PLM

Abb. 1: PLM-Technologie ermöglicht den Zugriff auf Daten aus mehreren Quellen und erleichtert so die interdisziplinäre Zusammenarbeit. Diese Systeme versprechen eine Transparenz, die Elektronikunternehmen bei der Bewältigung früher Obsoleszenz- und End-of-Life-Ereignisse helfen wird. Bild mit freundlicher Genehmigung von Dassault Systèmes.

Die rasante Verbreitung der Elektronik in den letzten Jahrzehnten hat eine Welle dramatischer Veränderungen in der Technik und Marktdynamik der Branche mit sich gebracht. Diese Störungen stellen Elektronikunternehmen und ihre Lieferkettenpartner vor Herausforderungen hinsichtlich ihrer Fähigkeit, den Lebenszyklus ihrer Produkte zu verwalten.

Um zu verstehen, was diese Veränderungen für die Schlüsselprozesse der Branche bedeuten, ist es hilfreich, die Fähigkeiten und Grenzen der heutigen Product Lifecycle Management (PLM)-Plattformen zur Überwindung der Hindernisse zu untersuchen. Dies erfordert ein klares Verständnis der Herausforderungen, mit denen sich PLM-Systeme auseinandersetzen müssen, sowie Trends wie Veränderungen bei Hardware- und Softwarerollen, vorzeitige Obsoleszenz, Anspruch auf Reparaturrechte, staatliche Nachhaltigkeitsauflagen und Digitalisierung.

Das größte Hindernis für den Einzug von PLM-Plattformen in die Elektronikindustrie ist möglicherweise die wachsende Bedeutung von Software. Eingebettete Software oder Laufzeitsoftware definiert zu einem großen Teil die Merkmale und Funktionen heutiger Verbraucher- und Industrieprodukte. Leider hat die Softwareentwicklung einen Stoffwechsel, der sich stark von dem der Hardware unterscheidet, und herkömmliche PLM-Plattformen sind nicht für den Umgang mit dieser Technologie ausgelegt.

In der Vergangenheit waren hardwareorientierte Engineering-Ressourcen bei der Produktentwicklung von größter Bedeutung. Kommerzielle PLM-Systeme hatten in der Vergangenheit ihre Wurzeln in mechanischen Konstruktionstools, in vielen Fällen begannen sie mit dem Produktdatenmanagement (PDM) für mechanische Konstruktionen. Die ursprüngliche Absicht bestand darin, Steuerungen bereitzustellen und die Zusammenarbeit bei großen mechanischen Konstruktionen zu ermöglichen. Diese Systeme wurden entwickelt, um Arbeitsabläufe voranzutreiben, mehrere Disziplinen abzudecken und die Zusammenarbeit über die Entwicklungsteams hinaus zu ermöglichen, was letztendlich die Umwandlung von PDM in PLM zur Folge hatte.

Trotz dieser Veränderungen hat PLM nur begrenzte Fortschritte im Bereich Elektronikdesign und -entwicklung gemacht.

„Das Elektronik-Lebenszyklusmanagement wurde größtenteils in PLM integriert, um nichttechnische Rollen der Produktentwicklung zu berücksichtigen, wobei es nur sehr wenig Kontakt zu den Ingenieuren im Elektronikbereich gibt“, sagt Mark Hepburn, Produktentwicklungsgruppenleiter bei Cadence.

„Da die Bedeutung von PLM zugenommen hat, überschneidet es sich tendenziell mit der Elektronik auf der Fertigungs- und Lieferkettenebene. Dies hat dazu geführt, dass viele Elektronikunternehmen nur über begrenzte Konnektivität zu PLM verfügen und viele Organisationen einen Over-the-Wall-Ansatz verwenden, bei dem regelmäßig eine dateibasierte Stückliste (BOM) und verschiedene unterstützende Dateien manuell übergeben werden. Darüber hinaus haben Elektronikingenieure den PLM-Wert nur als sehr gering empfunden, da sie den Prozess größtenteils als Overhead betrachteten und nur geringe Vorteile für ihre Toolchains oder Produktivität erzielten“, fügt er hinzu.

Entwickler von PLM-Plattformen fügen jedoch ständig Tools und Funktionen hinzu, die darauf abzielen, die Elektronikdesign-Dienstleistungen zu verbessern. Diese Verbesserungen haben begonnen, neue Wege im Entwicklungsprozess zu eröffnen.

