Bachelorarbeit. von. FRAYSSINET Dorian. Hochschule München Fakultät Feinwerk- und Mikrotechnik, Physikalische Technik

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1 Erstellung eines Konzepts zur Verminderung von Problemen beim Informationsaustausch in der Produktentwicklung nach Lean Engineering Prinzipien Bachelorarbeit von FRAYSSINET Dorian Hochschule München Fakultät Feinwerk- und Mikrotechnik, Physikalische Technik Studiengang Deutsch-Französischer Bachelor- / Masterstudiengang Produktion und Automatisierung (B.Eng. / M.Eng.) Referent: Prof. Dr.-Ing. A. Schlueter Korreferent: Prof. Dr.-Ing. S. Linner Betreuer: Dipl.-Ing. C.Tristl, EADS Cassidian Manching München 2012

2 Vorwort Die vorliegende Bachelorarbeit entstand im Zeitraum von September bis Dezember 2012 in der Firma EADS Cassidian in Manching. Das Thema dieser Arbeit befasst sich mit der Erstellung eines Konzeptes zur Verminderung von Problemen beim Informationsaustausch in der Produktentwicklung. Ich danke Herrn Dipl.-Ing. Deppe für die Möglichkeit, relevante Abteilungen zu besichtigen. Ich danke Herrn Nuscheler für die Möglichkeit, meine Bachelorarbeit in optimalen Bedingungen in seiner Abteilung bei CASSIDIAN zu verfassen. Mein ganz spezieller Dank gilt dabei Herrn Dipl.-Ing. Tristl, der mich als Betreuer bei der Verfassung meiner Bachelorarbeit und das Lernen der theoretischen Grundlagen unterstützt. Mein Dank gilt auch für Herrn Prof. Dr.-Ing. Schlueter und Herrn Prof. Dr. Linner für die wissenschaftliche Betreuung dieser Arbeit. Am 11. Dezember 2012 Dorian Frayssinet

3 Abkürzungen: EDV: Elektronische Datenverarbeitung IT: Informationstechnik = EDV LSE: Lean Systems Engineering M-/E-Eng.: Mechanical-/ Elektronical Engineering PD: Product Development d.h. Produktentwicklung S.E: Simultaneous Engineering (Concurrent Engineering wird als Teil des S.E gesehen) SE: Systems Engineering Waste: Waste wird für die Verschwendungen nach Lean Manufacturing benutzt.

4 Inhalt 1 EINLEITUNG Problemstellung Zielsetzung Vorstellung der Firma Vorgehen / Aufbau der Arbeit THEORETISCHE GRUNDLAGEN Flugzeugentwicklungsprozesse System Denken Systems Engineering als Entwicklungsvorgehen Geschichte Definition von Systems Engineering Einsatz des V-Modells im Produktentstehungsprozess Lean Engineering Geschichte Die fünf Lean Prinzipien: Kundenwert Identifizierung des Wertschöpfungsstroms Flussprinzip Pull-Prinzip Das Streben nach Perfektion Lean Systems Engineering Six Sigma Methode Geschichte DMAIC Simultaneous Engineering Definition Problemen/ Risiken DIE ROLLE DER INFORMATION IN DER PRODUKTENTWICKLUNG Definition Typ von Informationen Welche Probleme gibt es beim Informationsaustausch heute? WASTE IN DER PRODUKTENTWICKLUNG Grundlagen Zehn wastes... 34

5 Verzeichnisse Transport (Störung im Informationstransfer) Bestände Bewegung (Motion) Warten Überproduktion Overprocessing Fehler in Form von Rework Kommunikationsprobleme von Informationen Schlechte Informationsqualität Mangelnde EDV-Werkzeuge / -Systeme KONZEPT Anforderungen an das Konzept Lean Engineering Methode nach DMAIC Identifizierung des Problemkontexts und Ziele (Define) Methode für die Informationsbeschaffung (Measure) Qualitative oder Quantitative Methoden Fragebogen Interview Ursachen als Identifizierungskriterien der Wastetyps (Analyse) Statistische Auswertung (Analyse) Value method und lean enablers Parametern (Control) Gesamt Konzept ANWENDUNG DES KONZEPTS AUF EINE FALLSTUDIE Durchführung der Interview und Analyse der Ist-Situation Prototypische Anwendung des Konzepts an Hand des Waste "waiting" Parameter als Kontrollmittel der ermittelten Verbesserungsaktionen Interpretation der Ergebnisse ZUSAMMENFASSUNG LITERATURVERZEICHNIS ANHANG Zusammenfassung der Verschwendungen nach der Literatur (Bauch, 2004)... 64

6 9.2 Qualitative vs. quantitative Methode ( Miles und Huberman) Beziehung zwischen Fragen und wastetypen Fragebogen Statistische Auswertung Auswirkungen von Value Methoden auf wastetyp Analyse der Verbesserung nach Variation der Parametern Gesamt Konzept... 77

