1 Automatisierungsprojekte - Universität Stuttgart
1 Automatisierungsprojekte - Universität Stuttgart
1 Automatisierungsprojekte - Universität Stuttgart
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AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
Lernziele<br />
– Verstehen, was ein Automatisierungsprojekt ist<br />
– Wissen, welche Tätigkeiten ein Automatisierungsprojekt umfasst<br />
– Das grundsätzliche Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n verstehen<br />
– Projektplanungsmethoden kennen und anwenden können<br />
– Wissen, was wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
bedeutet<br />
– Wissen, welche Unterstützung Rechnerwerkzeuge bieten<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 11
AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.6 Zusammenfassung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 12
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
Projekt:<br />
Vorhaben zur Lösung einer definierten<br />
Aufgabe durch Menschen<br />
Hausbau<br />
Umzug<br />
Automatisierungsprojekt:<br />
Vorhaben zur Lösung einer Automatisierungsaufgabe<br />
durch Ingenieure<br />
Entwicklung Waschmaschinensteuerung<br />
Planung und Realisierung eines Transportleitsystems<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 13
Automatisierungs-<br />
aufgaben als Zielvorgabe<br />
zeitliche<br />
Begrenzungen<br />
finanzielle<br />
Begrenzungen<br />
Infrastruktur<br />
(Arbeitsplätze,<br />
Werkzeuge)<br />
Projektrichtlinien,<br />
Standards<br />
Ergebnisse aus<br />
früheren Projekten<br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Definition des Begriffs "Automatisierungsprojekt"<br />
Automatisierungsprojekt<br />
(Tätigkeiten von Ingenieuren)<br />
Automatisiertes System<br />
Automatisierungssystem<br />
Technisches<br />
System<br />
Ergebnis<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 14
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Kennzeichen von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
- Generelle Kennzeichen von Projekten<br />
Einmaligkeit des Ablaufs<br />
Abgrenzung gegenüber anderen Vorhaben<br />
- Spezifische Kennzeichen von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
Zusammenarbeit von Ingenieuren<br />
unterschiedlicher Fachrichtungen<br />
Anwendung neuartiger Verfahren<br />
Technologen, SW-Ingenieure, HW-<br />
Ingenieure, etc.<br />
hohes Projektrisiko<br />
Auswirkung auf Arbeitsabläufe<br />
des Betriebspersonals<br />
Rückwirkungen auf Betriebsorganisation<br />
schwer vorhersehbar<br />
Einbindung betroffener Personen<br />
Anpassung der Zielvorgaben<br />
vielfach erforderlich<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 15
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Arten von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
- Produktautomatisierungsprojekt<br />
Automatisierung eines technischen Produkts<br />
Technischer Prozess in Gerät bzw. Maschine<br />
Umfang und Zeitdauer abhängig von Stückzahl<br />
Beispiele: Waschmaschine, Telefonanlage, Kfz<br />
- Anlagenautomatisierungsprojekt<br />
Serienreife nach<br />
mehreren Jahren<br />
1-5 Jahre<br />
Automatisierung größerer technischer Anlagen<br />
Einmalsysteme<br />
Umfang und Zeitdauer abhängig von Komplexität und Größe<br />
Beispiele: Energieversorgung, Klimatechnische Anlagen,<br />
Lichtsignalanlagen<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 16
Entscheidung über<br />
die Durchführung<br />
Abnahme des fertigen<br />
Automatisierungssystems<br />
(Quantitativer) Umfang<br />
der Tätigkeiten<br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Phasen eines Automatisierungsprojekts (Live-Mitschrieb)<br />
Idealzustand<br />
Realzustand<br />
Vorarbeiten zur<br />
Vorbereitung<br />
des Projekts<br />
Realisierung<br />
Wartungs- und<br />
Pflegearbeiten<br />
t<br />
Vorprojekt-<br />
Phase<br />
Projektdurchführungs-<br />
Phase<br />
Nachprojekt-<br />
Phase<br />
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1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Tätigkeitsbereiche bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
Technische<br />
Tätigkeiten<br />
Technische Realisierung<br />
des Automatisierungssystems<br />
Qualitätssicherung<br />
Konfigurationsmanagement<br />
Projektmanagement<br />
Nichttechnische Tätigkeiten<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 18
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Technische Tätigkeiten<br />
– Projektierung<br />
– Entwicklung<br />
Auslegung / Planung eines Systems oder einer Anlage auf Basis<br />
bekannter Komponenten und Verfahren<br />
Ausführung (Realisierung) zählt nicht mehr zur Projektierung<br />
Verwertung und Anwendung von Forschungsergebnissen und<br />
Erfahrungen, um zu neuen Systemen oder Geräten zu gelangen<br />
Nur erforderlich bei neuartigen Aufgaben bzw. Systemen<br />
Erprobung elementarer Bestandteil<br />
Anlagen werden projektiert<br />
i.d.R. mit Iterationen verbunden<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 19
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Nichttechnische Tätigkeiten<br />
– Projektmanagement<br />
Projektplanung<br />
Projektkontrolle<br />
Projektsteuerung<br />
Zeit, Kosten, Ressourcen<br />
Überwachung<br />
Einflussnahme<br />
– Qualitätssicherung<br />
Konstruktive Maßnahmen<br />
Planerische und administrative Maßnahmen<br />
Analytische Maßnahmen<br />
Messungen und Prüfungen (Qualitätskontrollen)<br />
– Konfigurationsmanagement<br />
Vermeidung von Fehlern<br />
und Mängeln<br />
Verwaltung von Versionen und Varianten mittels Konfigurationen<br />
z.B. Metriken<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 20
Angebot<br />
Auftrag<br />
Pflichtenheft<br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Tätigkeiten zu Beginn eines Projekts<br />
Auftraggeber<br />
(z.B. Betreiber<br />
eines Kraftwerks)<br />
Problemanalyse,<br />
Anforderungen aus<br />
Sicht des Betreibers,<br />
Machbarkeitsstudie<br />
Angebotsbearbeitung<br />
Mitarbeit bei<br />
der Ausarbeitung<br />
eines<br />
Pflichtenhefts<br />
Begleitung der<br />
Entwicklung bzw.<br />
Projektierung<br />
Lastenheft,<br />
Aussschreibungsunterlagen<br />
Vertragsgrundlage<br />
Auftragnehmer<br />
(z.B. Lieferant des<br />
Automatisierungssystems)<br />
Ausarbeitung<br />
eines<br />
Angebots<br />
Vorprojekt-Phase<br />
Ausarbeitung<br />
eines<br />
Pflichtenhefts<br />
Entwicklung bzw.<br />
Projektierung des<br />
Automatisierungssystems<br />
Projektdurchführung<br />
t<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 21
