Strategische Planung und integrative Entwicklung der technischen Systeme von morgen

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1 Strategische Planung und integrative Entwicklung der technischen Systeme von morgen Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Zitierweise: GAUSEMEIER; J.: Strategische Planung und integrative Entwicklung der technischen Systeme von morgen. Schriftenreihe der Nordrhein-Westfälische Akademie der Wissenschaften, Verlag Ferdinand Schöningh, Paderborn, 2013

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3 Zusammenfassung Erfolgsversprechende Produktinnovationen beruhen zunehmend auf dem engen Zusammenwirken von Mechanik, Elektrik/Elektronik und Softwaretechnik. Dafür steht der Begriff Mechatronik. Aus der sich abzeichnenden Entwicklung der Informations- und Kommunikationstechnik eröffnen sich für den modernen Maschinenbau und verwandte Branchen faszinierende Perspektiven für die Produkte von morgen: Intelligente technische Systeme. Durch die Vielfalt an Verfahren insbesondere nichttechnischer Disziplinen, wie der Kognitionswissenschaft oder der Neurobiologie besitzen diese Systeme Eigenschaften, die so bislang nur von biologischen Systemen bekannt waren. Intelligente technische Systeme sind in der Lage, sich ihrer Umgebung und den Wünschen ihrer Anwender im Betrieb anzupassen. Sie stiften Nutzen im Haushalt, in der Produktion, im Handel, auf der Straße; sie sparen Ressourcen, sind intuitiv zu bedienen und verlässlich. Dieser Aufsatz geht schwerpunktmäßig auf die frühen Phasen der Produktentstehung ein, in denen die Weichen für den Erfolg gestellt werden: die strategische Produktplanung mit den Hauptaufgaben Potentialfindung, Produktfindung und Geschäftsplanung sowie die Konzipierung neuer Produkte und entsprechender Produktionssysteme. Die näher erläuterten Methoden unterstreichen die Praktikabilität des Instrumentariums. Im Einzelnen werden folgende Methoden näher vorgestellt: Die Szenario-Technik als Methode der Potentialfindung; ein Verfahren zur Entwicklung technologieorientierter Geschäftsstrategien; eine Spezifikationstechnik, die insbesondere der hohen Interdisziplinarität in den frühen Entwurfsphasen Rechnung trägt; frühzeitige Analysen auf Basis der Prinziplösung, um das späte Auftreten von Fehlern signifikant zu reduzieren. Abschließend wird erörtert, wie künftigen Herausforderungen in der Produktentstehung mit Systems Engineering begegnet werden kann.

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5 Inhaltsverzeichnis Seite 1 Von der Mechatronik zu intelligenten Systemen Systematik der Produktentstehung Potentialfindung Produktfindung Geschäftsplanung Integrative Konzipierung von Produkt und Produktionssystem Frühzeitige Analysen Forschungsherausforderung Advanced Systems Engineering... 35

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7 1 Von der Mechatronik zu intelligenten Systemen Erfolgsversprechende Produktinnovationen des modernen Maschinenba aus und verwand- auf dem engen Zusammenwirken von Mechanik, Elektrik/Elektronik und Softwaretech- nik. Dafür steht der Begriff Mechatronik. Bild 1 zeigt zwei Klassen, in n die wir mechat- ronische Systeme unterteilen ter Branchen wie der Automobilindustrie und der Medizintechnik beruhen zunehmend [GF06]. Bild 1: Zwei Klassen mechatronischer Systeme Ziel der ersten Klasse ist eine hohe Integration mechanischer r und elektronischer Funkti- onsträger auf kleinem Bauraum. Wesentliche Erfolgspotentiale liegen in der Miniaturi- sierung, der höheren Zuverlässigkeit und den geringeren Herstellkosten. Zentrale Auf- (MID). Bei mechatronischen Systemen der zweiten Klasse handelt es sich um Mehrkörpersys- temee mit einem kontrollierten Bewegungsverhalten. Systeme dieser r Klasse können durch Sensor-Aktor-Verknüpfungen sowie eine Information nsverarbeitung selbstständig auf Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren. Derartigee Systeme werden auch als gabe ist die Aufbau- und Verbindungstechnik, z.b. Molded Interconnect Devices aktive Systeme bezeichnet.. Die Hauptaufgabe liegt im Entwurf und in der Optimierung der Regelungstechnik. Aus der sich abzeichnenden Entwicklung der Informations- Systeme mit inhärenter Teilin- telligenz. Die Informationstechnik, aber auch nichttechnische Disziplinen wie die Kog- und Kommunikationstech- nik eröffnen sich weitere Perspektiven n: mechatronische nitionswissenschaft oder die Neurobiologie bringen eine Vielfalt t an Methoden, Techniken und Verfahren zur Weiterentwicklung technischer Systemee hervor, die bis-

