Die Entwicklung kostengünstiger, energiesparender und resourcenschonender Produkte gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dabei bildet die Bewertung von Kosten und Energie über den gesamten Lebenszyklus des Produkts, von der Entwicklung und Fertigung über den Betrieb bis hin zum Recycling, auf Basis virtueller Prototypen eine wesentliche Grundlage. Da Entwurfsentscheidungen in frühen Phasen der Entwicklung, in denen noch kein realer Prototyp existiert, einen hohen Einfluss auf spätere Kosten haben können, besteht die Notwendigkeit empirische, entscheidungsrelevante Daten aus IT-Systemen der Produktentwicklung (z.B. Produktdatenmanagementsysteme) und des Betriebs (z.B. Enterprise-Resource-Planning-Systeme) zu extrahieren und dem Konstrukteur geeignete Methoden zur Aggregation der Daten bereitzustellen. Insbesondere bei der Optimierung hinsichtlich der Energieeffzienz von Produkten muss auf Daten des gesamten Lebenszyklus zurückgegriffen werden, um schon in der Entwicklungsphase Abschätzungen über den Energieverbrauch im Produktleben treffen zu können. Eine Optimierung der Energieeffizienz kann dabei sowohl durch die Steigerung der Produktivität bei gleichbleibendem Energieverbrauch als auch durch die Verringerung des Energieverbrauchs bei gleichbleibender Produktivität erfolgen. In diesem Bericht soll der Produktentwicklungsprozess aus IT-Sicht betrachtet werden, indem zunächst aktuelle Methodiken der Produktentwicklung mit ihrer IT-Unterstützung und der beteiligten IT-Systeme untersucht werden. Es werden Anforderungen an ein IT-System formuliert, die Energieeffizienzbewertungen und -optimierungen in allen Phasen der Produktentwicklung unter Nutzung der beteiligten IT-Systeme ermöglichen. Ein solches IT-System zur energiesensitiven Produktentwicklung (energiesensitives Produktentwicklungssystem) soll den Konstrukteur bei der Entwicklung energieeffizenter Produkte unterstützen. Dafür müssen die Funktionalitäten bestehender PDM-Systeme um Methoden zur Analyse, Synthese und Bewertung der Energieeffizienz des Produkts erweitert werden. Es wird abschließend vorgeschlagen, wie die Methoden zur Bewertung energierelevanter Daten durch Workflows umgesetzt werden können.

Inhalt In diesem Beitrag wird die Kombination von virtuellen und experimentellen Methoden im Produktentwicklungsprozess am Beispiel einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien thematisiert. Um das Automatisierungspotenzial in den Fertigungsprozessen zum Aufbau von Faserverbundstrukturen zu erschließen, entwickelt das Institut für integrierte Produktentwicklung (BIK) seit längerem Handhabungseinheiten für technische Textilien. Eine automatisierte Fertigung soll die Reproduzierbarkeit und die Qualität von Bauteilen erhöhen, um z.B. den Beanspruchungen bei größer werdenden Rotorblättern von Windenergieanlagen gerecht zu werden. Ein weiteres Ziel der Automatisierung besteht in der Reduzierung von Prozesszeiten und Fertigungskosten, um den Fertigungsstandort Deutschland in Zukunft attraktiv zu gestalten. Die erfolgreiche Umsetzung der Produktentwicklung erfolgt am BIK unter kombinierter Anwendung von virtuellen und experimentellen Methoden. Insbesondere bei der Handhabung von technischen Textilien, deren biege- und schubweichen Materialeigenschaften nur mit hohem Aufwand in einer virtuellen Umgebung abgebildet werden können, ist das Durchführen von experimentellen Methoden bei komplex ablaufenden dynamischen Prozessen notwendig, um nicht vorhersehbares Materialverhalten zu identifizieren.

Inhalt In diesem Beitrag wird die Kombination von virtuellen und experimentellen Methoden im Produktentwicklungsprozess am Beispiel einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien thematisiert. Um das Automatisierungspotenzial in den Fertigungsprozessen zum Aufbau von Faserverbundstrukturen zu erschließen, entwickelt das Institut für integrierte Produktentwicklung (BIK) seit längerem Handhabungseinheiten für technische Textilien. Eine automatisierte Fertigung soll die Reproduzierbarkeit und die Qualität von Bauteilen erhöhen, um z.B. den Beanspruchungen bei größer werdenden Rotorblättern von Windenergieanlagen gerecht zu werden. Ein weiteres Ziel der Automatisierung besteht in der Reduzierung von Prozesszeiten und Fertigungskosten, um den Fertigungsstandort Deutschland in Zukunft attraktiv zu gestalten. Die erfolgreiche Umsetzung der Produktentwicklung erfolgt am BIK unter kombinierter Anwendung von virtuellen und experimentellen Methoden. Insbesondere bei der Handhabung von technischen Textilien, deren biege- und schubweichen Materialeigenschaften nur mit hohem Aufwand in einer virtuellen Umgebung abgebildet werden können, ist das Durchführen von experimentellen Methoden bei komplex ablaufenden dynamischen Prozessen notwendig, um nicht vorhersehbares Materialverhalten zu identifizieren.

