Handbuch Produktentwicklung (eBook)

Prof. Dr.-Ing. Udo Lindemann ist seit 1995 Inhaber des Lehrstuhls Produktentwicklung der TU München. Lehre und Forschung konzentieren sich auf die Strategieentwicklung für frühe Phasen der Produktentwicklung.

Inhaltsverzeichnis 6
Vorwort 28
Der Herausgeber 30
Autorenverzeichnis 32
TEIL I: Entwicklungsstrategie 36
1 Produktentwicklung Quo Vadis 38
1.1 Entgrenzung der Produktentwicklung 38
1.2 Interdisziplinäre Produktentwicklung 39
1.3 Dienstleistungsintegration 40
1.4 Digitalisierung und smarte Produkte 40
1.5 Neue Daten und Ansätze 41
1.6 Literatur 42
2 Strategische Produkt- und Prozessplanung 44
2.1 Informations- und Kommunikationstechnik als Treiber von Innovationen 44
2.2 Referenzmodell der Marktleistungsentstehung 48
2.3 Anwendungsbeispiel Schaltschrankbau 50
2.4 Erkennen von Zukunftsoptionen mit der Szenario-Technik 52
2.5 Entwicklung von Geschäftsmodellen 58
2.6 Implementierung von Geschäftsmodellen – Gestaltung von Geschäftsprozessen 63
2.7 Literatur 69
3 Portfoliomanagement 72
3.1 Ziele und Elemente des Portfoliomanagements 72
3.2 Die strategische Unternehmensführung als Rahmen für das Portfoliomanagement 73
3.2.1 Zentrale Elemente einer Strategie 73
3.2.2 Strategieebenen 75
3.2.2.1 Strategie Gesamtunternehmensebene 76
3.2.2.2 Strategie Geschäftsgebietsebene 76
3.2.3 Dynamik im Strategieprozess 78
3.2.3.1 Typische Strategiefallen und ihre Auswirkungen auf das Portfoliomanagement 79
3.2.3.2 Disruptive Marktentwicklungen 81
3.3 Portfoliomanagement im Rahmen des Produktlebenszyklusmanagements 82
3.3.1 Drei Portfoliostufen 83
3.3.1.1 Diversifikation 83
3.3.1.2 Wettbewerbsposition-Marktattraktivitäts-Matrix 84
3.3.1.3 Technologieportfolio 85
3.3.2 Der Töpfe-Ansatz zur finanziellen Rahmensetzung für strategische Projektkategorien 86
3.3.3 Selektionskriterien für die Projektauswahl 88
3.3.4 Multi-Projektplanung 89
3.3.5 Multi-Projektplanung aus Produktlebenszyklussicht 90
3.4 Zusammenfassung 92
3.5 Literatur 93
4 Risiko- und Chancenmanagement in der Produktentwicklung 94
4.1 Ziele und Wertbeitrag des Risikomanagements in der Produktentwicklung 94
4.2 Risikomanagementprozesse in der Produktentwicklung 94
4.3 Kognitive Verzerrungen und Risikomanagement 96
4.4 Gestaltung und Einführung eines Risikomanagementsystems in der Produktentwicklung 98
4.5 Kommunikation und Konsultation im Risikomanagement 100
4.5.1 Identifikation der wesentlichen Akteure (Stakeholder) 100
4.5.2 Analyse von Kosten und Nutzen des Risikomanagements 100
4.5.3 Analyse und Definition des Risikoappetits 101
4.5.4 Ausarbeitung eines Stakeholderkommunikations- und -konsultationsplanes 102
4.6 Definition des Risikomanagementkontexts 102
4.6.1 Festlegung der Risikomanagementorganisation und der Risikokriterien 102
4.6.2 Abgrenzung des Produktentwicklungsprozesses 103
4.6.3 Abgrenzung möglicher Risikoursachen 103
4.6.4 Festlegung von Auswirkungskategorien der Risiken: Ziele der Produktentwicklung 105
4.7 Identifikation von Produktentwicklungsrisiken 106
4.7.1 Visualisierung und Analyse des Produktentwicklungsprozesses 106
4.7.2 Identifikation von Einzelrisiken 106
4.7.3 Identifikation von Risikoszenarien 107
4.7.4 Dokumentation der Risiken in einem Risikokatalog 109
4.8 Analyse von Produktentwicklungsrisiken 109
4.8.1 Festlegung der Rahmenbedingungen der Risikoquantifizierung 109
4.8.2 Datensammlung zur Risikoquantifizierung 111
4.8.3 Quantifizierung der Risiken 112
4.8.4 Ergänzung des Risikokatalogs um Risikoquantifizierung 118
4.9 Evaluation von Produktentwicklungsrisiken 118
4.9.1 Abgleich der Risiken mit Schwellwerten und Risikoappetit 118
4.9.2 Risiken in Rangreihenfolge bringen 118
4.9.3 Auswahl der Risiken für Gegenmaßnahmen bzw. weitere Analyse 119
4.9.4 Ergänzung des Risikokatalogs um Auswahlentscheidung 119
4.10 Behandeln von Risiken 119
4.10.1 Analyse der Handlungsfelder: Akzeptieren, Überwachen, Informieren, Absorbieren oder Minimieren? 119
4.10.2 Identifikation möglicher Gegenmaßnahmen 121
4.10.3 Analyse der Wirksamkeit und des Kosten-/Nutzen-Verhältnisses der Gegenmaßnahmen 121
4.10.4 Dokumentation im Maßnahmenplan 122
4.11 Überwachung und Überprüfung der Risiken und des Risikomanagementsystems 122
4.11.1 Überwachung der Risikosituation 123
4.11.2 Überwachung der Ausführung der Gegenmaßnahmen 123
4.11.3 Überwachung der Ausführung des Risikomanagementprozesses 124
4.11.4 Überprüfung und Überarbeitung des Risikomanagementprozesses 124