7 Wissenschaftliche Bachelorarbeit 7 Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Geschäftsbereich von EADS... 9 Abbildung 2: System Denken Abbildung 3: Flugzeug System nach Acquipedia (2008) Abbildung 4: Die vier Flugzeug Subsystems Abbildung 5: Anfang des Produktlebenszyklus eines Flugzeugs Abbildung 6: Verwendungsbereich des Systems Engineering nach Kossialkoff (2011) Abbildung 7: System und Engineering nach Kossialkoff (2011) Abbildung 8: Das V-Modell in Anlehnung an Partsch (1998) Abbildung 9: Das V-Modell in die Phasen des Produktlebenszyklus ( ISO/IEC 19760) Abbildung 10: Lean Produktion und Lean in der Produktentwicklung (Garza L., 1992) Abbildung 11: Zeitaufwand in der Produktentwicklung (Oehmen 2010) Abbildung 12: DMAIC (Paul Bayer, 2008) Abbildung 13: Simultaneous gegen Sequentiel (Ernst, 2003) Abbildung 14: Das magische Dreieck (Ernst, 2003) Abbildung 15: Informationsaustausch up-/ downstream (Thomson, 2010) Abbildung 16: Phasemodelle (Suss, 2010) Abbildung 17: Von Daten bis Information (Graebsch, 2005) Abbildung 18: Type von Informationen (Graebsch, 2005) Abbildung 19: Lean Manufacturing und Lean Engineering (Oppenheim, 2010) Abbildung 20: Zusammenfassung der wastes (Anhang 9.1) nach Bauch (2004) Abbildung 21: Konzeptdarstellung Abbildung 22: Qualitative vs. Quantitative Methoden nach Miles (1994) Abbildung 23: Geschlossene und offene Fragen ( Wacker, 1999) Abbildung 24: Von Ursachen nach Wastetyp (nach Bauch) Abbildung 25: Beziehungen zwischen Fragen und Wastetypen (Anhang 9.3) Abbildung 26: Statistische Auswertung (Anhang 9.5) Abbildung 27: Auswirkungen von Value Methoden auf wastetyp (Anhang 9.6) Abbildung 28: Value stream enablers INCOSE (2010) Abbildung 29: Simultaneous engineering enablers Laura A. Garza (1992) Abbildung 30: Parameter in der Produktentwicklungsprozess nach Chase (2000) Abbildung 31: Analyse der Verbesserung nach Variation der Parametern (Anhang 9.7).. 49 Abbildung 32: Gesamt Konzept (Anhang 9.8) in Anlehnung an Bauch (2004) Abbildung 33: Beziehung Frage zu Waste (erste Auswertung) Abbildung 34: Beziehung Frage zu Waste (zweite Auswertung) Abbildung 36: Parameter und Value Methode in Abhängigkeit der Wastetypen Abbildung 37: Verbesserungskonzept... 55