Beispielsweise hat Cadence – vor allem aufgrund der Lieferkette und der Fertigungsaspekte – beobachtet, dass PLM zunächst in das Leiterplattensegment des Elektronikmarktes vordringt. Dies liegt an der kritischen Bedeutung der Gebäudebetriebsmodellierung und der großen Anzahl an Produktvarianten, die geografische und sogar funktionale Ableitungen der Stückliste bestimmen. Das Wertversprechen wird jedoch immer unklarer, je näher man sich dem Design von Halbleitern und integrierten Schaltkreisen nähert.

Die schnelle Veralterung der heutigen Elektronik stellt auch eine Herausforderung für PLM-Plattformen dar, da sie das Lebenszyklusmanagement noch komplexer macht.

„Es geht nicht mehr darum, langlebige Geräte wie diesen Killer-Röhrenverstärker aus den 70ern und Lautsprecher an Ihr Kind weiterzugeben“, sagt Marie McCarthy, Global Business Unit Director für Unterhaltungselektronik bei Centric Software. „Die neue Dynamik verschärft die Herausforderungen im Zusammenhang mit Compliance, Produktionslogistik an mehreren Standorten und Dual-Sourcing-Herausforderungen und treibt die Kosten für Produkte mit kurzer Marktlebensdauer in die Höhe.“

Für Designteams beginnen die Auswirkungen der frühen Obsoleszenz auf der Komponentenebene. [Schau dieses Video an.]

Das Problem besteht darin, dass Komponenten häufig kürzere Lebenszyklen haben als die Produkte, für die sie entwickelt wurden. Es gab sogar Fälle, in denen eine Komponente veraltet war, bevor das Produkt, in dem sie enthalten war, für die Produktion freigegeben wurde.

Um mit den Problemen fertig zu werden, die sich auf dieser Ebene der frühen Obsoleszenz ergeben, müssen sich Entwicklungsteams mit Komponentenaustausch- und Substitutionsbeschränkungen auseinandersetzen, die auf dem ursprünglichen Platinendesign, Kundenanforderungen, Drop-in- oder Redesign-Optionen und den Auswirkungen von Halbleitern basieren können Änderungen der Funktionalität (z. B. Rauschanfälligkeit, Antriebsfähigkeit, Signalintegrität und unterschiedliche Flankenraten) und Lieferprobleme während der Lebensdauer des Produkts.

Tatsache ist, dass frühe Obsoleszenz- und End-of-Life-Ereignisse die Designherausforderungen verschärfen, die Ingenieure bewältigen müssen, um die Betriebslebensdauer von Endprodukten aufrechtzuerhalten und zu verlängern. Neugestaltungen von Chips und Platinen sind kostspielig und zeitaufwändig, und sehr oft erfordern solche Überarbeitungen eine Neuzertifizierung und den Austausch mehrerer Komponenten, um die Kompatibilität zwischen Geräten aufrechtzuerhalten.

Die Suche nach den besten technischen und geschäftlichen Lösungen, um alle Anforderungen während eines End-of-Life-Ereignisses zu erfüllen, stellt oft einen komplexen Entscheidungspunkt dar, an dem alle zuvor genannten Herausforderungen zusammenkommen (Abb. 1).

PLM-Plattformen haben sich jedoch von ihrer ursprünglichen Form weiterentwickelt und beginnen, sich zu einer Rolle zu entwickeln, die Entscheidungsprozesse unterstützt, da Benutzer auf mehrere Datenquellen zugreifen und die Sichtbarkeit verbessern können.

„Vor PLM-basierten Ansätzen war Obsoleszenz größtenteils eine ‚Rückspiegel‘-Analyse, bei der Unternehmen taktisch reagieren mussten, nachdem sich das Problem aktiv auf die Produkte ausgewirkt hatte“, sagt Hepburn. „Aber das Problem der Obsoleszenz war ein wesentlicher Treiber für die Einführung von PLM in der Elektronikbranche.

„Außerhalb der Kernentwicklungsbereiche bietet PLM die nötige Transparenz, um die Auswirkungen der Komponentenverfügbarkeit zu verstehen, und ermöglicht so prädiktivere Techniken zur Bewältigung der Probleme“, fügt Hepburn hinzu und weist darauf hin, dass PLM auch eine Auswirkungsanalyse ermöglicht, um zu bestimmen, welche anderen Produkte wie betroffen sein werden . „Welche Auswirkungen hat das über die bloße Beschaffung eines geeigneten Ersatzes hinaus? Wird es technisch funktionieren? Wie viel Neugestaltung ist erforderlich? PLM kann bei der Lösung solcher Probleme helfen, indem es kollaborative Arbeitsabläufe einrichtet, die durch datengesteuerte Entscheidungsfindung ermöglicht werden.“

Eine weitere Herausforderung für Elektronikdesignteams ist die wachsende Nachfrage nach dem „Recht auf Reparatur“. Dieser Trend erhöht den Druck auf Elektronikunternehmen, die Lebenszyklen ihrer Produkte besser zu verwalten. Darüber hinaus erhöht es die Komplexität der von Plattformen wie PLM ausgeführten Aufgaben um eine weitere Ebene.

