Data logistics analysis and design for multi-disciplinary engineering

Abstract

In Produktionssystem-Engineering (PSE)-Projekten arbeiten Ingenieure mit unterschiedlichem Hintergrund wie Maschinenbau, Fluidtechnik oder Elektrotechnik sowie Anlagenplaner in einem multidisziplinären Engineering-Umfeld zusammen. Traditionell ist der PSE-Prozess in einem multidisziplinären Engineering-Umfeld wasserfallartig organisiert und beginnt mit einer groben Planung des Produktionssystems (PS). Im Gegensatz zum traditionellen Planungsprozess, beginnen die Ingenieurdisziplinen ihre Arbeit heutzutage parallel. Jedoch gibt es momentan keinen Engineering-Datenaustauschprozess, der den parallelen Datenaustausch unterstützt und eine konsistente Datenintegration sicherstellt. Ein wesentliches Problem ist die Heterogenität der Daten, verursacht durch unterschiedliche Dateiformate und disziplin-spezifischen Datenstrukturen. Solche disziplin-spezifischen Datenstrukturen erschweren die Übersetzung in andere Disziplinen. Üblicherweise erfolgt diese Übersetzung daher manuell, was ineffizient und fehleranfällig ist. Außerdem birgt die manuelle Übersetzung und Datenintegration Risiken wie Doppelarbeiten und das Übersehen von Fehlern. Multidisziplinäres Engineering erfordert daher Methoden, die einen effizienten und weniger riskanten Datenaustausch ermöglichen. Diese Arbeit stellt das Konzept des Engineering Data Exchange (EDEx) zur Verbesserung des traditionellen Datenaustauschprozesses in PSE, vor. Dazu werden agile Methoden des Software-Engineering diskutiert, wie die Versionierung von Daten, die Rückverfolgbarkeit von Änderungen und die automatische Übersetzung von Konzepten. In weiterer Folge werden diese Methoden für den PSE-Kontext angepasst, um den Datenaustauschprozess zu verbessern. Der Forschungsansatz in dieser Arbeit folgt dem Design Science Cycle. Für die Problemuntersuchung haben wir eine Literaturanalyse durchgeführt und erste Workshops mit dem Firmenpartner durchgeführt. Basierend auf den gesammelten Daten ermittelten wir die wichtigsten Anwendungsfälle für den Datenaustausch und extrahierten Anforderungen für einen verbesserten Prozess. In weiterer Folge werden Funktionen für ein Informationssystem als System Design vorgeschlagen, welches den EDEx-Prozess unterstützt. Die Evaluierung besteht aus (a) einer Anwenderstudie mit einem Domain-Experten und (b) der Entwicklung eines Proof-of-Concept-Prototypen. Wichtige Ergebnisse sind, dass das System Design umsetzbar ist und der agile EDEx-Prozess als Grundlage für die Digitalisierung in PSE umgesetzt werden kann.

In Production Systems Engineering (PSE) projects, engineering teams with different backgrounds, such as mechanical, fluidics or electrical engineering and plant planners, are involved to collaborate in a Multi-Disciplinary Engineering Environment (MDEE). Traditionally, the PSE process of the MDEE is organized waterfall-like and starts with coarse planning of the Production System (PS). However, nowadays the engineering disciplines start their work in parallel in the PSE process. Unfortunately, there is no engineering data exchange process that manages the parallel data exchange and ensures consistent data integration. An essential issue is the heterogeneity coming from engineering data formats and discipline-specific data hierarchies in discipline-specific tools. Such specific views are hard to translate by partner disciplines in manual work that is inefficient and risky. The manual translation and integration holds the risk of duplicate work and ineffective defect detection. Therefore, multi-disciplinary engineering requires capabilities the more efficient and less risky data exchange. This work presents the concept of Engineering Data Exchange (EDEx) to improve the traditional data exchange process in PSE. We discuss agile capabilities of software engineering, such as versioning of data, traceability of changes, and automatic translation of concepts and propose their adaptation to the PSE context to increase data exchange process performance. The research approach in this work follows the Design Science Cycle. For the problem investigation, we conducted a literature analysis and initial workshops with the company partner. Based on the collected data, we elicited main use cases for data exchange and extracted requirements for an improved process. The designed artifact is the improved conceptual design model. We proposed features for an information system supporting such a process. The evaluation consists of (a) conducting a user study with a domain expert and (b) developing a proof-of concept prototype. Major results are that the solution design is feasible and provides an agile EDEx process as foundation for digitization in PSE .