Ein Beitrag zum ganzheitlichen Know-How-Schutz von virtuellen Produktmodellen in Produktentwicklungsnetzwerken

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1 Ein Beitrag zum ganzheitlichen Know-How-Schutz von virtuellen Produktmodellen in Produktentwicklungsnetzwerken Dissertation zur Erlangung des Grades Doktor-Ingenieur der Fakultät für Maschinenbau der Ruhr-Universität Bochum von Dipl.-Ing. Valentin Meimann aus Kischinjow Bochum 2010

2 Dissertation eingereicht: Tag der mündlichen Prüfung: Erster Referent: Zweiter Referent: Prof. Dr.-Ing. M. Abramovici Prof. Dr.-Ing. R. Anderl

3 Inhalt i Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Problemstellung und Motivation Abgrenzung und Zielsetzung Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit Grundlagen und Begriffsdefinitionen Produkt und Produktentwicklung Produktmodell und Virtuelle Produktentwicklung Produktpiraterie und Wirtschaftspionage Unternehmensnetzwerke im industriellen Umfeld Anforderungen an den Know-How-Schutz virtueller Produkte Fallbeispiel aus der Maschinenbau-/Windenergiebranche Definition der Anforderungen Stand der Technik und der Forschung Lösungsansätze zum Know-How-Schutz virtueller Produkte Beurteilung des Standes der Technik und der Forschung und resultierender Handlungsbedarf Konzept zum Know-How-Schutz der Produktmodelle in der virtuellen Produktentwicklung Gesamtkonzept Netzwerk-Modell zur Abbildung der Know-How-Schutz-relevanten Aspekte in unternehmens-übergreifenden Netzwerken Matrixbasierte Methode zur Know-How-Schutz-gerechten Abbildung der Produktmodellstruktur Methodik zur Integration des Know-How-Schutzes in die virtuellen Produkte Methodik für die kontrollierte Modellverfremdung IT-Konzept für die Implementierung der entwickelten Know-How-Schutz-Methodik Einordnung des Know-How-Schutz-Konzeptes in die gesamte Landkarte der Produkt-Schutz-Maßnahmen Prototypische Umsetzung Softwareprototyp Validierungsszenario Anwendung des IP-Editors am Beispiel des Windkraftgetriebes...134

4 ii Inhalt 7 Verifikation und Bewertung der Ergebnisse Zusammenfassung und Ausblick Literatur Anhang Anforderungsliste Windkraftgetriebe Exemplarische Auszüge des Quellcodes...167

5 Inhalt iii Abbildungsverzeichnis Abbildung 1-1: Einsatz unterschiedlicher Arten von Produktschutz-Konzepten in der Industrie qualitative Darstellung (in Anlehnung an [Wil07])...3 Abbildung 1-2: Gebietsabgrenzung der Arbeit...4 Abbildung 1-3: Schwerpunktmäßig zu betrachtende Phasen des Produktlebenszyklus...4 Abbildung 1-4: Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit...6 Abbildung 2-1: Einordnung der Produktentwicklung in den Produktlebenszyklus [Sch06a]...8 Abbildung 2-2: Grad der Rechnerunterstützung in Abhängigkeit von Konstruktionsphasen und Konstruktionsart [Abr08d]...10 Abbildung 2-3: Teilproduktmodelle in der Virtuellen Produktentwicklung [Abr08d]...11 Abbildung 2-4: Einordnung der CAD-Modellierung in den Produktentwicklungsprozess (in Anlehnung an [Ste07a] und [Mei00])...14 Abbildung 2-5: CSG-Struktur eines Volumenmodells [Abr08d]...15 Abbildung 2-6: Repräsentation eines Volumenmodells durch B-Rep-Methode [Abr08d]...15 Abbildung 2-7: Zunahme des Wissensgehaltes in den Produktmodellen in Abhängigkeit von dem Fortschritt des Produktentwicklungsprozesses und der Entwicklung der CAx-Systeme qualitative Darstellung (in Anlehnung an [Kra05], [Zim08])...18 Abbildung 2-8: Elemente zur Beschreibung der Modell- und Produktstruktur (in Anlehnung an [Gra01])...20 Abbildung 2-9: Logische und PLM-spezifische Repräsentationen der Produktstrukturen [Wie97], [Abr08c].22 Abbildung 2-10: Klassifizierung der allgemeinen Methoden zur Strukturabbildung...24 Abbildung 2-11: Zusammenhang zwischen dem Grad der Täuschung sowie der Qualität der Piraterieprodukte und der Gefahr für Urheber sowie für Kunden (in Anlehnung an [Hop03])...26 Abbildung 2-12: Einfache Darstellung eines Netzwerkes [Sch08b]...30 Abbildung 2-13: Mögliche Dyadenformen [Jan06]...30 Abbildung 2-14: Teilnehmer eines Pruktentwicklungsnetzwerkes (in Anlehnung an [Rit05])...32 Abbildung 3-1: Intensiver Materialfluss-begleitender Informations- und Datenaustausch zwischen den Akteuren eines Netzwerkes bei der Entwicklung einer Windkraftanlage...38