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Nachprojekt-Tätigkeiten<br />
– Instandhaltung des Automatisierungssystems<br />
– Wartungs- und Pflegearbeiten<br />
Lebensdauern von großen Systemen überdauert<br />
Verfügbarkeit der Hardware (und der Entwickler)<br />
Korrekturarbeiten<br />
Änderungsarbeiten<br />
Erweiterungsarbeiten<br />
Ausfälle, Fehler<br />
Änderung der Umgebung<br />
neue Funktionen<br />
– Betreuung der Serienfertigung<br />
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Linksabbiege-Spur<br />
Rechtsabbiege-Spur<br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Beispiel: Steuerung für eine Lichtsignalanlage an einer Anlagenautomatisierungsprojekt<br />
Straßenkreuzung<br />
– Ziele: Verringerung der Stau- DR, DL Detektoren rechts bzw. links<br />
und Wartezeiten<br />
ANR, ANL Ampeln Nebenstraße rechts bzw. links<br />
Erhöhung der<br />
Verkehrssicherheit<br />
AHO, AHW<br />
Hauptstraße<br />
Ampeln Hauptstraße Ost-West / West-Ost<br />
AHO<br />
Verkehr Ost-West<br />
Verkehr West-Ost<br />
– Projektarbeiten<br />
AHW<br />
ANL<br />
Voruntersuchungen (Verkehrszählung) durch<br />
Stadtverwaltung<br />
DL<br />
DR<br />
ANR<br />
Verkehrstechnische Konzeption<br />
durch Planungsamt<br />
Vergabe an Hauptauftragnehmer und<br />
Unteraufträgen an Zulieferfirmen<br />
Nebenstraße<br />
• 2 Hardware-, 1 Software-Zulieferer<br />
• Projektdauer: 6 Monate<br />
• Gesamtaufwand: 3 Personenmonate<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 23
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Beispiel: Planung, Entwurf und Realisierung eines<br />
Prozessleitsystems zur Überwachung und<br />
Steuerung eines Erdgas-Transport-Netzes<br />
Ziel: Unterstützung des Bedienpersonals durch modernes Leitsystem<br />
anstelle von Leitwarten<br />
Anlagenautomatisierungsprojekt<br />
– Projektarbeiten<br />
Analyse des Erdgasnetzes<br />
Erarbeitung einer<br />
Lösungskonzeption<br />
Grobentwurf der<br />
Automatisierungsstruktur<br />
Ausschreibung von Hardwareund<br />
Softwarearbeiten an<br />
Zulieferfirmen<br />
• 2 Hardware-, 3 Software-Zulieferer<br />
• Projektdauer: 4 Jahre<br />
• Gesamtaufwand: 45 Personenjahre<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 24
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
– Ziel: Entwicklung einer modernen Mikroprozessorsteuerung<br />
Verbesserung der Bedienung<br />
Verbesserung der Prozesskontrolle und Fehlerdiagnose<br />
Verringerung des Energieverbrauchs<br />
Verbesserung der Sicherheit<br />
– Projektarbeiten<br />
Beispiel: Steuerung für eine industrielle Wasch-Schleuder-<br />
Maschine<br />
Produktautomatisierungsprojekt<br />
Objektorientierte Analyse/Design/Implementierung<br />
Realisierung Schnittstelle PC Wasch-<br />
Schleuder-Maschine<br />
Waschprogramm-Editor<br />
Graphische Benutzungsoberfläche für das<br />
Bediengerät<br />
Verfahren zur berührungslosen<br />
Füllstandsmessung<br />
Kommunikationsschnittstelle nach CAN-Standard<br />
Einsatz von Chipkarten<br />
Integration der Hardware/Softwarekomponenten<br />
Video: Automatisierte Waschmaschine<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 25
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
AT II<br />
Frage zu Kapitel 1.1<br />
Welchen Aussagen stimmen Sie zu?<br />
f<br />
f<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Ein Automatisierungsprojekt ist ein Vorhaben zur Lösung einer<br />
Automatisierungsaufgabe durch Ingenieure.<br />
Einmaligkeit des Ablaufs ist ein generelles Kennzeichen von Projekten.<br />
<strong>Automatisierungsprojekte</strong> sind immer Produktautomatisierungsprojekte.<br />
Projektierung und Entwicklung sind Synonyme.<br />
Neben technischen Tätigkeiten beinhaltet ein Automatisierungsprojekt<br />
auch nichttechnische Tätigkeiten wie beispielsweise Qualitätssicherung.<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 26
AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.6 Zusammenfassung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 27
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Grundsätzliches Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
Phasen<br />
Anforderungs-<br />
definition<br />
Anforderungen aus<br />
Blickwinkel der<br />
Benutzer (Auftraggeber)<br />
/A10/ Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
/A20/ geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
Fachtechnische<br />
Lösungskonzeption<br />
Fachkonzept aus Blickwinkel<br />
der Technologie-<br />
Fachleute<br />
Systementwurf<br />
Entwurf eines<br />
SW-HW-Systems aus<br />
Blickwinkel der<br />
Rechnerfachleute<br />
Implementierung<br />
Implementierung aus<br />
Blickwinkel der<br />
Programmierer und<br />
Schaltungsentwickler<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
A10/<br />
/A20/<br />
Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
A10/<br />
/A20/<br />
Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
A10/<br />
/A20/<br />
Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
A10/<br />
/A20/<br />
Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
A10/<br />
/A20/<br />
Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
A10/<br />
/A20/<br />
Einstellbare Temperatur<br />
in jedem Raum<br />
geringer<br />
Heizölverbrauch<br />
count++;<br />
if ( count >= delay[index] )<br />
{<br />
P2 = 1
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Vorgehensmodelle zur Beschreibung des Tätigkeitsablaufs<br />
von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
– Vorgehensmodelle beschreiben:<br />
Tätigkeiten bei der Durchführung eines Projekts<br />
Produkte, welche während des Projekts entstehen<br />
Rollen von Personen<br />
– Gängige Vorgehensmodelle<br />
Phasenmodelle<br />
"Modifiziertes" Wasserfallmodell<br />
Prototyp-orientiertes Vorgehensmodell<br />
Spiralmodell<br />
V-Modell des Bundes<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 35
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Phasenmodelle verschiedener Institutionen<br />
Requirements<br />
Engineering<br />
Software-Hardware-<br />
Systementwurf<br />
Implementierung<br />
Wartung und<br />
Pflege<br />
Konzeptphase<br />
Test- und<br />
Inbetriebnahmephase<br />
Definitionsphase<br />
Analyse: Festlegung<br />
Anwenderanforderungen<br />
und Schnittstellen<br />
Entwicklungsphase<br />
Entwurf: Festlegung<br />
Architektur, Komponenten<br />
und Schnittstellen<br />
Verbundtest<br />
Implementierung<br />
Erhaltung<br />
der Einsatzfähigkeit<br />
Systemtest<br />
Wartung und<br />
Pflege<br />
Erfolgskontrolle<br />
Bedarfsanalyse<br />
Technische Entwicklung<br />
Einführung<br />