8 Seite 8 Kapitel 1 lang nur von biologischen Systemen bekannt waren. Durch die Integration dieser Eigenschaften werden Systeme zukünftig in der Lage sein, sich ihrer Umgebung und den Wünschen ihrer Anwender im Betrieb anzupassen. Derartige Systeme lassen sich durch vier zentrale Eigenschaften charakterisieren [Dum10]: Adaptiv: Sie interagieren mit dem Umfeld und passen sich diesem autonom an. So können sie sich zur Laufzeit in einem vom Entwickler 1 vorausgedachten Rahmen weiterentwickeln. Robust: Sie bewältigen unerwartete und vom Entwickler nicht berücksichtigte Situationen in einem dynamischen Umfeld. Unsicherheiten oder fehlende Informationen können bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden. Vorausschauend: Auf der Basis von Erfahrungswissen antizipieren sie die künftigen Wirkungen von Einflüssen; Gefahren werden frühzeitig erkannt und die passenden Strategien zu ihrer Bewältigung ausgewählt. Benutzungsfreundlich: Sie passen sich dem Benutzerverhalten an und stehen in einer bewussten Interaktion mit dem Benutzer. Dabei bleibt ihr Verhalten für den Benutzer stets nachvollziehbar. In erster Linie bestimmt die Art der Informationsverarbeitung den Wandel von mechatronischen zu intelligenten technischen Systemen. Mechatronische Systeme besitzen eine starre Kopplung zwischen Sensorik und Aktorik. Intelligente technische Systeme verfügen ebenfalls über diese Kopplung. Die meisten existentiellen Systemmechanismen müssen schon aus Gründen der Sicherheit reaktiv und reflexartig ablaufen. Die Besonderheit intelligenter technischer Systeme liegt in der Modifikation der Kopplung zwischen sensorischer Eingabe und aktorischer Ausgabe. Die Informationsverarbeitung ermöglicht eine flexible Anpassung des systemeigenen Verhaltens entsprechend der subjektiv wahrgenommen externen sowie internen Zustände. Das aus der Kognitionswissenschaft stammende Dreischichtenmodell für die Verhaltenssteuerung veranschaulicht diese Zusammenhänge (Bild 2, links) [Str98]. Das Modell beruht auf der Überlegung, dass bei komplexen kognitiven Systemen wie beispielsweise dem Menschen die starre Kopplung der Sensorik und Aktorik mit der modifizierbaren Kopplung koexistiert. STRUBE definiert hierfür eine Schicht für die nicht-kognitive und eine Schicht für die kognitive Regulierung. Die Schnittstelle dieser rein reaktiven und der kognitiven Schicht bildet eine Zwischenebene, welche die assoziative Regulierung beschreibt. Die unterste Ebene des Schichtenmodells beinhaltet die nicht kognitive Regulierung. Aufgrund der starren Kopplung zwischen der Sensorik und der Aktorik findet kein Lernprozess statt. Lediglich in der assoziativen und kognitiven Schicht ist das System lernfähig. Der Lernprozess in der mittleren Ebene, der assoziativen Regulierungs- 1 Es sind stets Personen weiblichen und männlichen Geschlechts gleichermaßen gemeint; aus Gründen der einfacheren Lesbarkeit wird im Folgenden nur die männliche Form verwendet.

9 Von der Mechatronik zu intelligenten Systemen Seite 9 schicht, erfolgt durch klassische oderr operante Konditionierung. Die Rede ist hierbei vom assoziativen Lernen. Die oberstee Ebene des Dreischichtenmodellss leistet die kog- nitive Regulierung. Kognition umfasst alle Arten von Vorgängen, die mit der Aufnah- ihrer me von Informationen, ihrer Verarbeitung und Speicherung g im Gedächtnis sowie Nutzung und Anwendung verbunden sind. Unter kognitivemm Lernen werden alle höhe- ren und bewussten Stufen der Informationsverarbeitung zusammengz gefasst [Dum10] [Str98]. Bild 2: Informationsverarbeitung in intelligenten technischen Systemen; links: schichtenmodell nach STRUBE; rechts: Operator-Controller-Modul selbstoptimierenden Systems Dreieines Die technische Implementierung dieses Konzepts wird durch das Operator-Controller- 614 Modul (Bild 2, rechts) dargestellt, das im Rahmen des Sonderforschungsbereichs Selbstoptimierende Systeme des Maschinenbaus entwickelt wurde [ADG+09]. Auf Grundlage dieses Konzeptss strukturieren wir ein intelligentes s technisches System in vier Einheiten: Grundsystem, Sensorik, Aktorik und Information nsverarbeitung (Bild 3) ). Die Informationsverarbeitung interveniert i durch ein Kommunikationssystem zwischen der Sensorik und der Aktorik. Beim Grundsystem handelt es sichh in der Regel um mechani- Beispiele für Teilsysteme sind Antriebe, Automatisierungskomponentenn und intelligente sche Strukturen. Wir bezeichnen einee derart elementare Konfigurationn als Teilsystem.