6 iv Inhalt Abbildung 4-1: Anwendung des Moduls Wrap Assembly [NX05]...50 Abbildung 4-2: Anwendung des Simplifiers-Moduls [COR09b]...53 Abbildung 4-3: Funktionsweisen der ERM-Systeme [Pro08]...55 Abbildung 4-4: Beispiel für Detaillierungsstufen bei der rollenbasierten Modell-Präsentation [Cer03]...63 Abbildung 5-1: Unterschiedliche Anforderungen auf die Bereitstellung der Produktmodelle aus der Sicht des Modellurhebers und des Kunden...69 Abbildung 5-2: Einordnung des Lösungsansatzes für den Know-How-Schutz virtueller Produkte in den Produktentwicklungsprozess...71 Abbildung 5-3: Vorgehensweise für die Entwicklung des Konzeptes für den Know-How-Schutz virtueller Produkte...73 Abbildung 5-4: Ego-zentriertes Netzwerk...74 Abbildung 5-5: Abstrahiertes Netzwerk als Triplett...75 Abbildung 5-6: Differenzierte Betrachtung der Rolle "Know-How-Urheber"...76 Abbildung 5-7: Rollen und Beziehungen im Netzwerk...77 Abbildung 5-8: Zuordnung der Vertraulichkeitsstufen der definierten Rollen...78 Abbildung 5-9: Strukturelemente eines 3D-CAD-Modells eines Einzelteils...81 Abbildung 5-10: Strukturdarstellung einer Baugruppe bestehend aus zwei Einzelteilen...85 Abbildung 5-11: Symbolische Darstellung der Baugruppen-Constraints...86 Abbildung 5-12: Strukturdarstellung einer Baugruppe bestehend aus mehreren Unterbaugruppen...87 Abbildung 5-13: Ableitung der Design-Struktur-Matrix aus der graphischen Strukturdarstellung einer Baugruppe...88 Abbildung 5-14: Abbildung von Hierarchie-Ebenen in einer DSM...89 Abbildung 5-15: Prozessbausteine der Know-How-Schutz-Methodik in den frühen Produktentwicklungsphasen (vgl. [VDI2221])...90 Abbildung 5-16: Detaillierte Vorgehensweise bei der Identifikation von Know-How-kritischen Produktfunktionen in den frühen Produktentwicklungsphasen...92

7 Inhalt v Abbildung 5-17: Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Bewertung von Lösungsprinzipien im Hinblick auf Know-How-Schutz-Bedarf...94 Abbildung 5-18: Prozessbausteine der Know-How-Schutz-Methodik in den späten Produktentwicklungsphasen (vgl. [VDI2221])...95 Abbildung 5-19: Vorgehensweise bei der Identifikation von Know-How-kritischen Einzelteilmodellen und Modellierungsfeatures ausgehend von der Funktionsstruktur...96 Abbildung 5-20: Reduktion der Menge der zu schützenden Elemente durch die Berücksichtigung von Kundenanforderungen und Standardelementen...97 Abbildung 5-21: Abschließende Prüfung aller Modellfeatures auf Wissensgehalt...97 Abbildung 5-22: Iterative Sprünge im Identifikationsprozess...98 Abbildung 5-23: Klassifikationsschema der Know-How-Schutz-Merkmale...99 Abbildung 5-24: Anwendung der Methoden "Stringerweiterung" und "Attributierung" auf ein einfaches CAD- Modell Abbildung 5-25: Ereignisabhängige Steuerung der geometrischen Dimensionen der Skizzenelemente durch integrierte Parametersätze Abbildung 5-26: Grundsätzliche Klassifizierung der Modellverfremdungsmethoden Abbildung 5-27: Beispiele für die Anwendung der Methode Geometriemanipulation Abbildung 5-28: Beispiel für die Anwendung der Methode Modellbereinigung Abbildung 5-29: Beispiel für die Anwendung der Konvertierungsmethode Abbildung 5-30: Beispiel für die Anwendung der Tesselierungsmethode Abbildung 5-31: Qualitativer Vergleich der Modellverfremdungsmethoden in Bezug auf Schutz des Produktund Modellierungswissens Abbildung 5-32: Abhängigkeit des Grades des Know-How-Schutzes von der Anzahl der eingesetzten Modellverfremdungsmethoden (qualitative Darstellung) Abbildung 5-33: Kombinationsmöglichkeiten für Modellverfremdungsmethoden Abbildung 5-34: Grundlegende Vorgehensweise bei der Auswahl der Modellverfremdungsmethoden Abbildung 5-35: Abstufung der Produktmodelle in Bezug auf Anforderungen des legalen Empfängers und den damit verbundenen Wissensgehalt...115