8 1 EINLEITUNG 1.1 Problemstellung Die aktuelle herrschende Konkurrenz zwingt Unternehmen, sich von den Anderen abzuheben. Nach dem magischen Dreieck sind Qualität, Kosten und Zeit, die drei wesentlichen Elemente aus der Sicht der Kunden. Termintreue spielt dabei eine Hauptrolle in der Kundenzufriedenheit. Wenn ein Unternehmen die Fähigkeit gewinnt, die Erwartungen der Kunden im gewünschten Zeitraum zu erfüllen, erlangt dieses einen großen Vorsprung. Die Dauer des Produktentwicklungsprozesses hat eine sehr große Wirkung auf die Termintreue. Aus diesem Grund hat sich seit mehreren Jahren die Methode von Simultaneous Engineering entwickelt. Sie besteht darin, die unterschiedlichen Entwicklungsabteilungen innerhalb eines Produktentwicklungsprozesses zu parallelisieren, um die Entwicklungszeiten zu verkürzen. Diese Methode hat allerdings Nachteile mit sich gebracht. Mit der Anwendung von Simultaneous Engineering, steigt die Anzahl der Schnittstellen und des interdisziplinarischen Kommunikationsbedarfes. Deshalb ist ein Informationsmanagementprozess nötig. Viele Informationen müssen zwischen den Disziplinen des Prozesses ausgetauscht werden. Auf der anderen Seite, verursacht dieser Probleme, wie z.b. Iterationen, die Zeit kosten und Risiken ins Leben rufen können. In der Luftfahrtentwicklung, haben die Entwicklungsphasen verhältnismäßig lange Produktlebenszyklen (30+ Jahren). Aus diesem Grund ist es wichtig, besonders in der Luftfahrtentwicklung, auf die Informationsaustauschproblematik zu achten. 1.2 Zielsetzung Die Prozessoptimierung ist eine bedeutende Herausforderung um den Erfolg eines Unternehmens zu garantieren. Für eine effiziente Entwicklung hat sich die Lean Philosophie von Toyota (Womack and Jones, 1996, p.15) nicht nur im Manufacturing, sondern auch in der Produktentwicklung durchgesetzt. Hierbei wird nicht mehr von Materialen, sondern auch von Informationen gesprochen. Obwohl es Unterschiede zwischen Lean Manufacturing und Lean Engineering gibt, haben beide Ansätze eine ähnliche Vorgehensweise und Ziele. Die wertschöpfenden Prozesse und Tätigkeiten werden identifiziert und als Value (Wert) benannt. Die Probleme hingegen werden als Waste (Verschwendung) identifiziert und sollten vermindert oder am besten beseitigt werden. Luftfahrzeugprodukte sind komplexe Systeme, die eine adäquate Struktur und Organisation in der Produktentwicklung brauchen. Aus diesem Grund hat sich das Vorgehen des Systems Engineering entwickelt. Diese Kombination zwischen Lean Engineering und Systems Engineering zum Lean System Engineering ist ein aktuelles Thema in der Wissenschaft und Praxis. Die Zielsetzung dieser Bachelorarbeit ist die Erstellung eines Konzeptes zur Verminderung der Probleme beim Informationsaustausch zwischen zwei parallel arbeitende Disziplinen: Systems Engineering (SE) und Mechanikal-/ Elektronikal Engineering (M-/ E-Eng.). Dieses Ziel kann wie folgt zusammengefasst werden: Analyse von Problemen beim Informationsaustausch zwischen SE und M-/ E-Eng. zum Zwecke einer Prozessverbesserung in der verteilten parallelen Entwicklung mit Bezug auf Lean Engineering Methoden im Rahmen von Informationsaustausch in komplexen Flugzeugentwicklungsprozessen.

9 Wissenschaftliche Bachelorarbeit Vorstellung der Firma Die European Aeronautic Defence and Space Company (EADS) ist Europas größter Luftund Raumfahrt- sowie zweitgrößter Rüstungskonzern. Mit einem Umsatz von 45,75 Milliarden Euro (Stand: 2010) ist EADS nach Boeing auch das zweitgrößte Luft- und Raumfahrtunternehmen der Welt. Cassidian ist ein weltweit führender Anbieter von globalen Sicherheitslösungen und -systemen und bietet Lead Systems-Integrationen sowie mehrwertorientierte Produkte und Dienstleistungen für Zivil- und Militärkunden auf der ganzen Welt. EADS ist in vier Geschäftsbereiche verteilt: Airbus, Eurocopter, Cassidian und Astrium. (Wikipedia-Q1) (Siehe Bild Abbildung 1) Abbildung 1: Geschäftsbereich von EADS Cassidian tritt für die Sicherheit auf der Welt ein, wie z.b. Sicherheit bei Großveranstaltungen, Informationssicherheit, Sicherheit kritischer Infrastrukturen und Naturgüter sowie Grenzsicherheit verstärkte das Unternehmen die Bemühungen zur Erhöhung seiner Präsenz auf außereuropäischen Märkten und arbeitete weiter an der Entwicklung von Produkten der nächsten Generation. Mittelfristig geht Cassidian davon aus, dass sich mehr als 50 % der gesamten Geschäftstätigkeit außerhalb der traditionellen Stammländer abspielen wird. Langfristig möchte das Unternehmen den Anteil der Sicherheitslösungen am Umsatz auf 50 % im Vergleich zu 22 % im Jahr 2010 steigern. (Homepage) In ihrer Ausrichtung zählt die Business Unit Cassidian Air Systems (früher: Military Air Systems, Geschäftsbereich Militärflugzeuge), die Anteile am Eurofighter- Programm ebenso dazu wie das Angebot von Verteidigungselektronik und Sicherheits- Kommunikationssystemen für zivile und militärische Anwendungsbereiche. Der Geschäftsbereich Dienstleistungen (Business Unit Services) bedient die Nachfrage nach ausgelagerten Dienstleistungsaufgaben für Militär- und Sicherheitsbereiche. Cassidian erwirtschaftete 2011 mit Mitarbeitern einen Umsatz von 5,803 Milliarden Euro (Ebit- Marge 5,7 %). (Quelle: Handelsblatt vom 31. Mai 2012) ( Wikipedia-Q1).