und Übergabe<br />
Aufgabenstellung<br />
Zeit<br />
Unterschiedliche Aufgabenstellungen führen zu<br />
unterschiedlichen Phasenmodellen<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 36
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
"Wasserfall"-Modell<br />
Anforderungsdefinition<br />
Anzahl und Bezeichnung der<br />
Phasen ist nicht fest vorgegeben<br />
System- und<br />
Softwareentwurf<br />
Implementierung und<br />
Komponententest<br />
Integration und<br />
Systemtest<br />
Betrieb und Wartung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 37
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Eigenschaften des Wasserfallmodells<br />
– Weiterentwicklung des sogenannten Phasenmodells<br />
[Royce, 1970 / Boehm, 1981]<br />
– Weit verbreitetes Vorgehensmodell<br />
– Jede Phase muss vollständig durchlaufen werden.<br />
– Das Modell ist streng sequentiell. Nächste Phase beginnt erst nach<br />
Abschluss der vorigen Phase.<br />
– Iterationen sind nur zwischen zwei aufeinanderfolgenden Phasen erlaubt<br />
– Modell ist dokumentengetrieben<br />
– Aus jeder Phase entstehen Dokumente, die abgenommen werden.<br />
In der Praxis sind Überlappung<br />
der Phasen notwendig<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 38
Requirements<br />
Engineering<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
"Modifiziertes" Wasserfallmodell<br />
Anforderungsdefinition<br />
Zielsetzung festlegen, Aufgabenstellung klären,<br />
Kostenschätzung<br />
Festlegung der Systemanforderungen im<br />
Lastenheft<br />
Nutzer /<br />
Kunde<br />
Fachtechnische Lösungskonzeption<br />
Analyse des technischen Prozesses,<br />
Detaillierung der Systemanforderungen<br />
Entwurf des Fachkonzepts, Erstellung des<br />
Pflichtenhefts<br />
Technologiefachleute<br />
Systementwurf<br />
Software-/Hardware-Systemstrukturierung<br />
Software-Grobentwurf Hardware-Grobentwurf<br />
Software-Feinentwurf Hardware-Feinentwurf<br />
Implementierung<br />
Programmierung,<br />
Codierung und Test<br />
Schaltungsaufbau<br />
und Test<br />
Software/Hardware-Integration, Test und<br />
Validierung<br />
Rechnerfachleute<br />
Implementierer<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 39
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Vorgehensmodell unter Verwendung von Prototypen<br />
Anforderungsdefinition<br />
Prototypen zweckmäßig bei<br />
innovativen Projekte<br />
Fachtechnische<br />
Lösungskonzeption<br />
Modell des technischen<br />
Prozesses<br />
Systemstrukturierung<br />
Prototypentwicklung<br />
Simulationsmodell<br />
des technischen<br />
Prozesses<br />
Software- und<br />
Hardware-Entwurf<br />
Implementierung,<br />
Test<br />
Prototypimplementierung<br />
und Test<br />
Simulationsmodell<br />
des technischen<br />
Prozesses<br />
Simulationsmodell<br />
des technischen<br />
Prozesses<br />
Technischer<br />
Prozess<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 40
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Simulationsorientiertes Vorgehen (Rapid-Prototyping)<br />
Konventionelles Vorgehen<br />
Fachtechnische Lösungskonzeption<br />
und Entwurf der HW-SW-Struktur<br />
Simulationsorientiertes Vorgehen<br />
Fachtechnische Lösungskonzeption<br />
und Entwurf der HW-SW-Struktur<br />
Simulation der Lösungskonzeption<br />
und der Hardware-Software-Struktur<br />
Entwurf des Software-Systems<br />
Entwurf des Software-Systems<br />
nachträgliches<br />
Tuning<br />
Simulation des entworfenen<br />
Software-Systems<br />
Programmierung, Geräteaufbau<br />
und Integrationstest<br />
Programmierung, Geräteaufbau<br />
und Integrationstest<br />
Auslieferung und Inbetriebnahme<br />
Später Funktionsnachweis / Risiko<br />
Auslieferung und Inbetriebnahme<br />
Probleme werden frühzeitig erkannt<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 41
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
Spiralmodell<br />
AT II<br />
Anzahl und Bezeichnung der Abschnitte und<br />
Teilschritte nicht fest vorgegeben<br />
Zielbestimmung,<br />
Beurteilung von Alternativen<br />
Risikoanalyse<br />
P1<br />
P2<br />
P3<br />
P4<br />
Prototypen<br />
Grobentwurf<br />
Anforderungen<br />
Feinentwurf<br />
Entwicklungsplan<br />
Anforderungsvalidierung<br />
Implementierung<br />
Planung der nächsten Phase<br />
Entwurf<br />
V&V<br />
Abnahme<br />
Test<br />
Integration<br />
Produkt der nächsten Ebene<br />
entwickeln und verifizieren<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 42
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
V-Modell des Bundes<br />
– Entwicklungsstandard für IT-Systeme des Bundes<br />
(verbindlich für Bundesbehörden)<br />
– Aufteilung in 4 Submodelle<br />
– Anspruch auf Allgemeingültigkeit<br />
– Zurechtschneiden auf konkrete Anforderungen (Tailoring)<br />
Projekt planen und<br />
kontrollieren<br />
PM<br />
Voraussetzung schaffen und<br />
Softwareentwicklungsumgebung (SEU)<br />
bereitstellen<br />
QS-Anforderungen<br />
vorgeben<br />
Produkte<br />
prüfen<br />
QS<br />
Produkt<br />
entwickeln<br />
SE<br />
Produktstruktur<br />
planen<br />
Produkte/Rechte<br />
verwalten<br />
KM<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 43
top down Entwurf<br />
bottom up Integration<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
V-Modell - Submodell Systementwicklung<br />
– Ähnlichkeit zum Wasserfallmodell<br />
– Integration von Validierung/Verifkation<br />
– Formale Kriterien zur Abnahme von Teilprodukten<br />
Anforderungsdefinition<br />
Systemtest<br />
Abnahme<br />
Grobentwurf<br />
Integrationstest<br />
Systemintegration<br />
Feinentwurf<br />
Modultest<br />
Modulintegration<br />
Modulimplementierung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 44
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Frage zu Kapitel 1.2<br />
Welchen Aussagen stimmen Sie zu?<br />
f<br />
f<br />
f<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Die Festlegung der Zielsetzung gehört zu den Aufgaben der<br />
Anforderungsdefinition.<br />
Entwurfsentscheidungen sollten so früh wie möglich, z.B. bei der<br />
Erstellung des Pflichtenhefts, getroffen werden.<br />
Phasenmodelle bestehen grundsätzlich aus 4 Phasen.<br />
Das V-Modell fokussiert ausschließlich den Tätigkeitsbereich<br />
Systementwicklung.<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 45
AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.6 Zusammenfassung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 46
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Projektmanagement<br />
Ziel: Gewährleistung einer<br />
kostengerechten<br />