8 vi Inhalt Abbildung 5-36: Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Auswahl der Modellverfremdungsmethoden Abbildung 5-37: Grundsätzliche Vorgehensweise bei der Methodenanwendung Abbildung 5-38: Beispiele für a) modellspezifisches und b) modellübergreifendes IP-Profil Abbildung 5-39: Software- und Prozesskomponenten Abbildung 5-40: Objektmodell der Know-How-Schutz-Software Abbildung 5-41: Einordnung des entwickelten Konzeptes in die gesamte Landkarte der Produktschutz- Maßnahmen Abbildung 6-1: Typen der API-Zugriffe für Autodesk Inventor [Aut09] Abbildung 6-2: Implementierte Architektur des IP-Editors Abbildung 6-3: Aufruf des IP-Editors aus der Inventor-Umgebung Abbildung 6-4: Hauptbestandteile einer Windkraftanlage und ihre Hauptfunktionen Abbildung 6-5: Funktionsstruktur des Windkraftgetriebes Abbildung 6-6: Prinzipielles Konzept des Windkraftgetriebes der 1,5 MW Leistungsklasse Abbildung 6-7: 3D- und Schnittdarstellung des modellierten Getriebes Abbildung 6-8: Flankenkorrekturen Abbildung 6-9: Geometrisches Zahnrad-Modell mit erweiterten Produktinformationen im 3D-CAD-System Inventor Abbildung 6-10: Definition der Anforderungen Abbildung 6-11: Erfassung der Funktionsstruktur Abbildung 6-12: Zuordnung der Funktionen zu den Modellen und Modellvisualisierung Abbildung 6-13: Definition der IP-Profile Abbildung 6-14: Darstellung der Baugruppenstruktur als Design-Struktur-Matrix (DSM) Abbildung 6-15: Ergebnis der Modellverfremdung...140

9 Inhalt vii Tabellenverzeichnis Tabelle 3-1: Anforderungen an die Methodik für Know-How-Schutz der Produktmodelle...41 Tabelle 3-2: Anforderungen an das IT-Konzept für die Implementierung der Know-How-Schutz- Methodik und an die unterstützende Software...42 Tabelle 4-1: Erfüllungsgrad der allgemeinen Anforderungen durch existierende IT-Werkzeuge, Methoden und Forschungsansätze...67 Tabelle 4-2: Erfüllungsgrad der Anforderungen an die Software durch existierende IT-Werkzeuge...68 Tabelle 5-1: Übersicht über das Rollenkonzept...79 Tabelle 5-2: Elementengruppen innerhalb eines Einzelteilmodells und zugeordnete Sicherheitsstufen...84 Tabelle 5-3: Vergleichende Bewertung einzelner Modellverfremdungsmethoden und deren Kombinationen in Bezug auf Know-How-Schutz sowie Flexibilität bei der Erfüllung der möglichen Anforderungen an die Modellverfremdung seitens des legalen Empfängers Tabelle 5-4: Definition der Modellabstufungen mit zugeordneten Elementengruppen Tabelle 7-1: Erfüllungsgrad der Anforderungen an die Methodik für Know-How-Schutz der Produktmodelle Tabelle 7-2: Erfüllungsgrad der Anforderungen an das IT-Konzept für die Implementierung der Know- How-Schutz-Methodik und an die unterstützende Software...144