Die für die Konzeptphase des Produktentwicklungsprozesses erarbeitete integrierte Vorgehensweise bietet durch Methoden und Werkzeuge zur Zielkostenspaltung und -erreichung eine systematische Unterstützung hinsichtlich der: Funktionsprojektierung entsprechend den Kundenanforderungen Ermittlung der Prioritäten des Kunden Erarbeitung von Teilzielkostenvorgaben Konzipierung prinzipieller Lösungen Prognose deren voraussichtlicher Kosten Auswahl alternativer Lösungskonzepte Bewertung des technischen Potentials und des vergüteten Nutzens der Konzeptalternativen

Produzierende Unternehmen, die traditionelle Produktentwicklungsmethoden mit linearen und rigiden Prozessen nutzen, sind zunehmend weniger in der Lage, den Veränderungen in Märkten und Technologien gerecht zu werden. Der klassische Stage-Gate Prozesses nach Cooper lässt kein adäquates Reagieren auf diese Veränderungen zu, sodass es zu Verzögerungen in der Entwicklung und späten Änderungen am Produkt im weiteren Projektverlauf kommt. Aus diesem Grund werden agile Methoden innerhalb etablierter plangetriebener Ansätze integriert, um durch kurzfristige und wiederkehrende Planungs-aktivitäten und ein iteratives Vorgehen in der Entwicklung eine schnellere Anpassung an mögliche Veränderungen während der Projektdurchführung zu ermöglichen. Die Anwendung agiler Methoden, die aus der Softwareentwicklung entstammen, kann jedoch nicht ohne Anpassungen erfolgen, da sich der Entwicklungsprozess physischer Produkte beispielsweise hinsichtlich der Modularisierung des Gesamtsystems in kleinere Inkremente deutlich von der Vorgehensweise in der Softwareentwicklung unterscheidet. Um die Einführung agiler Methoden unternehmensspezifisch und zweckmäßig gestalten zu können, soll die Basis für einen unternehmensspezifischen Problemlösungsprozess gelegt werden, mit dem Agilität in die Prozesse eingeführt werden kann. Dazu soll herausgefunden werden, inwieweit Entwickler aus der Praxis den Bedarf für eine individuelle Einführung von Agilität sehen. Dazu werden Interviews mit Experten aus Unternehmen geführt, um die Implementierung agiler Methoden im Rahmen der physischen Produktentwicklung in der Praxis zu hinterfragen und zukünftige Forschungspotentiale zu explizieren. Daraus werden Hypothesen hinsichtlich einer individuellen Einführung von Agilität in die Entwicklungsprozesse produzierender Unternehmen abgeleitet und in einer quantitativen Umfrage überprüft. Die Ergebnisse zeigen eindeutig den Bedarf für eine individuelle Einführung von Agilität in den jeweiligen Anwendungsfall.

Zur Realisierung individualisierter Produkte halten agile Arbeitsweisen vermehrt Einzug in Prozesse von produzierenden Unternehmen. Dabei ist die Durchdringung agiler Arbeitsweisen durch die etablierten Prozesse in den Entwicklungsabteilungen produzierender Unternehmen aktuell sehr gering; ein Großteil der Unternehmen beginnt jedoch die punktuelle Einführung agiler Arbeitsweisen in ausgewählten Pilotprojekten. Die Anwendung agiler Arbeitsweisen führt in den Prozessen der Entwicklung physischer Systeme zu neuen Herausforderungen und unbekannten Entwicklungsrisiken, die den Vorteilen von Agilität gegenüberstehen. Deswegen ist die Einführung agiler Vorgehensweisen in die Prozesse der Entwicklung physischer Systeme ein Problemlösungsprozess. Die Art, nach der Agilität für einen Anwendungsfall gestaltet wird und in diesen eingeführt wird muss demnach zum Anwendungsfall passen und ist stets individuell. Um diese Individualität in der Einführung agiler Arbeitsweisen zu ermöglichen wurden in Vorarbeiten bereits 228 Faktoren identifiziert, die Einfluss auf die agilen Arbeitsweisen verschiedener Organisationeinheiten haben. Die gezielte Beeinflussung ausgewählter Einflussfaktoren durch geeignete agile Methoden führt zu einer Anwendungsfall-spezifischen Gestaltung und Einführung agiler Vorgehensweisen und erhöht die Eignung des Ansatzes im Vergleich zu einer Anpassungs-freien Einführung. Im vorliegenden Beitrag wird eine Verknüpfung der Faktoren erarbeitet, um Schlüsselfaktoren abzuleiten. Durch die gezielte Beeinflussung dieser soll die Veränderung durch die Einführung agiler Methoden hinsichtlich ihrer Ausbreitung in den Entwicklungskontext gezielt verstärkt werden. Analog zum Szenario Management werden bezüglich der Faktoren mittels einer Vernetzungsanalyse verschiedene Kennzahlen ermittelt. Basierend auf der Analyse kann die Tragweite der Einführung von agilen Methoden genauer eingeschätzt werden und die zielgerichtete Auswahl von agilen Methoden für die Einführung in die Prozesse der physischen Produktentwicklung unterstützt werden.

