Virtuelle Produktentwicklung in der Automobilindustrie

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1 Virtuelle Produktentwicklung in der Automobilindustrie von Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) TU Darmstadt D Darmstadt, Petersenstr. 30 Tel.: , Fax: Kurzfassung Der Einsatz von neuen Methoden und Werkzeugen der modernen Informations- und Kommunikationstechnik hat den Prozess der Produktentwicklung entscheidend beeinflusst. Seit Mitte der achtziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts befindet sich die Produktentwicklung in einem ständigen Wandel, der seinen Abschluss noch nicht gefunden hat. Arbeitsmethoden, Arbeitsorganisationen und Arbeitsstile, kurz die Arbeitskultur, haben sich seither gravierend geändert. Der Produktentwicklungsprozess ist ein Entscheidungsfindungsprozess, in dessen Verlauf das Wechselspiel zwischen Abstraktion und Konkretisierung dominiert und das multikriterielle Entwickeln einer optimalen Lösung mit ingenieurwissenschaftlichen und konstruktiven Methoden erfolgt. Das Tätigkeitsprofil eines Produktentwicklers ist dabei durch eine Folge von Klären von Anforderungen, Informieren und Konzipieren, Berechnen und Gestalten, Analysieren, Simulieren und Optimieren sowie Präsentieren und Entscheiden geprägt. Zunehmend kommt die Beherrschung neuer Komplexitätsstufen hinzu, wie das Beherrschen der Multidisziplinarität, von unternehmensübergreifenden und weltweiten Kooperationen sowie der Vielfalt der Produktvarianten. Gerade in der Automobilindustrie wird der Wandel in der Produktentwicklung besonders deutlich. Der Einsatz der Informations- und Kommunikationstechnologie hat in dieser Branche bereits einen hohen Durchdringungsgrad erreicht und zielt darauf ab, eine Produktentwicklung vollständig digital durchzuführen. Die vollständig digitale Produktentwicklung wird auch als Virtuelle Produktentwicklung bezeichnet. Reicht sie über die Produktentwicklung hinaus bis in den Bereich der Produktion hinein, so wird sie auch als Virtuelle Produktentstehung bezeichnet. Im Rahmen des Beitrages wird aufgezeigt, wie die moderne Informations- und Kommunikationstechnologie zur Virtuellen Produktentwicklung geführt hat, welche Ansätze die Virtuelle Produktentwicklung prägen und wie sich die Arbeitskultur durch ihren Einsatz wandelt.

2 Virtuelle Produktentwicklung in der Automobilindustrie Gliederung: 1. Einleitung 2. Die Virtuelle Produktentwicklung 2.1 Der Produktentwicklungsprozess 2.2 Einsatz der Informations- und Kommunikationstechnik 2.3 Virtuelle Produktentstehung 3. Wandel der Produktentwicklung in der Automobilindustrie 3.1 Digitale Modelle 3.2 Collaborative Engineering 3.3 Wandel der Aufbau- und Ablauforganisation 3.4 Qualifikationsprofile 4. Zukünftige Tendenzen 5. Zusammenfassung 6. Literatur

3 1. Einleitung Die Automobilindustrie ist eine der wirtschaftlich bedeutendsten Branchen mit hervorragender internationaler Wettbewerbsfähigkeit, in der in Deutschland etwa Beschäftigte /VDA- 2005, BMWA 2005/ tätig sind. Geprägt ist die Branche durch einen leistungsstarken internationalen Wettbewerb, der zur Forderung nach permanenter Innovation, höchster Qualität, niedrigen Kosten und kurzen Reaktionszeiten führt. Darüber hinaus ist ein hohes Maß an Flexibilität erforderlich, um auf die Anforderungen der Märkte schnell reagieren zu können, Nischenmärkte zu erschließen und durch ein Höchstmaß an Qualität Kundenzufriedenheit zu erreichen. Vor diesem Hintergrund kommen der Produktentwicklung eine entscheidende Bedeutung und eine Schlüsselstellung in den Unternehmen zu. Dies gilt umso mehr, weil allgemein während der Produktentwicklung die Kosten und Qualität eines Produktes entscheidend geprägt werden. Diese Erkenntnis, dass etwa 70 % - 80 % der Produktkosten während der Produktentwicklung festgelegt und etwa 7 % der Kosten verursacht werden, wurde durch das Rapid Product Development Project /DARPA/ bestätigt (Bild 1). Bild 1: Festlegung von Kosten und Möglichkeiten der Kostenreduzierung nach /DARPA-1992/ Darüber hinaus bestehen gerade während der Produktentwicklung die besten Möglichkeiten, Änderungen zu berücksichtigen und in die Produktentwicklungen einfließen zu lassen. Dies bedeutet aber auch, dass die Möglichkeiten der Kostenreduzierung in den der Produktentwicklung nachfolgenden Phasen geringer werden oder je später notwendige Änderungen erkannt werden, desto aufwendiger und teurer wird die Umsetzung der Änderungen. Vor diesem Hintergrund haben sich in der Automobilindustrie die Ziele des Einsatzes der Informations- und Kommunikationstechnologie in der Produktentwicklung gewandelt. Ging es zunächst darum, den traditionellen Produktentwicklungsprozess durch den Rechnereinsatz zu verbessern und Arbeitsmethoden und stile (wie z. B. das Erstellen traditioneller technischer Dokumente wie technische Zeichnungen, Stücklisten) auf den Rechner abzubilden, so liegt ein wichtiges Ziel heute darin, eine digitale Produktbeschreibung vollständig zu erstellen und möglichst

