Industrial self-assessment on SE and MBSE – now and in
future
„GfSE“ is a trademark from GfSE e.V.
OMG Conference Berlin; 18th of June 2015
© GfSE
GfSE Working Group PLM4MBSE theses
S.-O. Schulze, Vorsitzender 2 24.06.2015
1. MBE is the enabler for the “Internet of Things” and “Industrie 4.0”.
2. Future PLM systems need a holistic view on a product as a multidisciplinary system.
3. Early design decisions must be logically and functionally validated using system models (front-loading).
4. Results from MBSE must be made available over the whole product lifecycle.
5. MBE requires models with meaning.
6. The MBE tool chain must rely on technology independent standards.
7. Increasing complexity of products and production systems asks for new development processes, methods, and tools.
8. Product liability and functional safety regulations are a driving factor for MBE.
9. Investments in MBE can deliver a ROI of 3:1.
10.MBE requires changes in organization, methodology, technology and education.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 3 24.06.2015
The need for Systems Engineering is increasing steadily
Mechanical Systems
Mechatronic Systems
Intelligent Technical Systems
Integration gap: Demand for Systems Engineering with respect to product/ service, processes and organization
Increased complexity in products and production
Performance of the development within the industrial practice
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Ranking with input from:
Conti FR
BMW
Valéo
Honda US
Renault
Top level 6 (3 from MBSE):
Lessons learned in implementing SE
E/E architecture management
Link with simulation
Cooperation with suppliers in MBSE
State of the art modeling
Link with safety
S.-O. Schulze, Vorsitzender 4 24.06.2015
Automotive Interest Group importance of SE topics (2012)
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 5 24.06.2015
People behind the study
Dr.-Ing. Daniel Steffen
Dipl.-Wirt.-Ing. Olga Wiederkehr
Dipl.-Wirt.-Ing. Anja Maria Czaja
Dipl.-Wirt.-Ing. M.Eng. Christian Tschirner
Dr.-Ing. Roman Dumitrescu
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 7 24.06.2015
Expected benefits Systems Engineering
75 %
55 %
55 %
40 %
35 %
Mentions/number of respondents 100%
Orchestration of interdisciplinary cooperation
Analysis of the requirements of all relevant stakeholders
Improved planning and controlling efficiency
Quality assurance and improvement
Re-utilisation of solution know-how
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 8 24.06.2015
Weakness
31 %
22 %
21 %
20 %
18 %
Mentions/number of respondents 100%
Cost/benefit ratio not quantifiable
Insufficient provision of
introduction methods
Insufficient expertise
Not relevant for one‘e product
Missing adaptability of methods
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 9 24.06.2015
Tomorrow products (selected answers)
57 %
57%
38 %
27 %
17 %
Mentions/number of respondents 100%
Intelligent Systems
Interconnected
Increase of functions
Automation increase
Increase of complexity
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 10 24.06.2015
Challenges (selected answers)
74 %
33 %
30 %
27 %
27 %
Mentions/number of respondents 100%
Interdisciplinarity
Interface Management
Requirements Management
Management of Variant
Shorter product life-cycles
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 11 24.06.2015
Needs for the future (selected answers)
50 %
43 %
23 %
17 %
17 %
Mentions/number of respondents 100%
Tool chain
Method competency
Increase SE acceptance
Modul specific development teams
Better target definition
© GfSE
The “traditional” SE industry
Still need to improve
MBSE in balanced topics
Model based product development is important and critical
S.-O. Schulze, Vorsitzender 12 24.06.2015
Aerospace & Space
C
© GfSE
The new driver in SE
MBSE lower level of importance
Model based product development
Dedicated interest in variants and product line SE
See INOCSE Working Group
S.-O. Schulze, Vorsitzender 13 24.06.2015
Automotive Industry
B
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The improver on daily needs
Big cloud of SE importance starting with Requirements Management and V&V followed by all others
MBSE and model based product development with high importance
THEY deliver the industry 4.0 solution as enabler and user
S.-O. Schulze, Vorsitzender 14 24.06.2015
Machinery and plant engineering
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 16 24.06.2015
Model based product development
� Cost – benefit is not visible
� No tool chain and missing flexiblity
� Missing method competency
� Missing modeling rules
Obstacles
Implementation factor
� Increase of complexity increases intransparency
� Unique understanding of the System and interaction is needed
� Coordination and communication of disciplines shall be supported
