpitentwurf Cockpitentwurferstellung ausführen

Innenausstattungskonzept

Technikmodell weiterentwickeln

Sitzanlagenentwurf Führt  a us

I/EK-13

Designfindung unterstützen

Strak

Final ausgewähltes Innendesignmodell

Innendesign verabschieden

Strukturentwurf Strukturentwurferstellung ausführen

Anbauteileberechnungsegebnisse

Technikmodellerstellung koordinieren

Sitzanlagenentwurferstellung...

Final ausgewähltes Außendesignmodell

Außendesign verabschieden

Abgleichen mit Technikmodell

Führt  a us

Design

abgestimmter Packageplan

Technikmodell weiterentwickeln

Technikmodell

Technikmodell

Oder Außenstrak erstellen

Finalen Außenstrak erstellen

Außenstrak

Finaler Außenstrak

Flächenmodell

An Strukturentwurferstellung...

An Anbauteileentwurf-...

Berechnungsmodell für Cockpit-...

Sicherheitskomponentenentwurf-...

Abgeglichene Berechnungss modell für Berechnung...Funktionales Cockpit-... Funktionales Lastenheft I/EK-2 Lastenheft Karosserie

Bauraummod ell Sicherheits-... Karosserie-

Sitzanlagenmodellerstellung...

Sitzanlagenmodellerstellung...

Innenstrak erstellen

An Sitzanlagenentwicklung...

Innenstrak

Strukturmodellerstellung...

An Strukturentwicklung mitwirken

Verkleidungsmodellerstellung...

Verkleidungsmodellerstellung...

An Verkleidungsentwicklung...

An Sicherheitskomponente...

An Cockpitentwicklung mitwirken

Cockpitmodellerstellung...

Finalen Innenstrak erstellen

Cockpitmodellerstellung...

Finaler Innenstrak

Cockpitmodellerstellung...

An Anbauteileentwicklung...

Anbauteilemodellerstellung...

Systemteilemodellerstellung...

An Systemteileentwicklung...

I/EG

Führt  a us

Technisches Lastenheft Gesamtfahrzeug

Abgeglichene s Berechnung... TechnikI/EK-2 Entwicklung Karosserie

modellerstellung unterstützen

Struktur Anabuteile Systemteile

erstellen

Strukturmodell

Cockpitmodell

Aeroakustikberechnungsergebnisse

Strukturentwurferstellung unterstützen

konzepterstellung unterstützen

Karosserie

Verkleidungsmodell

Führt  a us

Funktionales Lastenheft Innenausstattung erstellen

Technikmodellerstellung unterstützen

Funktionales Lastenheft Innenausstattung

Insassensicherheitsberechnungsergebnisse

Führt  a us

Sitzanlagenentwurferstellung koordinieren

Oder Entwicklung I/EK-4Aerodynamik/Klimatisierg./ Aggregatekühlung

Oder

Oder

Aerodynamikberechnungsergebnisse

Oder

An Strukturentwurferstellung mitwirken

Oder

Klimaberechnungsergebnisse Cockpit

Sicherheitskomponenten

Strukturmodellerstellung...

Anbauteilemodellerstellung...

Anbauteilemodellerstellung...

Anbauteilemodellerstellung...

Systemteilemodellerstellung...

Oder

Luftkanäle für Klimasimulation Cockpit modellieren

Berechnungsmodell für Klimaeigenschaften Cockpit erstellen

Solidmodell der Luft für Klimasimulation Cockpit

Berechnungsmodell für Crash-...

Berechnungsmodell für Insassensic...