4.12 Risikomanagement in der Produktentwicklung: Portfolioebene 124
4.12.1 Risiko-Nutzen-Verhältnis in Entwicklungsportfolios 124
4.12.2 Risikomanagementansätze auf Portfolioebene 128
4.13 Wertorientiertes Risikomanagement – Lean-Risk-Management 130
4.14 Literatur 132
5 Produktarchitektur 134
5.1 Produktarchitektur – Einordnung und Grundlagen 134
5.2 Dokumentationsphilosophie im Unternehmen 138
5.3 Architekturprozess 138
5.3.1 Allgemeine Ansätze 139
5.3.2 Typische Architektur in der industriellen Praxis 139
5.3.3 PAEP – Produktarchitektur-Entwicklungsprozess 139
5.3.4 Änderungsprozess innerhalb des Architekturprozesses 140
5.3.5 Rolle des Produktarchitekten 141
5.4 Architektur = Entscheidungen 141
5.4.1 Systematische Entscheidungsfindung – Entscheidungslandkarte 141
5.4.2 Einzelne Entscheidungen treffen 142
5.5 Literatur 144
6 Gleichteile-, Modul- und Plattformstrategie 146
6.1 Einleitung 146
6.2 Grundlagen 149
6.2.1 Zusammenhänge von Vielfalt, Komplexität und Kostenwirkung 149
6.2.1.1 Variante und Version 149
6.2.1.2 Auslöser von Produktvielfalt 150
6.2.1.3 Auswirkungen der Produktvielfalt 150
6.2.1.4 Resultierende Komplexität 151
6.2.1.5 Kostenwirkung der Produktvarianz-induzierten Komplexität 152
6.2.2 Definitionen, Potenziale und Grenzen modularer Produktstrukturen 156
6.2.2.1 Produktprogramm, Produktfamilie und Produktstruktur 156
6.2.2.2 Komponenten, Module und Modularisierung 157
6.2.2.3 Potenziale modularer Produktstrukturen 158
6.2.3 Variantengerechtheit 161
6.3 Verschiedene Produktstrukturstrategien 163
6.3.1 Mehrfachverwendung von Komponenten/Gleichteilestrategie 163
6.3.2 Modulstrategie 165
6.3.3 Plattformstrategie 167
6.3.4 Zusammenfassung und Beispiel 170
6.3.5 Prozessstrategien 172
6.4 Entscheidungsparameter in der Umsetzung 173
6.4.1 Teilbereich der Produktstruktur 174
6.4.2 Ebenen der Produktstruktur 174
6.4.3 Teilbereich des Produktprogramms 175
6.4.4 Zeitliche Planung 176
6.4.5 Kommunalität 176
6.4.6 Einordnung und Abgrenzung der Strategien Modulbaukasten, Plattform und Gleichteile 177
6.5 Methoden für die Produktstrukturierung 177
6.5.1 Methoden zur Planung der Produktstrukturstrategie 179
6.5.2 Methoden zur Umsetzung einer Produktstrukturstrategie 180
6.6 Integrierter Ansatz zur Reduzierung der internen Varianz 180
6.7 Literatur 183
TEIL II: Übergeordnete Aspekte 186
1 Systems Engineering 188
1.1 Was ist Systems Engineering? 188
1.1.1 Ursprünge des Systems Engineering 190
1.1.2 Bedarf und industrielle Entwicklung 192
1.1.3 Modellbasierte Entwicklung 194
1.1.4 Die Hierarchie innerhalb von Systemen 195
1.1.5 Systems-of-Systems 196
1.1.6 Einsatz von Systems Engineering 198
1.1.7 Nutzen des Systems Engineering 200
1.1.8 Anpassungsprozess 201
1.1.8.1 Anpassung von Normen 201
1.1.8.2 Anpassung für Projekte 203
1.2 Lebensdauerphasen eines Systems 203
1.2.1 Entscheidungspunkte 204
1.2.2 Lebenszyklusphasen 205
1.3 Lebensdaueransätze 210
1.3.1 Konzeptgesteuerte Methoden 210
1.3.2 Inkrementelle und iterative Entwicklung 211
1.3.3 Lean Systems Engineering 212
1.3.4 Agile Entwicklung 212
1.4 Organisation 213
1.5 SE-Kernelemente des Projektes 214
1.5.1 Anforderungsmanagement, Verifikation und Validierung 215
1.5.2 Architekturentwicklung 217
1.5.3 Funktionale Gestaltung 217
1.6 Literatur 219
2 Zuverlässigkeit und Sicherheit 220
2.1 Begriffsdefinitionen 220
2.1.1 Zuverlässigkeit 220
2.1.2 Sicherheit 221
2.1.3 Verfügbarkeit und Instandhaltbarkeit 221
2.1.4 Bedrohung, Gefährdung, Risiko 221
2.1.5 Abgrenzung Zuverlässigkeit und Sicherheit 223
2.2 Bedeutung in der Produktentwicklung 224
2.2.1 Kundensicht 224
2.2.2 Wirtschaftliche Aspekte 225
2.2.3 Rechtliche Aspekte 227
2.2.4 Risikobasierter Ansatz 227
2.2.4.1 Akzeptiertes Grenzrisiko und Restrisiko 228
2.2.4.2 Das ALARP-Verfahren 228
2.3 Einflussfaktoren in der Produktentwicklung 229
2.3.1 Einflüsse auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit 229
2.3.2 Einflüsse auf die Verfügbarkeit 229
2.4 Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie 230
2.4.1 Statistische Beschreibung und Darstellung des Ausfallverhaltens von Bauteilen 230
2.4.2 Verteilungsfunktionen zur Beschreibung des Ausfallverhaltens 233
2.4.3 Betriebsdatenanalyse und Lebensdauerprüfungen 233
2.4.4 Ausfallratenmodelle und generische Daten 234
2.5 Prinzipien der Sicherheitstechnik 235
2.5.1 Maßnahmen gegen stochastische Gefahren 235
2.5.1.1 Das Safe-Life-Prinzip 235