4 alle Produktfunktionen sowie das Produktverhalten möglichst wirklichkeitsgetreu zu simulieren. Derzeit besitzt der Einsatz von CAD-Systemen bereits einen Durchdringungsgrad von etwa 90 % /ProS-2003/. Die digitale Absicherung von Produktfunktionen und Produktverhalten gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus bleibt der Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologie auch nicht auf die Produktentwicklung begrenzt, sondern bezieht vielmehr Produktionseinrichtungen (Virtuelle Fabrik) mit ein. Auch hierbei wird eine digitale Absicherung der Funktionalität und des Verhaltens neuer Produktionsverfahren und abläufe angestrebt. Auch wenn der reale Versuch und reale Prototypen wahrscheinlich nie ganz durch die digitale Absicherung ersetzt werden, so trägt die digitale Absicherung in der Summe sicherlich zur Reduzierung der Anzahl der realen Versuche bei. Neben dieser grundlegenden Bedeutung der Produktentwicklung, hat sich in der Automobilindustrie ein weiterer Wandel eingestellt, der, qualitativ betrachtet, insbesondere aus folgenden Merkmalen besteht: Globalisierung, In den letzten Jahrzehnten hat sich einerseits eine Konzentration der Automobilhersteller ergeben. Andererseits sind die meisten Automobilhersteller heute weltweit in den verschiedenen Märkten präsent. Verkürzung der Produktentwicklungszeit, Die Entwicklungszeit für Automobile wurde deutlich verkürzt, so dass die Entwicklungszeit heute zwischen 2-4 Jahren liegt und angestrebt wird, die 2 Jahre deutlich zu unterschreiten /Val-2005/. Verringerung der Entwicklungstiefe, Verringerung der Entwicklungstiefe bedeutet, dass eine Konzentration der Entwicklungstätigkeiten beim Automobilhersteller auf seine Kernkompetenzen stattgefunden hat und Entwicklungen für sonstige Systeme und Komponenten durch System- und Komponentenlieferanten ausgeführt werden, meist durch Entwicklungspartnerschaften und allianzen. Darüber hinaus arbeiten aber auch Automobilhersteller zunehmend häufiger in der Produktentwicklung zusammen. Erhöhung der Modellvielfalt und Die Modellvielfalt wurde deutlich erhöht. Dieser Trend zielt auf die Erfüllung der Anforderungen der Märkte, bedeutet aber für die Produktentwicklung, dass eine geeignete methodische, rechnerunterstützte Vorgehensweise verfügbar ist, um trotz der Erhöhung der Modellvielfalt die Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit zu beherrschen. Multidisziplinäre Systeme. Multidisziplinäre Systeme wie insbesondere mechatronische Systeme haben in Automobilen bereits umfangreich Einzug gehalten. Dies sind Systeme wie z. B. das Antiblockiersystem (ABS), die elektronische Stabilitätskontrolle (ESP), oder die Mechatronik von Airbags. Die besondere Herausforderung in der Produktentwicklung besteht darin, die beitragenden Disziplinen (Mechanik, Elektrotechnik, Elektronik, Software) zu integrieren. Innovation, Integration und Vernetzung sind die großen Herausforderungen, die die Produktentwicklung gerade in der Automobilindustrie annimmt. Diese Herausforderungen haben durch die rasante Weiterentwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologie eine besondere Bedeutung gewonnen. Sie prägen den Wandel in der Produktentwicklung und erfordern Weiterentwicklungen der Aufbau- und Ablauforganisation, der Mitarbeiterqualifikation und der Arbeitsmethoden und stile. Sie bieten aber auch neue Chancen, um die Wettbewerbsfähigkeit der

5 Unternehmen durch neue und innovative Produkte zu steigern und Arbeitsplätze zu sichern. 2 Die Virtuelle Produktentwicklung Der Begriff Virtuelle Produktentwicklung bezeichnet den Produktentwicklungsprozess, der vollständig digital durchlaufen wird. Dies bedeutet, dass sämtliche Aktivitäten des Produktentwicklungsprozesses rechnergestützt bearbeitet werden, Ergebnisse in Form digitaler Produktdaten gespeichert und in so genannten Prozessketten digital weiterverarbeitet werden. Traditionelle Informationsträger, wie Papier (z. B. in Form technischer Zeichnungen), werden dabei durch digitale Daten ersetzt. Der Begriff Virtuelle Produktentstehung geht noch einen Schritt weiter und bezieht die Produktionsplanung mit ein und reicht über die Aktivitäten der Produktentwicklung und Produktionsplanung bis hin zum Serienanlauf. Ziel ist es dabei, über digitale Daten neue Produkte zu definieren, Funktionalität und Verhalten des Produktes aber auch der Produktionseinrichtungen abzusichern und mit Hilfe der digitalen Daten die Produktion zu steuern. Der Einfluss der Informationstechnologie auf die Entwicklung unserer Arbeitskultur ist viel radikaler als wir es wahrhaben wollen /Spur-2002/. Welche Einflüsse die moderne Informationsund Kommunikationstechnologie dabei auf die Arbeitsorganisation und Arbeitsmethoden ausübt, wird durch eine methodische Betrachtung des Produktentwicklungsprozesses sowie der Einordnung der Methoden der modernen Informations- und Kommunikationstechnik deutlich. 