termingemäßen<br />
den vorgegebenen Anforderungen entsprechenden<br />
Erstellung eines Automatisierungssystems<br />
– Aufgaben des Projektmanagements<br />
Projektplanung Kostenplanung, Terminplanung …<br />
Projektkontrolle Einhaltung Planung, Erfüllung Anforderungen<br />
Projektsteuerung Einflussnahme<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 47
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Projektplanung<br />
– Zielsetzung<br />
– Einzeltätigkeiten<br />
Grob-Planung zur Zeit- und Kostenabschätzung<br />
Fein-Planung zur Überwachung, Steuerung und Koordination<br />
des Projektablaufs<br />
Projektstrukturplanung<br />
Projektorganisationsplanung<br />
Kostenplanung<br />
Einsatzmittelplanung<br />
Terminplanung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 48
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Projektstrukturplanung<br />
– Zerlegung der Gesamtprojektaufgabe in eine hierarchische Struktur von<br />
Teilaufgaben und Arbeitspaketen<br />
Gesamtprojekt<br />
Teilprojekt 1 Teilprojekt 2 Teilprojekt N<br />
Arbeitspaket 1.1<br />
Arbeitspaket 2.1<br />
Arbeitspaket N.1<br />
Arbeitspaket 1.2<br />
Arbeitspaket 2.2<br />
Arbeitspaket N.2<br />
Arbeitspaket 1.k<br />
Arbeitspaket 2.l<br />
Arbeitspaket N.n<br />
Projektstrukturplan ist Grundlage für alle weiteren Planungen<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 49
Projekt-Mitarbeiter<br />
Projektleitung<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Projektorganisationsplanung<br />
– Festlegung der Verantwortlichkeiten und Kompetenzen<br />
Gesamtprojektleiter<br />
Teil-<br />
Projektleiter<br />
Projektbereich A<br />
Teil-<br />
Projektleiter<br />
Projektbereich B<br />
Teil-<br />
Projektleiter<br />
Projektbereich C<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
Team-<br />
Mitarbeiter<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 50
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Projektorganisationsformen<br />
– Zielsetzung<br />
Festlegung der Organisationsstruktur für Projektlaufzeit<br />
Zusammenarbeit unterschiedlicher Fachrichtungen<br />
– Organisationsformen<br />
Linienorganisation<br />
• Projektteam aus einer Abteilung<br />
Matrix-Organisationsform<br />
• Dynamische Einheit mit eigenen Projektmitteln und Verantwortung<br />
• Keine Vorgesetztenbefugnisse<br />
Task-Force-Organisationsform<br />
• Eigene Projektabteilung<br />
• Fachliche und disziplinarische Unterstellung der Mitarbeiter<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 51
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Beispiel einer Matrix-Organisationsform (Live-Mitschrieb)<br />
Firmenleitung<br />
Abteilung 1<br />
Abteilung 2 Abteilung 3<br />
Projekt-<br />
Leitung für<br />
Projekt A<br />
Projekt-<br />
Leitung für<br />
Projekt B<br />
Projekt-<br />
Leitung für<br />
Projekt C<br />
Durchgezogene Linien: Disziplinarische Zuordnung<br />
Gestrichelte Linien: Zuordnung bezüglich des betreffenden Projekts<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 52
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Wahl einer Projektorganisationsform<br />
– Wahl der Projektorganisationsform abhängig von<br />
Art und Umfang des Projekts<br />
Wichtigkeit des Projekts<br />
– Linienorganisation<br />
Zweckmäßig bei Projekten, welche von einer Abteilung bearbeitet<br />
werden (z.B. Softwareentwicklung)<br />
– Matrix-Organisationsform<br />
Zweckmäßig beim Zusammenwirken verschiedener Fachabteilungen<br />
– Task-Force-Organisationsform<br />
Zweckmäßig bei umfangreichen und lang laufenden, besonders<br />
wichtigen und kritischen Projekten<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 53
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Kostenplanung<br />
– Kostenplanung umfasst Vorhersage von<br />
Kosten der einzelnen Arbeitspakete<br />
Ziel: Kostenüberschreitungen<br />
frühzeitig erkennen<br />
Kosten sonstiger Aufwendungen<br />
Zeitlicher Anfall der Gesamtkosten während Projektverlaufs<br />
Einsatzmittelplanung<br />
– Planung der Einsatzmittel unter Berücksichtigung von Kapazitätsgrenzen<br />
Auswirkungen auf Terminpläne<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 54
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Terminplanung<br />
– Planungshilfsmittel<br />
Netzplan<br />
Darstellung der logischen Abfolgen zwischen den Arbeitspaketen<br />
Balkenplan<br />
Darstellung der Laufzeit und der zeitlichen Anordnung von Arbeitspaketen<br />
– Netzplanung nach der Metra-Potential-Methode (MPM)<br />
Spätester<br />
Starttermin<br />
Frühester<br />
Starttermin<br />
Arbeitspaket 1<br />
Arbeitspaket 2<br />
Tag 2<br />
Tag 6<br />
4 d<br />
Tag 3 Tag 7<br />
Tag 1<br />
Tag 2<br />
1 d<br />
Tag 1 Tag 2 Arbeitspaket 3<br />
Tag 2<br />
Tag 7<br />
5 d<br />
Tag 2 Tag 7<br />
Frühester<br />
Endtermin<br />
Arbeitspaket 4<br />
Spätester<br />
Endtermin<br />
Tag 7<br />
Tag 9<br />
2 d<br />
Tag 7 Tag 9<br />
Aktivitäten ohne Puffer sind kritisch, sie liegen auf dem kritischen Pfad<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 55
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Terminplanungsarten<br />
– Vorwärtsrechnung<br />
Der Projektanfangstermin steht fest. Aus der geschätzten Dauer der<br />
Netzplanaktivitäten werden alle folgenden Termine bis zum Projektende<br />
errechnet.<br />
– Rückwärtsrechnung<br />
Der Projektendtermin steht fest. Aus der geschätzten Dauer der<br />
Netzplanaktivitäten werden alle vorangehenden Termine bis zum Projektanfang<br />
errechnet.<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 56
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Balkenplanung<br />
– "Kalendarisierung" der Netzplanung<br />
– Erstellung mit Rechnerwerkzeugen, welche Wochenenden, Feiertage und<br />
sonstige freie Tage automatisch berücksichtigen<br />
Balkenplan mit MS Project erstellt<br />
Einsatzmittelplanung beachten!<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 57
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Ablauf und Ergebnisse der Projektplanung<br />
Anforderungen<br />
Projektstrukturplan<br />
Projekt<br />
Projektorganisationsplan<br />
Projektmanager<br />
Maier<br />
Teilprojekt<br />
A<br />
Teilprojekt<br />
B<br />
Teilprojekt<br />
C<br />
Assistant<br />
Müller<br />
A1<br />
B1<br />
C1<br />
A2<br />
C2<br />
Teilprojektmanager<br />
Bauer<br />
Teilprojektmanager<br />
Schneider<br />
A3<br />
B2<br />
C3<br />
Firma S<br />
Lehmann<br />
Arbeitspaket<br />
Schulze<br />
Abteilung U<br />
Schmidt<br />
Terminplan<br />
A1<br />
(Netzplan)<br />
B1<br />
A2<br />
C1<br />
C2<br />
