Datenaustausch

Daten sind Zeichen oder kontinuierliche Funktionen, die Informationen aufgrund bekannter
oder unterstellter Abmachungen zum Zwecke der Verarbeitung darstellen.  
Daten sind zum Beispiel:  
- Zahlen: 17, 25.3  
- Zeichen: 'a', 'b'  
- Zeichenketten: "Schlagbohrer"  
- Datumsangaben: 11.3.2001

Information ist eine Mitteilung, die sich aus einer räumlichen oder zeitlichen Folge
physikalischer Signale zusammensetzt, die mit bestimmten Wahrscheinlichkeiten auftreten,
und die beim Empfänger ein bestimmtes (Denk-)verhalten bewirkt.

Gezieltes Datenmanagement und umfangreiche Datenaustauschprozesse besonders wichtig auf Grund verteilter Produktentwicklung

Mögliche Differenzierungsarten bei der verteilten Produktentwicklung sind:

• Geografisch

1. Räumliche Verteilung der kooperierenden Entwicklungsmannschaften

• Unternehmensintern

1. Domänenbezogen
2. Abteilungsübergreifend
3. Verteilte Rechnerarbeitsplätze (keine Arbeitsplatzteilung)

• Unternehmensextern

1. Unternehmen vs Partner
2. Unternehmen vs Zulieferer

• Datenaustausch ist eine technische Problemstellung, mit 95% Erfolg
• Problematisch sind Qualität der Daten, Zugriffszeiten und andere Themen der Service-Level-Agreements (SLA)
• Informationsaustausch bedeutet, dass die versendeten und empfangenen Daten in den informationellen Kontext korrekt eingebunden werden müssen

Informationsaustausch ist die eigentliche Herausforderung

1. Manuelle Verwaltung
2. File-Server-basierte VW
3. Domkumenten-basierte VW
4. Produktstruktur-basierte VW
5. Produktstruktur und Prozess-basierte VW

Eine Version erfasst einen definierten Zustand eines Objekts (z.B. eines Produkts, einer
Produktkomponente oder eines Dokuments) während des gesamten Lebenszyklus.

• Die Anzeige einer Veränderung wird als Versionierung bezeichnet
• Andere Begriffe für Version sind Revision und Iteration (teilweise von Systemherstellern
  mit unterschiedlichen Bedeutungen belegt)
• Kennzeichnend einer Version ist deren Entstehung zu einem definierten Zeitpunkt, d.h.
  zu welchem Zeitpunkt eine Version entstanden ist (aktuelle Version)
• Mehrere Versionen werden zu einer Entwicklungshistorie verknüpft, dadurch sind
  Versionen durch eine Vorgänger- Nachfolger- Beziehung miteinander verknüpft
• Einzelne Versionen können verschiedene Zustände durchlaufen (Status)
• Synchronisationspunkte bedingen Versionen zur Identifikation von Arbeitsständen
• Eine Versionierung kann in:
  1. zeitlicher Abfolge,
  2. auf verschiedenen Ebenen,
  3. mit „basiert auf“-Beziehungen (Bezugsversion) erfolgen.

• Aufteilung der Konstruktionsaufgabe in
Einzelschritte
• Versionierung zwischen den Schritten („private“
Versionen zunächst nicht öffentlich)
• Veröffentlichung bei Kooperation oder zu
Synchronisationszeitpunkten
•Mögliche Versionierungszeitpunkte:

•  Aufspaltung des Entwicklungspfades
• Zusammenführung von Entwicklungspfaden
• Im Ermessen des Ingenieurs

• Produktkomponenten werden häufig zunächst variantenunabhängig entwickelt. Erst
  wenn eine Unterscheidung zwingend notwendig wird, spaltet sich ein Entwicklungspfad inmehrere Pfade auf.
• Jede Abfolge von Versionen, die zu einem Entwicklungspfad zusammengefasst ist,
  wird einer Varianten zugeordnet. Daher kann man Varianten mit Entwicklungspfaden
  identifizieren. Zwischen Versionen und Varianten besteht ein enger Zusammenhang.