10 viii Inhalt Abkürzungsverzeichnis BDI B-Rep BS BSI CAA CAD CAE CAI CAM CAP CAQ CAR CAS CAT CAx CSG DMU DRM DSM EDI ERM FE FEM FOD FuE GUI Bundesverband der Deutschen Industrie Boundary Representation British Standard Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik Computer Aided Assembling Computer Aided Design Computer Aided Engineering Computer Aided Inspection Computer Aided Manufacturing Computer Aided Planning Computer Aided Quality Assurance Computer Aided Robotics Computer Aided Styling Computer Aided Testing Computer Aided x, wobei x als Platzhalter für verschiedene Anwendungen fungiert Constructive Solid Geometry Digital Mock Up Digital Rights Management Design Struktur Matrix Electronic Data Interchange Enterprise Rights Management Finite Elemente Finite Elemente Methode Function Oriented Design Forschung und Entwicklung Graphical User Interface

11 Inhalt ix IP IPP ISO IT KBE NC OEM PDM P-DSM PLM PMI RFID SADT STEP VDI VPE XML WKA Intellectual Property Intellectual Property Protection International Organization for Standardization Informationstechnologie Knowledge Based Engineering Numerical Control Original Equipment Manufacturer Product Data Management Product modeling Design Structure Matrix Product Lifecycle Management Product and Manufacturing Information Radio Frequency Identification Structured Analysis and Design Technique Standard for the Exchange of Product model data Verein Deutscher Ingenieure Virtuelle Produktentwicklung Extensible Markup Language Windkraftanlage

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13 1 Einleitung 1.1 Problemstellung und Motivation Der wichtigste Erfolgsfaktor der produzierenden Industrieunternehmen besteht heutzutage in derer Fähigkeit, die hohen Kundenanforderungen mit innovativen und hochqualitativen Produkten schneller und besser als der Wettbewerb zu erfüllen [McK01]. Durch den enormen Preisdruck an internationalen Märkten, ausgelöst vor allem durch die Liberalisierung des Handels, sind die Unternehmen gezwungen, die Entwicklungs- und Produktionskosten für neue Produkte zu senken und interne Prozesse zu verschlanken. Dies führt unweigerlich dazu, dass viele Unternehmen weniger profitable Bereiche abstoßen und sich auf ihre Kernkompetenzen konzentrieren [Mis08]. Die vom Markt verlangte Individualität der Produkte hat aber zur Folge, dass die industriellen Erzeugnisse immer komplexer werden müssen und nur im Rahmen interdisziplinärer Unternehmenskooperationen entwickelt und produziert werden können. Die durch diese Randbedingungen geprägte Unternehmenslandschaft erlaubt die Entwicklung hochkomplexer und innovativer Produkte, birgt aber auch Nachteile in sich. Die miteinander konkurrierenden Unternehmen versuchen, mit legalen und illegalen Mitteln an das fremde Know-How zu kommen, um die eigene Position auf dem Markt zu stärken. Diese Problematik hat keinen nationalen Charakter. Die aufstrebenden Industrienationen, die bedingt durch politische Rahmenbedingungen in den letzten Jahrzehnten von dem internationalen Innovationsprozess fast ausgeschlossen waren, holen diesen Rückstand auf, indem sie teilweise Produkte etablierter Hersteller nachbauen und unter den Markennamen der Urheber vertreiben. Das Ausmaß der Schäden durch Produktpiraterie wird von Fachleuten auf 400 Mrd. Euro jährlich geschätzt [Gro08]. Das Problem betrifft nicht mehr nur die Konsum- und Luxusgüterhersteller, sondern zunehmend auch Unternehmen aus dem Maschinen- und Anlagenbausektor. Mit einem weltweiten Marktanteil von rund 19% liegt Deutschland im internationalen Vergleich in diesem Bereich seit mehreren Jahren auf dem ersten Platz. Mit einem FuE-Budget in Höhe von rund 4,4 Mrd. Euro im Jahr 2007 sind von der Branche die notwendigen Weichen gestellt, um diese Position zu halten [VDMA07]. Werden aber die Entwicklungen und Technologien entwendet und in Form von konkurrierenden Produkten zu niedrigeren Preisen angeboten, bringen diese Investitionen nicht den gewünschten Effekt.