Die Entwicklung kostengünstiger, energiesparender und resourcenschonender Produkte gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dabei bildet die Bewertung von Kosten und Energie über den gesamten Lebenszyklus des Produkts, von der Entwicklung und Fertigung über den Betrieb bis hin zum Recycling, auf Basis virtueller Prototypen eine wesentliche Grundlage. Da Entwurfsentscheidungen in frühen Phasen der Entwicklung, in denen noch kein realer Prototyp existiert, einen hohen Einfluss auf spätere Kosten haben können, besteht die Notwendigkeit empirische, entscheidungsrelevante Daten aus IT-Systemen der Produktentwicklung (z.B. Produktdatenmanagementsysteme) und des Betriebs (z.B. Enterprise-Resource-Planning-Systeme) zu extrahieren und dem Konstrukteur geeignete Methoden zur Aggregation der Daten bereitzustellen. Insbesondere bei der Optimierung hinsichtlich der Energieeffzienz von Produkten muss auf Daten des gesamten Lebenszyklus zurückgegriffen werden, um schon in der Entwicklungsphase Abschätzungen über den Energieverbrauch im Produktleben treffen zu können. Eine Optimierung der Energieeffizienz kann dabei sowohl durch die Steigerung der Produktivität bei gleichbleibendem Energieverbrauch als auch durch die Verringerung des Energieverbrauchs bei gleichbleibender Produktivität erfolgen. In diesem Bericht soll der Produktentwicklungsprozess aus IT-Sicht betrachtet werden, indem zunächst aktuelle Methodiken der Produktentwicklung mit ihrer IT-Unterstützung und der beteiligten IT-Systeme untersucht werden. Es werden Anforderungen an ein IT-System formuliert, die Energieeffizienzbewertungen und -optimierungen in allen Phasen der Produktentwicklung unter Nutzung der beteiligten IT-Systeme ermöglichen. Ein solches IT-System zur energiesensitiven Produktentwicklung (energiesensitives Produktentwicklungssystem) soll den Konstrukteur bei der Entwicklung energieeffizenter Produkte unterstützen. Dafür müssen die Funktionalitäten bestehender PDM-Systeme um Methoden zur Analyse, Synthese und Bewertung der Energieeffizienz des Produkts erweitert werden. Es wird abschließend vorgeschlagen, wie die Methoden zur Bewertung energierelevanter Daten durch Workflows umgesetzt werden können.

Statistiken der letzten Jahre bestätigen eine permanente Veränderung des Produktentwicklungsprozesses. Diese Veränderungen resultieren aus veränderten Marktbedingungen sowie aus neuen Anforderungen an das Produkt aus Kundensicht. [...] Nach einem kurzen Überblick über aktuelle disziplinspezifische und interdisziplinäre Entwurfsansätze und -standards aus den Bereichen Mechanik, Elektronik, Software, Mechatronik und Systems Engineering werden die Forschungsarbeiten des Lehrstuhls für Virtuelle Produktentwicklung (VPE) der TU Kaiserslautern zum Thema interdisziplinäre Produktentwicklung vorgestellt, welche sich zu einem ganzheitlichen Ansatz zur Entwicklung cybertonischer Systeme integrieren lassen. [...aus der Einleitung]

Die für die Konzeptphase des Produktentwicklungsprozesses erarbeitete integrierte Vorgehensweise bietet durch Methoden und Werkzeuge zur Zielkostenspaltung und -erreichung eine systematische Unterstützung hinsichtlich der: Funktionsprojektierung entsprechend den Kundenanforderungen Ermittlung der Prioritäten des Kunden Erarbeitung von Teilzielkostenvorgaben Konzipierung prinzipieller Lösungen Prognose deren voraussichtlicher Kosten Auswahl alternativer Lösungskonzepte Bewertung des technischen Potentials und des vergüteten Nutzens der Konzeptalternativen