2.1 Der Produktentwicklungsprozess Der Produktentwicklungsprozess ist ein sukzessiver und iterativer Entscheidungsfindungsprozess, der insbesondere über drei charakteristische Merkmale beschrieben werden kann: Phasen der Produktentwicklung, Die Phasen der Produktentwicklung sind prinzipiell nach dem Modell der Konstruktionsphasen definiert und umfassen, ausgehend von der Klärung der Entwicklungsaufgabe, die Funktionsfindung, die Prinziperarbeitung, die Gestaltung (Entwurf) und die Ausarbeitung. Beim Durchlaufen der Phasen der Produktentwicklung wird das Produkt zunehmend konkretisiert und es entstehen Entwicklungsergebnisse, die dokumentiert werden müssen, um so zur Weiterverarbeitung in nachfolgenden Phasen zur Verfügung zu stehen. Dabei entsteht die Anforderung, Entwicklungsergebnisse strukturiert zu verwalten und ihre Verwendung (Weiterverarbeitung) gezielt zu steuern (Dokumentlenkung nach DIN ISO 9901). Entwicklungsarten und Entwicklungsarten (Konstruktionsarten) charakterisieren die Vorgehensweise bei der Produktentwicklung. Auch wenn die Entwicklungsarten in der Praxis nicht eindeutig von einander trennbar sind, so lassen sie sich methodisch in die Arten Neuentwicklung, Anpassungsentwicklung und Variantenentwicklung unterscheiden. Eine Neuentwicklung geht von neuen Ansätzen aus und besitzt eigentlich keine Vorbilder. Deshalb müssen alle Entwicklungsphasen durchlaufen werden. Anpassungsentwicklung geht von bereits existierenden Vorbildern aus und nutzt diese, um eine Produktlösung an geänderte Anforderungen anzupassen. Der

6 Variantenentwicklung liegt eine Variantenlogik zugrunde, um ausgehend von einer Prinziplösung verschiedene Varianten (z. B. Abmessungsvarianten) abzuleiten. Aus den Entwicklungsarten resultiert die Forderung, rechnerunterstützte Methoden zur Entwicklung neuer Produktinnovationen verfügbar zu machen, Suchen, Finden und Anpassen von bereits existierenden Lösungen zu unterstützen und Varianten durch parametrische und wissensbasierte (z. B. Regeln verarbeitende) Methoden zu flankieren. Tätigkeitsprofil während der Produktentwicklung. Das Tätigkeitsprofil während der Produktentwicklung ist durch den sukzessiven, iterativen Entscheidungsprozess bestimmt. So beinhaltet Produktentwicklung Tätigkeiten wie Informieren, Lösung finden (berechnen, konstruieren), Lösung darstellen (Zeichnen, Modellieren), Lösung bewerten (Analysieren, Simulieren und Optimieren) und schließlich Entscheidungen treffen. Neben diesem Tätigkeitsprofil fällt ein nennenswerter Anteil an Tätigkeiten in Form von Abstimmungstätigkeiten an. Diese Tätigkeiten gewinnen insbesondere durch die steigende Anzahl von unternehmensübergreifenden Kooperationen und die Erhöhung der Produktkomplexität (multidisziplinäre Systeme wie Mechatronik) zunehmend an Bedeutung. Das Tätigkeitsprofil während der Produktentwicklung fordert die aufeinander abgestimmte Integration der Informations- und Kommunikationstechnik, wie sie insbesondere für das Collaborative Engineering, also die kooperative Produktentwicklung, unabdingbar ist. Damit stellt die Produktentwicklung gerade in der Automobilindustrie Anforderungen an die Informations- und Kommunikationstechnik, andererseits liefert auch die Informations- und Kommunikationstechnik neue rechnergestützte Methoden, die eine Virtuelle Produktentwicklung bzw. Virtuelle Produktentstehung weiterführen. 2.2 Einsatz der Informations- und Kommunikationstechnik Die Informations- und Kommunikationstechnik hat auf das Leistungsprofil des Entwicklungsprozesses einen entscheidenden Einfluss bekommen. Dieser Einfluss resultiert aus der schnellen Informationsgewinnung aus weltweit verfügbaren Quellen (über Internet, Intranets, Extranets, Virtual Private Networks), der Verfügbarkeit von leistungsstarken, rechnerbasierten Methoden zur Produktentwicklung und konstruktion wie die zur Produktmodellierung (CAD), zur Auslegungs- und Nachweiserechnung sowie zur Simulation (FEM, MKS), zur schnellen Validierung und Verifikation (z. B. über Digital Mock Ups, DMU), zur schnellen Prototypherstellung (Virtual und Rapid Prototyping) sowie den Methoden zur Weiterverarbeitung von Produktdaten in Prozessketten (CAX-Prozessketten) und Abbildung aufbau- und ablauforganisatorischer Strukturen in Produktdatenmanagementsysteme (PDM) mit der Bereitstellung der Produktentwicklungs- und Konstruktionsergebnisse per Mausklick. Eine Betrachtung der digitalen Daten, die während des Produktentwicklungsprozesses entstehen, lässt eine Unterscheidung in die Informationen Produktdefinition, Produktrepräsentation und Produktpräsentation zu.