Gleichzeitig bietet der Trend PLM-Entwicklern die Möglichkeit, Elektronikanbietern und ihren Designteams mehr Mehrwert zu bieten. Damit eröffnet es einen weiteren Einstiegspunkt für PLM-Anbieter, die eine Nische im Elektronikbereich erobern möchten.

Bisher bestand das Problem darin, dass Verbrauchern und Reparaturdiensten von Drittanbietern die Informationen, Teile und Werkzeuge verweigert wurden, die für die Reparatur oder Anpassung elektronischer Geräte erforderlich waren. Befürworter des Rechts auf Reparatur versuchen Abhilfe zu schaffen, indem sie verschiedene Änderungen erreichen, die durch neue Gesetze oder eine Änderung der Käufererwartungen umgesetzt werden können.

Zwei Änderungen betreffen die Verfügbarkeit von Ressourcen: Befürworter des Rechts auf Reparatur fordern von Elektronikunternehmen, angemessenen Zugang zu Handbüchern, Schaltplänen und Software-Updates sowie zu den für die Wartung von Geräten erforderlichen Teilen und Werkzeugen, einschließlich Diagnosetools, zu gewähren.

PLM-Plattformen können bei beiden Zielen helfen.

„Um diesen Anforderungen effektiv gerecht zu werden, ist ein ganzheitlicher Ansatz erforderlich, der sowohl vor- als auch nachgelagerte Prozesse berücksichtigt“, sagt McCarthy. „Im Vorfeld müssen wir die Identifizierung und Verfolgung von vor Ort austauschbaren Einheiten berücksichtigen und relevante Anweisungen in das PLM-System einbetten. Nachgelagert ist es von entscheidender Bedeutung, die Ersatzteilverfügbarkeit zu verwalten, ohne sich direkt auf die Stücklistenkosten auszuwirken, was die Notwendigkeit eines robusten und reaktionsfähigen Lieferkettenmanagementsystems mit sich bringt.“

Noch wichtiger ist laut McCarthy, dass PLM-Systeme mit anderen Systemen kommunizieren müssen, damit alle relevanten Parteien Zugriff auf kritische Informationen haben. Wichtig ist, dass PLM relevante Daten sammeln, analysieren und verteilen kann. Die Erfüllung dieser Anforderungen kommt direkt den Stärken von PLM zugute.

„PLM-Systeme müssen mehrere Ansichten verfolgen, wie z. B. Design oder EBOM [Engineering Bill of Materials], MBOM [Manufacturing Bill of Materials], Servicestückliste oder Ersatzteilstückliste“, sagt John Kelley, Vizepräsident für PLM-Produktstrategie bei Oracle. „Ersatzteile bzw. Ersatzteile müssen prognostiziert, bevorratet und über Omni-Channel-Commerce verkauft werden“ (Abb. 2).

Ein weiteres Ziel der Befürworter des Rechts auf Reparatur besteht darin, dass Elektronikunternehmen sicherstellen, dass Geräte- und Komponentendesigns eine Reparatur ermöglichen (Abb. 3).

„Das Recht auf Reparatur erfordert das Jonglieren von Designspezifikationen, und das erfordert eine multidisziplinäre technische Zusammenarbeit“, sagt Hepburn. „Zum Beispiel wird die Anforderung, dass ein OLED-Bildschirm leicht ausgetauscht werden kann, wichtige Überlegungen zum mechanischen Design antreiben, die von den Bereichen Mechanik und Elektronik ausgearbeitet werden müssen, um sicherzustellen, dass die allgemeinen Funktionsanforderungen erfüllt werden.“

Ein weiterer Designbereich, in dem PLM einen Mehrwert bietet, sind die PLM-Qualitätsmanagementmodule.

„Das Design der nächsten Produktgeneration zur Erfüllung strengerer Anforderungen an das Recht auf Reparatur kann stark davon beeinflusst werden, was repariert werden muss und welche häufigsten Fehlerquellen auftreten“, sagt Hepburn. „Diese Informationen können durch den kollaborativen PLM-Prozess zurückgekoppelt werden, um das Design der nächsten Generation zu beeinflussen.“ Zusätzliche Anforderungen werden durch die Verwendung der PLM-Dokumentation gefiltert, die bei der Reparatur durch Dritte, der Komponentenauswahl und der Verfügbarkeit verwendet werden kann, sodass Reparaturanbieter Zugriff auf die Reparaturteile erhalten.