Datensicherung ist erforderlich, um

• Auswirkungen technischer und menschlicher Fehler zu begrenzen
• über lange Zeit Zugriff auf verwendete Daten zu haben
• gesetzlichen Anforderungen gerecht zu werden

Backup (kurzfristig)

• Tägliche Sicherung der Gesamtbestände
• Speicherung in Verwendungsform (keine Konvertierung)
• Rückgriff auf Einzeldaten sollte relativ schnell geschehen können (wenige Stunden)

Archivierung (langfristig)

• Standardformate um langfristige Lesbarkeit zu gewährleisten
• Komprimierte Daten zur effizienten Speicherplatznutzung (Zugriffsgeschwindigkeit von untergeordneter Relevanz

• Sicherungsmechanismen in PLM-Installation beruhen meist auf RAID (Redundant Array of Independent Discs) – Systemen, umgangssprachlich auch Spiegelung genannt
• Bei dieser Datenspeicherung werden Daten zusammen mit Fehlerkorrekturcodes auf zwei oder mehr Festplattenlaufwerken verteilt ablegt
• verbundene Festplatten bilden gegenüber dem Betriebssystem des Netzwerk-Servers ein virtuelles Laufwerk
• RAID-Speicherkapazität ist variabel nutzbar. Selbst bei laufendem Betrieb können im Falle eines aufkommenden Problems Daten von einer Festplatte auf eine andere verlagert werden
• Risiken des Datenverlustes (Worst Case) können reduziert werden, wenn die PLM-Datenbasis (Datenbank und File-Vault) als Backup täglich gesichert wird. Als externe Speichermedien für die duplizierten Informationen eignen sich Magnetbänder oder optische Platten
• Moderne PLM-Systeme registrieren den Ablageort der Sicherheitskopie und können bei Bedarf Daten vom vom Sicherungs- auf das Arbeitsmedium zurückspielen

Definition Archiv:

• Gesamtheit aller Datenbestände auf Datenträgern

Definition Digitales Archiv:

• Gesamtheit der in einem EDV-System auf Datenträgern vorhandenen Programme und Datenbestände

Dokumentationspflicht des Unternehmens (Richtlinie EG 85/374, Artikel 11):

• ”Um den Entlastungsbeweis bei möglichen Produkthaftungsfällen führen zu können, müssen der Konstruktionsstand und die dazugehörenden Änderungsvorgänge mindestens 10 Jahre nach Inverkehrbringen des Erzeugnisses noch zurückverfolgt werden können.”

Übliche Archivierungsdauer:

• Automobilindustrie: 20 Jahre
• Werkzeugmaschinenindustrie: 25 Jahre
• Luftfahrtindustrie: bis zu 50 Jahre und länger (entsprechend der Einsatzdauer der Flugzeuge, z.B.: Douglas DC-9, Entwicklungsbeginn 1961, weiterhin vielfach im Einsatz)

ist die Weiterführung des SimultaneousEngineering und beschreibt die globale Zusammenarbeit von
internen und externen Organisationseinheiten im Rahmen desProduktentwicklungsprozesses. Prozesseund IT-Lösungen für die Zusammenarbeit
zwischen Ingenieuren und existierenden IT-Lösungen sowie dieIntegration zwischen Systemen bilden den
Schwerpunkt.

♦ Online-Zugriff (Direkte Datenabfrage)

• Virtual Private Network (VPN)
• Internet (HTTP, FTP)
• Remote Graphics

♦ Synchrone Replikation

• Das sendende System wartet, bis das empfangende System den Empfang bestätigt (langsam besonders bei langen Warteschleifen im Datentransfer; aber sicherer gegen Konflikte)

♦Asynchrone Replikation

• Das sendende System sendet Daten und wartet nicht auf Empfangsbestätigung (schnell, aber bei langen Warteschleifen höhere Gefahr von Inkonsistenzen/Konflikten)