Fahrzeugsicherheitskonzept entwickeln

Verkleidungsmodellerstellung ausführen

Cockpitmodell

Klimaberechnungsergebnisse Fahrgastraum

Berechnungsmodell für Klimaeigenschaften Cockpit

Oder

Verkleidungsmodell

Klimaberechnungsergebnisse Cockpit

Solidmodell der Luft für Klimasimulation Fahrgastraum

Berechnungsmodell für Fahrzeugauslegung erstellen

Berechnungsmodell für Fahrzeugauslegung

Strukturberechnungsergebnisse Fahrzeugauslegung berechnen

Fahrzeugauslegung

Oder

Klimaberechnungsergebnisse Fahrgastraum

Strukturberechnungsergebnisse

An Strukturentwurferstellung mitwirken

Abgeglichenes Berechnungsmodell für Struktureigenschaften

Oder

Karosserieberechnungsergebnisse

Karosserieberechnung koordinieren Karosserieberechnungsergebnisse

Oder

Anbauteilemodell

An Strukturentwicklung mitwirken

Abgeglichenes Berechnungsmodell für Akustikeigenschaften

An Anbauteileentwicklung mitwirken

Abgeglichenes Berechnungsmodell für Karosserieeigenschaften

An Systemteileentwicklung mitwirken

Abgeglichenes Berechnungsmodell für Crasheigenschaften

Karosserieeigenschaften berechnen

Systemteilemodell

Anbauteileentwurf

Anbauteileberechnungsegebnisse

Crasheigenschaften berechnen

Führt  a us

Insassensicherheitsberechnungsergebnisse

Mechanische Cockpiteigenschaften berechnen

Cockpitberechnungsergebnisse

Cockpitberechnungsergebnisse

Abgeglichenes Berechnungsmodell für mechanische Cockpiteigenschaften

An Cockpitentwicklung mitwirken

Oder

Verkleidungsberechnung koordinieren

Oder

Verkleidungsberechnungsergebnisse

An Verkleidungsentwicklung mitwirken

Oder

Sitzanlagenberechnung koordinieren

Oder

Sitzanlagenmodell

Mechanische Sitzanlageneigenschaften berechnen

Sitzanlagenberechnungsergebnisse

Berechnungsmodell für Anbauteileeigenschaften erstellen

Berechnungsmodell für Struktureigenschaften

Berechnungsmodell für Anbauteileeigenschaften

Struktureigenschaften berechnen

Oder

Oder

Vernetztes Solidmodell der Luft für Klimasimulation Cockpit

Solidmodell der Luft für Klimasimulation Fahrgastraum vernetzen

Berechnungsmodell für Cockpiteigenschaften erstellen

Anbauteileeigenschaften berechnen

Berechnungsmodell für Cockpiteigenschaften

Berechnungsmodell für Verkleidungseigenschaften erstellen

Sitzanlagenberechnungsergebnisse

Führt  a us  &  unters tützt

Berechnungsmodell für Aerodynamikeigenschaften erstellen

Berechnungsmodell für Crasheigenschaften erstellen

Mechanische Verkleidungseigenschaften berechnen

Oder

Oder

Berechnungsmodell für Karosserieeigenschaften erstellen Mechanische Cockpiteigenschaften berechnen

Oder

Berechnungsmodell für Sitzanlageneigenschaften

Berechnungsmodell für Aeroakustikeigenschaften erstellen

Berechnungsmodell für Karosserieeigenschaften

Berechnungsmodell für Crasheigenschaften

Berechnungsmodell für Aeroakustikeigenschaften

Führt  a us  &  unters tützt

Cockpitmodellerstellung ausführen

Berechnungsmodell für Insassensicherheit Oder

Insassensicherheitsberechnungsergebnisse

Insassensicherheit berechnen Oder

Oder

© 2010 Prof. Lindemann

Führt  a us  &  unters tützt

Problemteileigenschaften berechnen

Problemteilberechnungsergebnisse

An Problemlösung mitwirken

An Sicherheitskomponentenentwicklung mitwirken

An Cockpitentwicklung mitwirken

An Sitzanlagenentwicklung mitwirken

Karosserieeigenschaften berechnen

Oder

Oder

Crasheigenschaften berechnen

Berechnungsmodell für Insassensicherheit erstellen

Insassensicherheit berechnen

Anbauteilemodellanpassung ausführen

Cockpitmodell Verkleidungsmodellerstellung ausführen

Cockpitmodellanpassung ausführen Verkleidungsmodellanpassung ausführen Sitzanlagenmodellanpassung ausführen

Bauraummodell Sicherheitskomponente Sicherheitskomponentenentwurf

I/EK-8

An Verkleidungsentwicklung mitwirken

Berechnungsmodell für Insassensicherheit erstellen

Sitzanlagenmodellerstellung ausführen

Sicherheitskomponentenentwurferstellung ausführen

Sitzanlagenmodellanpassung unterstützen

Kalibriertes Berechnungsmodell für Crasheigenschaften

Problemfeldbeschreibung

Oder

Anbauteilemodellerstellung ausführen

Externer Konstrukteur

Lieferant

Cockpitmodellanpassung unterstützen Verkleidungsmodellanpassung unterstützen

Mechanische Sitzanlageneigenschaften berechnen

Berechnungsmodell für Aerodynamikeigenschaften

Vernetztes Klimagerät

Anbauteilemodellanpassung unterstützen Sicherheitskomponentenanpassung unterstützen