2.5.1.2 Das Fail-Safe-Prinzip 236
2.5.1.3 Das Prinzip der Redundanz 236
2.5.2 Maßnahmen gegen deterministische Gefahren 236
2.5.2.1 Unmittelbare Sicherheitstechnik 236
2.5.2.2 Mittelbare Sicherheitstechnik 237
2.5.2.3 Hinweisende Sicherheitstechnik 237
2.6 Zuverlässigkeit und Sicherheit von Systemen 237
2.6.1 Serienstrukturen 237
2.6.2 Parallele und redundante Strukturen 238
2.7 Methoden der Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalyse für Systeme 238
2.7.1 FMEA – Failure Mode and Effects Analysis 238
2.7.2 FTA – Fehlerbaumanalyse 239
2.7.3 ZBD – Zuverlässigkeitsblockdiagramm 239
2.7.4 Markov-Modell und Zustandsgraph 239
2.7.5 Petrinetze 240
2.8 Lebenslaufkosten 240
2.9 Zuverlässigkeitssicherungsprogramm 242
2.9.1 Produktdefinition 244
2.9.2 Produktgestaltung 244
2.9.3 Produktion und Nutzung 246
2.9.4 Allgemeine zuverlässigkeitsrelevante Aktivitäten 247
2.9.5 Zusammenfassung 248
2.10 Literatur 248
3 Daten- und Informationsmanagement PDM/PLM 250
3.1 Einleitung 250
3.2 PDM-Systeme 251
3.2.1 Historische Entwicklung der PDM-Systeme 251
3.2.2 Die Rolle von PDM-Systemen im Produktentstehungsprozess 253
3.2.3 Funktionsweise und Architektur von PDM-Systemen 255
3.3 Datenorientierte Funktionen 257
3.3.1 Teile- und Dokumentenmanagement 257
3.3.2 Struktur- und Beziehungsmanagement 262
3.3.3 Querschnittsfunktionen 267
3.4 Prozessorientierte Funktionen 271
3.5 Interoperabilität, Datenmodelle und Datenaustauschstandards 276
3.6 Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen 278
3.7 Literatur 280
4 Wissensmanagement 282
4.1 Grundlagen des Wissensmanagements 282
4.1.1 Terminologische Abgrenzung des Wissensbegriffs 283
4.1.1.1 Zeichen-Daten-Informationen-Wissen 283
4.1.1.2 Unterscheidung von implizitem und explizitem Wissen 284
4.1.2 Wissensschaffung im Unternehmen 284
4.1.2.1 SECI-Modell 284
4.1.2.2 Spirale der Wissensschaffung 285
4.1.3 Strukturparameter des Wissens 286
4.2 Wissensmanagement in der Produktentwicklung 287
4.2.1 Wissensmanagement als Managementmethode 288
4.2.1.1 Chronologische Entwicklung des Wissensmanagements 288
4.2.2 Kernaktivitäten des Wissensmanagements 290
4.2.2.1 Wissensidentifikation 290
4.2.2.2 Wissensbewahrung 291
4.2.2.3 Wissensnutzung 292
4.2.2.4 Wissens(ver)teilung 292
4.2.2.5 Wissensentwicklung 293
4.2.2.6 Wissenserwerb 293
4.2.3 Methodenmatrix 294
4.2.4 Wissensmanagementlösungen für die Praxis 296
4.2.4.1 Wissensmanagementlösungen zur Wissensidentifikation 296
4.2.4.2 Wissensmanagementlösungen für Wissensbewahrung 298
4.2.4.3 Wissensmanagementlösungen für Wissensnutzung 300
4.2.4.4 Wissensmanagementlösungen für Wissens(ver)teilung 303
4.2.4.5 Wissensmanagementlösungen für Wissensentwicklung 305
4.2.4.6 Wissensmanagementlösungen für Wissenserwerb 307
4.3 Zusammenfassung und Ausblick 308
4.4 Literatur 309
5 Gewerblicher Rechtsschutz und Know-how-Schutz 310
5.1 Patente 312
5.1.1 Ist die gemachte Erfindung patentierbar? – Voraussetzungen für die Erteilung eines Patents 312
5.1.2 Wo kann die Erfindung angemeldet werden? – Die nationale, europäische und internationale Patentanmeldung 318
5.1.3 Wie sieht ein Patent aus? – Formale Erfordernisse an den Aufbau einer Patentanmeldung 320
5.1.3.1 Titelblatt 320
5.1.3.2 Beschreibung 322
5.1.3.3 Patentansprüche 323
5.1.4 Die Einreichung – Und was passiert danach?– Das Einreichungs- und Prüfungsverfahren, die Einspruchsmöglichkeiten, die Erteilung eines Patents 326
5.1.5 Was kann man bei störenden Fremdpatenten machen? – Die Lizenzrechte, die Patentrecherche 329
5.2 Gebrauchsmuster 330
5.3 Eingetragenes Design 332
5.4 Gewerbliche Kennzeichen 334
5.4.1 Marken 334
5.4.2 Unternehmensbezeichnungen 337
5.4.3 Geografische Herkunftsangaben 338
5.4.4 Markenrechtsverletzungen 338
5.5 Weitere Schutzrechte 338
5.5.1 Urheberrecht 338
5.5.2 Topografie 340
5.5.3 Software 340
5.5.4 Wettbewerbsrechtlicher Schutz 341
5.6 Patentrecherche 341
5.7 Know-how-Schutz 343
5.7.1 Notwendigkeit des ganzheitlichen und präventiven Know-how-Schutzes 343
5.7.2 Mögliche Anwendungskontexte der Methode 345
5.7.2.1 Anwendungskontext Produktpiraterierisiko 345
5.7.2.2 Anwendungskontext Open Innovation Projekt 346
5.7.3 Methodisches Vorgehen zur Gewährleistung des Know-how-Schutzes 346
5.7.3.1 Methode zur Identifizierung, Modellierung und Gestaltung von Informations- und Wissensschnittstellen (IWS-Analyse) 347
5.7.4 Knowledge Firewall Designer 351
5.7.5 Fazit 351
5.8 Literatur 352