10 1.4 Vorgehen / Aufbau der Arbeit Für die Bearbeitung der vorliegenden Bachelorarbeit Verminderung von Problemen beim Informationsaustausch zwischen Systems Engineering und Mechanical-/ Elektronical Engineering. Disziplinen wurde als erstes ein theoretischer Rahmen gesetzt, gefolgt von einem praktischen Teil. Diese Bachelorarbeit ist insgesamt in sieben Hauptkapitel untergegliedert. Im ersten Kapitel soll an das Thema dieser wissenschaftlichen Arbeit herangeführt, die Problemstellung und die Zielsetzung aufgezeigt, die Firma vorgestellt sowie der Aufbau der Arbeit dargestellt werden. Im zweiten Kapitel folgen alle relevanten theoretischen Grundlagen, die für das Verständnis dieser Bachelorarbeit erforderlich sind. Themen wie Systems Engineering, Simultaneous Engineering, usw. werden detailliert erklärt. Das dritte Kapitel beinhaltet die Rolle der Information in der Produktentwicklung. Insgesamt gibt es strukturierte, halbstrukturierte und nicht strukturierte Informationen. Hier stellt sich die Frage, wie die Unterschiede zwischen diesen drei Punkten verstanden werden. Anschließend werden unterschiedliche Probleme in Beziehung mit der Information in der Produktentwicklung erläutert. Im vierten Kapitel wird geklärt, was unter dem Begriff waste in der Produktentwicklung verstanden werden kann. An dieser Stelle werden die Grundlagen von waste (Verschwendung) im Lean Engineering nahegelegt. Ferner wird auf die zehn waste im Rahmen von diesem Konzept eingegangen. Das fünfte Kapitel beinhaltet eine genauere Beschreibung des Konzeptes. Es werden hierfür, die wesentlichsten Schritte des Konzeptes zum Thema Probleme von Informationsaustausch und deren Verminderung beleuchtet. Im sechsten Kapitel folgt die Anwendung des Konzepts. Als erstes wird auf die methodische Vorgehensweise eingegangen. Im Rahmen der empirischen Untersuchung wurden Experten oder Konstrukteure interviewt. Ziel der Interviews war es, professionelle Meinungen zum Thema dieser Bachelorarbeit einzuholen. Diese Experteninterviews wurden ausgewertet und in Bezug auf die Theorie und die Praxis dieser wissenschaftlichen Arbeit dargestellt. Abschließend werden in diesem Kapitel die Verbesserungsschritte nach der statistischen Auswertung detailliert und eine Interpretation der Ergebnisse gegeben. Das siebte Kapitel bildet den inhaltlichen Abschluss dieser Bachelorarbeit. Zum Schluss folgt ein Quellen- und Anhangsverzeichnis.

11 Wissenschaftliche Bachelorarbeit 11 2 THEORETISCHE GRUNDLAGEN In diesem theoretischen Teil werden die wichtigen Grundlagen zum Verständnis des dargestellten Konzeptes vorgestellt. 2.1 Flugzeugentwicklungsprozesse System Denken Systeme sind dynamische Gesamtheiten. Sie bestehen aus Teilen, die miteinander verknüpft sind und aufeinander wirken (Roland Seidel, 2001) (siehe Bild 2). Ein System ermöglicht es, eine Antwort zu einem komplexen Problem zu finden. Dafür müssen zuerst die Bedürfnisse, Absichten und Ziele des Systems vom Kunden klar definiert werden, die dem Lieferant dem Anfangs-Punkt des Designprozesses geben. Dadurch, dass die Elemente verschiedene und komplizierte Beziehungen miteinander haben, ist die Begriffserklärung von System eingeschränkt. Ein simples Hausgerät, wie z.b. eine Waschmaschine, kann nicht als kompliziert genug betrachtet werden, um Systems Engineering anwenden zu können (Kossialkoff, 2011). Ein System ist viel mehr als eine Ansammlung von Hardware und Software und muss in Bezug auf solche Ressourcen wie Personal, Materialien, Möglichkeiten und Daten beschrieben werden (MIT Vorlesung, 2007). Eine wichtige Eigenschaft von Systemen besteht darin, dass sie in Subsystemen fast unbestimmt geteilt werden können. Abbildung 2: System Denken Diese Hierarchie von Systemen, in denen die Systeme auf höchster Ebene wichtig sind und einen Einfluss auf Systemen der niedrigeren Ebene haben, ist die Weise, auf die die meisten komplizierten Systeme analysiert werden. So sind z.b. die elementaren Bausteine für Flugzeugsysteme, die Bestandteile (Pumpen, Klappen, Sensoren, Effektoren, usw.). Die Entscheidung, wie weit man ein System in Subsysteme zerlegt, hängt von der Komplexheit des Systems und der Fähigkeit ab, die Funktionen und Schnittstellen als Gan-