• Kosten
• Durchsatz der verfügbaren Datenleitung
• Belastung des Netzes durch andere Aktivitäten
• Benötigte Zugriffszeiten  
• Größe der zu versendenden Daten
• Verknüpfung von Daten zum
• Datenmanagement notwendig?
• Vertraulichkeit der Daten
• Vertrauen zum Datenempfänger (hinsichtlich Kompetenz und Integrität)

Ausgangssituation:

• globale Märkte, internat. Zulieferer/Konkurrenz, hohe Komplexität, kurze PLZ, abnehmerorientierter Markt

Reaktion der Unternehmen

• moderne Managementkonzepte, Digitalisierung PE, Beschränkung auf Kernkompetenzen, Verlagerung von Entwicklungsaufgaben an Zulieferer

• Systemheterogenität erfordert die Bereitstellung und das
  Vorhalten unterschiedlicher Datenformate für dieselben Informationen
• Formale (Qualität CAD-Daten, Konvertierungsprobleme)
  und inhaltliche Qualität der Daten (Informationsgehalt & -
  güte)
• Lange Durchlaufzeiten durch große Datenvolumina
• Extraktion und Integration komplexer Informations-
  strukturen (z.B. Produktstrukturen) aus PDM / PLM
  Systemen
• Fehlerrisiko aufgrund unterschiedlicher Konventionen /
  Regelungen zum Informationsaustausch

Lösungsansätze:

• Beheben der Delta-Problematik: explizite Kennzeichnung aktueller und veränderter Daten
• Verbesserung der Prozesse durch EAI für die Harmonisierung der Tool-Schnittstellen und
  ERM für die Datensicherheit

⇒ Ziel ist ein sicherer, integrierter Informationsfluss

• Datenauswahl (Anwendung von Wissen, Selektion)
• Evtl. Konvertieren, Qualitätscheck und in Produktstruktur speichern
• Aus der Produktdatenstruktur ausleiten
• Evtl. in Datenpakete sammeln, evtl. Δ ermitteln
• Verschicken der Daten
• Empfangen der Daten
• Entpacken der Daten
• In die Produktstruktur einpflegen
• Bereitstellung der Daten
• Nutzung

Übertragung einer komplexen Produktbeschreibung:

• deskriptive Speicherung
• prozedurale Speicherung
• Erzeugnislogiken, Variantenprogramme

direkter Modellaustausch oft nicht möglich, weil unterschiedliche:

• rechnerinterne Modelle
• Modellelemente/-definitonen (B-Rep, CSG)
• Darstellungsgenauigkeiten (32bit und 64bit)
• Formate für Zahlen und Zeichen

--> Einsatz von Konvertern (Schnittstellen)

♦ Übertragung einer komplexen Produktbeschreibung

• Produktmodelle auf der Basis von Datenstrukturen (deskriptive Speicherung: das
  Ergebnis eines Bearbeitungsschrittes wird festgehalten)
• Produktmodelle auf prozeduraler Basis: Beschreibung der Vorgehensweise zur
  Erstellung des Produktes (prozedurale Speicherung)
• Produktmodelle auf der Basis von Programmstrukturen: Erzeugnislogiken  
  (z. B. Parametrik), Variantenprogramme (besonders für Norm- und Zukaufteile)

♦ Ein direkter Modellaustausch ist oft nicht möglich, weil:

• unterschiedliche Konzeptionen der rechnerinternen Modelle (deskriptiv, prozedural)
• unterschiedliche Modellelemente und / oder Modelldefinitionen (B-Rep, CSG)
• unterschiedliche Darstellungsgenauigkeiten (32bit und 64 bit)
  unterschiedliche Formate für Zahlen und Zeichen (z. B.: ASCII und EBCDIC)
  • ASCII = American Standard Code for Information Interchange
  • EBCDIC = Extended Binary Coded Decimal Interchange Code

♦ →Einsatz von Konvertern (häufig als „Schnittstellen“ bezeichnet)

♦Konvertierung ist die Überführung von Information einer Repräsentationsform in eine andere.