C3<br />
Kostenplan<br />
Einsatzmittelplan<br />
B2<br />
A3<br />
Video: Projektmanagement bei studentischen Arbeiten<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 58
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Risikomanagement<br />
– Risikomanagement befasst sich mit der Erkennung von Risiken und mit<br />
dem Aufstellen von Plänen zur Minimierung der Auswirkungen auf das<br />
Projekt.<br />
– Risiko = Wahrscheinlichkeit eines<br />
unerwünschten Ereignisses multipliziert mit Auswirkungen<br />
Projektrisiken wirken sich auf Zeitplan und Ressourcen aus<br />
Produktrisiken wirken sich auf Qualität und Performance des entwickelten<br />
Systems aus<br />
Geschäftsrisiken wirken sich auf das Unternehmen aus, das das technische<br />
System entwickelt oder beschafft.<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 59
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Risikomanagement-Prozess<br />
Anforderungen, Ziele<br />
Prozesse, Werkzeuge<br />
Planung, Umgebung<br />
Unternehmensziele,<br />
Strategie<br />
Risiko-<br />
Strategie<br />
strategisches Risiko-<br />
Management<br />
Risiko-<br />
Identifikation<br />
Risiko-<br />
Evaluierung<br />
Risiko-<br />
Mitigierung*<br />
Risiko-<br />
Verfolgung<br />
Projekt-Reviews<br />
operatives<br />
Risiko-<br />
Management<br />
Liste mit<br />
"Roh-Risiken"<br />
Veränderte Rahmenbedingungen<br />
und Neuabschätzung<br />
Priorisierte<br />
Aktionsliste<br />
Risiko-Metriken<br />
* engl. mitigation (Linderung)<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 60
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Risikoidentifikation und Evaluierung<br />
– Bewertung von Wahrscheinlichkeit und Bedeutung eines Risikos<br />
– Wahrscheinlichkeit kann zwischen sehr niedrig (1), niedrig (2), moderat (3),<br />
hoch (4) und sehr hoch (5) variieren<br />
– Risikoauswirkungen können katastrophal (4), ernst (3), tolerierbar (2) oder<br />
unbedeutend (1) sein<br />
Beispiele<br />
Risiko<br />
Wahrscheinlichkeit<br />
Risikoauswirkungen<br />
Wert<br />
Wichtige Personen werden krank<br />
moderat<br />
3<br />
ernst<br />
3<br />
9<br />
Es ist nicht möglich genügend Personal zu<br />
rekrutieren.<br />
hoch<br />
4<br />
katastrophal<br />
4<br />
16<br />
Das Unternehmen wird umstrukturiert und das<br />
Management des Projekts wird gewechselt<br />
hoch<br />
4<br />
ernst<br />
3<br />
12<br />
Kunden verstehen die Auswirkungen von<br />
Anforderungsänderungen nicht<br />
moderat<br />
3<br />
tolerierbar<br />
2<br />
6<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
...<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 61
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Risikomitigierung (Linderung)<br />
Entwicklung von Strategien zur Bewältigung der jeweiligen Risiken<br />
– Vermeidungsstrategie (VS)<br />
Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten des Risikos wird reduziert<br />
– Mitigierungsstrategie (MS)<br />
Die Auswirkung des Risikos auf das Projekt wird reduziert<br />
– Ausfallplan (AP)<br />
Beispiele<br />
Wenn das Risiko auftritt, dann tritt der Ausfallplan in Kraft<br />
Risiko<br />
Krankheit des Personals<br />
Fehlerhafte Komponenten<br />
Umstrukturierung des Unternehmens<br />
Strategie<br />
Mehr Überschneidungen bei Arbeiten einführen, damit<br />
die Menschen die Aufgabe jedes anderen verstehen<br />
Einsatz neu erworbener Komponenten<br />
bekannter Zuverlässigkeit<br />
Zusammenfassung an höheres Management, um die<br />
Wichtigkeit des Projekts darzustellen.<br />
(MS)<br />
(VS)<br />
(AP)<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 62
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Beispiele: Risiko und Mitigierungsvorschläge<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
Risiko<br />
Defizite bei den<br />
Ressourcen<br />
Unrealistische<br />
Zeitplanung und Budget<br />
Falsche Funktionen<br />
werden entwickelt<br />
Falsche<br />
Benutzungsschnittstelle<br />
5 "Vergoldung"<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
Ständige Änderungen<br />
der Anforderungen<br />
Defizite bei externen<br />
Komponenten<br />
Defizite im Outsourcing<br />
von Aktivitäten<br />
Defizite im Echtzeit-<br />
Verhalten<br />
10 Unzureichendes<br />
technisches Know-How<br />
Risiko-Mitigierung<br />
Fähigkeiten beachten; beste Fähigkeiten einsetzen; Bildung von Teams;<br />
Abstimmung mit Konkurrenzprojekten; Training von Ersatzpersonal<br />
Detaillierte Kostenschätzung; Design to Cost; inkrementelle Entwicklung;<br />
Wiederverwendung; Anforderungen durchforsten<br />
Analyse der Projektziele; Anwender-Interviews; Use-Cases; Prototyping;<br />
frühe Dokumentation; Quality-Function Deployment<br />
Prototyping; Use-Cases; Szenarios; Anwender-Interviews; Anwender-<br />
Mitarbeit<br />
Anforderungen durchforsten; Prototyping; Kosten-Nutzen-Analyse; Design<br />
to Cost; Wertanalyse<br />
Schwellen für Änderungsgenehmigungen; inkrementelle Entwicklung;<br />
Information Hiding<br />
Benchmarking der Lieferanten; Inspektionen; Kompatibilitätsanalyse;<br />
gemeinsame frühzeitige Tests<br />
Schnittstellenkontrolle; Audits vor jedem Meilenstein; anwendungs- und<br />
ergebnis-orientierte Verträge; Wettbewerb; gemeinsame Teams<br />
Simulation; Modellierung; Prototypen; Instrumentierung; Performance-<br />
Tuning; frühe Testumgebungen für kritische Ressourcen<br />
intensive technische Analyse von Anforderungen vs. Fähigkeiten; Kosten-<br />
Nutzen-Analyse; Prototypen; Training; Coaching; Consulting<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 63
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Risikoverfolgung<br />
– Regelmäßige Bewertung jedes identifizierten Risikos, um zu<br />
entscheiden, ob es mehr oder weniger wahrscheinlich wurde<br />
– Bewertung, ob die Auswirkungen eines Risikos sich geändert haben<br />
– Jedes Schlüsselrisiko sollte beim Management-Meeting diskutiert<br />
werden<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 64
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Frage 1 zu Kapitel 1.3<br />
Das Management einer renommierten Firma aus dem Bereich der Energietechnik<br />
hat beschlossen, einen neuartigen Wechselrichter auf den Markt zu<br />
bringen. Bei der Entwicklung dieses Wechselrichters sollen Mitarbeiter aus<br />
den Fachbereichen Halbleitertechnik und Automatisierungstechnik unter<br />
Führung eines Projekt-Leiters mitwirken.<br />
Trotz großer Bemühungen aller Beteiligter kommt das Projekt nicht richtig in<br />
Gang. Daher wird beschlossen, eine eigene Abteilung zur Entwicklung des<br />