6 Recht und Compliance 354
6.1 Einleitung 354
6.2 Vertragliche Grundlagen bei Entwicklungsvorhaben 354
6.2.1 Abgrenzung von Verträgen zu vorvertraglichen Absprachen 355
6.2.1.1 Grundsätze zu Dienst- und Werkvertrag 355
6.2.1.2 Werkvertrag 356
6.2.1.3 Dienstvertrag 356
6.2.2 Der Produkt-Entwicklungsvertrag 356
6.2.2.1 Der Entwicklungsgegenstand 357
6.2.2.2 Änderungswünsche des Bestellers 358
6.2.2.3 Zeitplan und Meilensteine 359
6.2.2.4 Vergütung 360
6.2.2.5 Abnahme 361
6.2.2.6 Umgang mit Schutzrechten 361
6.2.2.7 Umfang der Haftung 361
6.2.2.8 Vertraulichkeit 362
6.2.2.9 Laufzeit und Beendigung 363
6.2.2.10 AGB und Einbeziehung öffentlich-rechtlicher Sonderbedingungen 363
6.2.2.11 Qualitätssicherung 364
6.2.2.12 Verzug und Schlechtleistungen 364
6.3 Verantwortlichkeiten und Haftung 365
6.3.1 Geschäftsleiter und Angestellte 365
6.3.2 Verschulden 366
6.3.2.1 Verkehrssicherungspflicht 366
6.3.2.2 Wissenschaft und Technik 367
6.3.3 Produkthaftung 367
6.3.3.1 Produkthaftungsgesetz 367
6.3.3.2 Deliktische Produkthaftung 368
6.4 Joint Ventures und Kooperationen 368
6.4.1 Gesellschaftsrechtliche Rahmenbedingungen 368
6.4.2 Contractual und Equity Joint Venture 368
6.5 Kartellrechtliche Hinweise 370
6.6 Sondervorschriften und Normen bei Entwicklungsprojekten 371
6.6.1 Besonderheiten bei der Entwicklung für den öffentlichen Auftraggeber 372
6.6.2 Zertifizierungen und Verwendung von CE-Kennzeichnung 372
6.7 Beendigungsmöglichkeiten 372
6.7.1 Beendigung durch Zeitablauf/Befristung 372
6.7.2 Kündigung 373
6.7.3 Rücktritt von dem Vertrag 374
6.7.4 Störung der Geschäftsgrundlage 374
6.7.5 Beendigung einer gemeinsamen Entwicklung 375
6.8 Rechtsstreitigkeiten und deren Einleitung 375
6.8.1 Staatliche Gerichte und deren Zuständigkeit 375
6.8.2 Schiedsverfahren und sonstige alternative Streitbeilegung 375
6.8.3 Hinweise zur Mandatierung von Rechtsberatern 376
6.9 Compliance 377
6.9.1 Grundlagen und zentrale Felder von rechtlicher Compliance 378
6.9.2 Aufsichtspflichtverletzung – zivilrechtliche Folgen und Straftatbestände 379
6.9.3 Compliance-Organisation und Compliance-Management 379
6.9.4 Compliance bei Auslandsgeschäften 380
6.9.5 Compliance-Hinweise für Leiter von Entwicklungsabteilungen und Entwicklungsprojekten 381
6.10 Literatur 382
7 Entwicklungscontrolling – Ausgestaltung in einem ganzheitlichen Innovationscontrolling-Ansatz 384
7.1 Grundlagen für das -Innovations- und -Entwicklungscontrolling 384
7.1.1 Notwendigkeit eines ganzheitlichen Innovationscontrollings 384
7.1.2 Strukturierung des Innovationsmanagements und -controllings 385
7.1.3 Abgrenzung zwischen Innovations- und Entwicklungscontrolling 388
7.2 Inhalte und Aufgaben des Innovations- und Entwicklungscontrollings 388
7.2.1 Service für das Management 388
7.2.2 Strategische Entscheidungsaufgaben 389
7.2.3 Strategische Durchsetzungsaufgaben 390
7.2.4 Operative Entscheidungsaufgaben 390
7.2.5 Operative Durchsetzungsaufgaben 391
7.3 Instrumentale Ausgestaltung des Innovations- und Entwicklungscontrollings 391
7.3.1 Studie „Instrumente des Innovationsmanagements und -controllings“ 392
7.3.2 Instrumente des Innovationssystemcontrollings 393
7.3.2.1 Kennzahlen 393
7.3.2.2 Anreizsysteme 397
7.3.2.3 Strategische Frühaufklärung 399
7.3.2.4 Patentanalyse 401
7.3.2.5 Benchmarking 403
7.3.3 Instrumente des Innovationsportfoliocontrolling 404
7.3.3.1 Markt-Portfolio-Analyse 404
7.3.3.2 Technologie-Portfolio-Analyse 405
7.3.3.3 Innovationsprojektinterdependenz- bewertung 406
7.3.4 Instrumente des Innovationsprojektcontrolling 410
7.3.4.1 Projektkostenrechnung 410
7.3.4.2 Meilensteinplanung 410
7.3.4.3 Kapazitäts- und Ressourcenplanung 412
7.3.4.4 Projektfortschrittskontrolle: Kostentrend- und Meilensteintrendanalyse 413
7.3.4.5 Abweichungsanalysen 415
7.3.4.6 Investitionsrechnung 417
7.3.4.7 Innovationsergebnisrechnung 420
7.3.4.8 Lebenszykluskostenrechnung und Total Costs of Ownership 422
7.3.4.9 Nutzwertanalyse 423
7.3.4.10 Target Costing 428
7.4 Wirkung des Innovations- und Entwicklungscontrollings prüfen und kommunizieren 430
7.5 Fazit 431
7.6 Literatur 431
TEIL III: Prozesse der Produktentwicklung 434
1 Entwicklungsprozesse 436
1.1 Einleitung 436
1.1.1 Aktivitäten und Ziele der Produktentwicklung 436
1.1.2 Produktentwicklung als Teil des Produktentstehungsprozesses 437
1.1.3 Begleit- und Querschnittsprozesse 438
1.1.4 Ansätze für die Ablauforganisation 439