14 2 Einleitung Die rechtlichen Mittel alleine reichen nicht aus, um das Plagiat-Problem zu stoppen. Uneinheitliche internationale Rechtssprechung und Patentenregelung bieten den unehrlichen Marktteilnehmern ausreichend Möglichkeiten, die Gesetze umzugehen. Zudem greifen in der Regel die rechtlichen Maßnahmen erst dann, wenn der Schaden schon eingetreten ist [Wil07]. Als Konsequenz daraus leiden die betroffenen Unternehmen unter Umsatzeinbussen und starken Imageschäden, die durch nachgebaute Produkte minderwertiger Qualität entstehen. Neben den rechtlichen Schritten existiert eine Reihe weiterer Schutzkonzepte, die auf organisatorischen und strategischen Maßnahmen aufbauen. Diese Art von Maßnahmen hat in der Regel eine präventive Wirkung. Sie reichen aber einzeln ebenfalls nicht aus, um Unternehmens-Know-How effektiv zu schützen. Dadurch gewinnt der Schutz der Produkte und Produktinformationen durch technische Lösungen immer mehr an Bedeutung. Die technischen Schutz-Konzepte können den Unternehmen ermöglichen, sowohl Ihre Entwicklungsdaten als auch schon gefertigte Produkte vor dem Kopieren präventiv zu schützen [Fra06]. Die neuesten IT-Entwicklungen ermöglichen zudem den Einsatz von RFID-Sensoren für die Kontrolle des Warenflusses entlang der gesamten Supply Chain. Die auf diese Weise gewonnenen Informationen können als Basis für die Anwendung rechtlicher und organisatorischer Mittel dienen. Eine repräsentative Studie der TU München kommt jedoch zum Ergebnis, dass der Einsatz von unterschiedlichen Schutzkonzepten in der Industrie sehr unausgeglichen ist (Abbildung 1-1). Es dominieren rechtliche und organisatorische Lösungen, der Einsatz der Technik für den Produktschutz findet aber aus unterschiedlichen Gründen nicht im ausreichenden Maße statt [Wil07]. Die Fortschritte der Informations- und Kommunikationstechnik haben in den letzten Jahren nicht nur dazu beigetragen, dass die Produktentwicklung innerhalb der einzelnen Entwicklungsphasen deutlich beschleunigt wurde, sondern haben den Entwicklungsprozess insgesamt nachhaltig beeinflusst. Die Verfügbarkeit der formalisierten Daten und Informationen in integrierten IT-Systemen erlaubt frühe Aussagen über Funktionsfähigkeit der künftigen Produkte, indem man z. B. Simulationen schon anhand der groben Prinzip-Modelle durchführt. Der automatische Rückfluss der Ergebnisse in vorgelagerte Phasen des Produktentwicklungsprozesses ermöglicht eine frühzeitige Produktoptimierung unter automatischer Berücksichtigung definierter Anforderungen. Diese aufgrund der IT-Unterstützung erreichte Parallelisierung der Produktentwicklung erhöht die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen auf nationaler und internationaler Ebene.

15 Einleitung 3 Juristische Maßnahmen Organisatorische Maßnahmen Strategische Maßnahmen Technische Maßnahmen (in Bezug auf digitale Produktdaten) Technische Maßnahmen (in Bezug auf reale Produkte) Idealzustand Ist-Zustand Abbildung 1-1: Einsatz unterschiedlicher Arten von Produktschutz-Konzepten in der Industrie qualitative Darstellung (in Anlehnung an [Wil07]) Der durch die virtuelle Produktentwicklung erreichte Fortschritt basiert jedoch auf hochintegrierten Produktmodellen, die das gesamte Unternehmens-Know-How beinhalten. Dieses Wissen darf das Unternehmen unkontrolliert nicht verlassen. Somit besteht heutzutage die Herausforderung für die von der Produktpiraterie betroffenen Unternehmen darin, sowohl die schon existierenden als auch die neuentwickelten technischen, organisatorischen und rechtlichen Einzelmaßnahmen, die verschiedene Phasen des Produktlebenszyklus abdecken, zu umfassenden Schutzkonzepten zu vereinigen und einzuführen. 1.2 Abgrenzung und Zielsetzung Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, einen Beitrag zur Verbesserung des Know-How- Schutzes für die Produktmodelle in der Virtuellen Produktentwicklung (VPE) zu leisten. Dazu soll eine methodische Lösung für die Integration der relevanten Know-How-Schutz-Merkmale in die virtuellen Produkte entwickelt und in den klassischen Produktentwicklungsprozess integriert werden. Die Komplexität des Themas erfordert eine Abgrenzung von den anderen Produktschutzmassnahmen bzw. -konzepten und eine klare Einordnung in bestehende Prozessstrukturen.