� Applied in some areas of some companies
� Model re-use is missing (effort for single use)
� Still documentation and paper driven thinking
Importance
The challenge for Indistry 4.0
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 17 24.06.2015
Future needs on MBSE and Industry 4.0
Dependencies
Development (Modularity)
Customer Finished goods Raw material
Production Smart Factory Order Smart Distribution
Ware-house
Cust-omer
Web-Configurator
Enable Smart Home
Idea: UNITY AG; SMART Home Bild von : http://wirtschaftlernen.de/smz/2013/index.php/smart-home-allgemein.html
© GfSE
Interaction & dependency (SoS)
S.-O. Schulze, Vorsitzender 18 24.06.2015
System border
Interfaces (Product / Team)
Requirements synchronization
ONE language (verbal & model)
Product development process System 1
Production planning Production system 1
Product development process System 2
Production planning Production system 2
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Systems Engineering Product Development
S.-O. Schulze, Vorsitzender 19 24.06.2015
DMU Manager to ensure data exchange (FMI/FMU)
DMU Manager OEM 1
DMU Manager Supplier 1
DMU Manager Supplier 2
DMU Manager OEM 2
DMU Manager OEM 3
Discipline
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 20 24.06.2015
Company Road Map – Some things to be done
2015
Org
aniz
atio
n
Projects Committees & Associations
Establish Interdisciplinary
Committee Structure
IT s
yste
ms
2017 2019 Vision 2020
Co-ordinate SE Roadmaps with IT
Vendors Execute Pilot Projects Interest Group B
Public Relations
Plan Roll-out in Projects
Perform Employee
Qualification
Distributed Development
Association A
Initiate Collaborations &
Pilot Projects with Suppliers
Obtain Interdisciplinary Representatives
Draw up SE Benefits
Measurement
Define/Harmonize Company Standards
Define Processes and Process Owners
Evaluate IT Landscape
Identify SE Pilot Works
Exchange of Experience
…
…
… …
…
Pro
cess
es
Comprehensive Establishment
Suppliers & Partners
…
Competency Requirement
Plan Roll-out
Identify Interfaces
Modelling, Simulation, SE Data
Management in Series Development
Provide IT Support for Architectural Design
Determine Roles, Planning and Organization
Success Stories in Development
Market “Best Practices”
Internally
UNITY P
rojec
t
Example
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 21 24.06.2015
Systems Engineering competence in industrial practice
On average, every euro invested in the interdisciplinary concept phase generates a saving in later phases by
factor of 3.5
Source: Study of Systems Engineering Effectiveness, 2011
The biggest obstacles for change to systems engineering:
31% difficulties to quantify business case
22% 21%
Lack of introduction methods
Missing own knowhow
Source: SE in industrial practice, 2013
of manufacturing companies today consider networking and intelligence as a driver of technical innovation.
57%
Source: SE in industrial practice, 2013
Successful companies achieve their quality, cost, time-to-market and sales targets in
of their development projects. 84%
Source: The ROI of Systems Engineering: Some Quantitative Results, 2007
of companies see Systems Engineering as a management task for orchestrating interdisciplinary cooperation 75%
Source: SE in industrial practice, 2013
80% of high-performance companies
consistently measure and optimize their engineering performance.
Source: The Mechatronics System Design Benchmark Report, 2006
© GfSE
www.gfse.de
Thank You
Sven-Olaf Schulze President [email protected]
M: +49 151 55046845
Gesellschaft für Systems Engineering e.V.
Zepellinstraße 71-73 D-81669 München Telefon: +49 (0) 89 36036-808 Telefax: +49 (0) 89 36036-700
Reference: Systems Engineering in der industriellen Praxis, Studie; Gausemeier, J.; Dumitrescu, R; Czaja, A.; Wiederkehr, O.; Tschirner, C.; Steffen, D.; Paderborn, 2013
© GfSE
Summary
S.-O. Schulze, Vorsitzender 23 24.06.2015
Alle Disziplinen müssen Ihre Kompetenz in Zukunft einbringen, damit auch in Zukunft in einer frühen Phase eine Absicherung der Systeme erfolgen kann und die Komplexität beherrschbar wird. Am Ende zählt die Zufriedenheit des Kunden und die Erreichung der Kosten, Zeit und Qualitätsvorgaben der Firma
Picture: UNITY AG
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 24 24.06.2015
Utilization of consistent change management
Traceability
of requirements and solutions
Monitoring
of implementation and validation
status
Clear Contractual Basis
Focussing
on useful requirements
Effects Analysis
in the event of changing
requirements
Not over-specified Not under-specified
Internal
External
0% 100%
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 25 24.06.2015
(Study is based on 33 interviews with experts of the DACH region.)
Which benefits do you see in Systems Engineering?
What are the obstacles in applying SE?