1.2 Prozessmodellierung in der Produktentwicklung 439
1.2.1 Phasen, Aktivitäten und Strategien 441
1.2.2 Prozessmodellierungsansätze 441
1.2.3 Klassifizierung von Prozessmodellen 441
1.2.4 Koexistenz verschiedener Sichten auf den Prozess 442
1.3 Methodisches Vorgehen in der Produktentwicklung 443
1.3.1 Nutzen methodischen Vorgehens in der Produktentwicklung 443
1.3.2 Grundlagen methodischen Vorgehens in der Produktentwicklung 444
1.3.2.1 Produktentwicklung als Problemlöseprozess 444
1.3.2.2 Produktentwicklung als Co-Evolution von Problem und Lösung 444
1.3.2.3 Produktentwicklung als iterativer Prozess 445
1.3.2.4 Vorgehensstrategien der methodischen Produktentwicklung 445
1.3.3 Phasen und Aktivitäten in der Produktentwicklung 447
1.3.3.1 Gemeinsamkeiten disziplinspezifischer Prozessmodelle 447
1.3.3.2 Unterschiede und Besonderheiten disziplinspezifischer Prozessmodelle 448
1.3.3.3 Aktivitäten und Phasen der Produktentwicklung 448
1.4 Prozessanpassung im Unternehmen 449
1.4.1 Kontext der Produktentwicklung 450
1.4.2 Anpassung des allgemeinen Vorgehensmodells an den Entwicklungskontext 451
1.4.3 Prozessanpassung in der Praxis 454
1.5 Zusammenfassung 455
1.6 Literatur 456
2 Requirements Engineering 460
2.1 Motivation 460
2.2 Grundlagen 461
2.3 Methoden und Hilfsmittel im RE 466
2.3.1 Aufgabenklärung 466
2.3.1.1 Anforderungen erheben 466
2.3.1.2 Anforderungen analysieren 471
2.3.1.3 Anforderungen dokumentieren 476
2.3.2 Anforderungsmanagement 479
2.4 Anwendungsbeispiel 481
2.4.1 Einführung zum RE-Start-Workshop 482
2.4.2 Workshop-Durchführung 483
2.5 Literatur 487
3 Verteilte Produktentwicklung 490
3.1 Was bedeutet Verteilte Produktentwicklung (VPE)? 491
3.2 Kooperation als Rahmen für die interorganisationale VPE 492
3.2.1 Ziele der VPE 493
3.2.2 Arten von Entwicklungskooperationen 494
3.3 Grundlagen der Gestaltung der Verteilten Produktentwicklung 495
3.3.1 Gemeinsame Bewältigung einer Entwicklungsaufgabe als Ziel 495
3.3.2 Interaktion und Integration der Entwicklungspartner 497
3.3.3 Gestaltungsdimensionen 501
3.4 Zentrale Fragestellungen 503
3.4.1 Welche sind die gemeinsamen Ziele? 503
3.4.2 Welche Interaktionsintensität ist erforderlich? 504
3.4.3 Wie unterschiedlich sind die Entwicklungspartner? 505
3.4.4 Wie lassen sich die Entwicklungspartner situationsadäquat integrieren? 507
3.5 Fazit 515
3.6 Literatur 516
4 Innovationsmanagement 518
4.1 Einleitung 518
4.2 Zentrale Begriffe 518
4.3 Einbettung im Unternehmen 519
4.4 Innovationsmanagement im Unternehmen 520
4.4.1 Innovationen ermöglichen – Innovationsfähigkeit 520
4.4.1.1 Innovationen ermöglichen – Können 520
4.4.1.2 Innovationen ermöglichen – Wollen 522
4.4.1.3 Innovationen ermöglichen – Dürfen 522
4.4.1.4 Unterstützung der Innovationsfähigkeit 522
4.4.2 Innovationen schaffen 523
4.4.2.1 Verschiedene Vorgehensmodelle für verschiedene Einsatzzwecke 523
4.4.2.2 Entwicklungsziel identifizieren und planen 528
4.4.2.3 Generierung von Lösungsalternativen 531
4.4.2.4 Herbeiführen und Umsetzen von Entscheidungen 532
4.4.2.5 Zielerreichung absichern 533
4.4.2.6 U-Boot-Projekte und interne Start-Ups 534
4.4.3 Innovationserfolge beurteilen 535
4.5 Öffnungsstrategien 536
4.5.1 Formen von Open Innovation 537
4.5.2 Öffnung des Innovationsprozesses 538
4.5.3 Open Innovation – Kooperationspartner 539
4.5.4 Kooperationsformen 540
4.5.5 Chancen und Risiken der Open Innovation 540
4.5.6 Planung von Open Innovation-Projekten 541
4.5.7 Open Innovation – Praxisbeispiele 542
4.5.8 Fazit zu Open Innovation 544
4.6 Innovationen und zukünftige Herausforderungen 544
4.7 Literatur 545
5 Änderungsmanagement 548
5.1 Grundlagen technischer Änderungen 548
5.1.1 Begriffsverständnis 548
5.1.2 Entstehung 550
5.1.3 Auswirkungen 553
5.1.4 Einfluss- und Gestaltungsfaktoren 556
5.2 Änderungsmanagement in der Produktentwicklung 559
5.2.1 Begriffsverständnis 559
5.2.2 Aufgaben des Änderungsmanagements 559
5.2.3 Änderungsprozesse 561
5.2.4 Organisationsformen 562
5.2.5 Toolunterstützung 564
5.2.6 Strategien und Maßnahmen 567
5.2.7 Zusammenhang mit Projekt- und Konfigurationsmanagement 570
5.3 Zusammenfassung 572
5.4 Literatur 573
6 Verifikation und Validierung im Produktentstehungsprozess 576
6.1 Verständnis von Verifikation und Validierung 576
6.2 Bedeutung in der Produktentwicklung 578
6.3 Kontinuierliche Validierung im Produktentstehungsprozess 582
6.3.1 Etablierte Validierungsmethoden 582
6.3.2 Validierung als Problemlösungsprozess 585