12 zes anzusehen. Das oben beschriebene System-Konzept, kann in der Flugzeugssystemtechnik verwendet werden (siehe Abb. 3) (Ian Moir, 2004). Abbildung 3: Flugzeug System nach Acquipedia (2008) Unterschiedliche Flugzeugsysteme Ein Flugzeugsystem kann in vier unterschiedliche Subsystemen geteilt werden: Flugzeug Zelle / Struktur Fahrzeug System Avionik System Einsatz System Der Hauptstrukturaspekt des Flugzeuges: Rumpf Flügel Leitwerk Aerodynamik Die Systeme, die dem Flugzeug ermöglicht fortzusetzen, sicher überall in der Mission zu fliegen: Antrieb Flugsteuerungen Hydraulik Die Systeme, die dem Flugzeug ermöglicht, seine betriebliche Rolle zu erfüllen: Navigation Steuerungen & Anzeigen Kommunikationen Die Systeme, die dem Flugzeug ermöglicht, eine militärische Rolle zu erfüllen: Sensoren Missionscomputerwissen schaft Waffen Abbildung 4: Die vier Flugzeug Subsystems Flugzellen / Struktur Die mechanische Struktur eines Flugzeuges nennt sich das Airframe System. Airframe Systeme können als ein System angesehen werden, da es ein komplexer und integrierter Satz von Strukturbestandteilen ist, der die Masse von Systemen und Passagieren unterstützt und zudem Lasten überall in der Struktur erträgt (Ian Moir, 2004).

13 Wissenschaftliche Bachelorarbeit 13 Flugzeugsysteme Sie sind eine Mischung von Systemen mit verschiedenen Eigenschaften. Einige sind schnelllaufende und geschlossene Regelkreise, weitere sind Echtzeitdatenerfassungen und einige haben Prozesssteuerungsfunktionen wie das Kraftstoffsystem. Was sie gemeinsam haben ist, dass sie alle die Flugsicherheit betreffen. Denn wenn ein Fehler bei diesen Systemen auftritt, können das Flugzeug, die Mannschaft oder die Passagiere gefährdet werden (Ian Moir, 2004). Beispiel: Avionik-Systeme Kraftstoffsystem Antrieb-System Das Flugauftanken Mannschaft-Flucht Avionik-Systeme bezeichnen die Gesamtheit der elektrischen und elektronischen Geräte an Bord eines Fluggerätes, einschließlich der Fluginstrumente. Ausgenommen hiervon sind im Sprachgebrauch allerdings Elektronikanwendungen in den Kabinensystemen (Wikipedia-Q2). Mission-Systeme Automatisiertes Landesystem Wetterradar Cockpitstimmenrecorder Entfernungs-Messeausrüstung Militärische Flugzeuge brauchen eine Reihe von Sensoren und Rechner, um bestimmte Missionen verfolgen zu können (Ian Moir, 2004). Missions-Systeme sind hoch automatisierte Systeme, die dazu fähig sind eine schnelle Reaktionsantwort auf Drohungen aus der Luft oder vom Boden zu liefern (Thalesgroup). Beispiel: Angriff oder Kontrolle-Radar Waffensysteme Elektronischer Kriegssysteme

14 Entwicklungsphase, unseres Untersuchungsfokus Konzeptphase Definitionsphase Entwicklungsphase Abbildung 5: Anfang des Produktlebenszyklus eines Flugzeugs Es ist äußerst wichtig nah mit allen Interessensvertretern während dieser Phase zu arbeiten. Dadurch können große Veränderungen am Design verhindert werden. Wenn das Design feststeht, werden die Durchführbarkeit des Zusammenbaus und die funktionellen Aspekte des Systems, mit Hilfe eines Prototypen geprüft. Sobald das Design vereinbart ist, findet eine Überprüfungs- und Gültigkeitserklärungsprüfung statt, um zu bestätigen, dass dies den Spezifizierungen und Ziele des Flugzeuges entsprechen. Wenn ein Test scheitert oder Ziele nicht erfüllt werden, finden Wiederholungen statt. Diese können allerdings mehrere Subsysteme betreffen. Wiederholungen können Risiken schaffen und schließlich ein optimales Design gefährden. Der Überprüfungsprozess hat Beziehungen zu Qualitätsdisziplinen, um Daten zu sammeln, Zuverlässigkeit zu prüfen und Robustheit zu demonstrieren. Im Allgemeinen ist die Definitionsphase die primäre Phase. Diese verbindet die Interessen aller Entwicklungsgruppen und dessen Schnittstellen. Dem Kunden wird für gewöhnlich die ganze Information konsolidiert, die während der Konzeptphase gesammelt wurde (siehe Abb. 5), um seinen Anforderungen nachzukommen. Typische Vorgehensweisen sind: Entwicklung des Konzepts mit Hilfe einer festen Definition der Lösung Entwicklung der Systemarchitekturen und Anlagenkonfigurationen Quantitätsbestimmung von Schlüsselsystemleistungsmaßnahmen wie: - Masse - Volumen - Reihe / Ausdauer Gefahr identifizieren und Milderungspläne einführen Die Auswahl und Bestätigung der passenden Technologien Der output dieser Phase findet sich für gewöhnlich in Berichten von Durchführungsbarkeitsstudien, Leistungsschätzungen oder in betrieblichen Leistungsmodellen wieder. Wenn das Ergebnis der Konzeptphase erfolgreich ist und das Unternehmen eine Ent-