Abb. 3: Um der Nachfrage nach „Right to Repair“-Designs gerecht zu werden, müssen Herstellungs- und Montagespezifikationen die Platzierung der Komponenten unter Berücksichtigung der Reparaturfähigkeit berücksichtigen. Bild mit freundlicher Genehmigung von Dassault Systèmes.

Eine weitere Herausforderung für Elektronikhersteller ist die Zunahme staatlicher Elektroschrott- und Nachhaltigkeitsvorschriften. Die Einführung dieser Richtlinien löste erhebliche Umwälzungen in der Elektronikindustrie aus, da die Unternehmen Schwierigkeiten hatten, sich an die sich ändernden Anforderungen anzupassen. Aufgrund unterschiedlicher Produktionsstandorte, Produktvarianten und standortspezifischer Stücklisten hat sich die Verfolgung und Anwendung von Standards über verschiedene Produktstrukturen hinweg als schwierig erwiesen.

Ein Ansatz zur Bewältigung der Herausforderungen, mit denen Unternehmen bei der Einhaltung von Vorschriften konfrontiert sind, besteht darin, das Fachwissen anderer Unternehmen auf diesem Gebiet zu nutzen.

„Im Laufe der Zeit sind Compliance-spezifische Lösungen wie Ascent entstanden, um Lieferkettendaten zu aggregieren und über Compliance-Änderungen auf dem Laufenden zu bleiben“, sagt McCarthy. „In ähnlicher Weise hat sich Silicon Expert zu einer vertrauenswürdigen Quelle für Compliance-Informationen entwickelt. Viele PLM-Anbieter haben sich für die Integration mit Dienstanbietern entschieden, die Produktinformationen nutzen und über branchenübliche Formate und APIs (Anwendungsprogrammierschnittstellen) berichten können. Eine anhaltende Herausforderung besteht jedoch darin, Konformitätsdaten für kundenspezifische Geräte zu generieren, die oft außerhalb des Zuständigkeitsbereichs dieser Datenbanken liegen.“

Ein weiterer Ansatz zur Erfüllung von Compliance-Datenanforderungen besteht darin, die sich weiterentwickelnde Technologie von PLM zu nutzen.

„Nachhaltigkeit in Bezug auf Materialien und Chemikalien, die in der Elektronik verwendet werden, schafft sehr interessante Möglichkeiten für PLM-Benutzer und -Anbieter“, sagt Pawel Z. Chadzynski, Leiter Produktmarketing bei Aras. „Vieles davon hat mit der nachvollziehbaren Aggregation bestimmter Parameterdaten zu tun, beispielsweise der Kohlendioxidemissionen eines Produkts. Es ist die Fähigkeit einer PLM-Plattform, sich mit anderen Informationsquellen bezüglich der Aggregation zu integrieren, die verspricht, die Technologie so wertvoll zu machen“ (Abb. 4).

Viele PLM-Anbieter verfügen mittlerweile über eng integrierte Governance-Angebote, die Zugriff auf Material-Compliance-Daten, Transparenz zur Nachverfolgung der Nutzung und Funktionen zur Verwaltung potenzieller Probleme bieten (Abb. 5).

Die meisten Unternehmen setzen auf Produktplattformen, die je nach geografischer Region unterschiedlich sind.

„Die Vorschriften sind in allen Teilen der Welt sehr unterschiedlich“, sagt Hepburn. „PLM bietet Verwaltungsfunktionen zur Bewältigung funktionaler Abweichungen, Fertigungsabweichungen sowie Compliance-Änderungen in verschiedenen Regionen. Dies wirkt sich bis hin zum Elektronikdesign in Form von Echtzeitanalysen aus, um Ingenieure am Entwurfspunkt über mögliche Compliance-, Kosten- oder sogar Lieferkettenrisiken zu informieren. Beispielsweise müssen elektronische Komponentenbibliotheken mit solchen Informationen auf dem neuesten Stand bleiben, damit die CAD-Tools mit den genauesten verfügbaren Daten arbeiten.“

Trotz der Bemühungen der PLM-Anbieter, diese einzigartigen Anforderungen zu erfüllen, stellt die Einhaltung der Vorschriften für viele Hersteller immer noch eine Herausforderung dar.

