» Beispiel für SW (Softwareentwicklung)

FALLBEISPIEL: »MONTAGEABLAUFSTEUERUNG« (MAUS)

1. Problemstellung

Im Rahmen eines Produktanlaufes wird bei einem Fahrzeughersteller eine neue Fabrikationslinie für Radträger aufgebaut. Eine Hauptanforderung an die geplante Anlage ist, dass die Radträger, typspezifisch versortet, für mehrere Fahrzeugproduktionen an verschiedenen Standorten, »just in time« gefertigt und geliefert werden sollen.
Zu diesem Zweck soll ein System eingesetzt werden, welches die Fertigungsaufträge automatisch aus einer SAP-Auftragsverwaltung abruft und optimal sortiert in den Fertigungsprozess einsteuert. Dabei soll vor allem die optimale Befüllung der Transportbehälter unter Berücksichtigung des Teilebedarfs des jeweiligen Empfängers gewährleistet werden. Aber auch die Vorkommissionierung typspezifischer Anbauteile soll über das System gesteuert werden.
Parallel dazu sollen an den einzelnen Arbeitsstationen in der Linie die Auftragsdaten des jeweils zu bearbeitenden Radträgers angezeigt werden. Dazu stehen MIS-Clientterminals zur Verfügung.
Ein System zur Montageablaufsteuerung muss daher aus den Auftragsdaten dynamisch die Dokumente zur Darstellung im MIS erzeugen.

Aufgrund der umfangreichen Anforderungen und der engen zeitlichen Vorgaben für die Planung und Umsetzung des Projektes kommt für den Kunden nur ein Partner in Betracht, der über ausreichende Erfahrung in der Realisierung umfangreicher IT-Systeme im industriellen Umfeld verfügt.
Er wendet sich daher an INTREX Systems in Dingolfing.

2. Consulting

2.1 Grobkonzept

Nach Erhalt des Beratungsauftrages beruft der bei INTREX Systems verantwortliche Projektleiter das Projektteam. Dieses unterzieht die Anforderungen, sowie die beteiligten Geschäfts- und Fertigungsprozesse beim Kunden einer Analyse, um den Rahmen für ein Grobkonzept festzulegen.
Bereits in dieser frühen Phase der Konzeptionierung des geplanten Systems kristallisiert sich folgender Aufbau als geeignet heraus:

• ein Systemmodul "Datenimport" soll die Schnittstellenimplementation zum übergeordneten SAP-System beinhalten und die Datensätze der Fertigungsaufträge aus der Auftragsverwaltung in eine Datenbank transferieren
• ein Systemmodul "Datenüberprüfung" soll alle Systemfunktionen ausführen, die zur Plausibilitätsüberprüfung der Fertigungsdatensätze erforderlich sind. Dies ist notwendig, da einige der übernommenen Daten manuell eingegeben werden müssen und fehlerhafte Datensätze zu Produktionsunterbrechungen führen könnten.
• Ein Systemmodul "Pulkung" soll die Sortierung der Fertigungsdatensätze nach dem Lieferort und der Sequenznummer durchführen. Dadurch wird gewährleistet, dass die Radträger bedarfsgerecht, "just in time", gefertigt und in der richtigen Reihenfolge verpackt und ausgeliefert werden.
• Ein Systemmodul "Vorkommissionierung" soll die Bereitstellung typspezifischer Anbauteile steuern, die rechtzeitig vor Montagebeginn bestimmter Radträger in der richtigen Reihenfolge zum Verbau zur Verfügung stehen müssen.
• Für die Kommunikation mit der untergeordneten Prozessebene ist ein Systemmodul "Auftragseinsteuerung" vorgesehen. Dieses Modul umfasst die Schnittstellenimplementation zu den für die Prozesssteuerung zuständigen SPS-Systemen.
• Das Modul "Behälterlistenerstellung" führt Daten aus den Fertigungsdatensätzen und der Pulkung zusammen, um die Behälterzettel mit Inhaltsliste und Abladeort für die Transportbehälter auszudrucken. Mit diesen Behälterzetteln ausgestattet, sind die Transportbehälter versandbereit und können beim Empfänger der Radträger wieder in der richtigen Reihenfolge in die Produktion eingesteuert werden.
• Ein Systemmodul "Dokumentenaufbereitung" bereitet die SAP-Auftragsdaten so auf, dass sie von den an der Linie befindlichen MIS-Clients abgerufen und dargestellt werden können.
• Ein Modul "Datenarchivierung" ist notwendig, um alle Fertigungsdaten dauerhaft zu speichern und zu dokumentieren.
• Eine zentrale Verwaltungsoberfläche wird benötigt, um alle Systemmodule über ein einheitliches, modernes Benutzerinterface konfigurierbar zu machen. Außerdem soll die manuelle Einsteuerung von Aufträgen und die Anzeige und Behandlung von Störungen hierüber erfolgen.