Abgeglichenes Berechnungsmodell für mechanische Sitzanlageneigenschaften

An Sitzanlagenentwicklung mitwirken

Vernetztes Solidmodell der Luft für Klimasimulation Fahrgastraum

Oder

Berechnungsmodell für Verkleidungseigenschaften

Berechnungsmodell für Sitzanlageneigenschaften erstellen

Schlüsselversuche

verifiziertes Berechnungsmodell für Crasheigenschaften

Abgeglichenes Berechnungsmodell für mechanische Verkleidungeigenschaften

Oder

Berechnungsmodell für Struktureigenschaften erstellen

Externer Berechner

Solidmodell der Luft für Klimasimulation Cockpit vernetzen

Oder

Cockpitmodell Sicherheitskomponentenmodell

Mechanische Verkleidungseigenschaften berechnen

Verkleidungsberechnungsergebnisse

Verkleidungsmodell

Crashberechnungsergebnisse

Insassensicherheitsberechnung koordinieren

Sitzanlagenmodell

Verkleidungsmodell

Cockpitberechnung koordinieren

Crashsimulationen verifizieren

Oder

Cockpitmodell

Cockpitmodell

B-Freigabe Sitzanlage

Problemteil

Crashberechnung koordinieren

Anbauteilemodell

Oder

B-Freigabe Cockpit

B-Freigabe Verkleidung

B-Freigabe Sitzanlage erteilen

Oder

Systemteilemodell

Oder

Strukturmodellanpasung unterstützen

Crashversuchsdaten

Berechnungsmodell für Crasheigenschaften kalibrieren

Oder

Crashberechnungsergebnisse

Crashversuch durchführen

Prototyp

Verkleidungsmodell

Abgeglichenes Berechnungsmodell für Anbauteileeigenschaften

Verkleidungsmodellanpassung unterstützen

Versuchsdaten für Sicherheitskomponente

Cockpitmodellanpassung unterstützen

Sitzanlagenmodell Anbauteileeigenschaften berechnen

B-Freigabe Cockpit erteilen

B-Freigabe Verkleidung erteilen

Angepasstes Sitzanlagenmodell

Oder

VorserienFahrzeug

Strukturmodell

Oder

Standversuch mit Sicherheitskomponente durchführen

An Cockpitentwicklung mitwirken

Oder

Anbauteileberechnungsegebnisse

Sitzanlagenmodellanpassung ausführen

Sitzanlagenmodellanpassung unterstützen

I/EK-5 Baustufe Cockpit

An Sitzanlagenentwicklung mitwirken

Anbauteileberechnung koordinieren

An Anbauteileentwurferstellung mitwirken

Angepasstes Cockpitmodell

Angepasstes Verkleidungsmodell

Oder

Sitzanlagenmodellanpassung koordnieren

An Verkleidungsentwicklung mitwirken

Baustufe Verkleidung

Crashberechnungsergebnisse

Strukturmodell Struktureigenschaften berechnen

B-Freigabe Systemteile

An Anbauteileentwicklung mitwirken

Klimaeigenschaften Fahrgastraum berechnen

An Strukturentwicklung mitwirken

Oder

Oder

B-Freigabe Systemteile erteilen

Aeroakustikberechnungsergebnisse

Sicherheitskomponentenentwicklungkoordinieren

Insassensicherheitsberechnungsergebnisse

Strukturentwurf

B-Freigabe Anbauteile

Angepasstes Systemteilemodell

B-Freigabe Struktur

An Cockpitentwicklung mitwirken

Berechnungsmodell für Klimaeigenschaften Fahrgastraum

Strukturberechnung koordinieren Funktionsauslegung

Verkleidungsmodellanpassung ausführen

Oder

Aeroakustikeigenschaften berechnen

An Verkleidungsentwicklung mitwirken

I/EK-8 Funktionsauslegung Aufbau

B-Freigabe Anbauteile erteilen

An Strukturentwicklung mitwirken

Oder

Berechnungsmodell für Klimaeigenschaften Fahrgastraum erstellen

Sicherheitskomponentenentwurferstellung koordinieren

Funktionales Lastenheft Fahrzeugsicherheit

Oder

Sitzanlagenmodell

Sitzanlage 1. Virtueller Protoyp

Aeroakustikberechnungsergebnisse

Klimaeigenschaften Cockpit berechnen

Luftkanäle für Klimasimulation Fahrgastraum modellieren

Lastenheft Crash Lastenheft Sicherheitskomponenten

Oder

DKM innen erstellen

Oder

Sitzanlagenmodellerstellung ausführen

Verkleidungsmodellanpassung koordinieren

Verkleidungsmodell

Verkleidung 1. Virtueller Protoyp

Aeroakustikberechnung koordinieren

Anbauteilemodell

An Anbauteileentwicklung mitwirken

B-Freigabe Struktur erteilen

Angepasstes Anbauteilemodell

Systemteilemodellanpassung ausführen

Cockpitmodellanpassung koordinieren

Cockpit 1. Virtueller Protoyp Verkleidungsmodellerstellung koordinieren

Oder

Sitzanlagenmodellerstellung koordinieren

Oder

Strukturmodell

An Strukturentwicklung mitwirken

An Anbauteileentwurferstellung mitwirken

Oder

An Strukturentwurf mitwirken

Innenausstattungskonzepterstellung unterstützen

Funktionales Lastenheft Fahrzeugsicherheit erstellen

Berechnungsmodell für Insassensic...

Systemteilemodellerstellung...

Karosseriekonzepterstellung unterstützen Technikmodellerstellung unterstützen

Führt  a us

I/EK-5 Entwicklung Fahrzeugsicherheit

Strukturmodell erstellung...

Insassensicherheitsberechnungsergebnisse

Anbauteilemodell

Oder

Führt  a us

Aerodynamikberechnungsergebnisse

Angepasstes Strukturmodell

Oder

Konzeptfahrzeug erstellen

Klimaberechnungsergebnisse Fahrgastraum

Oder

Sitzanlagenentwurf

Systemteilemodellanpassung koordinieren

Systemteilemodell

Systemteile 1. Virtueller Protoyp

Systemteilemodellerstellung ausführen

Verkleidungsentwurferstellung ausführen

Aerodynamikeigenschaften berechnen

Systemteilemodellerstellung koordinieren

Oder

Insassensicherheitsberechnungsergebnisse

Sitzanlagenentwurferstellung ausführen

Strukturmodell

Sicherheitskomponentenentwicklung...