♦Konvertierung ist notwendig für:

• Einsatz von Insellösungen (keine durchgängigen Systeme)
• Weiternutzung von Daten bei Versions- oder Systemwechsel von Software
• Bearbeitung von Produktmodelldaten mit externen Werkzeugen
  • Simulationen (FEM/CFD, CAM/NC-Fertigung, Ergonomie)
  •Rapid Prototyping (STL)
  •Virtual Reality
  •Kollaborationssoftware
• Archivierung von Daten in Standardformaten
• Datenaustausch (unterschiedliche Systeme bei Kooperaitonspartnern)
• Kompression
• Behörden- und andere Freigabeprozesse (2D-Bauzeichnung)

♦ verlustfreie Konvertierung 

• kein Datenverlust
• Möglich bei der Konvertierung zwischen  kompatiblen Formaten  (Konvertierung eines Rasterbildes von  TIFF nach PNG, Datenkomprimierung zu .zip, .rar, etc. )

♦ verlustbehaftete Konvertierung

• Datenverlust kann aus folgenden Gründen entstehen:  

• Verlustbehaftete Datenkompression (Reduzierung  der Daten) um nicht notwendige Details, z. B. vom Audioformat WAV nach MP3.  
• Zielformat ist nicht in der Lage, alle Informationen des Quellformates darzustellen, z.B.
von HTML zu Textformat (sämtliche Formatierungen gehen verloren)  

♦ sinnhafte Konvertierung

•  Daten werden unter Beibehalten des wesentlichen betrachteten Inhalts konvertiert
• Mit oder ohne Informationsverlust 
• Möglicherweise Anreicherung mit Informationen weiterer Quellen

•Konvertierung einer Tabelle von Microsoft Excel XLS nach CSV oder umgekehrt  
•Konvertierung von proprietären CAD-Formaten in Standardformate, z.B. STEP

• Einlesen ("Scannen") der Schema-Ausprägung von A
• Erkennen ("Parsen") von Informationseinheiten der Ausprägung von A
• Wandeln
• Erzeugen der Ausprägung B (physikalische Darstellung von Schema-Definition B)
   

♦ Probleme mit dem Inhalt

• Unterschiedliche Informationsrepräsentationen sind schwer überführbar (Boundary- Representation mit expliziten oder impliziten Kanten)
• Fehlerhafte Geometrien (z.B. nicht geschlossene Oberflächen) führen zu Konvertierungsfehlern
• verschiedene Versionen der Schnittstellenprozessoren/Konvertern
• Unterschiedliche Abbildungsgenauigkeiten (entstehende Genauigkeit nicht absehbar)
• Konvertierungsfehler werden nicht unmittelbar erkannt → Informationsverlust

♦ Probleme mit Struktur / Format

• Abweichungen von festgelegten Formvorgaben (z.B. Layerbelegung)
• Namenskonventionen
• verschiedene Formen der Strukturierung von Modellen und Zeichnungen

♦ Probleme mit Konvertierungs-Werkzeugen

• Unzählige Konvertierungsoptionen
• Manuelle Nacharbeit ist in vielen Fällen erforderlich
• Probleme auf Grund des Datenumfangs (Personal, Zeit, Werkzeuge)
• Fehler in den Schnittstellenprozessoren (Zertifizierung?)

• Jupiter Tesselation  
• Hoher Verbreitungsgrad
• Unterstützt Validierungsoperationen wie Schnitte,
  präzise Messungen, Kollisionsuntersuchungen
  und Bewegungssimulationen
• Inhaltlicher Umfang nach Bedarf
  erweiterbar um Produkt- und
  Fertigungsunformationen (z.B. CAE-Daten)  
• Performantes Betrachten von großen Datenmengen
• Das JT Open Toolkit ist eine C++-Bibliothek, die die Erstellung von Schnittstellen
  (lesen und schreiben) zu JT anbieten. Dadurch können Daten in diesem alternativen
  Format gespeichert, archiviert oder ausgetauscht werden.
• Applikationen, die das JT-Datenformat nutzen, können über Konfigurationsdateien
  gesteuert werden, die den Datenzugriff und die Datenerstellung regeln
• JT ist ein reines Binärformat, das nicht wie STEP oder XML menschenlesbar oder
  interpretierbar ist