6.3.2.1 Validierungsaktivitäten und deren Schnittstellen 585
6.3.2.2 Validierungsaktivitäten – Bedarfe und Priorisierung 586
6.3.2.3 Testdefinition 589
6.4 Ansätze zur effizienten Validierung 591
6.5 Ansätze zur effektiven Validierung 593
6.6 Anwendungsbeispiele 598
6.6.1 NVH-elektrifizierte Antriebe 598
6.6.2 Fahrerlebnis und Verbrauch von Hybridantrieben 600
6.7 Fazit 602
6.8 Literatur 603
7 Lean Development 606
7.1 Herkunft und Philosophie 606
7.1.1 Effizienz in Entwicklung und Konstruktion 606
7.1.2 Die Erkennung der Lean-Grundsätze 607
7.1.3 Dimensionen und Prinzipien des Toyota Product Development System 609
7.1.4 Übertragbarkeit des TPDS auf die Produktentwicklung 616
7.2 Merkmale und 5 Grundprinzipien des Lean Development 617
7.2.1 Grundprinzip Kundenorientierung: Wertspezifikation aus Kundensicht 618
7.2.2 Grundprinzip Wertstrom: Identifikation des Wertstroms 620
7.2.3 Grundprinzip Flow: Unterbrechungsfreier Fluss des Wertes 622
7.2.4 Grundprinzip Pull: Anforderung durch den (internen) Kunden 624
7.2.5 Grundprinzip Perfektion: Vollständige Beseitigung von Verlusten 626
7.3 Denkweisen und Methoden des Lean Development 627
7.3.1 Verschwendungsanalyse 627
7.3.2 Frontloading 633
7.3.3 Wertstromanalyse 639
7.3.4 Kaizen und kontinuierlicher Verbesserungsprozess 645
7.3.5 5S in der Produktentwicklung 647
7.4 Mögliche Ansätze zur Einführung von Lean Development 650
7.5 Lean Development: Möglichkeiten, Potenziale und Wechselwirkungen mit bestehenden Prozessen 652
7.6 Literatur 654
TEIL IV: Systematik der Produktentwicklung 656
1 Methoden in der Produktentwicklung 658
1.1 Literatur 663
2 Produkte entwickeln mit QFD – Quality Function Deployment 664
2.1 Quality Function Deployment (QFD) – systematisches Qualitätsmanagement im Entwicklungsprozess 664
2.1.1 Herkunft von QFD 664
2.1.2 Was will QFD – was bewirkt QFD? 665
2.1.3 Voraussetzungen für QFD, Firmenkultur und Einstellungen 666
2.1.4 Anwendungsgebiete für QFD 667
2.2 Der QFD-Prozess 668
2.2.1 Das House of Quality (HoQ) 668
2.2.2 Übersicht zu den Phasen 0 bis IV 672
2.3 Phase 0: Informationsbeschaffung für QFD 673
2.3.1 Wie erfasst man die „Stimme des Kunden“? 673
2.3.2 Methoden der Informationsbeschaffung 676
2.3.3 Welche Zielgruppe soll erreicht werden? – Segmentierung durch Situationsfeld- bzw. Portfolioanalyse 678
2.3.4 Wie und wo erhält man interne Kundeninformationen? 679
2.3.5 Externe Informationsquellen – Wie kann die „Stimme des Kunden“ erfasst werden? 680
2.4 QFD-Phase I bis V: Praxisbeispiel Kugelschreiber, die 10 Schritte im 1. QFD-House 682
2.4.1 QFD-Phase I 682
2.4.2 QFD-Phase II: Teile-, Komponenten- bzw. Konstruktionsplanung 693
2.4.3 QFD-Phase III: Prozessplanung 694
2.4.4 Phase IV: Produktions- bzw. Verfahrensplanung 696
2.4.5 Phase V: Feedback-Phase nach Saatweber 696
2.5 Einführung und Anwendung von QFD im Unternehmen 698
2.5.1 Vorgehensweise bei der Einführung von QFD 699
2.5.2 Das QFD-Team, Teambildung 699
2.5.3 Anwender von QFD und deren Erfahrungen 700
2.5.4 Verkürzung der Entwicklungszeit 702
2.6 Das Zusammenwirken von QFD mit TRIZ und anderen Methoden 704
2.7 Literatur 706
3 Die Theorie des erfinderischen Problemlösens (TRIZ) 708
3.1 Idealität, das Ideale Technische System und das Ideale Endresultat (IER) 709
3.1.1 Idealität 709
3.1.2 Ideales Technisches System bzw. Ideale Maschine 710
3.1.3 Ideales Endresultat 710
3.2 Ursache-Wirkungs-Analyse 711
3.3 Neun-Felder-Denken 714
3.4 Die 40 Innovationsprinzipien 715
3.5 Widerspruchsdenken 717
3.5.1 Technischer Widerspruch und 40?Innovationsprinzipien 717
3.5.2 Physikalischer Widerspruch und Separationsprinzipien 719
3.6 Weiterführende Ansätze 721
3.6.1 Funktionsanalyse 721
3.6.2 Stoff-Feld-Analyse und die 76 Standardlösungen 722
3.6.3 Trends der Technikevolution 723
3.7 Zusammenfassung 723
3.8 Literatur 724
4 Funktionsmodellierung 726
Ab Kapitel 4.4: Lucia Becerril, Niklas Kattner, Sebastian Schweigert 726
4.1 Der Funktionsbegriff in der Technik 726
4.2 Funktionsarten 727
4.3 Die Funktionsstruktur 728
4.4 Methoden der Funktionsmodellierung 732
4.4.1 Zweck der Funktionsmodellierung 732
4.4.2 Zentrale Begriffe der Funktionsmodellierung 733
4.4.3 Einordnung in den Produktentwicklungsprozess 734
4.4.3.1 Funktionsmodellierung in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses 734
4.4.3.2 Funktionsmodelle bei der Systemanalyse und -optimierung 736
4.4.4 Erstellen von Funktionsmodellen 737