7 Die Daten der Produktdefinition enthalten die administrativen und organisatorischen Produktdaten und werden insbesondere in Produktdatenmanagementsystemen verwaltet. Darüber hinaus werden sie zur Steuerung von Aktivitäten und Abläufen (z. B. Freigabeablauf, Änderungsablauf) während der Produktentwicklung verwendet. Sie sind auch für die unternehmensübergreifenden Kooperationen von großer Bedeutung. Die Daten der Produktrepräsentation sind die rechnerintern verarbeitbaren Merkmalmodelle, wie z. B. die 3-dimensionale Geometrie zur Beschreibung der Produktgestalt, die Produktstruktur, die Berechnungs-, Simulations- und Optimierungsmodelle. Die Daten der Produktpräsentation entstehen durch die Ableitung von graphischen, textuellen und strukturellen Visualisierungen aus den Daten der Produktdefinition und repräsentation. Durch die Algorithmisierung der Ableitung der Produktpräsentation können so Änderungen in der Produktdefinition und repräsentation als Folgeänderungen automatisch in die betroffenen Dokumente (z. B. 3-dimensionale Darstellungen wie perspektivische Darstellungen, technische Zeichnungen, Stücklisten) übernommen werden. So lassen sich die Lenkung der Aktivitäten der Produktentwicklung wie auch die Rückverfolgbarkeit der Produktentwicklungsergebnisse (dies ist aufgrund des Produkthaftungsgesetzes besonders wichtig) gewährleisten. 2.3 Virtuelle Produktentwicklung und Virtuelle Produktentstehung Die Virtuelle Produktentwicklung kann über mehrere Stufen erreicht werden (Bild 2). Sie führen über 3D CAD, Digital Mock Ups, Virtuellen Prototypen bis zum Virtuellen Produkt und auch zur Virtuellen Fabrik. Virtualität Virtuelle Produktentwicklung 3D-CAD Digital Mock Up Virtueller Prototyp/ virtuelles Produkt Virtuelle Fabrik +Geometrie + Zusammenbau- + Baugruppenstruktur informationen + Features + Funktionale Informationen + Material + Masse + Trägheit... +Fertigung + Controlling + Logistik +Finanzen + Marketing... Informationsintegration Virtuelle Produktdefinition Bild 2: Stufen der Virtuellen Produktentwicklung

8 Der Einsatz von 3D-CAD ist dabei die Grundlage zur 3-dimensionalen Beschreibung der Produktgeometrie. Diese Produktbeschreibung bezieht sich dabei sowohl auf die Einzelteilmodellierung wie auch auf die Baugruppenmodellierung. Vielfach erfolgt diese Modellierung parametrisch. Digital Mock-Ups (im Deutschen auch als digitale Attrappe bezeichnet) repräsentieren hauptsächlich die Produktstruktur sowie die vereinfachte Geometrie der Einzelteile und Baugruppen auf der Basis von Volumen- und Flächengeometrien. Wurden auch Materialeigenschaften zum Volumen zugewiesen, so sind Gewicht, Schwerpunktslagen sowie Trägheitsmomente und tensoren berechenbar. Digital Mock-Ups werden insbesondere zur Simulation von Ein- und Ausbauvorgängen sowie für Kollisionsprüfungen eingesetzt. Digitale Prototypen besitzen neben der Repräsentation der 3-dimensionalen Geometrie von Einzelteilen und Baugruppen, den Materialeigenschaften sowie der Produktstruktur auch physikalische und logische Eigenschaften. Damit sind sie in der Lage, im Rahmen der modellierten Merkmale eine Simulation des physikalischen Produktverhaltens und auch der logischen Bedingungen zu berechnen und auch durch eine Animation darzustellen. Der Begriff Virtuelles Produkt fasst mehrere physikalische Eigenschaften eines Produktes zusammen und vereinigt sie interoperabel in einem Produktmodell. Der Begriff Virtuelle Fabrik bezieht sich auf die modellhafte Abbildung von Herstellungsprozessen mit ihren physikalischen Eigenschaften. Auch hierbei ist das Ziel, mit Hilfe einer Simulation die einzelnen Abläufe der Fertigung, der Montage und auch der Prüfung simulieren zu können. Die Virtuelle Produktentwicklung wird in diesem Zusammenhang als eine Untermenge der Virtuellen Produktentstehung verstanden, wobei beiden Begriffen der gleiche Wesenskern zugrunde liegt. Der Wesenskern liegt in der Bildung digitaler Repräsentation von Produkten und Prozessen, die als aufeinander abgestimmte Produktdaten- und Prozessdatenmodelle so zusammenwirken, dass eine Folge von Modellierung, Analyse (Berechnung), Simulation und Optimierung