Abb. 5: Tools zur Bewertung des Produktlebenszyklus können Elektronikunternehmen dabei unterstützen, die Einhaltung staatlicher Nachhaltigkeitsrichtlinien sicherzustellen, indem sie Umweltfaktoren wie Kohlenstoffausstoß, Energieverbrauch sowie Luft-, Boden- und Wasseremissionen über die Lebensdauer des Produkts, einschließlich der Herstellung, quantifizieren und anzeigen Verfahren. Bild mit freundlicher Genehmigung von Dassault Systèmes.

Die branchenübergreifende Nachfrage nach überlegenen, kostengünstigen Produkten, die in kürzeren Zeiträumen geliefert werden, hat zu einer bedeutenden Weiterentwicklung des PLM-Systems geführt. Diese Verbesserungen helfen PLM dabei, seine Präsenz im Elektroniksektor auszubauen.

Diese Fortschritte werden zum Teil durch den Einsatz fortschrittlicher digitaler Technologien vorangetrieben, die ihren Weg in den Mainstream finden.

„PLM-Plattformen nutzen jetzt AR [Augmented Reality], VR [Virtual Reality], IoT [Internet der Dinge] und KI, um die Produktleistung zu simulieren und Designprobleme mithilfe digitaler Zwillinge zu untersuchen“, sagt McCarthy. „Dies ermöglicht eine intuitive Problemlösung und ein insgesamt verbessertes Kundenerlebnis. Darüber hinaus speisen diese Systeme Erkenntnisse aus Kundenbindungsplattformen, Content-Management-Systemen und Wissensdatenbanken in Front-End-PLM-Prozesse wie Ideenfindung, Anforderungsmanagement, Portfoliomanagement und kostenorientiertes Design ein. Durch die Fokussierung auf die Wiederverwendung von Designs und die Änderungskosten können Unternehmen ihre Produkte in einem kostengünstigen und transparenten Prozess verbessern.“

Allerdings basieren Elektronikinnovationen größtenteils auf Software. Die immer noch bestehende Diskrepanz zwischen hardwarezentrierten PLM-Systemen und Softwareentwicklungssystemen verstärkt die Komplexität, die mit der Erstellung einer einzigen Wahrheitsaufzeichnung verbunden ist, die die beiden Technologiebereiche umfasst. Anhaltende Lücken zwischen Software- und Hardwaredaten und Entwicklungstools mindern die Wirksamkeit fortschrittlicher Technologien wie Digital Threads und Digital Twins.

Dies lässt sich anhand der heutigen Datenpfade erkennen. „Im digitalen Thread sehen wir die Elektronik als einen blinden Fleck in der PLM-Initiative vieler Unternehmen, und es ist ein Problem, das sie lösen wollen“, sagt Hepburn.

Führende PLM-Anbieter sind der Ansicht, dass die blinden Flecken dadurch beseitigt werden können, dass man Wege findet, den Elektronikingenieuren direkt einen Mehrwert zu bieten, sodass PLM zu einer Produktivitätssteigerung wird und gleichzeitig die interdisziplinäre Zusammenarbeit und Transparenz verbessert.

„Das Ziel besteht darin, PLM in die Design-Tools zu integrieren, die Tools mit nützlichen Informationen aus PLM zu ergänzen – wie etwa Komponentenverfügbarkeit und Risiko – und disziplinübergreifende Zusammenarbeit in die Arbeitsabläufe der Tools zu integrieren“, sagt Hepburn. „Ein Beispiel hierfür wäre, Ingenieure innerhalb ihrer Tools über Änderungen und Auswirkungen auf ihre Designs zu informieren, wie etwa eine mechanische Gehäuseänderung, die sich auf das PCB-Layout auswirkt. Durch die Automatisierung der ECAD/MCAD-Zusammenarbeit innerhalb der jeweiligen mechanischen und elektronischen Lösungen erhalten Ingenieure einen direkten Mehrwert bei der Lösung ihrer Probleme, steigern die Produktivität und ermöglichen ein höheres Maß an Unternehmenstransparenz.“

Die Herausforderung besteht daher darin, diese Elemente nahtlos zu harmonisieren, um Integrationsfehler zu verhindern und sicherzustellen, dass jedes Subsystem nicht nur für sich effizient funktioniert, sondern auch als Teil des breiteren Produktökosystems kohärent funktioniert.

Tom Kevan ist ein freiberuflicher Autor/Redakteur mit den Schwerpunkten Ingenieurwesen und Kommunikationstechnologie. Kontaktieren Sie ihn über . (JavaScript muss aktiviert sein, um diese E-Mail-Adresse anzuzeigen).