10 Seite 10 Kapitel 1 Energiespeicher. Systeme wie ein Fahrzeug oder eine Werkzeugmaschine bestehen aus mehreren Teilsystemen, die als interagierender Verbund zu betrachten sind. Intelligente technische Systeme sind in der Lage mit weiteren Systemen zu kommunizieren und zu kooperieren (Bild 3). Die Funktionalität eines vernetzten Systems erschließt sich erst durch das Zusammenspiel der Einzelsysteme. Weder die Vernetzung noch die Rolle der Einzelsysteme ist statisch. Der Verbund von Systemen muss in der Lage sein auch situationsspezifische wechselnde Gesamtfunktionalitäten zu leisten. Durch die voranschreitende Entwicklung des Internets spielt die geographische Nähe dabei keine Rolle mehr. Die Vernetzung erfolgt zunehmend in globaler Dimension. Dabei werden Ansätze im Sinne von Cyber-Physical Systems integriert, die wie beispielsweise Cloud Computing in der Vergangenheit völlig separat betrachtet wurden. Das vernetzte System wird nicht mehr ausschließlich durch eine globale Steuerung beherrschbar sein. Ein global gutes Verhalten muss durch hochdynamische lokale Strategien sichergestellt werden [HNI12]. Vernetztes System Kommunikationssystem Kommunikationssystem Informationsverarbeitung, Kognitive Regulierung Assoziative Regulierung Informationsverarbeitung Nicht kognitive Regulierung Mensch-Maschine- Schnittstelle Kommunikationssystem Mensch Leistungsversorgung Aktorik Teilsystem Sensorik Umgebung Grundsystem Legende Informationsfluss interne Einheit Energiefluss externe Einheit Stofffluss Bild 3: Von intelligenten Teilsystemen hin zu vernetzten Systemen (Cyber-Physical Systems)

11 2 Systematik der Produktentstehung Die zunehmende Intelligenz der Systeme stellt hohe Anforderungen an den Produktent- bis stehungsprozess. Dieser Prozess erstreckt sich von der Produkt- bzw. Geschäftsidee zum Serienanlauf. Er besteht nach Bild 4 aus den Aufgabenbereichen strategischee Pro- duktplanung, Produktentwicklung und Produktionssystementwicklung. Die Produkti- onssystementwicklung beinhaltet im Prinzip die Fertigungsplanung bzw. Arbeitspla- der nung ergänzt um die Materialflus ssplanung. Unserer Erfahrung E nach kannn Produktentstehungsprozesss nicht als stringente Folge von Phasen und Meilensteinen verstanden werden. Vielmehr handeltt es sich um ein Wechselspiel von Aufgaben, die sich in drei Zyklen gliedern lassen. Bild 4: 3-Zyklen-Modell der Produktentstehung Erster Zyklus: Strategische Produktplanung Dieser Zyklus charakterisiert das Vorgehen vom Finden der Erfolgspotentiale der Zu- Er umfasst die Aufgabenbereiche Potentialfindung, Produktfindung, Geschäftsplanung und Produktkonzipierung. Das Ziel der Potentialfindung istt das Erkennen der Erfolgs- potentiale der Zukunft sowie die Ermittlung entsprechender Handlungsoptionen. Es kunft bis zur erfolgversprechenden Produktkonzeption derr sog. prinzipiellen Lösung. werden Methoden wie die Szenario-Te echnik, Delphi-Studienn oder Trendanalysen einge- setzt. Basierend auf den erkannten Erfolgspotentialen befasst sich diee Produktfindung mit der Suche und der Auswahl neuerr Produktzur Ideenfindung sindd Kreativitätstechnikenn wie und Dienstleistungsideen zu deren Er- schließung. Wesentliches Hilfsmittel das laterale Denken nach DE BONO [Bon96] oder Triz [TZZ98][ und Technologie-