15 Wissenschaftliche Bachelorarbeit 15 scheidung getroffen hat, kommt sie zur nächsten Etappe, der Designphase. Diese übernimmt die Architektur und Schemen des entwickelten Produktes (Ian Moir, 2004) Systems Engineering als Entwicklungsvorgehen Geschichte Die Grundsätze von Systems Engineering werden seit dem Bau der Pyramiden und wahrscheinlich schon weitaus früher genutzt. Die Anerkennung von Systems Engineering als eine anwendbare Methode wird durch die Auswirkungen des zweiten Weltkrieges und besonders in den 1950er und 60er deutlich, als das Thema in mehreren Lehrbüchern auftaucht. Die zweite Weltkrieg bewirkte einen enormen Ansporn, die Technologie zu fördern um einen militärischen Vorteil zu gewinnen. Die Entwicklung des Kampfflugzeuges, des militärischen Radars und besonders der Atombombe verlangte eine Revolution in der Anwendung von Energien, Materialien und Information. Außerdem erforderte die komprimierte Entwicklungszeit während des Weltkrieges, ein hohes Niveau an Organisation und Leistungsfähigkeit. Diese wiederum verlangte ein hohes Maß an Technikmanagement, technischen Koordination und Programmplanung. Jedoch hat eine andere Entwicklung vielleicht eine größere Auswirkung auf den technologischen Fortschritt gehabt, diese der Halbleiterbauteile. Diese haben die Entwicklung des "Informationszeitalters" ermöglicht, indem Netze die Reichweite der Systeme weit über ihre vorherigen Grenzen übertrafen. Dieser Erfolg lies die Entwicklung des Digitalcomputers und der integrierten Softwaretechnologien zu, die zunehmend zum Ersatz der menschlichen Kontrolle von Systemen führte. Die damit verbundene Computerkontrolle vergrößert die Kompliziertheit von Systemen und ist daher ein wichtiges Thema im Systems Engineering. (Kossialkoff, 2011, S.5/6) Definition von Systems Engineering Folgende Definition wurde von der NASA zusammengefasst. SE ist "Eine zwischendisziplinarische zusammenarbeitende Annäherung, um ein Lebenszyklus Systemlösung zu entwickeln und nachzuprüfen, so dass die Kundenerwartungen befriedigt und öffentliche Annehmbarkeit entspricht" (Sextone. 1998). SE konzentriert sich darauf Kundenbedürfnisse zu definieren und verlangt Funktionalität früh im Entwicklungszyklus einzuplanen. Die daraus dokumentierten Vorgänge müssen mit der Designsynthese und der Systemgültigkeitserklärung anschließend verbunden werden. Während des SE wird der Prozess vielseitig abgedeckt und nimmt Operationen, Leistung, Test, Herstellung, Kosten, Ausbildung, Unterstützung und Verfügung wahr. SE integriert alle Disziplinen und Spezialisierungsgruppen, die gemeinsam einen strukturierten Entwicklungsprozess bilden (INCOSE, 2004).

16 SE ermöglicht das System von außen zu betrachten (Forschung der Wechselwirkungen des Systems auf andere und Umgebung) (Kossialkoff, 2011). Abbildung 6: Verwendungsbereich des Systems Engineering nach Kossialkoff (2011) Systems Engineering überbrückt die traditionellen Technikdisziplinen (siehe Abb. 6). Die Ungleichheit der Elemente in einem komplexen System verlangt, dass verschiedene Technikdisziplinen an ihrem Design und ihrer Entwicklung beteiligt werden. In einem System muss jedes Element mit den anderen Systemelementen in der richtigen Kombination physisch und funktionell fungieren. So können die verschiedenen Elemente nicht unabhängig voneinander konstruiert werden, um ein Arbeitssystem zu erzeugen (Kossialkoff, 2011). Eine kurze Zusammenfassung der System Philosophie und des SE-Vorgehens finden Sie in Abb. 7. Abbildung 7: System und Engineering nach Kossialkoff (2011)

