TUOTEMALLI JA TIEDONSIIRTO ROAD MAP Arto Kiviniemi VTT
Keinot tavoitteiden saavuttamiseksi Tausta: Tuotemalliteknologian käyttö elinkaaritiedon hallinnassa on nopeasti yleistynyt monilla aloilla. Keskeinen kehittämisen lähtökohta on tuotetietomallin kattavuus ja integrointi niin, että mallien dataa voidaan hyödyntää helposti erilaisissa vaatimustenhallinnan, suunnittelun, simuloinnin, hankinnan, rakentamisen ja ylläpidon tehtävissä. Tämä edellyttää avointa, dokumentoitua rakennetta, jotta eri ohjelmistovalmistajat voivat tuottaa integroidussa ympäristössä toimivia ohjelmistoja. Kehitystehtävät: Keskeisin lähtökohta on riittävän kattavan tuotetietomallin kehittäminen. Jos suinkin mahdollista, pohjaksi kannatta ottaa jokin olemassa oleva, avoin malli. Seuraava välttämätön vaihe on siirtyminen perinteisestä dokumentaatiosta mallien käyttöön suunnittelun, simuloinnin, hankinnan ja rakentamisen tehtävissä sekä tiedonsiirron formaatin ja sisällön määrittely. Käyttöönotto edellyttää tuotetietomallin mukaisten ohjelmistojen olemassaoloa ja/tai kehittämistä. Ei ole välttämätöntä, että tuotemallipohjaiset ohjelmistot kattavat heti kaikki tehtävät, mutta etujen demonstroiminen edellyttää ainakin joidenkin yhteensopivien ohjelmistojen olemassaoloa. Tuotemallien pohjalta käyttöä voidaan vaiheittain laajentaa vaatimustenhallinnan, integroidun koneautomaation, laadunvarmistuksen, sähköisen kaupankäynnin ja raportoivien rakenteiden suuntaan. 9.2.2006 2
Keinot tavoitteiden saavuttamiseksi Suunnittelu- ja rakentamisprosessi Hankintaprosessi Ylläpitoprosessi Mobiili tiedonsiirto C.1 Toimivuusvaatimusmenettelyn kehittäminen Koneautomaatio ja numeerinen ohjaus Tiedonsiirtoformaatit ja siirrettävän sisällön määritys Virtuaalimallinnus ja laadun todentaminen (simulointi) Rekisterien ja ulkoisten tietokantojen konvertointi Tuotetietomalli ja integrointi Laatutiedon automaattinen keruu ja jalostaminen Tuotekirjastojen mallirakenteet Tietojen ja prosessien hallinta Reaaliaikainen raportointi Sähköinen kaupankäynti Tuotehyväksyntä B.3 Suunnitteluprosessin ohjeistaminen Sensoriteknologia ja raportoivat rakenteet C.3 Rakenteiden kunnon todentaminen B.6 Kokonaistaloudellisuuden arviointimenetelmät Koko elinkaaren aikainen tiedonhallinta Tehokas ja automatisoitu prosessi Osapuolten välinen tiedonsiirto Yhteinen näkemys keskeisistä prosesseista Yhteinen näkemys mallin tietosisällöstä ja -rakenteista Prioriteetti 1 2 3 9.2.2006 3
A.1 Tuotetietomallin määrittely Tarve: Tehokkaampi prosessien hallinta sekä laadun ja tuottavuuden nosto edellyttävät tehokkaampaa tiedonhallintaa. Integroidun tuotemalliteknologian käyttöönotto tarjoaa tässä suhteessa merkittävää potentiaalia verrattuna perinteisen dokumenttienhallinnan menetelmiin. Tehtävä: Infra-alan tietotarpeita vastaavan, koko tuotteiden elinkaarta tukevan tuotetietomallin määrittely. Mallin tulisi kattaa keskeinen tietosisältö vaatimusten, suunnittelun, toteutuksen ja ylläpidon osalta. Tehtävän laajuudesta johtuen ei koko tarvekenttää kattavan mallin kehittäminen ole mahdollista Infra 2010 ohjelman puitteissa ja siksi alan tulee määrittää tärkeimmät osa-alueet ja hyödyntää jo kehitettyjä malleja. Riippuvuudet: Työ toimii pohjana koko tiedonsiirtoprosessin kehittämiselle Tehtävän sisältö ja laajuus riippuvat oleellisesti jo olemassa olevien infraalan tuotetietomallien kehitystilanteesta mukaan lukien IFC-GIS malli. Niiden käyttökelpoisuus tulee selvittää ennen kehitystyön aloittamista. 9.2.2006 4