12 Seite 12 Kapitel 2 Roadmaps. In der Geschäftsplanung geht es um die Erstellung einer Geschäftsstrategie inkl. Geschäftsmodell sowie um die Produktstrategie. Letztere enthält Aussagen zur Gestaltung des Produktprogramms, zur wirtschaftlichen Bewältigung der vom Markt geforderten Variantenvielfalt, zu eingesetzten Technologien, zur Programmpflege über den Produktlebenszyklus etc. Die Produktstrategie mündet in einen Geschäftsplan, der den Nachweis erbringt, ob mit dem neuen Produkt bzw. mit einer neuen Produktoption ein attraktiver Return on Investment zu erzielen ist. Zweiter Zyklus: Produktentwicklung/Virtuelles Produkt Dieser Zyklus umfasst die fachgebietsübergreifende Produktkonzipierung, den fachgebietsspezifischen Entwurf und die entsprechende Ausarbeitung sowie die Integration der Ergebnisse der einzelnen Fachgebiete zu einer Gesamtlösung. Da in diesem Zusammenhang die Bildung und Analyse von rechnerinternen Modellen eine wichtige Rolle spielt, hat sich der Begriff Virtuelles Produkt bzw. Virtual Prototyping verbreitet [SK97]. Dritter Zyklus: Produktionssystementwicklung/Digitale Fabrik Den Ausgangspunkt bildet die Konzipierung des Produktionssystems. Dabei sind die vier Aspekte Arbeitsablaufplanung, Arbeitsmittelplanung, Arbeitsstättenplanung und Produktionslogistik (Schwerpunkt: Materialflussplanung) integrativ zu betrachten. Diese vier Aspekte sind im Verlauf dieses dritten Zyklus weiter zu konkretisieren. Die Begriffe Virtuelle Produktion bzw. Digitale Fabrik drücken aus, dass in diesem Zyklus ebenfalls rechnerinterne Modelle gebildet und analysiert werden Modelle von den geplanten Produktionssystemen bzw. von Subsystemen des Gesamtsystems wie Fertigungslinien und Arbeitsplätze. Produkt- und Produktionssystementwicklung sind parallel und eng aufeinander abgestimmt voranzutreiben. Nur so wird sichergestellt, dass auch alle Möglichkeiten der Gestaltung eines leistungsfähigen und kostengünstigen Erzeugnisses ausgeschöpft werden. Gerade bei mechatronischen Erzeugnissen, die sich durch die räumliche Integration von Mechanik und Elektronik auszeichnen, sowie beim Einsatz neuer Hochleistungswerkstoffe wird bereits das Produktkonzept durch die in Betracht gezogenen Fertigungstechnologien determiniert. Ferner können auch neue Produktkonzepte die Entwicklung von Fertigungstechnologien und Produktionssystemen erfordern. Demzufolge sehen wir eine enge Verbindung und einen hohen Abstimmungsbedarf von Produkt- und Produktionssystementwicklung bereits in der Konzipierung, welcher im Verlauf der weiteren Konkretisierung in Entwurf und Ausarbeitung weiterbesteht. Die beiden waagerechten Pfeile in Bild 4 sollen das verdeutlichen. Die wesentlichen Weichenstellungen für den Geschäftserfolg mit einem neuen Erzeugnis werden im 1. Zyklus sowie der damit eng verbundenen Produkt- und Produktionssystemkonzipierung vorgenommen. Es handelt sich dabei um die sogenannte frühe Phase der Produktentstehung, auf die im Folgenden näher eingegangen wird.