Wechselrichters aufzubauen.<br />
Um was für ein Automatisierungsprojekt handelt es sich und welche Projekt-<br />
Organisationsformen werden eingesetzt?<br />
Antwort<br />
Produktautomatisierungsprojekt.<br />
Zunächst Matrix-Organisationsform<br />
Anschließend Task-Force-Organisationsform<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 65
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Frage 2 zu Kapitel 1.3<br />
Ein Gruppenleiter, dessen Gruppe seit fünf Monaten eine Komponente eines<br />
größeren Projekts entwickelt, befürchtet acht Wochen vor dem Fertigstellungstermin,<br />
dass dieser Termin nicht eingehalten werden kann. Da es sein<br />
erstes Projekt in dieser Stellung ist, gehen ihm verschiedene Reaktionsmöglichkeiten<br />
durch den Kopf. Welche der folgenden Reaktionen würden Sie<br />
empfehlen?<br />
f<br />
f<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Ich hoffe, dass mich mein Gefühl trügt und mache vorläufig gar nichts.<br />
Ich informiere meinen Abteilungsleiter.<br />
Ich verringere die Anforderungen innerhalb des vertraglichen Rahmens.<br />
Ich ordne Überstunden an.<br />
Ich versuche, einen zusätzlichen neuen Mitarbeiter zu bekommen.<br />
Für Einarbeitung müssen bisherige<br />
Mitarbeiter Arbeitskraft aufwenden<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 66
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Frage 3 zu Kapitel 1.3<br />
Bewerten Sie die Auswirkungen der folgenden Risiken<br />
(unbedeutend, tolerierbar, ernst, katastrophal):<br />
– Die einzige Kopie des Source-Codes geht verloren.<br />
katastrophal<br />
– Der Kunde ändert Anforderungen bezüglich der Farbgebung von Dialogen.<br />
tolerierbar<br />
– Der Projektleiter kündigt.<br />
ernst<br />
– Für ihr Projekt relevante Normen werden geändert.<br />
tolerierbar – katastrophal<br />
– Ihr Unternehmen führt Gleitzeit ein.<br />
unbedeutend<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 67
AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.6 Zusammenfassung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 68
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Wirtschaftliche Durchführung von<br />
<strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
Wirtschaftliche Anforderungen an <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
durch<br />
1.) Hohe Wirtschaftlichkeit des technischen Prozesses<br />
Automatisierung<br />
2.) Wirtschaftliche Entwicklung des Automatisierungssystems<br />
Gewinn =<br />
t<br />
t<br />
TL<br />
{ E(<br />
t)<br />
0<br />
[ K<br />
I<br />
K<br />
B<br />
]( t)}<br />
dt<br />
T L Lebensdauer<br />
E(t) Einsparungen<br />
K I (t) Investitionen<br />
K B (t) Betriebskosten<br />
0<br />
Über die gesamte Lebensdauer T L muss ein Gewinn erzielt werden.<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 69
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Einsparungspotenziale durch Sekundär-Effekte der<br />
Automatisierung<br />
– Höhere Zuverlässigkeit<br />
– Verbesserte Qualität der Ergebnisse<br />
– Erhöhte Betriebsbereitschaft und Lebensdauer<br />
– Höhere Flexibilität<br />
– Ökologische Verbesserungen<br />
– Menschlichere Arbeitsbedingungen<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 70
Gewinn durch<br />
Automatisierung<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Optimierung der Einsparungen durch geeignete Auslegung<br />
des Automatisierungssystems (Live-Mitschrieb)<br />
übertriebene Forderungen<br />
Genauigkeit<br />
Reaktionszeit<br />
Optimum<br />
Kosten der<br />
Automatisierung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 71
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Wirtschaftlichkeit und Produktivität<br />
Wirtschaftlichkeit =<br />
Ertrag<br />
Aufwand<br />
allgemein<br />
Produktivität =<br />
Ergebnis des Projekts<br />
Aufwand für das Projekt<br />
für ein Projekt<br />
Aufwand<br />
Ergebnis<br />
Einflussgrößen<br />
Metriken<br />
Einflussgrößen<br />
Beispiele für Metriken<br />
Personalaufwand<br />
Sach- und<br />
Arbeitsmittelaufwand<br />
Schulungsaufwand<br />
Personenstunden<br />
(Kosten)<br />
Kosten<br />
Kosten<br />
Quantitativer Umfang<br />
von Automatisierungssystem<br />
und<br />
Dokumentation<br />
Qualität von Automatisierungssystem,<br />
Dokumentation,<br />
Mensch-Prozess-<br />
Kommunikation<br />
Zahl der Programmzeilen,<br />
Zahl der Einund<br />
Ausgaben, Seiten<br />
der Dokumentation<br />
Maßzahlen für Komplexität,<br />
Änderungsfreundlichkeit,<br />
Zahl<br />
der Änderungen, Zahl<br />
der im Test aufgedeckten<br />
Fehler<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 72
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Einflussfaktoren bezüglich der Produktivität<br />
– Komplexität der Problemstellung<br />
– Produkteigenschaften<br />
– Ressourcen<br />
– Projektablauf<br />
– Projektbeteiligte<br />
Qualitätsmerkmale<br />
Softwarewerkzeuge,<br />
Rechner, Personal<br />
Projektmanagement,<br />
Änderungshäufigkeit<br />
Qualifikation,<br />
Zahl, Erfahrung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 73
Software-Kostenfaktoren-Merkmale<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Produktivitätsfaktoren nach Boehm<br />
1,2 Programmiersprachen/Erfahrung<br />
1,23 Termindruck<br />
1,23 Größe der Datenbank<br />
1,32 Leistungsfähigkeit des Entwicklungssystems<br />
1,34 Erfahrung mit dem Zielsystem<br />
1,49 Änderungsanfälligkeit des Zielsystems<br />
1,49 Software-Tools<br />
1,51 Moderne Programmiermethoden<br />
1,56 Speicher-Beschränkung<br />
1,57 Anwendungserfahrung<br />
1,66 Begrenzung der Ausführungszeit (Deadline)<br />
1,87<br />
Produkt-Zuverlässigkeit<br />
2,36<br />
Produkt-Komplexität<br />
4,18<br />
Personal-/Team-Qualifikation<br />
1,0<br />
2,0 3,0 4,0<br />
Software-Produktivitätswerte<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 74
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Entstehung und Zusammensetzung von Kosten<br />
– Einzelkosten<br />
Geräte, Material, Gehälter etc.<br />
– Gemeinkosten<br />
Verwaltung, Büromaterial etc.<br />
Projektkosten<br />
– Gewinn<br />
Bietet Kalkulationsspielraum<br />
Kosten unterscheidbar in<br />
– Fixe Kosten<br />
– Variable Kosten<br />
beeinflussbar<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 75
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Methoden der Kostenrechnung<br />
– Top-down Kalkulation<br />
Endpreis fix<br />
Umrechnung auf Kosten<br />
– Bottom-up Kalkulation<br />
Kosten fix<br />
Umrechnung auf Endpreis<br />
– Freiheitsgrade bei Kalkulation<br />
Stückzahl, Funktionsumfang<br />
Gewinn<br />