16 4 Einleitung Der zentrale Schutzgegenstand, der in dieser Arbeit ausführlich betrachtet wird, ist ein technisches materielles Produkt. Das Know-How-Schutz-Konzept soll greifen, bevor der Schaden durch Produktkopie eingetreten ist. Die Lösung soll mit technischen Mitteln realisiert werden (Abbildung 1-2). Relevante Aspekte Ausprägungen Schutz-Gegenstand Produkt Marke Geschmacksmuster / Design Lösungskonzept Technische Lösung Organisatorische / strategische Lösung Juristische Lösung Zeitliche Betrachtung Präventive Maßnahmen Reaktive Maßnahmen Fokussierte Aspekte Abbildung 1-2: Gebietsabgrenzung der Arbeit In Bezug auf Produktlebenszyklus wird der Schwerpunkt der Arbeit auf die Entwicklungsphasen eines Produktes gelegt. Diese Phasen bestehen im Wesentlichen aus Produktplanung, Produktkonstruktion und Produkterprobung, sind weitgehend rechnerunterstützt und haben als Ergebnis die rechnerinterne Beschreibung eines Produktes. Aus diesem Grund spricht man auch von einem Produktmodell oder einem virtuellen Produkt (Abbildung 1-3). Produktlebenszyklus Produktentsorgung Produktplanung Produktkonstruktion Produkterprobung Produktfertigung Produktnutzung Produktwartung Virtuelles Produkt Reales Produkt Fokussierte Phasen Abbildung 1-3: Schwerpunktmäßig zu betrachtende Phasen des Produktlebenszyklus Ein virtuelles Produkt besteht aus mehreren Teil-Modellen und Datensätzen, die ein künftiges reales Produkt mit allen seinen Eigenschaften digital beschreiben. Das sind z. B. Produktspezifikationen, Kalkulationen, Handbücher, Analysen etc. Diese Arbeit konzentriert sich auf die digitale Beschreibung technischer Produkte in so genannten CAx-Systemen mit dem besonderen Fokus auf CAD-Systeme, die geometrische Abbildung eines Gegenstandes im Rechner fokussieren. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit vordergründig mechanische Produkte betrachtet, die sich eindeutig und widerspruchsfrei geometrisch abbilden lassen.

17 Einleitung 5 Bedingt durch die rasante Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologie entwickeln die Unternehmen ihre Produkte zunehmend auf Basis von 3D- Geometriemodellen. Auf eine detaillierte Betrachtung der 2D-Modelle wird im Folgenden aus diesem Grund verzichtet. Des Weiteren wird die Software, die auch ein immaterielles und virtuelles Produkt darstellt, ebenfalls nicht detailliert betrachtet. Im Vergleich zu einem virtuellen Modell eines technischen Produktes, das nur eine Zwischenstufe zum Endergebnis als materielles Gut darstellt, ist eine Software das Endprodukt eines Entwicklungsprozesses. Die Bestandteile eines jeden virtuellen Produktmodells sind neben dem eigentlichen Geometriemodellwissen auch das Produkt- und Prozesswissen sowie die Technologie. Diese Wissenselemente sind in der Regel in die Produktmodelle integriert und stellen das Unternehmens-Know-How dar, das gleichzeitig ein entscheidender Wettbewerbsfaktor ist. Ausgehend von dieser Betrachtung wird im Rahmen der vorliegenden Arbeit folgendes Ziel definiert: Entwicklung eines technischen Konzeptes zum präventiven Know-How-Schutz der CAD-Produktmodelle in der Virtuellen Produktentwicklung. 1.3 Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit Die vorliegende Arbeit ist methodisch aufgebaut und orientiert sich an den generischen Prozess der Konzeptentwicklung (Abbildung 1-4). Nach der groben Zielformulierung (Kapitel 1) werden die wichtigsten Bereiche der Technik und der Forschung identifiziert, die eine hohe Relevanz in Bezug auf die Fragestellung der Arbeit aufweisen. Die wichtigsten Begriffe und Zusammenhänge werden dabei definiert und erläutert (Kapitel 2). Nach der Aufstellung der technischen und organisatorischen Anforderungen an das Gesamtkonzept und der Präzisierung der Zielsetzung (Kapitel 3) findet im zweiten Teil der Arbeit eine fokussierte Analyse der aktuellen Entwicklungen sowohl in der Wissenschaft als auch im kommerziellen Bereich statt. Die Analyseergebnisse werden den Anforderungen gegenübergestellt und daraus der Handlungsbedarf abgeleitet (Kapitel 4). Den Schwerpunkt der Arbeit bildet die Konzeptentwicklung, die neben der Know-How- Schutz-Methodik auch ein IT-Konzept beinhaltet (Kapitel 5). Der Konzeptentwicklung schließt die prototypische Realisierung des Konzeptes an. Die Validierung der Ergebnisse findet anhand eines praxisorientierten Beispiels aus dem Windkraftgetriebe-Bereich statt (Kapitel 6). Eine kritische Betrachtung und eine Zusammenfassung der gewonnenen Erkenntnisse