17 Wissenschaftliche Bachelorarbeit Einsatz des V-Modells im Produktentstehungsprozess Das V-Modell ist ein Vorgehensmodell zur Durchführung und Planung von Projekten. Durch die Vorgabe konkreter, standardisierter Vorgehensweisen, zugehöriger Ergebnisse und verantwortlichen Rollen erhöht das V-Modell die Projekttransparenz, verbessert das Management von Projekten und erhöht nachhaltig die Erfolgswahrscheinlichkeit (Küfer, 2004). Daher ist dieses Modell für Systems Engineering anwendbar. Das V-Modell ist als Leitfaden zum Planen und Durchführen von Entwicklungsprojekten unter Berücksichtigung des gesamten Systemlebenszyklus konzipiert. Dabei definiert es die in einem Projekt zu erstellenden Ergebnisse und beschreibt die konkreten Vorgehensweisen, mit denen diese Ergebnisse erarbeitet werden. Darüber hinaus legt das V-Modell die Verantwortlichkeiten jedes Projektbeteiligten fest. Die standardisierten methodischen Vorgaben des V-Modells ermöglichen, auch komplexe und umfangreiche Projekte systematisch durchzuführen. Dadurch werden Projekte besser plan- und nachvollziehbar und erzielen zuverlässiger Ergebnisse von hoher Qualität, was sowohl für den Auftraggeber als auch für die Auftragnehmer von Vorteil ist. Die Vorgaben des V-Modells bilden daher eine wesentliche Grundlage für die Verträge zwischen Auftraggebern und Auftragnehmern. Das V-Modell dient somit als Vertragsgrundlage, Arbeitsanleitung und Kommunikationsbasis (Bundesrepublik Deutschland, 2004). Das Modell kann negative Auswirkungen, wie z.b. unnötige Produktvielfalt und Bürokratie, sowie unrealistische Rollendefinition für kleine Projekte haben (Naraku, 2012). Entwicklungsphase Integrationsphase Abbildung 8: Das V-Modell in Anlehnung an Partsch (1998) Die "V s" stehen für eine Folge von Schritten in einer Projektlebenszyklus- Entwicklung. Das Modell beschreibt die Tätigkeiten, die durchzuführen sind und die Ergebnisse, die während der Produktentwicklung erzeugt werden müssen. In der Entwicklungsphase werden die Voraussetzungen analysiert und das Pflichtenheft erstellt. In der Integrationsphase werden die Teile zusammengeführt und auf Gültigkeit überprüft. (Wikipedia) (Siehe Abb. 8). In jeder Phase des Produktlebenzyklus kann man ein V-Modell anwenden (zum Beispiel in der Entwicklungsphase (siehe Abb. 9).

18 Abbildung 9: Das V-Modell in die Phasen des Produktlebenszyklus ( ISO/IEC 19760) 2.2 Lean Engineering Geschichte Lean Manufacturing wurde zuerst von Toyota durchgeführt, daher der Name "Toyota Production System" (TPS). TPS war ein Methode, die sich bemühte Verschwendungen zu beseitigen um nur das zu erzeugen, was der Kunde will. Das Internationale Kraftfahrzeug-Programm (IMVP) rief das Konzept der Lean Production ins Leben, das eine radikale Veränderung für die Massenproduktion werden sollte (Womack und J., 1990). Lean Manufacturing hingegen überschreitet den physischen Fabrikraum. Vieles im Lean Manufacturing hängt von einem Informationsfluss zwischen dem Hersteller, dem Kunden und dem Lieferanten ab. Je sichtbarer dieser Informationsfluss ist, desto mehr produziert der Hersteller was der Kunde wirklich will (Womack und J., 1990). Allerdings bewegt sich die Lean-Philosophie außerhalb der Grenzen des Manufacturing (siehe Abb. 10). In der Vergangenheit hatten die Unternehmen mit der Einführung des Lean-Verfahrens nicht nur Erfolg in der Produktion sondern auch in Gebieten wie Prozesse und Anlieferung gefunden. Die Vorteile, dem Lean-Prinzip nachzukommen, wurden sofort anerkannt. Heute gibt es keine Bereiche einer Gesellschaft, in denen der Lean- Grundsatz in der Praxis nicht umgesetzt werden kann, da Lean keine sichtbaren Grenzen zeichnet. Lean-Unternehmen "geben [den] Wert für den Kunden an [...]. Dann identifizieren Sie alle Aktionen die erforderlich sind, um das Produkt vom Konzept bis zum Start zu bringen. Anschließend entfernen Sie beliebige Aktionen, die keinen Wert schaffen. Schließlich analysiert das Unternehmen die Ergebnisse und erneuert immer wieder den Auswertungsprozess" (Womack und J., 1996). Diese Definition verbindet grundsätzlich die fünf Lean-Prinzipien und ist für alle Unternehmen während ihrer Wertstromanalyse gültig. Die Lean Aerospace Initiative (LAI) an MIT (Massachusetts Institute of Technology) hat sich auf das Gutachten von Womack und Jones, namens "Lean Thinking" gestützt. Sie wiederdefiniert wie ein Lean-Unternehmen aufgebaut ist: "Ein Lean-Unternehmen ist eine Einheit, die effizient Wert für ihre vielfachen Interessenvertreter schafft, durch die Implementierung von Lean-Prinzipien und Methoden" (Murman, 2002). Diese Interessenvertreter müssen alle zusammenarbeiten, um Informationen, Teile und Erfahrungen miteinander auszutauschen. Der Begriff Wert in der Produktentwicklung ist nach Womack