13 Systematik der Produktentstehung Seite Potentialfindung Strategische Führung beruht auf Vorstellungen von der Zukunft. Diese lässt sich seriöserweise nicht vorhersehen. Veränderungen von Märkten und Geschäftsumfeldern, die durch die technologische Entwicklung, veränderte Kundenanforderungen, das Verhalten der Wettbewerber, die Gesetzgebung etc. bestimmt werden, sind nicht ohne weiteres prognostizierbar. Sie sind aber vorausdenkbar. Eine wesentliche Methode der Vorausschau ist die Szenario-Technik. Nach KURT SONTHEIMER geht es bei der Szenario- Technik weniger um das Vorhersagen als um das Vorausdenken der Zukunft [Son70]. Das Denken in Szenarien basiert auf zwei Grundprinzipien (Bild 5): Vernetztes Denken Multiple Zukunft Produktivität Risikoneigung Formen der Arbeitsorganisation Wettbewerbsfähigkeit Mitarbeitermotivation Lohnniveau Kaufkraft heute Zeit Zukunftshorizont d. h. wir müssen die Vernetzung von Einflussfaktoren berücksichtigen. Technische Leistungsfähigkeit Wirtschaftswachstum Preisstabilität Zukunftsszenarien d. h. wir können mehr als eine Entwicklung eines Einflussfaktors ins Kalkül ziehen. Ein Szenario ist eine allgemeinverständliche Beschreibung einer möglichen Situation in der Zukunft, die auf einem komplexen Netz von Einflussfaktoren beruht, sowie die Darstellung einer Entwicklung, die aus der Gegenwart zu dieser Situation führen könnte. Bild 5: Grundprinzipien der Szenario-Technik: Vernetztes Denken und multiple Zukunft Die Zukunft wird in komplexen Bildern beschrieben. Es reicht nicht mehr aus, den Untersuchungsgegenstand (z.b. das Unternehmensumfeld) durch einige voneinander unabhängige Einflussfaktoren zu beschreiben; wir haben es in der Regel mit komplexen Systemen zu tun, die ein vernetztes Denken erfordern. Es lässt mehrere Möglichkeiten zu, wie sich die Zukunft entwickeln könnte. Damit wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass die Zukunft nicht exakt prognostizierbar ist. Wir sprechen hier von einer multiplen Zukunft. Ein Szenario ist eine allgemeinverständliche und nachvollziehbare Beschreibung einer möglichen Situation in der Zukunft, die auf einem komplexen Netz von Ausprägungen (Projektionen) von Einflussfaktoren beruht. Der Blick in den sogenannten Zukunftstrichter führt zu mehreren Szenarien, weil basierend auf dem Grundprinzip der multiplen Zukunft in der Regel mehrere Entwicklungsmöglichkeiten je Einflussfaktor ins Kalkül gezogen werden.

14 Seite 14 Kapitel 2 Wesentliches Ziel ist es, Chancen/Erfolgspotentiale und Gefahren zu erkennen und dementsprechend strategische Entscheidungen zu unterstützen. Die zu unterstützenden Entscheidungen beziehen sich immer auf einen bestimmten Gegenstand beispielsweise ein Unternehmen oder eine Geschäftseinheit ( Welche Schlüsselfähigkeiten sollen wir aufbauen? ; Wo greifen wir an? ; Mit welchen Partnern arbeiten wir zusammen? etc.), ein Produkt ( Wie sollen wir das Produkt Werkzeugmaschine gestalten? ) oder eine Technologie ( Welchen Lösungsansatz sollen wir wählen? ). Diesen Gegenstand eines Szenario-Projektes bezeichnen wir als Gestaltungsfeld. Es beschreibt das, was gestaltet werden soll. Szenarien beschreiben in der Regel die Entwicklungsmöglichkeiten eines speziellen Betrachtungsbereiches, den wir als Szenariofeld bezeichnen. Das Szenariofeld umfasst das, was durch die erstellten Szenarien erklärt werden soll; in der Sicht auf den Markt und das Geschäftsumfeld (Politik, Gesellschaft, Branche, Zulieferer etc.) sprechen wir hier dann von Markt- und Umfeldszenarien. Die Entwicklung und Auswertung der Szenarien erfolgt im Rahmen des Szenario-Managements in fünf Phasen. Die drei Phasen der Szenario-Erstellung (Phase 2, 3, 4) sind in Bild 6 und Bild 7 dargestellt [GPW09]. Szenariofeld-Analyse Projektions-Entwicklung Einflussfaktoren identifizieren Der Untersuchungsgegenstand ist eingebettet in ein komplexes System von Einflussfaktoren. Diese beschreiben das Szenariofeld. Schlüsselfaktoren ermitteln Durch Analyse der Vernetzung und der Wirkung auf den Untersuchungsgegenstand werden die relevanten Einflussfaktoren (Schlüsselfaktoren) ermittelt. Entwicklungsmöglichkeiten beschreiben Für die meisten Schlüsselfaktoren gibt es mehrere Entwicklungsmöglichkeiten. Diese Projektionen werden prägnant und allgemeinverständlich beschrieben. Globales Umfeld Politik Energiepreise Informationstechnologie Bevölkerungsentwicklung TechnikakzeptanzT Umweltschutzgruppen Wirtschaftsentwicklung Gesellschaft Ökonomie Technologie Umwelt heute Zukunft Zeit Branche Unternehmen Branchenumfeld Bild 6: Szenario-Erstellung: Prinzipielles Vorgehen (1/2) heute Zukunft Zeit