Richtlinie für Gewinn: Kapitalverzinsung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 76
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Wertanalyse<br />
Die Wertanalyse ist eine organisierte Anstrengung, die Funktion eines<br />
Produktes mit den niedrigsten Kosten zu erstellen, ohne dass die<br />
erforderliche Qualität, Zuverlässigkeit und Marktfähigkeit des Produkts<br />
negativ beeinflusst wird!<br />
Ziele der Wertanalyse<br />
– Bestehende Kosten senken, unnötige Kosten vermeiden<br />
– Marktgerechtes Gestalten von Leistungen<br />
– Optimierung des Kosten/Nutzen-Verhältnis<br />
Grundsatz: Realisiere Funktionen so gut wie<br />
nötig, nicht so gut wie technisch möglich!<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 77
Kapital<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
AT II<br />
Frage zu Kapitel 1.4<br />
In der Vorlesung haben Sie nachfolgende Formel für die Wirtschaftlichkeit der<br />
Automatisierungstechnik kennen gelernt.<br />
Gewinn =<br />
t<br />
t<br />
TL<br />
{ E(<br />
t)<br />
0<br />
[ K<br />
i<br />
K<br />
B<br />
]( t)}<br />
dt<br />
0<br />
T L<br />
E(t)<br />
K i (t)<br />
K B (t)<br />
Lebensdauer<br />
Einsparungen<br />
Investitionen<br />
Betriebskosten<br />
Veranschaulichen Sie diese Formel an folgendem Diagramm:<br />
Einsparungen<br />
Investitionen<br />
Betriebskosten<br />
Zeit<br />
Gewinn<br />
Inbetriebnahme<br />
Außerdienststellung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 78
AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.6 Zusammenfassung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 79
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Der Computer als Werkzeug des Ingenieurs<br />
Eigenschaften von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
- hoher Innovationsgrad und hohe Komplexität<br />
Schwierigkeiten bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
- Zeitanforderungen im Automatisierungssystem<br />
- Dokumentation, Versionen, Varianten<br />
- Projektmanagement und Qualitätssicherung<br />
Ziele der Rechnerunterstützung bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
- Vermeidung von Fehlern (Planung und Entwurf)<br />
- frühzeitige Abschätzung des Zeitverhaltens<br />
- Entlastung von Routinearbeiten<br />
2/3 aller Fehler entstehen<br />
in den Anfangsphasen<br />
- Unterstützung für das Projektmanagement und die Qualitätssicherung<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 80
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
CA-Werkzeugsysteme* (Übersicht)<br />
Engineering CAE Computer Aided Engineering<br />
CAPE Computer Aided Plant Engineering<br />
CACE Computer Aided Control Engineering<br />
Konstruktive und CAD Computer Aided Design<br />
fertigungstechnische CAM Computer Aided Manufacturing<br />
Ingenieurtätigkeiten CIM Computer Integrated Manufactoring<br />
System- bzw. CASE Computer Aided Software Engineering bzw.<br />
Softwareentwicklung<br />
Computer Aided Systems Engineering<br />
Querschnittsbereiche CAQ Computer Aided Quality<br />
CAT Computer Aided Testing<br />
SQMA Sicherheitsbezogene qualitative Modellierung und Analyse<br />
CAPM Computer Aided Project Management<br />
CACC Computer Aided Configuration Control<br />
Aus- und CAI Computer Aided Instruction<br />
Weiterbildung CBT Computer Based Training<br />
ITS Intelligent Tutoring Systems<br />
CAX Computer Aided Exercises<br />
* Computer Aided<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 81
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Aufgaben von CAE/CACE-Systemen<br />
– Projektierung und Abwicklung technischer Anlagen<br />
– Simulation technischer Systeme<br />
– Analyse und Entwurf von Steuerungs- und Regelungssystemen<br />
(CACE = Computer Aided Control Engineering)<br />
– Logik-Entwurf von integrierten Schaltungen<br />
– Zuverlässigkeits- und Wartbarkeitsanalyse<br />
Aufgaben von CASE-Systemen<br />
– Umfassende Rechnerunterstützung des gesamten Entwicklungsprozesses<br />
und des gesamten Lebenszyklusses<br />
– Rechnerunterstützung für Entwicklungsmethoden<br />
– Rechnerunterstützung für das Projekt- und Konfigurationsmanagement<br />
– Projektübergreifende Verwendung einer zentralen Datenbank<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 82
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Rechnerunterstützte Simulation<br />
Simulationsmodell<br />
des Automatisierungssystems<br />
Funktionsnachweis<br />
Software-in-the-Loop-Simulation<br />
Simulationsmodell<br />
des technischen<br />
Prozesses<br />
Umsetzung nach<br />
Funktionsnachweis<br />
Schnittstellennachweis<br />
Hardware-in-the-Loop-Simulation<br />
Adaption<br />
Rapid Prototyping<br />
Umsetzung<br />
nach<br />
Funktionsnachweis<br />
Automatisierungssystem<br />
Integration<br />
Realer technischer<br />
Prozess auf der<br />
technischen Anlage<br />
© 2013 IAS, <strong>Universität</strong> <strong>Stuttgart</strong> 83
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Software-in-the-Loop-Simulation (SIL)<br />
Bei einer Software-in-the-Loop-Simulation wird das Modell des<br />
Automatisierungssystems in Code umgewandelt und mit einer Computer-<br />
Simulation des technischen Prozesses verbunden<br />
– Nutzen<br />
Grundsätzlicher Nachweis der Funktionalität des<br />
Automatisierungssytems ohne Realitätseinflüsse<br />
Fehler können bereits beim Entwurf erkannt werden<br />
– Schwierigkeiten<br />
Berücksichtigung der späteren Zielplattform (Geschwindigkeit, etc.)<br />
Durchführung nur durch Anpassung der Modelle aneinander möglich<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Hardware-in-the-Loop-Simulation (HIL)<br />
Bei einer Hardware-in-the-Loop-Simulation wird das Automatisierungssystem<br />
oder ein Teil des Automatisierungssystems über spezielle Schnittstellen mit<br />
einer Computer-Simulation des technischen Prozesses verbunden<br />
– Nutzen<br />
Test des Automatisierungssystems ohne Risiko<br />
Fehler können vor Inbetriebnahme erkannt werden<br />
– Schwierigkeiten<br />
Realitätsnahe Modellierung des technischen Prozesses<br />
Echtzeitanforderungen an die Simulations-Hardware und Software<br />
Begrenzte Debugging-Möglichkeiten<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Rapid-Prototyping (Beispiel-Werkzeug ASCET)<br />
Modellierung<br />
Einrichtung der Hardware<br />
Visualisierung<br />
ASCET<br />
Experimentalplattform ES1000<br />
(Echtzeit-Simulationsrechner)<br />
mit Schnittstelle zum<br />
technischen System<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Beispiele für CAE/CACE/CASE-Werkzeugsysteme<br />
Produkt<br />
Hersteller<br />