zu einem durchgängig rechnerunterstützten Produktentstehungsprozess führen. Digitale Modelle ersetzen dann die traditionellen Dokumente auf Papier (z. B. technische Zeichnungen, Stücklisten, Arbeitspläne) und werden für genutzt. - die Dokumentation von Entwicklungsergebnissen, - die Kommunikation technischer Merkmale und Eigenschaften und - die Steuerung von Produktionsabläufen Auch wenn zwischen dem Stand der industriellen Anwendung der Informations- und Kommunikationstechnologie, Konzepten und Angeboten der IT-Lösungsanbieter und dem Stand der Forschung hinterher hinkt /Val-2005/, so hat der Wandel in der Produktentwicklung, der sowohl die Arbeitsmethoden, Arbeitsorganisationen und Arbeitsstile betrifft, bereits begonnen. Es entstehen dadurch neue Anforderungen an die Produktentwicklung, die auch neue Qualifikationsprofile erfordern. 3. Wandel der Produktentwicklung Der zunehmende Einfluss der Informations- und Kommunikationstechnologie führt zu einer Änderung der Arbeitsmethoden, der Arbeitsorganisationen und des Arbeitsstils. Diese Änderung

9 wird hauptsächlich durch die folgenden drei Merkmale geprägt: a) Von der statischen, aufgabenbezogenen Arbeitsmethode hin zur dynamischen, prozessbezogenen Arbeitsmethode. b) Von der individuellen Arbeitsweise, die in eine hierarchische Organisationsstruktur eingebettet ist, hin zu einer Arbeitsweise im Team, z. B. eingebettet in eine Matrixorganisation. c) Von dem auf Dokumenten basierenden Arbeitsstil hin zu einem Arbeitsstil, der auf digitalen Modellen aufbaut. Der Wandel von der statischen, themenbezogenen Arbeitsmethode hin zur dynamischen, prozessbezogenen Arbeitsmethode bedeutet, dass das Bewusstsein, Teil eines Prozesses zu sein, gestärkt werden muss. Dies erfordert allerdings auch, dass Prozesse bekannt und verstanden sein müssen. Merkmale der prozessbezogenen Arbeitsweise sind insbesondere die Terminplanung, die Ablauforganisation der Prozesse (wie z. B. Prüf- und Freigabeabläufe, Änderungsabläufe) und die Kooperation mit Partnern. 3.1 Digitale Modelle Die Arbeitsmethoden der Produktentwicklung basieren sehr stark auf Dokumenten. Dokumente (wie Technische Zeichnungen, Stücklisten, etc.) erfüllen dabei mehrere Aufgaben. Besonders wichtig ist die eindeutige, meist genormte graphische oder textuelle Darstellung technischer Sachverhalte zur Dokumentation technischer Lösungen, deren Weitergabe, deren Wiederverwendung und deren Archivierung. Mit dem zunehmenden Einsatz von rechnergestützten Datenverarbeitungssystemen gewinnen die modellbasierten Arbeitsmethoden zunehmend an Bedeutung. Das bedeutet, dass zunehmend mehr so genannte digitale Modelle erstellt werden, aus denen dann über Algorithmen die graphische oder textuelle Darstellung nach den Regeln bzw. Normen für die Erstellung der jeweiligen Dokumente berechnet und ausgegeben werden. Im Bereich der Produktdatentechnologie wird dieser Ansatz durch die Informationsmengen Produktdefinition, Produktrepräsentation und Produktpräsentation (Bild 3) umgesetzt (siehe hierzu auch /Antr-2000/). Bild 3: Ansatz digitaler Produktmodelle mit Produktdefinition, -repräsentation und präsentation Der Vorteil dieses Ansatzes des digitalen Produktmodells liegt darin, dass insbesondere der

10 Produktrepräsentation mathematische Theorien (z. B. Vektoranalysis) zugrunde liegen, die die Konsistenz des Modells sicherstellen. Dies bedeutet, dass stets bekannte Zustände von Entwicklungsergebnissen identifiziert werden können, Änderungen sich stets auf die Produktrepräsentation auswirken und Änderungen auch in abgeleitete Produktrepräsentationen und präsentationen übernommenen werden können. Darüber hinaus werden in die Produktdefinition aufbau- und ablauforganisatorische Regeln abgebildet, so dass sich die Unternehmensorganisation darin widerspiegelt. 