I/EK-3

Cockpitmodellerstellung koordinieren

Oder

Verkleidungsentwurf

Aerodynamikberechnung koordinieren

Strukturentwurf

Anbauteileentwurf

Aerodynamik Klimatisierung

Karosserieberechnungsergebnisse

Klimaberechnungsergebnisse Cockpit

Verkleidungsentwurferstellung koordinieren

Strukturmodellanpasung unterstützen

Betriebsfestigkeitsbericht

Betriebsfestigkeitsberechnungsergebnisse

Anbauteilemodellanpassung ausführen

Oder

Oder

Crashberechnungsergebnisse

Crashberechnungsergebnisse

Cockpitentwurferstellung unterstützen

Betriebsfestigkeitseigenschaften berechnen

Oder

Akustikberechnungsergebnisse

Crashberechnungsergebnisse

Innenausstattungskonzepterstellung unterstützen

Berechnungsmodell für Betriebsfestigkeitseigenschaften

Strukturmodellanpassung ausführen

Anbauteilemodellanpassung koordinieren

Anbauteilemodell

Anbauteile 1. Virtueller Protoyp

Anbauteilemodellerstellung ausführen

Karosserieberechnungsergebnisse

Crashberechnung koordinieren

anpassung I/EK-2 koordinieren DKM außen erstellen

Anbauteilemodellerstellung koordinieren Oder

Lasten für Betrtiebsfestigkeitsberechnung aufbringen

Verbundenes Berechnungsmodell für Betriebsfestigkeit

Strukturmodell-

Strukturmodell

Struktur 1. Virtueller Protoyp

Strukturmodellerstellung ausführen

Crashberechnungsergebnisse Aeroakustikberechnungsergebnisse

Abgeglichenes Berechnungsmodell für Karosserieeigenschaften aufbereiten

Systemteilemodell

I/EK-2

Akustikberechnungsergebnisse

Anbauteileentwurf

Anbauteilemodell

Strukturmodell erstellung koordinieren

Oder

Karosserieberechnungsergebnisse Anbauteileentwurferstellung ausführen

Systemteileentwurferstellung unterstützen

Cockpit Verkleidungen

Betriebsfestigkeitsberechnungsergebnisse kalibrieren

Lastmodell

Sitzanlagenmodell

Oder

I/EK-3 Entwicklung Innenausstattung

Belastungskollektiv

Fahrzeug auf Prüfstrecke testen

Betriebsfestigkeit I/EG Gesamtfahrzeug

Sicherheitskomponente Sicherheitskomponentenentwicklung ausführen

Sicherheitskomponentenmodell

Sicherheitskomponentenanpassung ausführen

Angepasste Sicherheitskomponente

3/2010

Scope of this research Extracting the knowledge about the process •  Complexity of process network too high for manual interaction •  Focused and balanced improvement hard to judge •  Comprehensive identification of possible weak spots difficult •  Several domains together form a network, consisting of several views •  Entities cannot be compared directly across domains Goals of this research •  Generate singular views onto domains •  Avoid simplification to represent factual complexity of process •  Enable the identification of structural patterns and their significance

© 2010 Prof. Lindemann

4/2010

Solution idea Native process model

Aggregate view on tasks This aggregate relation is computed only via one intermediate domain:

Task A

„task“ generates „business object“

Task A

„business objects“

Business object 1

„business object“ starts „task“ Task B

XOR

© 2010 Prof. Lindemann

Task B

This aggregate relation is computed via two intermediate domains:

Business object 2

Business object 3

Task C

Task D

„connectors“ and „business objects“

Task C