18 6 Einleitung mit der Ableitung der Empfehlungen für weitere gebietsbezogene Arbeiten runden diese Arbeit ab (Kapitel 7). Zielsetzung Einleitung und Zielsetzung (Kap. 1) Motivation, Abgrenzung und Zielsetzung Grundlagen und Begriffsdefinitionen (Kap. 2) Darstellung der Grundzusammenhänge und Definition wichtiger Begriffe Anforderungsanalyse (Kap. 3) Verfeinerung der Zielsetzung und Strukturierung der Anforderungen Generische Phasen Verifizierung Umsetzung Konzept Analyse Stand der Technik und der Forschung (Kap. 4) Fokussierte Analyse der vorhandenen Methoden und Ansätze zum Know-How- Schutz virtueller Produktmodelle Konzeptentwicklung (Kap. 5) Entwicklung der Know-How- Schutz-Methodik und des IT-Konzeptes für deren Implementierung Prototypische IT Implementierung (Kap. 6) Umsetzung und Implementierung des Konzeptes Lösungsbewertung (Kap. 7) Kritische Betrachtung und Bewertung der Ergebnisse der Arbeit Abbildung 1-4: Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit

19 Grundlagen und Begriffsdefinitionen 7 2 Grundlagen und Begriffsdefinitionen Das umfangreiche Thema Know-How-Schutz tangiert verschiedene Wirtschafts- und Forschungsfelder und wird in unterschiedlichen Bereichen teilweise uneinheitlich interpretiert. Um ein gemeinsames Verständnis für die Problematik in der Produktentwicklung aus technischer Sicht zu schaffen, ist es notwendig, eine eindeutige Grundlage durch klare Definitionen zu bilden. 2.1 Produkt und Produktentwicklung Der Begriff Produkt wird in der Literatur uneinheitlich definiert. Abgeleitet aus dem Lateinischen producere (erzeugen, herstellen), beschreibt ein Produkt im engsten Sinne ein Gut, dessen Wert durch einen Produktionsprozess entsteht [Spu94], [Nic39]. Aus technischer Sicht betrachtet Lossack ein Produkt als Gebilde, das allgemein als Anlage, Apparat, Maschine, Gerät, Baugruppe oder Einzelteil bezeichnet wird [Los06]. Den materiellen Produkten oder Sachleistungen stehen Dienstleistungen als immaterielle Güter gegenüber. So ist eine Beratungsdienstleistung oder ein Gütertransport ebenfalls als Produkt zu betrachten. Eine andere inhaltliche Ausprägung bekommt ein Produkt in der Finanz- bzw. Versicherungsbranche. Die typischen Produkte oder Dauerdienstleistungen sind hier Finanzkredite oder Versicherungspolicen [Spu97]. Die Kombination von Sachleistungen und Dienstleistungen ergibt eine andere Produktart Hybride Leistungsbündel. In diese Kategorie sind Produkte einzuordnen, deren materiellen und immateriellen Bestandteile untrennbar voneinander aus einer Hand angeboten werden [Mei05]. Diese Arbeit betrachtet in erster Linie materielle Produkte, die jedoch im frühen Entwicklungsstadium durch digitale Modelle 1 beschrieben werden. Um diesen Aspekt im vollen Umfang zu berücksichtigen, wird im Weiteren in Anlehnung an [Spu94] folgende Definition eines Produktes verwendet, die sich sowohl auf materielle Produkte als auch auf digitale Produktmodelle anwenden lässt: 1 Die für diese Arbeit relevante Definition des Begriffes digitales Modell wird im Kapitel 2.2 gegeben