A.2 Rekisterien ja ulkoisten tietokantojen konvertointi Tarve: Tehtävä on keskeinen osa alan tuotetietomallin kehittämistä. Infraalan nykyiset perusrekisterit sekä toiminnan kannalta kriittiset ulkoiset tietokannat (kartat, kiinteistörekisterit, yms.) on konvertoitava ja integroitava osaksi kehitettävää tuotetietomallia. Tehtävä: Työ on erittäin laaja ja vaatii merkittäviä resursseja. Sen pohjana on valitun/kehitettävän tuotetietomallin rakenne. Lisäksi edellytyksenä on olemassa olevien mallien ja aineiston sekä käyttötarpeiden analysointi. Analyysien pohjalta päätetään konvertoitavan aineiston laajuus ja työmenetelmät sekä mahdollisesti vaadittava täydentäminen. Pääosa resursseista tarvitaan varsinaiseen konvertointi- ja integrointityöhön. Riippuvuudet: Työ tukeutuu ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Infratuotetietomallin kehittäminen (A.1). Lisäksi tehtävä liittyy olemassa oleviin ja mahdollisesti täydennettäviin rekistereihin ja tietokantoihin. 9.2.2006 5
A.3 Virtuaalimallinnus ja laadun todentaminen Tarve: Virtuaalimallinnus muuttaa oleellisesti suunnitteluprosessia. Malli mahdollistaa huomattavasti perinteisiä menetelmiä paremman integraation eri tehtävien välillä sekä erilaiset analyysit ja simulaatiot, joilla tuotteen laatu ja vaatimustenmukaisuus voidaan todentaa jo suunnitteluvaiheessa. Tehtävä: Mallipohjaisen suunnitteluprosessin ohjeistaminen ja mallin käyttömahdollisuuksien selvittäminen erilaisissa analyysi- ja simulointitehtävissä. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Infratuotetieto- sekä maasto- ja maaperämallien kehittäminen (A.1 ja A.2). Mallinnuksen käyttöönotto on vuorovaikutuksessa prosessin ja sopimusmenettelyjen kehittämiseen, koska se edellyttää osapuolten vastuiden, velvollisuuksien ja mallin omistus- ja käyttöoikeuksien määrittelyä. 9.2.2006 6
A.4 Tiedonsiirtoformaatit ja siirrettävän sisällön määritys Tarve: Eri ohjelmistoilla on oma sisäinen rakenteensa, jonka määräävät käytetyt ohjelmointimenetelmät ja ohjelmistolta vaadittavat toiminnalliset ominaisuudet. Ohjelmistojen välisen tiedonsiirron mahdollistamiseksi on määriteltävä siirrettävän tiedon sisältö ja käytettävät tiedonsiirtoformaatit. Tehtävä: Prosessin eri vaiheissa ja tehtävissä tarvittava tietosisältö on analysoitava ja lisäksi on sovittava alan kannalta tarkoituksenmukaisesta tiedonsiirtoformaatista. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Ehdottomana edellytyksenä tuotetietomallin määritys (A.1), maastotietojen osalta myös maasto- ja maaperämallin kehittäminen (A.2). Analyysi- ja simulointitarpeet (A.3) vaikuttavat sisällön määritykseen. Mobiili tiedonsiirto (A.5) asettaa edellytyksiä valittavalle formaatille. 9.2.2006 7
A.5 Mobiili tiedonsiirto Tarve: Tehokas tuotemallien käyttö työmaaolosuhteissa edellyttää mobiilin tiedonsiirron tukea. Tehtävä: Mobiilin tiedonsiirron kehittäminen edellyttää sekä laitteisto- että protokollatukea käyttöönotettavien tiedonsiirtoformaattien osalla ja vaikuttaa siksi niiden valintaan/kehittämiseen. Tiedonsiirtotarpeiden ja jo olemassa olevien mobiilien tiedonsiirtomahdollisuuksien analyysi on keskeinen elementti myös tässä osa-alueessa. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Tiedonsiirtoformaatit ja siirrettävä tietosisältö (A.4), koneautomaation kehittäminen (A.6), tietojen automaattinen keruu (A.7) ja reaaliaikainen raportointi (A.8) ovat vuorovaikutuksessa mobiilin tiedonsiirron kehittämiseen. 9.2.2006 8
A.6 Koneautomaatio ja numeerinen ohjaus Tarve: Koneautomaatio ja numeerinen ohjaus ovat keskeinen elementti tuottavuuden nostossa. Näitä menetelmiä on jo kehitetty merkittävästi, mutta integroidulla tuotemallilla niiden käytettävyyttä voidaan tehostaa merkittävästi vähentämällä nykymenetelmien vaatimaa datan esikäsittelyä. Tehtävä: Nykyisten koneautomaation ja numeerisen ohjauksen menetelmien kehittäminen integroitua tuotemallia hyödyntäviksi sekä uusien mallia tehokkaasti hyödyntävien menetelmien kehittäminen. Toisena osana on toiminnan seurantatiedon syöttöjärjestelmien kehittäminen laatutietojen keruuseen ja reaaliaikaiseen seurantaan. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Tiedonsiirtoformaatit ja siirrettävä tietosisältö (A.4) sekä mobiili tiedonsiirto (A.5) ovat keskeisiä edellytyksiä integroidulle automatisoinnille. Automaatiojärjestelmät tulee myös kytkeä laatutietojen keruuseen (A.7) ja reaaliaikaiseen seurantaan (A.8). 9.2.2006 9