2.2 Fachkonzept

Auf der Basis des Grobkonzeptes werden im Projektteam zusammen mit dem Kunden die konkret benötigten Systemfunktionalitäten ausgearbeitet. Auf dieser Basis wird bei INTREX Systems ein Fachkonzept ausgearbeitet, in dem die Anforderungen an das zu erstellende System verbindlich festgelegt werden. Beim Projekt "MAUS" stellen folgende Funktionalitäten Planungsschwerpunkte dar:

• Der Datenaustausch zwischen der SAP-Auftragsverwaltung und dem Datenimportmodul unter Berücksichtigung möglicher Fehlerzustände
• Festlegung der im Modul "Datenüberprüfung" zu implementierenden Plausibilitätschecks und des Systemverhaltens im Fehlerfall
• Beschreibung der zur Pulkung von Radträgerpaaren verwendeten Algorithmen und des Verfahrens zur manuellen Einsteuerung von Sonderaufträgen
• Konfiguration und Erstellung der Kommissionierlisten innerhalb des Moduls "Vorkommissionierung"
• Aufbau und Funktionsweise der Kommunikation mit den SPS-Systemen im Modul "Auftragseinsteuerung", einschließlich der Fehlerbehandlung und der Behandlung manuell eingesteuerter Aufträge
• Die Erstellung von Behälterlisten, einschließlich vorgesehener Konfigurationsmöglichkeiten
• Die Dokumentenaufbereitung für die in der Linie eingesetzten MIS-Clients, welche den Mitarbeitern die Auftragsdaten der Radträger darstellen sollen. Die Dokumente werden aus den SAP-Auftragsdaten dynamisch erstellt und den MIS-Clients zum Abruf zur Verfügung gestellt
• Die Konzeption der Datenarchivierung und Datenbankkonsolidierung
• Festlegen der Anforderungen an die IT-Infrastruktur
• Entwicklung eines Redundanzkonzeptes zur Optimierung der Gesamtverfügbarkeit des Systems
• Beschreibung von Notstrategiekonzepten im Fehlerfall
• Die Funktionsweise des Konfigurationssystems, ausgehend von der Verwaltungsoberfläche
• Die Festlegung der über die Verwaltungsoberfläche zugänglichen Bedienelemente und Konfigurationsparameter, sowie deren Anordnung. Da die Verwaltungsoberfläche mit minimalem Schulungsaufwand bedienbar sein soll, stellt dieser Punkt ein besonders kritisches Merkmal im Gesamtprojekt dar
• Bedienkonzept für die manuelle Einsteuerung und Sperrung von Aufträgen über die Verwaltungsoberfläche. Da Fehlbedienungen in diesem Bereich zu Produktionsausfällen führen können, ist dies ebenfalls ein kritischer Punkt im Gesamtprojekt.
• Berechtigungskonzept für den Zugriff auf funktionskritische Bereiche der Verwaltungsoberfläche, um Produktionsausfälle oder Fehlproduktionen durch fahrlässige oder mutwillige Fehleingaben zu vermeiden
• Festlegung der über die Verwaltungsoberfläche zugänglichen Diagnosefunktionen, insbesondere über den Status der Teilprozesse des Systems, der Kommunikation zur SAP-Auftragsverwaltung und der SPS-Systeme, sowie der Plausibilitätsprüfung. Für produktionskritische Fehlerzustände wird ein Alarmierungsverfahren festgelegt.