15 Systematik der Produktentstehung Seite 15 Projektions-Entwicklung Entwicklungsmöglichkeiten beschreiben Für die meisten Schlüsselfaktoren gibt es mehrere Entwicklungsmöglichkeiten. Diese Projektionen werden prägnant und allgemeinverständlich beschrieben. Konsistente Zukunftsbilder (Szenarien) ermitteln Die paarweise Konsistenzbewertung von Projektionen führt zu Szenarien. Szenarien müssen in sich schlüssig und nachvollziehbar sein. Szenario-Bildung Szenarien in Prosa beschreiben Szenarien sollten verständlich und leicht kommunizierbar sein. Die Prosatexte basieren auf den Beschreibungen der Projektionen. Szenario 2: Ein agiler Mittelstand nutzt die Chancen der Vielfalt heute Zukunft Zeit Szenario 1: In der Depression dreht sich alles um die Kosten heute Zukunft Zeit... Die Weltwirtschaft wird durch große Handelsblöcke wie die EU geprägt. Es herrscht Protektionismus vor und es zeichnen sich depressive Tendenzen ab. Die erheblichen Kostennachteile am Wirtschaftsstandort Deutschland bestehen nach wie vor. Bild 7: Szenario-Erstellung: Prinzipielles Vorgehen (2/2) Die Szenario-Vorbereitung (Phase 1) umfasst die Feststellung der Projektzielsetzung und der Projektorganisation sowie die Definition und Analyse des Gestaltungsfeldes. Ist dies wie in Bild 6 das Unternehmen, beschreiben die Szenarien das globale Umfeld, das Branchenumfeld (Kunden/Märkte, Lieferanten, Komplementäre) und die Branche (Mitbewerber). In der Szenariofeld-Analyse (Phase 2) wird das Szenariofeld durch Einflussfaktoren beschrieben. Hier werden das systemische Verhalten der Einflussfaktoren und die Relevanz der Einflussfaktoren hinsichtlich ihrer Wirkung auf das Gestaltungsfeld analysiert. Daraus ergeben sich die wesentlichen Einflussfaktoren, die sog. Schlüsselfaktoren. In der Projektions-Entwicklung (Phase 3) werden nach dem Prinzip der multiplen Zukunft alternative Entwicklungsmöglichkeiten (Projektionen) der zuvor festgelegten Schlüsselfaktoren erarbeitet. Dabei sollte auch das Undenkbare in Betracht gezogen werden. Die Erfahrung zeigt, dass oft nicht das vermeintlich Wahrscheinliche, sondern das Undenkbare Realität geworden ist. Beispiele sind der Siegeszug des Personal Computers und der Zusammenbruch des Ostblocks. In der Szenario-Bildung (Phase 4) werden aus den Zukunftsprojektionen der Schlüsselfaktoren Szenarien generiert. Grundlage sind die paarweise Bewertung der Konsistenz von Zukunftsprojektionen in einer Konsistenzmatrix und die anschließende Konsistenzanalyse. Diese liefert konsistente Projektionsbündel; das sind Kombinationen von Projektionen und zwar genau eine je Schlüsselfaktor. Viele dieser Bündel ähneln sich, daher werden sie mit Hilfe der Clusteranalyse zusammengefasst. Am Ende führt die Clusteranalyse zu drei bis fünf Clustern von jeweils ähnlichen Projektionsbündeln. Da

16 Seite 16 Kapitel 2 je Cluster klar ist, welche Projektione en in ihm vorkommen und die Projektionen in i der vorangegangenen Phase beschrieben worden sind, ergibt sich der Prosatext für jedes Szenario. Im Szenario-Transfer (Phase 5) werden die Auswirkungenn der Szenarien auf das Ge- Er- staltungsfeld untersucht. Das mündett für jedes Szenario inn eine Aufzählung von folgspotentialenn sowie von Bedrohungen für das etabliertee Geschäft. Daraus wird je Szenario eine strategische Stoßrichtun ng ermittelt. 2.2 Produktfindung Die Produktfindung befasst sich mit der Suche und der Auswahl neuer Produkt- und Dienstleistungsideen zur Erschließung g der in der Potentialfindung erkannten Erfolgs- und Nutzenpotentiale. Der gängige Ansatz für die Produktfindung ist der Einsatz von Kreativitätstechniken. Da die ermittelten Produktideen im Bereich B dess Maschinenbaus und verwandter Branchen in i der Regel auf mehreren Technologien beruhen, setzen wir die Methode Technologie-Roadmap ein. Damit unterstützen wir dass Erkennenn von Chancen aus der technologischen Entwicklung und ergänzen den Ansatz Markett Pull um den Ansatz Technology Push. Dabei kommt es aber immer darauf an, dies in i die Zukunft gerichtet zu tun, d.h. die Chancen der Zukunft vorauszudenken. Eine Techno- für logie-roadmap ist damit ein Plan auss dem hervorgeht, wann welche Technologie welche Marktleistung einzusetzen ist [Eve02], [ WB02], [LA06]. Bild d 8 zeigt in stark vereinfachter Form eine Technologie-Roadmap, wie sie sichh in unseren n Industrieprojek- ten bewährt hat. Bild 8: Beispiel einer Technologie-Roadmap (stark vereinfacht)