Task D

5/2010

Boundary conditions for solution design Different kinds of networks •  Intra-domain (e.g. DSM) •  Inter-domain (e.g. DMM) •  Multiple-domain (e.g. MDM) à These networks can be the input and the output Different kinds of relationship types •  Directed / undirected •  Simple / weighted / multigraphs à The solution needs to be able to work with these types

© 2010 Prof. Lindemann

6/2010

Possible strategies to create aggregate views Path searching •  Follow reachable paths across domains •  e.g. DSM: Find cycles at meta-level

Business object 1

Business

© 2010 Prof. Lindemann

Business objects

Business object 2

Business objects

Task A

object 1 Attribution •  Deduce relations for attribution to common entities •  e.g. DSM: Find adjacent nodes in next domain

Superposition •  Overlay two networks with similar entities •  e.g. DSM: „Add“ all relations

Business object 2

Task A

Business object 1

Business object 2

Business object 1

Business object 2

Business objects

7/2010

Example: Aggregate view on tasks for initial process model • 

Org. unit Organizational unit is responsible for task

IT system supports task Task

IT system

Business object is input for task

OR-decision precedes OR-decision

Task generates business object

OR

Business object is necessary to reach milestone Business object

© 2010 Prof. Lindemann

Milestone

• 

Based on system-graph of process (=meta-model) Aggregation strategy works at metalevel and is then implemented

Steps 1)  Designate target domain of aggregation, e.g. tasks 2)  Designate type of aggregation, e.g. path searching 3)  Find possible paths e.g. searching cycles in meta-model 4)  Compute relationships e.g. through matrix multiplication

8/2010

A particularity of the example: Coexisting paths

Superposition

Path searching (three outgoing and three incident possibilities for targeted domain)

ID 1.1a

Task 1

ID 1.2a

Task 1

ID 1.3a

Task 1

Aggregate view ID 1

OR

OR

OR

Business object A

Business object A

Business object A

Business object A

Business object A

Business object A

OR

OR

ID 1.1b

Task 2

ID 1.2b

Task 2

ID 1.3b

Task 2

Task 1

© 2010 Prof. Lindemann

OR

Task 2

„Task generates business object that is input for task“ ~ “Task precedes task”

9/2010

Resulting graph •  •  • 

Graph with 160 tasks, connecting them via intermediate documents Representation e.g. as DSM possible Grants access to e.g. clustering, sequencing and other analyses

© 2010 Prof. Lindemann

10/2010

Conclusion Reflexion •  Aggregation enables analysis of large networks by providing more condensed „aggregate views“ •  Aggregate views reduce number of domains without ignoring structure of overall network •  Aggregate views enable the application of existing analysis strategies without running danger of comparing apples and oranges Deficits and future work •  Purposeful choice of aggregation strategies still not unclear •  Treating aggregate relationship types not systematically supported •  Support of sometimes very densely connected resulting aggregate views still poses problems

© 2010 Prof. Lindemann

11/2010

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