20 8 Grundlagen und Begriffsdefinitionen Ein Produkt ist eine angestrebte Ausbringungsgröße, die in einem Wertschöpfungsprozess unter Nutzung von Stoffen, Hilfsmitteln und Verfahren geschaffen wird. Die Entwicklung der Produkte erfordert eine methodische und strukturierte Vorgehensweise, die durch den Begriff Produktentwicklung in der VDI-Richtlinie 2221 folgendermaßen definiert ist: Die Produktentwicklung (Entwickeln und Konstruieren) umfasst die Gesamtheit aller Tätigkeiten, die ausgehend von einer Aufgabenstellung für die Entwicklung eines technischen Produktes die für die Herstellung, die Nutzung und das Recycling notwendigen Informationen erarbeitet und dokumentiert [VDI2221]. Der Prozess der Produktentwicklung ist ein wichtiger Bestandteil des Produktlebenszyklus, der das gesamte Produktleben, angefangen bei der Marktanforderung bis zur Produktentsorgung, beschreibt. Die grundlegende Vorgehensweise in der Produktentwicklung ist in der VDI-Richtlinie 2221 [VDI2221] detailliert beschrieben 2. Die wesentlichen Phasen des Produktentwicklungsprozesses sind Produktplanung, -konstruktion und erprobung (Abbildung 2-1). Begleitprozesse Marketing Beschaffung/Einkauf Vertrieb Produktentstehung Produktentwicklung Produktherstellung reales Produkt realer Produktlebenszyklus Produktnutzung/ -betrieb Produktentsorgung/ -recycling Produktkonstruktion Gestaltung Detaillierung Produktplanung Funktionsfindung Prinziperarbeitung Produkterprobung frühe Phasen späte Phasen Abbildung 2-1: Einordnung der Produktentwicklung in den Produktlebenszyklus [Sch06a] In der Phase Produktplanung werden die Eigenschaften des zukünftigen Produktes festgelegt und notwendige Anforderungen definiert. Die Produktplanung ist eine unternehmerische Aufgabe und umfasst die Festlegung und Beschreibung neuer Felder der Produktentwicklung. Aus ihr resultieren die Entwicklungs- und Konstruktionsaufträge [And07a]. Dieser Phase kommt eine besondere Bedeutung zu, weil hier neben den 2 Einzelne Arbeitsschritte in der Produktentwicklung und deren Zwischenergebnisse sind unter anderem in [Geb2000], [Gra97], [Hei03], [Pah93] und [Spu97] detailliert erläutert

21 Grundlagen und Begriffsdefinitionen 9 technischen Produkteigenschaften auch die wirtschaftlichen Faktoren, wie z. B. Produktkosten, festgelegt werden. Die Konstruktion eines Produktes hat zur Aufgabe, einer abstrakten Produktdefinition eine eindeutige Gestalt zu geben. In dieser Phase werden Teilfunktionen identifiziert, Lösungsprinzipien erarbeitet, Komponenten gestaltet und anschließend detailliert. Die Konstruktion ist die erste technisch-planerische Phase, die sowohl Entwicklungstätigkeiten als auch experimentelle Tätigkeiten zur Informationsbeschaffung über physikalische Sachverhalte einschließt und ferner die vollständige Beschreibung eines zukünftigen Produkts umfasst [And07a]. Die Produkterprobung dient der Verifizierung der in früheren Phasen des Entwicklungsprozesses erarbeiteten Ergebnisse anhand gefertigter Prototypen [Spu97]. In vielen Fällen sind aber Prototypen in den früheren Entwicklungsphasen angebracht, besonders dann, wenn sie die grundlegenden Fragen klären sollen [Pah93]. Im Mittelpunkt des ganzen Produktentwicklungsprozesses steht die Konstruktionsmethodik, die konkrete Handlungsanweisungen zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme, die sich aus den Erkenntnissen der Konstruktionswissenschaft und der Denkpsychologie, aber auch aus den Erfahrungen mit unterschiedlichen Anwendungen ergeben haben, enthält [Pah93]. Beim Durchlaufen des Produktentwicklungsprozess bewegt man sich vom Qualitativen zum Quantitativen, wobei jeder nachfolgender Zwischenstand einen höheren Konkretisierungsgrad aufweist [Pah93]. 2.2 Produktmodell und Virtuelle Produktentwicklung Im Allgemeinen wird als Modell (von lat. Modulus Maßstab in der Architektur) eine vereinfachte zweckgebundene Darstellung eines realen Objektes oder Prozesses bezeichnet 3. Ein Modell erfasst nicht alle Attribute des Originals, sondern nur diejenigen, die dem Modellschaffer bzw. Modellnutzer relevant erscheinen. Ein Modell zeichnet sich in erster Linie durch Reduktion und Abstraktion aus [Mül92]. 3 Schwerpunktmäßig betrachtet diese Arbeit Modell als vereinfachte Darstellung der Objekte