17 Systematik der Produktentstehung Seite 17 In der Waagerechten sind die für das Unternehmen relevanten Technologien aufgeführt. Dabei ist auf der Zeitachse angegeben, wann die jeweilige Technologie reif für den Einsatz in einem Serienprodukt ist. In der Regel wirken einige Technologien zusammen, um eine Anwendung, die Nutzen stiften soll, zu realisieren. In Bild 8 sind beispielhaft vier Anwendungen wiedergegeben. Unsere Erfahrung zeigt, dass die Erstellung solcher Roadmaps rechnerunterstützt erfolgen muss, schon weil die Anzahl der zu betrachtenden Technologien das können mehr als 100 sein und die häufig hohe Anzahl von Anwendungen in einer manuell zu erstellenden Graphik nicht mehr zu handhaben sind. Vor diesem Hintergrund wurde das Informationssystem Innovationsdatenbank entwickelt und in namenhaften Unternehmen erfolgreich eingeführt [GHK+06], [BIH007].

18 Seite 18 Kapitel Geschäftsplanung Eine Strategie soll ein Unternehmen im Wettbewerb vorteilhaft positionieren. Sie beruht auf vielen Unternehmensaktivitäten. Nicht die Art, sondern die Kombination von spezifischen Aktivitäten führt zu einer vorteilhaften Position im Wettbewerb, die für Mitbewerber nicht ohne weiteres nachvollziehbar ist. So hat PORTER beispielsweise beobachtet, dass erfolgreiche Unternehmen Kombinationen von Tätigkeiten durchführen, die bei Konkurrenten nicht üblich sind, bzw. dort übliche Tätigkeiten auf eine ganz andere Weise ausführen und sich dadurch einzigartige Positionierungen im Wettbewerb geschaffen haben [Por97]. MARKIDES stellt fest, dass erfolgreiche Unternehmen nicht versuchen, Strategien ihrer Konkurrenten zu kopieren oder zu übertrumpfen. Stattdessen haben sie einmalige Positionen eingenommen, die es ihnen ermöglichen, ein ganz anderes Spiel als die Konkurrenz zu spielen. Damit können sie einem direkten Effizienzwettbewerb ausweichen [Mar02]. Offensichtlich kommt es darauf an, eine innovative Strategie zu finden, was jedoch einfacher gesagt als getan ist. In der Regel wird die Strategie eines Unternehmens von dem geprägt, was in der Branche gerade en vogue ist. Häufig ist das nicht der Weg, ein Unternehmen zum nachhaltigen Erfolg zu führen. Daher bedarf es eines diskursiven Ansatzes, welcher gut nachvollziehbar ist und nicht nur eine, sondern mehrere in sich schlüssige Strategievariablen liefert. Entscheider benötigen Alternativen und sollten sich nicht mit einem Vorschlag zufrieden geben. Das Verfahren VITOSTRA (Verfahren zur Entwicklung intelligenter technologieorientierter Geschäftsstrategien) wird diesem Anspruch gerecht [GPW09], [Bät04]. Im Zentrum dieses Verfahrens steht die Konsistenzanalyse, mit der Kombinationen von Ausprägungen strategischer Variablen ermittelt werden, die in einer Strategie besonders gut zusammenpassen. Beispiele für diese Variablen sind die Breite des Produktprogramms, Fertigungstiefe, Vertriebskanäle etc. Wir bezeichnen strategische Variablen auch als Hebel, weil mit ihnen das Geschäft gestaltet wird. Bild 9 zeigt die wesentlichen Schritte des Verfahrens. Im Folgenden werden die fünf Phasen des Verfahrens beschrieben:

19 Systematik der Produktentstehung Seite 19 Bild 9: Vorgehen zur Entwicklung undd Auswahl von Strategievariantenn mit VITOSTRA [Bät04]. Geschäftsdefinition Die Definition des Geschäfts beschreibt den Bereich, in demm ein Unternehmen sich positionieren kann, und welche Unternehmen als Konkurrenten n angesehenn werden. Damit ergibt sich die Wettbewerbsarena. Auf dieser Basis lassenn sich diejenigen Hebel be- Für jede dieser strategischen Variablen bieten sich alternative Handlungsoptionen an. stimmen, die einem Unternehmen zurr Gestaltung des Geschäfts zur Verfügung stehen. Bezüglich der Fertigungstiefe kann sich ein Unternehmen zum z Beispiel für eine hohe oder für eine geringe Fertigungstiefe entscheiden. Analyse strategischer Optionen Hier erfolgt die systematische Ermittlung der strategischen Variablen V also der Hebel, die einem Unternehmen zur Verfügung stehen, um sich strategisch zu positionieren. Ferner werden je Variable mögliche Ausprägungen bestimmt das sindd quasi die mög- Be- lichen Einstellungen der einzelnen Hebel. Die strukturierte Suche S erfolgt in den drei reichen Wer (Wer sind die Kunden??), Was (Was für Marktleistungen können ange- er- boten werden?) und Wie (Wie kann die Befriedigung der Kundenbedürfnisse folgen?) nach MARKIDES. Dies ist der kreative Teil der Strategieermittlung. Es sind ins- Konkurrenten in dieser Form gewählt wurden. In Bild 10 sind Beispielee für strategische Variablen im Bereich Wie dargestellt. besondere solche Ausprägungen aufzudecken, die neuartig sind und noch von keinem

20 Seite 20 Kapitel 2 Bild 10: Beispiele für strategische Variablen im Bereich Wie Konsistenzanalyse Die Konsistenzanalyse liefert diejenigen Kombinationen von Ausprägungen der strate-s dafür ist die paarweise Bewertung der Ausprägungen in einer Konsistenzmatrix (Bild gischen Variablen, die in einer Geschäftsstrategiee gut zusammen passen. Voraussetzung 11) auf einer Skala von 1 bis 5: Zwei Handlungsoptionen werden w mit einer 1 bewer- tet, wenn sie sich gegenseitig ausschließen und deshalb nicht gemeinsam in einer Strategiee auftreten sollten. Die Bewertung mit einer 5 erfolgt, wenn sich zwei Hand- lungsoptionen gegenseitig unterstützen und deshalb in einer Strategie besonders gut zusammenpassen. Die Handlungsoption, keine Beratung beim b Verkauf der Produkte anbieten zu müssen, passt beispielsweise sehr gut mit der HandlungsopH ption zusammen, die Produkte ausschließlichh anonym beispielsweise über das d Internet t zu vertreiben. Die Bewertung erfolgt daher mit einer r 5.

21 Systematik der Produktentstehung Seite 21 Bild 11: Beispiel einer Konsistenzmatrix Die ermittelten konsistenten Kombinationen von Ausprägungen (wobei von jederr stra- tegischen Variablen eine Ausprägung in der Kombination auftritt) ähneln sich zum Teil und werden daher anschließend mit der Clusteranalyse zusammengefasst. Die Visuali- sierung der Cluster erfolgt mit Hilfe der multidimensionalen Skalierung. In Bild 12 sind das die Cluster I - IX, wobei der jeweilige Kreis den Schwerpunkt dess Clusters reprä-r und sentiert. Die so dargestellten Cluster verkörpern hochkonsistente Handlungsmuster somit erfolgsversprechendee Strategievarianten, die wir auch als Idealstrategien bezeich- noch nen. Ob eine dieser für dass betrachtete Unternehmen zu empfehlen ist, kann hier nicht gesagt werden. Dazu ist es notwendig im Rahmen der folgenden Branchenanalyse die Positionen der Mitbewerber zu ermitteln. Branchenanalyse Mit Hilfe der Branchenanalyse sollen, insbesondere im Hinblick auf die sich anschlie- werden: ßende Bewertung der Strategievarianten, die folgenden FragestellunF ngen beantwortet Welche Strategie verfolgt das betrachtete Unternehmen und welchee Strategien ver- folgen die Wettbewerber? Ist die verfolgte Strategie konsistent, d.h. wird bereits eine der ermittelten Idealstra- ge- führt, dass die verfolgtee Strategie partiell inkonsistent ist? tegien verfolgt? Falls nein: Welche strategischen Entscheidungen haben dazu?