3.2 Collaborative Engineering Der Begriff Collaborative Engineering beschreibt den Trend, Produktentwicklung kooperativ zu betreiben. Die dabei angestrebten Kooperationen sind vielfältig. Sie einzurichten begründet sich durch den Charakter des Massenprodukts Automobil, für das vor dem Serienanlauf möglichst optimale und alle Randbedingungen und Besonderheiten verschiedener Stationen der Wertschöpfungskette berücksichtigende Lösungen erarbeitet und abgesichert werden sollen. Sie gehen auf die Strategie zurück, eine Optimierung der drei Zielgrößen der Produktentwicklung, Qualität, Kosten und Zeit über Kooperationen zu erreichen. Dabei können hauptsächlich drei Arten unterschieden werden: - Kooperationen innerhalb der Wertschöpfungskette, - unternehmensübergreifende Kooperationen und - globale Kooperationen mit Partnern in verschiedenen, räumlich verteilten Märkten. Kooperationen innerhalb der Wertschöpfungskette basieren auf der Bildung von Projektteams mit Teammitgliedern aus verschiedenen Bereichen der Wertschöpfungskette, wie z. B. der Produktentwicklung (Konstruktion), der Berechnung und Simulation, der Produktionsvorbereitung und der Produktion. Ziel ist es, im Projektteam das Wissen über die verschiedenen Stationen der Wertschöpfungskette schon in einer frühen Entwicklungsphase zusammen zu bringen, um Entscheidungen über Produktlösungen möglichst optimal zu treffen und Nacharbeiten und spätere Änderungen, so weit es geht, zu vermeiden. Das Denken (Vordenken) in Prozessketten wurde dabei, neben dem Beherrschen der Methoden der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie, zu einer weiteren Anforderung an die Teammitglieder. Unternehmensübergreifende Kooperationen werden gerade in der Automobilindustrie auch in der Produktentwicklung zunehmend häufiger eingerichtet. Ihnen liegt der Ansatz zugrunde, eine Konzentration auf strategische Kompetenzfelder anzustreben, die so genannten Kernkompetenzen. Mit der Entwicklung von Systemen und Komponenten, die nicht zu den Kernkompetenzen gehören, werden dann kooperierende Partnerunternehmen (Systemlieferanten, Komponentenlieferanten) beauftragt. Zur erfolgreichen Einrichtung unternehmensübergreifender Kooperationen gehört jedoch die Einrichtung von Rahmenbedingungen, wie z. B. die Berücksichtigung unternehmensspezifischer Normen und abgestimmte Infrastrukturen für die Informations- und Kommunikationstechnik. Darüber hinaus sind die Integration der Produktlösungen der kooperierenden Unternehmen zum Gesamtprodukt mit der Absicherung und dem Nachweis ihrer geometrischen und funktionalen Verträglichkeit zu wichtigen Aufgaben geworden. Durch die Globalisierung und die Erschließung neuer Märkte gewinnen Kopperationen mit Partnern in verschiedenen, räumlich verteilten Märkten zunehmend an Bedeutung. Der Grund dafür liegt in den spezifischen Anforderungen, die aus den verschiedenen Märkten (z. B. Europa, Asien, Nordund Südamerika) resultieren. Sie zu erfüllen macht eine Präsenz in den Märkten auch bezüglich

11 einer Produktentwicklung erforderlich. Der zugrunde liegende Ansatz, die Anforderungen der unterschiedlichen Märkte zu erfüllen, zielt auf eine Optimierung des Gesamtproduktes Automobil. So wird zwar angestrebt, möglichst viele gleiche Systeme und Komponenten zu verwenden, aber dort, wo auf den Markt ausgerichtete Lösungen gefordert werden, wird angestrebt, diese auch zu erfüllen. Dies führt zunehmend zu Kooperationen zwischen Produktentwicklungszentren. Über diese Arten von Kooperationen zur Produktentwicklung hinaus werden vereinzelt auch direkte Kooperationen zwischen Automobilherstellern gepflegt. Diese Kooperationen zielen z. B. auf Kooperationen zur Ergänzung des eigenen Portfolios, wie etwa im Motorenspektrum. Charakteristische Merkmale des Collaborative Engineering sind für alle Arten der Kooperation die Teambildung und das Arbeiten im Team unter Anwendung der Methoden der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie. Collaborative Engineering führt darüber hinaus zu einem Wandel in der Aufbau- und Ablauforganisation und erfordert neue Qualifikationsprofile. 