19 Wissenschaftliche Bachelorarbeit 19 und J. (1996) so definiert: A capability provided to a customer at the right time at an appropriate price, as defined in each case by the customer. Abbildung 10: Lean Produktion und Lean in der Produktentwicklung (Garza L., 1992) Die fünf Lean Prinzipien: Kundenwert Die genaue Identifikation des Wertes aus Kundensicht ist der erste wichtige Schritt. Der erste Schritt in der Lean-Philosophie beginnt mit einer gründlichen Analyse und einem ausführlichen Gespräch mit dem Kunden. Das Analysieren des Wertes in der Produktentwicklung stellt die Nachforschung nach den Erwartungen des Programms und den technische Herausforderungen dar. Entscheidungen können nicht getroffen werden, ohne mit den Beteiligten, die das Ergebnis liefern werden, verbunden zu sein. Wenn die Erwartungen unrealistisch sind oder von Interessenvertretern nicht geschätzt werden, müssen sie besprochen und früh im Prozess verhandelt werden (Womack und J., 1996). Shillito und DeMarle bringen auch eine quantitative Annäherung an die Beschreibung des Wertes, von dem wird einen zusätzlichen Einblick in die Beziehung zwischen den Attributen gewinnen können, die den Wert umfassen. Der Wert wird als direkt proportional zu der Fähigkeit des Produktes die Kundenbedürfnisse zu befriedigen gesehen und ist umgekehrt proportional zu den Kosten des Produktes oder Dienstes (Shillito, 1992).

20 In mathematischen Begriffen: Wo: N = das Bedürfnis nach dem Produkt oder Dienst A = die Fähigkeit des Produktes oder Dienstes, den Kunden zu befriedigen C = die Kosten des Produktes oder Dienstes f (t) = die Abhängigkeit von der Zeit Es gibt erfolgreiche Beispiele von Unternehmen (ein sehr eindrucksvolles Beispiel beschreiben z.b. die Autoren (Womack und J., 1996, S. 241), die den Kundenwert richtig überarbeitet haben und sehr erfolgreich mit einer verbesserten Definition des Kundenwertes (über die Toyota Motor Company hinaus) wurden. Aber für viele Unternehmen gestaltet sich die Umsetzung dieses ersten schlanken Prinzips mehr als schwierig. Mangelnde Kundenorientierung ist oftmals die Ursache für die auftretenden Probleme bei der Umsetzung dieses Prinzips. Zusätzlich existieren erhebliche Informationsdefizite in Bezug auf die Kundenumwelt sowie deren Probleme und die konkreten Kundenwünsche (Pfeifer, 1992, S. 49). Zum Schluss kann der Wert nur vom Kunden festgelegt werden und ist nur bedeutungsvoll wenn er in Bezug auf spezifische Produkte mit eigenen Fähigkeiten und zu einem besonderen Preis definiert wurde (Womack und J., 1996, S. 16) Identifizierung des Wertschöpfungsstroms Der folgende Schritt in der Lean-Philosophie bezeichnet als der Ist-Wertstrom. Dies bedeutet die Gesamtheit der verlangten Tätigkeiten zu identifizieren, um das spezifische Produkt zu erzeugen, unabhängig von seinem Nutzen und seinen Diensten (Womack und J., 1996, p. 19). Um Verschwendung sichtbar zu machen ist die Identifikation des Wertstromes notwendig. Denn sie bilden alle verknüpfte Aufgaben, Knoten der Kontrolle und die miteinander verbundenen physischen Flüsse ab, die notwendig sind um den Kundenwert zu identifizieren. Hierfür muss das Unternehmen die gesamten nicht-wertschöpfenden Tätigkeiten beseitigen, alle notwendigen nicht-wertschöpfenden Tätigkeiten minimieren und die wertschöpfenden Tätigkeiten optimieren. In der Herstellung wird materiell gearbeitet während im Entwicklungsbereichsgebiet die Information dominiert. Für dieses Thema ist es besonders wichtig, den Unterschied zwischen Produktion und Entwicklung zu verstehen. Der Begriff "Datenfluss" bezieht sich auf die Pakete der Information (Kenntnisse), die durch verschiedene Aufgaben geschaffen werden und die in andere Aufgaben für die Rezension, Entscheidung und Integration fließen. (Oppenheim, 2010). Bei dieser Analyse finden sich in der Regel die folgenden drei Typen von Tätigkeiten (Hines, 2001, S.28) (siehe Abb. 11) : Wertschöpfende Tätigkeit: hierbei handelt es sich um, die für den Kunden entscheidende Aktivitäten, da für ihn ein Nutzen entsteht, wie z.b. bei der Entwicklung eines neuen Radars.

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