Orchestrating the cooperation of disciplines
Considering the demands of all relevant stakeholder s
Improved planning and operating basis
Assuring and improving the quality
Reuse of solution knowledge Mentions/Number of interviewees
Cost/benefit ratio not qualifiable
Insufficient expertise
Insufficient provision of introduction methods
Not relevant for one’s products
Missing adaptability of methods
No common understanding of relevant terms
75%
55%
55%
40%
35%
Mentions/Number of interviewees
31%
22%
21%
20%
18%
17%
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 26 24.06.2015
75%
55%
55%
40%
35% Reuse of solution knowledge
Quality assurance and quality increase
Improved reliability of planning and controlling
Consideration of needs of all relevant stakeholder
Orchestration of the cross- disciplinary cooperation
Mentions/Number of interviewees
0% 20% 40% 60% 80% 100%
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 27 24.06.2015
Expected benefits Systems Engineering
75 %
55 %
55 %
40 %
35 %
Mentions/number of respondents 100%
Orchestration of interdisciplinary cooperation
Analysis of the requirements of all relevant stakeholders
Improved planning and controlling efficiency
Quality assurance and improvement
Re-utilisation of solution know-how
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 29 24.06.2015
Verständnis von SE
Ein einheitliches Verständnis für SE ist in der Praxis noch nicht verfestigt. Dem Begriff fehlt es an Griffigkeit und Eindeutigkeit, SE wird häufig als „Sammelbegriff“ verstanden.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 30 24.06.2015
Herausforderungen
Erfolgsfaktor für die Entwicklung komplexer Systeme ist eine systemische und interdisziplinäre Sicht auf die Produktentstehung
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 31 24.06.2015
Was gilt es zu tun
Systems Engineering wird nicht explizit als Lösung genannt. Aber die Notwendigkeit einer systemischen interdisziplinären Produktentwicklung wird bestätigt. Allerdings indirekt und unstrukturiert über verschiedenste Themenfelder.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 32 24.06.2015
Themenfelder des Systems Engineering Anforderungsmanagement
Leistungsstand
� Anforderungsanzahl steigt stetig
� Im gesamten Entwicklungsprozess relevant
� Maßgeblich für erfolgreiche Entwicklung
� Hohes Potential zur Steigerung der Kundenzufriedenheit und Fehlervermeidung
� Engagement im diesem Bereich wird flächendeckend verstärkt
KMU Nutzen Standardtools (MS-Office)
Kernherausforderungen:
�eindeutige Definition
�Vollständigkeit
�Fehlerhafte Interpretationen
�nachträgliche Änderungen Große Unternehmen Nutzen spezielle Werkzeuge
Kernherausforderungen:
�Anforderungsvernetzung
�Überblick behalten
Bedeutung
Anforderungsmanagement wird eine hohe Relevanz beigemessen. Die Unternehmen ordnen diesem Themenfeld hohe Aufmerksamkeit zu.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 33 24.06.2015
Themenfelder des Systems Engineering Frühzeitige Validierung und Verifikation
� Abhängigkeit von der Qualität der zugrunde gelegten Modelle
� Fehlendes Vertrauen in die virtuellen Modelle
Hindernisse
Leistungsstand
� Zentrale Herausforderung zur Erfüllung Produktanforderungen
� Virtualisierung der Produktentstehung ist entscheidend zur
… Kostenreduktion
… Verkürzung der Produktentstehungszeiten
… Steigerung der Produktqualität
… frühzeitigen Erprobung und Absicherung
� „Frühzeitig“ wird völlig unterschiedlich aufgefasst
� Reale Prototypen vs. virtuelle Modelle
� Physische Prototypen zur Validierung und Verifikation sind ein wichtiger Bestandteil der Produktentwicklung
� Reale Prototypen sind zeit- und kostenintensiv
� Virtuell oft nur Vorstufe
Bedeutung
Der große Teil der Befragten, insbeson-dere die Vertreter der KMUs konzen-trieren sich noch stark auf reale Proto-typen zur Validierung und Verifikation.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 34 24.06.2015
Automotive
Systems Engineering wird als Enabler gesehen.
Je mehr SE-Knowhow die Befragten besitzen, desto kritischer schätzen sie den Leistungsstand des eigenen Unternehmens ein.
Das Thema wird von den OEMs derzeit stark vorangetrieben.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 35 24.06.2015
LÖ&R
Die Vertreter aus Luft- und Raumfahrt sehen Bedarf zur weiteren Etablierung von Systems Engineering – insbesondere im Kontext einer steigenden modellbasierten Entwicklung.
Im Vergleich ist der erreichte Stand fortgeschritten.
© GfSE S.-O. Schulze, Vorsitzender 36 24.06.2015
ANlagenbau
Die Unternehmen erwarten erhebliche Veränderungen ihrer Produkte und Entwicklungs-prozesse. Sie sehen in Systems Engineering einen Ansatz, der ihnen helfen kann.
Das Verständnis , Knowhow und die Ausprägung im Tagesgeschäft ist relativ gering.