4.4.4.1 Arten von Funktionsmodellen 738
4.4.4.2 Betrachtungsweisen auf das System 739
4.4.5 Softwareunterstützung mittels SysML 741
4.4.6 Beispiel 744
4.5 Literatur 749
5 Systematisierung des Lösungsraums 750
5.1 Motivation 750
5.2 Grundlagen 751
5.3 Methoden zur Systematisierung des Lösungsraums 754
5.3.1 Lösungsraum strukturieren 755
5.3.2 Lösungsraum ergänzen 758
5.3.3 Gesamtkonzepte ermitteln 761
5.3.4 Lösungsvielfalt einschränken 763
5.4 Anwendungskonzepte 768
5.5 Anwendungsbeispiele 770
5.5.1 Scheibensicherung in einem Schleifgerät 770
5.5.2 Gesamtkonzept für ein Trenngerät 773
5.6 Zusammenfassung 776
5.7 Literatur 777
6 Kreativität in der Produktentwicklung 778
6.1 Kreativität in der Produktentwicklung 778
6.2 Einige Grundlagen zur Kreativität 779
6.3 Beobachtung, Wahrnehmung und Anstoß 782
6.4 Barrieren – Denkblockaden umgehen 785
6.5 Kreativitätsunterstützung durch Intuition 788
6.6 Kreativitätsunterstützung durch diskursiv geprägte Methoden 791
6.7 Realisierung, Umsetzung 792
6.8 Literatur 793
7 Methoden der Entscheidungsfindung 794
7.1 Einleitung 794
7.2 Grundlagen der Entscheidungsfindung 794
7.2.1 Spezifika der Entscheidungsfindung in der Entwicklung 795
7.2.2 Komplexität der Entscheidungsfindung 798
7.2.3 Unsicherheit bei der Entscheidungsfindung 799
7.2.4 Arten der Entscheidungsfindung 802
7.2.5 Ebenen der Entscheidungsfindung 804
7.2.6 Formen der Entscheidungsfindung 805
7.2.7 Kriterien für eine gute Entscheidung 807
7.3 Prozess der Entscheidungsfindung 807
7.3.1 Entscheidungsfindungsprozess 807
7.3.1.1 Klärung der Aufgabe und Problemformulierung 809
7.3.1.2 Klärung und Präzisierung der Zielsetzung(en) 810
7.3.1.3 Suche nach Alternativen/Lösungen 811
7.3.1.4 Bewertung der Alternativen/Lösungen 813
7.3.1.5 Auswahl und Realisierung einer Alternative/Lösung 817
7.3.2 Kompetenzmodell 818
7.3.2.1 Akteure 818
7.3.2.2 Kompetenz 818
7.3.3 SACADO-Methodik 819
7.3.3.1 Bedeutung der Auswahl von Akteuren 819
7.3.3.2 Ablauf der Auswahl von Akteuren 819
7.4 Bewertungsverfahren als Kernelemente des Entscheidungsprozesses 822
7.4.1 Überblick über Bewertungsverfahren 823
7.4.2 Einfache Bewertungsmethoden – Die Punktbewertung 825
7.4.3 Aufwändige Bewertungsmethoden – Die Nutzwertanalyse 826
7.4.4 Komplexe Bewertungsmethoden – der Analytische Hierarchieprozess 830
7.4.5 Komplexe Bewertungsmethoden – Überblick über die ELECTRE- und PROMETHEE-Methode 833
7.5 Abschließende Bemerkungen 835
7.6 Literatur 836
8 Absicherung der technischen Entwicklungsziele 840
8.1 Motivation 840
8.2 Grundlagen 841
8.2.1 Begriffe 841
8.2.2 Vorgehensweisen zur Zielabsicherung 842
8.2.3 Strategien zur Komplexitätsbeherrschung 843
8.2.4 Methoden zur Zielabsicherung 844
8.3 Präventive Zielabsicherung: FMEA 846
8.3.3 Fehler ermitteln 851
8.3.4 Risiken bewerten 854
8.3.5 Maßnahmen definieren 858
8.4 Reaktive Zielabsicherung: Ursache-Wirkungs-Analyse 859
8.5 Organisatorische Ansätze 862
8.6 Anwendungsbeispiel 864
8.6.1 Ausgangssituation und Entwicklungsziele 864
8.6.2 Applikations-FMEA 864
8.6.3 System-FMEA Teil 1: Fehleranalyse 865
8.6.4 System-FMEA Teil 2: Risikobewertung 868
8.6.5 Reaktive Zielabsicherung 869
8.7 Zusammenfassung 870
8.8 Literatur 870
9 Ergonomische Produktgestaltung 872
9.1 Bedeutung der Ergonomie in der Produktgestaltung 872
9.2 Das Regelkreisparadigma der Ergonomie 874
9.2.1 Ansatzgebiete ergonomischer Gestaltung 874
9.2.2 Das Belastungs-Beanspruchungs-Konzept der Ergonomie 877
9.2.3 Usability, Komfort und User Experience 878
9.3 Systemergonomische Gestaltung 879
9.3.1 Systemergonomische Maximen 880
9.3.1.1 Funktion 881
9.3.1.2 Rückmeldung 884
9.3.2 Mensch-Maschine-Interaktion 889
9.3.2.1 Anzeigen 890
9.3.2.2 Bedienelemente 894
9.4 Literatur 900
TEIL V: Technologie-, Methoden- und Kulturentwicklung 902
1 Von der Mechatronik zu Cyber-Physical-Systems 904
1.1 Mechatronik 904
1.2 Produkt-Service Systeme (PSS) 906
1.3 Kognitive Produkte 907
1.4 Internet der Dinge, Cyber-Physical Systems (CPS) 909
1.5 Literatur 910
2 Produktentwicklung mit neuen Materialien am Beispiel der Carbon Composites 912
2.1 Einleitung 912
2.2 Grundlagen der Faserverbundwerkstoffe 913
2.2.1 Wirkungsweise und Nutzung der Faserverstärkung 913
2.2.2 Funktionen und Eigenschaften des Matrixmaterials 915
2.2.3 Fertigungsverfahren und Faserhalbzeuge 917
2.3 Methodische Entwicklung und Konstruktion von FVK-Bauteilen 920
2.3.1 Entwicklungssituation moderner LCM-Bauteile 922