A.7 Laatutiedon automaattinen keruu ja jalostaminen Tarve: Tehokas suunnittelun ja toteutuksen tuottamien tietojen keruu ja vertaaminen laatuvaatimuksiin sekä näiden tietojen jalostaminen havainnolliseksi raportoinniksi parantaa merkittävästi sekä tehokkuutta että laatua. Tehtävä: Automaattisten laatutietojen keruujärjestelmien sekä tarkoituksenmukaisten raportointimenetelmien kehittäminen. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Koko automaattisen laatutietojen keruujärjestelmän kehittäminen riippuu toimivasta informaatioketjusta alkaen mallin määrityksestä (A.1) ja päätyen koneautomaatioon (A.6). Laatutietojen keruu tulee liittää reaaliaikaiseen raportointiin (A.8). 9.2.2006 10
A.8 Reaaliaikainen raportointi Tarve: Reaaliaikainen raportointi tehostaa koko prosessin hallintaa ja mahdollistaa kustannussäästöt mahdollisten ongelmien nopean tunnistamisen ja aikaisessa vaiheessa tapahtuvan korjaamisen myötä. Tehtävä: Keskeisten ongelma-alueiden tunnistaminen sekä seuranta- ja raportointimenetelmien kehittäminen niiden hallintaan. Riippuvuudet: Työ tukeutuu ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Järjestelmän kehittäminen riippuu toimivasta informaatioketjusta alkaen mallin määrityksestä (A.1) ja päätyen laatutietojen keräämiseen (A.7). Myös hankintaketjun (A.9-A.11) ja sensoriteknologian (A.12) kehittäminen voidaan liittää reaaliaikaiseen raportointijärjestelmään. 9.2.2006 11
A.9 Tuotekirjastojen mallirakenteet Tarve: Useimmiten laatuvaatimusten määrittely on suunnitteluvaiheessa helpointa perustuen valmiiden, halutut laatukriteerit täyttävien rakenteiden valintaan. Standardoidut ja valmistajista riippumattomat mallirakenteet helpottavat vaihtoehtoisten ratkaisujen tarjoamista ja vertailua. Tehtävä: Laatuluokiteltujen mallirakennekirjastojen ja arviointikriteerien määrittely ja hyväksyntä. Tuotetietojen mallintamismenetelmistä ja sisällöstä sopiminen kussakin tuoteryhmässä. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Tuotekirjastojen tulee pohjautua sovittuun tuotemalliin (A.1) ja olla käytettävissä sovittujen tiedonsiirtostandardien kautta (A.4). Tuotehyväksynnän (A.10) tulee pohjautua samoihin luokitteluihin ja arviointikriteereihin. 9.2.2006 12
A.10 Tuotehyväksyntä Tarve: Vaihtoehtoisten ratkaisujen vertailu ja valinta sekä laatuvaatimusten seuranta tehostuu, jos alalle kehitetään standardoitu tuotehyväksyntämenettely. Jos tämä järjestelmä yhdistetään tuotemallijärjestelmään ja hyväksyttyihin mallirakenteisiin, voidaan vertailua osin jopa automatisoida. Tehtävä: Tuotehyväksyntämenettelyjen kehittäminen ja käyttöönotto sekä hyväksyttyjen tuotteiden mallintaminen yhteismitallisesti tuotekirjastojen mallirakenteiden kanssa. Riippuvuudet: Työ tukeutuu ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Hyväksyttyjen tuotteiden esitystavan tulee pohjautua sovittuun tuotemalliin (A.1) ja olla käytettävissä sovittujen tiedonsiirtostandardien kautta (A.4). Tuotehyväksynnän tulee pohjautua samoihin luokitteluihin ja arviointikriteereihin kuin mallirakennekirjastojen (A.9). 9.2.2006 13