3.3 Wandel der Aufbau- und Ablauforganisation Der Wandel der Aufbau- und Ablauforganisation zeigt gerade in der Produktentwicklung eine zunehmende Projekt- und Prozessorientierung. Darüber hinaus gewinnt das Arbeiten in Teams zunehmend an Bedeutung. Für die Aufbauorganisation bedeutet dieser Trend einen Wandel von der traditionellen hierarchischen Organisationsstruktur hin zu einer Matrixorganisation. Dabei berichten Produktentwickler z. B. einerseits an die Abteilungsleitung und andererseits an die Projektleitung. Methoden des Projektmanagements spielen dabei eine entscheidende Rolle und sind insbesondere dann unverzichtbar, wenn Mitarbeiter in mehreren Projekten, ggf. mit verschiedenen Kooperationsarten, eingesetzt werden. Die Art der Abwicklung der Projekte macht wiederum neue Berichtsformen und Ablauforganisationen erforderlich. Neue Formen der Ablauforganisation spielen gerade in der Automobilindustrie eine bedeutende Rolle. Unter Ablauforganisation, insbesondere in der Produktentwicklung, wird die strukturiert steuerbare und nachvollziehbare Organisation des Ablaufs von Entwicklungsprojekten verstanden. Entwicklungsprojekte in der Automobilindustrie sind häufig Projekte mit Laufzeiten von vielen Monaten und werden häufig hierarchisch in Unterprojekte strukturiert. Zur Ablauforganisation zählen insbesondere Methoden der System- und Produktstrukturierung, der Identifikation und Klassifikation, des Freigabe- und Änderungswesens sowie des Monitoring des Projektreifegrades. Ein Wandel in der Ablauforganisation ist z. B. durch die Einführung so genannter Design Review Prozesse zu erkennen, die zunehmend die traditionelle Zeichnungsfreigabe ergänzt bzw. sogar ersetzt. Durch die Beteiligung vieler Experten, insbesondere aus kooperierenden Unternehmen, die oftmals auch aus dem Ausland kommen, gewinnen Entwicklungsprojekte eine überaus hohe Komplexität. Umso wichtiger ist es, gerade die Aufbau- und Ablauforganisation vollständig und widerspruchsfrei zu definieren. Sie wird in der Produktentwicklung in die so genannten Produktdatenmanagementsysteme (kurz: PDM-Systeme) abgebildet. Über PDM-Systeme können dann Informationen über Stand und Inhalt von Entwicklungsprojekten abgefragt werden. Darüber hinaus stellen PDM-Systeme, denen Datenbanken zugrunde liegen, Plattformen dar, über die der steuerbare und nachvollziehbare Produktdatenaustausch durchgeführt wird. Er hat sich dabei von einem unidirektionalen Austausch von sequentiellen Dateien zwischen Sender und Empfänger (engl. data exchange) zu einer Datenbereitstellung über das PDM-System entwickelt (engl. data sharing) und stellt so eine Basis für moderne Methoden des Entwicklungsmanagements wie Concurrent Design und Simultaneous Engineering dar. Vorteile liegen in der Unterstützung der Ablauforganisation durch PDM-Systeme.

12 3.4 Qualifikationsprofile Die Informations- und Kommunikationstechnik hat zur Produktentwicklung in der Automobilindustrie zu neuen Arbeitsmethoden geführt, die neue Qualifikationsprofile erforderlich machen. Eine erkennbare Änderung im Qualifikationsprofil ist durch folgende technischen Merkmale gegeben: - 3D-CAD, Die Einführung von 3D-CAD Systemen erfordert neue Vorgehensweisen zur Entwicklung konstruktiver Lösungen. Sie basieren darauf, dass über die Methoden der Punkt- und Linienkonstruktion hinaus, wie sie traditionell beim Erstellen technischer Zeichnungen praktiziert werden, Methoden zur Flächen- und Volumenkonstruktion angewendet werden können. Darüber hinaus erfordert die Weiterverarbeitung der 3D-CAD Daten ein Denken in Prozessketten, damit die 3D-CAD Daten möglichst effektiv weiterverwendet (Berechnungen, Simulationen, Optimierungen, Fertigungssteuerung) werden können. Ebenso spielt das Zusammenwirken mehrerer Bauteile zum System (engl.: design in context) sowie die zunehmende Interdisziplinarität (mechatronische Systeme) eine große Rolle. - PDM und Zum Qualifikationsprofil gehört auch das Verständnis der technischen Ablauforganisation, weil sie in PDM-Syteme abgebildet wird. So muss verstanden werden, welche Informationen (Artikel und Dokumente) im PDM-System verfügbar sind, wie auf sie zugegriffen werden kann und wie ihre Metadaten (z. B. Sachnummern, Freigabezustand, Reifegrad, Änderungsstand) zu interpretieren sind. - CSCW. Zur Unterstützung der Kooperationsarten werden CSCW-Systeme (Computer Supported Cooperative Work) eingesetzt. Sie unterstützen z. B. internetbasierte Videokonferenzen. Darüber hinaus umfassen sie zunehmend Werkzeuge zur