Einsatz / Bemerkungen<br />
Matlab / Simulink MathWorks (USA) Modellierung, Analyse und Simulation von<br />
zeitkontinuierlichen und zeitdiskreten Systemen.<br />
Rapid-Prototyping von eingebetteter Steuergerätesoftware<br />
mit Zusatzprodukten der Firma dSpace.<br />
ASCET-SD ETAS (D) Rapid-Prototyping (Modellierung, Simulation,<br />
Codegenerierung) von eingebetteter Steuergerätesoftware,<br />
hauptsächlich im Automobilbereich.<br />
Zeitkontinuierliche und Zeitdiskrete Modellierung.<br />
Statemate i-Logix (USA) Rapid-Prototyping von eingebetteter Steuergerätesoftware.<br />
Vorwiegend zeitdiskrete Modellierung.<br />
Rose RealTime IBM /Rational Objektorientierte Entwicklung (Requirements<br />
(USA)<br />
Engineering, Modellierung, Codegenerierung) von<br />
Echtzeitsoftware.<br />
Rhapsody i-Logix (USA) Objektorientierte Entwicklung von Echtzeitsoftware.<br />
Software trough<br />
Pictures UML<br />
Aonix (USA)<br />
Objektorientierte Entwicklung von Echtzeitsoftware.<br />
Tau Telelogic (Sw) Modellierung und Codegenerierung von Echtzeitsoftware.<br />
Unterstützt Statecharts und UML.<br />
Requirements Engineering durch Zusatzprodukt<br />
DOORS.<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Rechnerunterstützte Erstellung von Dokumentation (1)<br />
– Aufgaben der Dokumentation<br />
Vermittlung von Kenntnissen über Zwischen- und Endergebnisse<br />
Arbeitsunterlage<br />
Unterstützung der Kommunikation<br />
Unterstützung der Qualitätssicherung, Konfigurationsmanagement,<br />
Pflege, Wartung<br />
– Anforderungen an die Dokumentation<br />
Verständlichkeit<br />
Aktualität<br />
Vollständigkeit<br />
Eindeutigkeit<br />
Widerspruchsfreiheit<br />
Dokumentation ist ein Modell des Systems<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Rechnerunterstützte Erstellung von Dokumentation (2)<br />
– Vorteile einer rechnerunterstützten Erstellung von Dokumentation<br />
Dokumente sind aktuell<br />
Änderungen werden automatisch berücksichtigt<br />
Einheitliche Dokumentationsformen<br />
Jederzeit abrufbar<br />
Projektfortschrittskontrolle und Qualitätskontrolle jederzeit durchführbar<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Automatische Erzeugung von Dokumentation<br />
Formulierung der<br />
Sachverhalte mit<br />
Spezifikationssprachen<br />
Projektdatenbank<br />
Dokumentationsregeln<br />
Dokumentationswerkzeug<br />
Dokumente<br />
Video: AISA – Rechnergestützte Dokumentation<br />
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1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
AT II<br />
Frage zu Kapitel 1.5<br />
Welchen Aussagen stimmen Sie zu?<br />
f<br />
f<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
CASE Systeme unterstützen den Ingenieur nur in den<br />
Entwicklungsphasen des Automatisierungsprojekts<br />
Hardware-in-the-Loop-Simulationen erlauben es, das<br />
Automatisierungssystem ohne Gefahr zu testen<br />
Eine Software-in-the-Loop-Simulation ist nur nach vorangegangener<br />
Hardware-in-the-Loop-Simulation möglich<br />
Der Einsatz rechnergestützter Dokumentation erleichtert die<br />
Qualitätssicherung<br />
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AT II<br />
§ 1 <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.1 Was ist ein Automatisierungsprojekt?<br />
1.2 Vorgehen bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.3 Projektmanagement von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.4 Wirtschaftliche Durchführung von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n<br />
1.5 Rechnerunterstützung für <strong>Automatisierungsprojekte</strong><br />
1.6 Zusammenfassung<br />
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1.6 Zusammenfassung<br />
AT II<br />
Zusammenfassung Kapitel 1 (1)<br />
– Ein Automatisierungsprojekt ist ein Vorhaben zur Lösung einer<br />
Automatisierungsaufgabe durch Ingenieure.<br />
– I.d.R. arbeiten bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n Ingenieure unterschiedlicher<br />
Fachrichtungen zusammen, wie z.B. Technologen, SW-Ingenieure etc.<br />
– Bei <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n unterscheidet man zwischen Produktautomatisierungsprojekten<br />
und Anlagenautomatisierungsprojekten.<br />
– Grundtätigkeiten von <strong>Automatisierungsprojekte</strong>n sind: Technische Realisierung,<br />
Projektmanagement, Qualitätssicherung, Konfigurationsmanagement<br />
– Bei der technischen Realisierung unterscheidet man zwischen<br />
Projektierung und Entwicklung.<br />
– Die technische Realisierung gliedert sich grundsätzlich in: Anforderungsdefinition,<br />
fachtechnische Konzeption, Systementwurf, Implementierung.<br />
– Gängige Vorgehensmodelle für <strong>Automatisierungsprojekte</strong> sind das<br />
Wasserfallmodell, das Prototypen-orientierte Vorgehensmodell sowie das<br />
V-Modell des Bundes.<br />
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1.6 Zusammenfassung<br />
AT II<br />
Zusammenfassung Kapitel 1 (2)<br />
– Wichtige Hilfsmittel der Projektplanung sind: Projektstrukturplan,<br />
Projektorganisationsplan, Netzplan, Balkenplan.<br />
– Als kritischen Pfad bezeichnet man die Arbeitspaket-Sequenz, welche<br />
keine Pufferzeiten enthält.<br />
– Wirtschaftliche Durchführung bedeutet, dass die Einsparungen durch die<br />
Automatisierung höher sind als die Kosten der Automatisierung.<br />
– Kosten der Automatisierung sind sowohl Entwicklungskosten<br />
(Investitionen) als auch Betriebskosten.<br />
– Der Einsatz von Rechnerwerkzeugen entlastet von Routinearbeiten und<br />
macht Komplexität beherrschbar.<br />
– Wichtige Rechnerwerkzeuge sind CACE- (Computer Aided Control<br />
Engineering) und CASE-Systeme (Computer Aided Software Engineering).<br />
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1.6 Zusammenfassung<br />
AT II<br />
Vorbereitungsfragen zu Kapitel 1<br />
Frage 1: Dokumente (WS 00/01)<br />
Worin besteht der Unterschied zwischen einem „Lastenheft“ und einem „Pflichtenheft“?<br />
Welche Abhängigkeiten existieren zwischen diesen Dokumenten?<br />
Frage 2: Projektplan (WS 00/01)<br />
Ermitteln sie die Gesamtdauer des in der Abbildung skizzierten Projektes „Xy“ und geben Sie<br />
dessen „kritischen Pfad“ an. Bewerten Sie den Plan.<br />
AP 2.4<br />
AP 2.1<br />
Dauer: 3 Wochen<br />
Dauer: 2 Wochen<br />
AP 1<br />
Dauer: 1 Woche<br />
AP 2.2<br />
AP 2.3<br />
Dauer: 2 Wochen<br />
AP 3<br />
Dauer: 1 Woche<br />
Dauer: 3 Wochen<br />
Frage 3: Projektphasen (WS 00/01)<br />
Worin unterscheiden sich die Projektphasen „Analyse“ und „Entwurf“?<br />
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