2.4 Konstruktion, Bauweisen und Anwendungen 924
2.4.1 Bauweisen und Anwendungen der Faserverbundtechnologie 926
2.5 Berechnung und Simulation 931
2.6 Produktentwicklung in der Praxis: Film-RTM 935
2.7 Literatur 938
3 Numerische Simulationsverfahren 940
3.1 Genereller Ablauf numerischer Simulationen 940
3.2 Finite-Elemente-Analyse 942
3.2.1 Lineare Festigkeitsanalyse 942
3.2.2 Nichtlineare Festigkeitsanalyse 954
3.2.3 Kontaktanalyse 961
3.2.4 Thermische Analyse 963
3.2.5 Eigenschwingung 966
3.2.6 Transiente Analysen 967
3.3 Mehrkörpersimulation 968
3.4 Computational Fluid Dynamics 969
3.5 Literatur 971
4 Virtuelles Engineering 974
4.1 Entwicklung und Kernbereiche 974
4.2 Ziele der Virtualisierung und Digitalisierung 975
4.3 Zugang zu digitalen Produktmodellen 975
4.4 Begriffe im virtuellen Engineering 976
4.5 Virtuelle Realität 976
4.5.1 Was ist virtuelle Realität? 976
4.5.2 Stereoskopische Displays 977
4.5.3 Direkte Interaktion 978
4.6 Erweiterte Realität 978
4.7 Mixed Reality 979
4.8 Simulation im virtuellen Engineering 980
4.9 Anwendungen 981
4.9.1 Übersicht 981
4.9.2 CAD-Review 981
4.9.3 Design-Review 982
4.9.4 Baubarkeitsuntersuchungen 983
4.9.5 Ergonomie-Untersuchungen 983
4.9.6 VR-Fahrsimulation 984
4.9.7 Visualisierung von Simulationsdaten 984
4.10 Integration und Prozesse 985
4.10.1 Integrationsaspekte 985
4.10.2 Abläufe im virtuellen Engineering 986
4.11 Literatur 987
5 Neue Produktionstechnologien am Beispiel der additiven Verfahren 988
5.1 Grundlagen der additiven Fertigung 988
5.1.1 Rapid Prototyping 989
5.1.2 Rapid Tooling 989
5.1.3 Direct Manufacturing (Rapid?Manufacturing) 990
5.1.4 Verfahrensprinzip 990
5.2 Beschreibung ausgewählter Verfahren 993
5.2.1 3D-Drucken (3DP) 994
5.2.2 Stereolithografie (SL) 995
5.2.3 Laser-Sintern (LS) 996
5.2.4 Laserstrahlschmelzen (LBM) 998
5.2.5 Extrusionsverfahren (FLM) 999
5.2.6 Alternative Verfahrensprinzipien 1000
5.3 Konstruktionsweisen für die additive Fertigung 1001
5.3.1 Potenziale und Einschränkungen additiver Fertigungsverfahren 1002
5.3.2 Vergleich der Kostenstruktur bei der Konstruktion für konventionelle und additive Fertigungsverfahren 1004
5.3.3 Leichtbau durch additive Fertigung 1007
5.3.4 Funktionsintegration durch additive Fertigung 1009
5.4 Zusammenfassung und aktuelle Entwicklungstendenzen 1011
5.5 Literatur 1012
6 Engineering Intelligence – Von der graphenbasierten Modellierung zur wissensbasierten Datenanalyse 1014
6.1 Graphenbasierte Modellierung in der Produktentwicklung 1015
6.1.1 Graphenbasierte Modellierung: Schwierigkeiten bei Modellerstellung und -analyse in der Praxis 1016
6.1.2 Wissensbasierte Datenanalyse in der Produktentwicklung: Überblick und Zielsetzung 1018
6.2 Engineering Intelligence – wissensbasierte Datenanalyse 1019
6.2.1 Graphenbasierte Modellierung 1019
6.2.1.1 Typisierte, attribuierte Graphen 1020
6.2.1.2 Standardisierte und domänenspezifische Modellierungssprachen 1022
6.2.2 Strukturen zur Datenverwaltung und deren Überführung in Graphen 1023
6.2.3 Wissensformalisierung mittels Graphtransformation 1026
6.2.4 Softwaretechnische Umsetzung von Metamodell und Graphtransformation 1028
6.3 Anwendungen von Engineering Intelligence 1031
6.3.1 Analyse komplexer Produktstrukturen 1031
6.3.1.1 Datenkonsolidierung 1032
6.3.1.2 Suche 1033
6.3.1.3 Mustergestützte Kennzahlberechnung 1035
6.3.2 Fallstudie: Beschwerdeanalyse zur Qualitätsverbesserung 1036
6.3.2.1 Ausgangssituation und Problemstellung 1036
6.3.2.2 Zielstellung der Analyse 1037
6.3.2.3 Vorgehen 1038
6.3.2.4 Diskussion der Fallstudie 1043
6.4 Diskussion und Ausblick 1045
6.5 Literatur 1046
7 Führung in der Produktentwicklung 1048
7.1 Einleitung 1048
7.2 Der erste Schritt: Personalauswahl und Teamzusammensetzung 1048
7.2.1 Wie wähle ich die besten Mitarbeiter aus? 1048
7.2.2 Wie setze ich ein effektives Team zusammen? 1049
7.3 Was macht gute Führung aus? 1051
7.4 Prinzipien guter Führung 1051
7.5 Welcher Führungsstil ist der richtige? 1053
7.6 Center-of-ExcellenceKulturen 1054
7.6.1 Fehlerkultur 1055
7.6.2 Innovations- und Adaptionskultur 1055
7.6.3 Kundenorientierungskultur 1056
7.6.4 Benchmark-Kultur 1056
7.7 Führung im Alltag: Konkrete Tools zur Umsetzung 1057
7.7.1 Selbst- und Teamreflexion 1057
7.7.2 Veränderbare und unveränderbare Welten 1057
7.7.3 Paul’scher Regelkreis 1057
7.7.4 Ursachenanalyse 1058
7.7.5 Das 2-6-2-Prinzip 1058
7.8 Literatur 1059
Index 1062