2.3 IV-Konzept

Nach Freigabe des Fachkonzeptes durch den Kunden wird INTREX Systems beauftragt, ein Detailkonzept zur technischen Umsetzung der Kundenanforderungen in ein funktionierendes System auszuarbeiten. Für das Projektteam stellt dies schon den Beginn der eigentlichen Entwicklungsarbeit dar, denn parallel zur Erstellung des IV-Konzeptes werden bereits Prototypen als "proof of concept" programmiert.
Im IV-Konzept werden die Vorgaben zur technischen Umsetzung des Projektes festgelegt. Es stellt somit die Planungsbasis für die eigentliche Softwareentwicklung dar:

• Beschreibung der eingesetzten Technologien. Um die Modularität und Wartbarkeit des Systems zu gewährleisten, wird ein durchgehend objektorientierter Entwicklungsansatz verwendet. Als Programmiersprache für die Verwaltungsumgebung kommt C# zum Einsatz. Die Prozessmodule werden in C++ realisiert. Für die Dokumentenaufbereitung der MIS-Clients wird Java verwendet.
• Ein Schnittstellenkontrakt zur Ankopplung der SAP-Auftragsverwaltung mit detaillierter Beschreibung des Kommunikationsprotokolls wird ausgearbeitet
• Ein Schnittstellenkontrakt zur Anbindung der SPS-Systeme mit Beschreibung des Anbindungsverfahrens und des Kommunikationsprotokolls wird ausgearbeitet
• Die Systemarchitektur wird entworfen, welche insbesondere die Struktur der zugrunde liegenden Datenbank (physischer Datenbankentwurf), sowie die Abbildung der im Fachkonzept beschriebenen Prozesse in ausführbare Programme festlegt
• Die Kommunikationsschnittstellen der verschiedenen Systemmodule untereinander, sowie zur Datenbank werden definiert
• Ein Behandlungskonzept für Fehlerzustände und Störungen wird aufgenommen
• Die Anforderungen an die Systeminfrastruktur werden festgelegt.
• Die Verzeichnisstruktur, in der die ausführbaren Systemmodule und die Konfigurationsdateien abgelegt werden, wird beschrieben. Insbesondere werden auch die Speicherorte der dynamisch erzeugten Dokumente für das MIS festgelegt.
• Die technische Umsetzung des im Fachkonzept beschriebenen Redundanzkonzeptes wird beschrieben
• Aufbau und Design des zentralen Konfigurationssystems mit der Verwaltungsoberfläche wird festgelegt

3. Entwicklung

Auf Basis des IV-Konzeptes beginnt nun der Hauptteil der eigentlichen Entwicklungsarbeit. Die Mitglieder des Entwicklungsteams machen sich unter Koordination des Projektleiters daran, die einzelnen Module des Systems zu implementieren. Parallel dazu wird in Zusammenarbeit mit dem Kunden eine geeignete Testumgebung geschaffen, um die einzelnen Entwicklungsstufen des Projektes unter möglichst realitätsnahen Bedingungen testen zu können. Insbesondere die Kooperation mit der SPS-Programmierung wird intensiv überprüft.
Um den Verlauf möglichst transparent zu halten und einen ständigen Abgleich mit dem Projektplan zu ermöglichen, werden wöchentliche Meetings mit dem Kunden abgehalten.
Selbstverständlich werden hierbei auch die Planungsgrundlagen ständig neu überprüft, um kundenseitige Änderungen der Rahmenbedingungen möglichst frühzeitig und kostenneutral in die Entwicklung einfließen lassen zu können. Die auf maximale Flexibilität und teamorientiertes Arbeiten ausgelegte Organisation bei INTREX Systems bildet dabei eine wichtige Voraussetzung für den schnellen Projektfortschritt während der Entwicklung und gewährleistet gleichzeitig ein Maximum an Flexibilität, um geänderte Rahmenbedingungen, oder zeitliche Anforderungen berücksichtigen zu können:

• Mit dem Projektleiter und seinem Stellvertreter steht dem Kunden immer ein Ansprechpartner zur Verfügung, der Überblick über den gesamten Projektverlauf hat. Dadurch wird die Kommunikation mit dem Entwicklungsteam erheblich vereinfacht und die Projektorganisation kann kundenseitig effizienter gestaltet werden.
• Die Verwendung von UML (unified modelling language) im Rahmen des rapid application development gewährleistet die schnelle Abbildung der im Fachkonzept beschriebenen Prozesse in Programmcode und beschleunigt den Entwicklungsprozess erheblich
• Das Versionskontrollsystem CVS stellt die infrastrukturelle Grundlage des teamorientierten Entwicklungsansatzes dar und ermöglicht die schnelle, unabhängige Entwicklung einzelner Systemmodule, die Erzeugung von Prereleases zu beliebigen Zeitpunkten des Entwicklungsprozesses, sowie die Wiederherstellung beliebiger Entwicklungsstände der einzelnen Module.
• Eine in Zusammenarbeit mit dem Kunden entwickelte, interne Testumgebung ermöglicht die Überprüfung der Module schon während der Entwicklung des Systems und gewährleistet einen ständigen Abgleich mit den im Fachkonzept gestellten Anforderungen
• Ein nach BS7799 zertifiziertes Informationssicherheitsmanagementsystem gewährleistet die Informationssicherheit während des Entwicklungsprozesses und stellt z.B. Schutzmaßnahmen für Kunden- und Projektdaten sicher

4. Implementation und Test

Um die Fertigstellung der Software innerhalb des im Projektplan vorgesehenen Zeitrahmens zu garantieren, wurden dem Projektteam kurzfristig zusätzliche Entwicklungskapazitäten zur Verfügung gestellt.
Nun wartet die Releaseversion der Systemsoftware auf ihren Praxistest und die Implementierung des Gesamtsystems beim Kunden beginnt. Hierzu begibt sich das Projektteam vor Ort, richtet das System ein, führt die Konfiguration und weitergehende Tests durch und begleitet das System bis zur Abnahme durch den Kunden:

• Die Betriebsumgebung, insbesondere die Schnittstellen zur SAP-Auftragssteuerung und zu den SPS-Systemen, werden auf Konformität mit den im IV-Konzept festgelegten Spezifikationen überprüft und notwendige Anpassungen vorgenommen
• Die Systemsoftware wird auf einem Testsystem beim Kunden installiert und getestet
• Der Kunde überprüft im Rahmen einer Vorabnahme die Konformität des Systems zu den im Fachkonzept festgelegten Anforderungen. Der Projektleiter des Entwicklungsteams protokolliert, ob noch Restmängel vorhanden sind, und übergibt sie zur Beseitigung an das Team
• Nach der Vorabnahme der Software erfolgt die Installation und Konfiguration des Produktivsystems.
• Das Produktivsystem wird vom Entwicklungsteam abschließend überprüft. Ein Testschwerpunkt liegt dabei auf der Funktionalität des Redundanzkonzeptes, sowie der Wirksamkeit der vorgesehenen Notstrategien bei Ausfall einer der Komponenten
• Die Systemdokumentation wird vom Projektteam an den Kunden übergeben
• Der Kunde führt eine Endabnahme des Systems in seiner vorgesehenen Einsatzumgebung durch und gibt es für den produktiven Betrieb frei