A.11 Sähköinen kaupankäynti Tarve: Sähköistä kaupankäyntiä voidaan kehittää myös pelkästä transaktionäkökulmasta. Yhteys tuotemalleihin, -kirjastoihin ja -tietoihin on kuitenkin välttämätön, jos halutaan automatisoida tuotetietojen hallintaa osana sähköistä kaupankäyntiä ja liittää se osaksi reaaliaikaista raportointia. Tehtävä: Sähköisen kaupankäynnin järjestelmäkehitys kattamaan myös tuotetietojen siirto as-built malliin sekä tarvittavien yhteyksien kehittäminen reaaliaikaiseen raportointijärjestelmään. Riippuvuudet: Työ tukeutuu/vaikuttaa ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Jos tuotetietojen välitys halutaan liittää sähköiseen kaupankäyntiin, on edellytyksenä tuotemallin (A.1) ja tiedonsiirtostandardien (A.4) käyttö. Järjestelmä vaikuttaa myös reaaliaikaisen raportoinnin kehittämiseen (A.8). 9.2.2006 14
A.12 Sensoriteknologia ja raportoivat rakenteet Tarve: Infrarakenteiden kunnon ja toiminnan seuraaminen on nykyisellään työvoimaa vaativa toimenpide. Kehittyvät sensori-, raportointi- ja tiedonsiirtomenetelmät voivat tulevaisuudessa osin automatisoida seurantaa ja liittää ne osaksi reaaliaikaista raportointijärjestelmää. Tehtävä: Sopivien sensoritekniikoiden ja niillä valvottaviksi soveltuvien rakenteiden ja järjestelmien identifiointi. Tiedonsiirto- ja raportointimenetelmien kehittäminen osaksi reaaliaikaista raportointijärjestelmää. Mahdolliset yhteydet suunnittelussa käytettyihin simulointimenetelmiin, kerätyn datan vertailu niiden ennustamaan toimintaan sekä vertailun tuloksia hyödyntävien diagnoosimenetelmien kehittäminen. Riippuvuudet: Työ tukeutuu ainakin seuraaviin muihin tehtäviin: Sensorityypistä ja seurantatavasta riippuen yhteys tuotemalliin (A.1), tiedonsiirtoformaattiin (A.4) ja mobiiliin tiedonsiirtoon (A.5) voi olla tarpeen. Myös yhteys simulointiohjelmistoihin ja vertailu niiden tuloksiin on mahdollisuus automatisoida vikojen tunnistamista ja raportointia. 9.2.2006 15
Keinot tavoitteiden saavuttamiseksi Tausta: Tuotemalliteknologian käyttö elinkaaritiedon hallinnassa on nopeasti yleistynyt monilla aloilla. Keskeinen kehittämisen lähtökohta on tuotetietomallin kattavuus ja integrointi niin, että mallien dataa voidaan hyödyntää helposti erilaisissa vaatimustenhallinnan, suunnittelun, simuloinnin, hankinnan, rakentamisen ja ylläpidon tehtävissä. Tämä edellyttää avointa, dokumentoitua rakennetta, jotta eri ohjelmistovalmistajat voivat tuottaa integroidussa ympäristössä toimivia ohjelmistoja. Kehitystehtävät: Keskeisin lähtökohta on riittävän kattavan tuotetietomallin kehittäminen. Jos suinkin mahdollista, pohjaksi kannatta ottaa jokin olemassa oleva, avoin malli. Seuraava välttämätön vaihe on siirtyminen perinteisestä dokumentaatiosta mallien käyttöön suunnittelun, simuloinnin, hankinnan ja rakentamisen tehtävissä sekä tiedonsiirron formaatin ja sisällön määrittely. Käyttöönotto edellyttää tuotetietomallin mukaisten ohjelmistojen olemassaoloa ja/tai kehittämistä. Ei ole välttämätöntä, että tuotemallipohjaiset ohjelmistot kattavat heti kaikki tehtävät, mutta etujen demonstroiminen edellyttää ainakin joidenkin yhteensopivien ohjelmistojen olemassaoloa. Tuotemallien pohjalta käyttöä voidaan vaiheittain laajentaa vaatimustenhallinnan, integroidun koneautomaation, laadunvarmistuksen, sähköisen kaupankäynnin ja raportoivien rakenteiden suuntaan. 9.2.2006 16
Hyödyt ja muutosvaikutukset Osapuolet omistaja tilaaja suunnittelija toteuttaja tuoteteollisuus yhteiskunta Välittömät hyödyt Tehokkaamman prosessin tuottamat kustannussäästöt Elinkaaritoiminnan seurannan tehostuminen ja siitä seuraavat kustannussäästöt Kehittyneiden todentamis- ja seurantamenetelmien mahdollistama parempi laatu Välilliset hyödyt Kustannustehokas infrarakenteiden toteutus ja ylläpito Suomalaisten infrarakentajien sekä heitä palvelevan ohjelmistoteollisuuden parantuvat kilpailumahdollisuudet globaaleilla markkinoilla 9.2.2006 17