Organisation und Durchführung von kooperativen Projekten. Neben diesen technischen Merkmalen muss betont werden, dass die grundständigen ingenieurwissenschaftlichen Kenntnisse und Fähigkeiten keineswegs an Stellenwert verloren haben. Sie sind gerade aufgrund des Einsatzes leistungsfähiger Hard- und Softwaresysteme wichtiger denn je, gilt es doch, rechnerunterstützt erstellte Produktlösungen kritisch zu hinterfragen und deren Gültigkeit schnell abschätzen zu können. Eine weitere Herausforderung liegt im Erwerb zusätzlicher, fachergänzender Schlüsselqualifikationen. Zu ihnen zählen beispielsweise das Beherrschen von Sprachen, insbesondere Englisch, Teamfähigkeit (z. B. Kooperationsfähigkeit, Gesprächsorganisation und -führung, Konfliktlösungsstrategien) und das Verständnis anderer Kulturen (siehe hierzu auch /Harms-2002/). 4. Zukünftige Tendenzen Die Informatisierung der Produktentwicklung wird in der Automobilindustrie noch weiter voranschreiten. Sich abzeichnende Trends zeigen, dass einerseits durch mobile Datenverarbeitungssysteme wie Laptops und Personal Digital Assistents (kurz: PDA), andererseits

13 durch die einfache Verarbeitung großer Datenmengen eine neue Dimension auf die Produktentwicklung zukommt. Sie eröffnen prinzipielle Ortsunabhängigkeit und erlauben eine Weiterentwicklung von Arbeitsmethoden, Arbeitsorganisationen und Arbeitsstilen. Allerdings entsteht dabei auch eine Herausforderung, die es zu meistern gilt: Die Gewährleistung der Sicherheit der Informations- und Kommunikationstechnik. Sicherheitsanforderungen bestehen hinsichtlich - der System- und Datenverfügbarkeit, - der Abwehr von Hackerangriffen sowie - der Werkspionage und - der Know-how (Produktdaten) Entwendung. Damit wird das Thema der Sicherheit der Informations- und Kommunikationstechnologie zu einer der bedeutendsten Aufgaben, gerade im Rahmen der Produktentwicklung. Weitere Tendenzen zeichnen sich zu den Strategien des In- und Outsourcings sowie bezüglich der Internationalisierung ab. Outsourcing in der Produktentwicklung zielt auf die Auslagerung von Entwicklungstätigkeiten zu System- und Komponentenlieferanten. Der hierbei verfolgte Ansatz liegt in der Konzentration der Entwicklungstätigkeiten auf die eigenen Kernkompetenzen. Dieser Konzentrationsprozess geht allerdings auch oft mit Know-how Abfluss und der Aufgabe von Entscheidungsfeldern einher. Gerade aufgrund der hohen Bedeutung der Informations- und Kommunikationsinfrastruktur können sich auch wieder Gegenbewegungen in Form so genannter Insourcingstrategien ergeben. Insourcing umfasst die Reintegration des Know-hows wie auch die Einbettung der aufgabenspezifischen Entscheidungsstrukturen in das Unternehmen. Die voranschreitende Internationalisierung wird sich weiter verstärken. Dies bedeutet, dass sich die Produktentwicklung mehr denn je auf den weltweiten Wettbewerb einstellen muss. Deshalb ist die Vernetzung der Produktentwicklung mit den verschiedenen Märkten von großer Bedeutung und zielt auf die schnelle Reaktion von Markttrends und auf die geeignete Reaktion auf Marktveränderungen. Durch die moderne Informations- und Kommunikationstechnologie sind digitale Produktdaten ortsungebunden geworden und können leicht an beliebige Standorte transferiert werden. Allerdings sind sowohl zur Interpretation und Verarbeitung digitaler Produktdaten eine hohe Qualifikation und spezifisches Erfahrungswissen, kurz Know-how und Know Why erforderlich. Deshalb gehen gerade mit der zunehmenden Digitalisierung des Produktentwicklungsprozesses auch eine kontinuierliche Weiterqualifikation und eine kontinuierliche Wissenserweiterung einher. Der Wesenskern zur erfolgreichen Produktentwicklung liegt in der Erschließung zukunftsträchtiger Innovationspotenziale und in der Steigerung der Produktqualität durch eine Steigerung der Prozessqualität. Eine einseitige Orientierung der Produktentwicklung an Kostenmerkmalen ist jedoch äußerst gefährlich, insbesondere dann, wenn die Produktqualität darunter leidet. 5. Zusammenfassung Die Virtuelle Produktentwicklung besitzt gerade für die Automobilindustrie eine enorm hohe Bedeutung, die daraus resultiert, dass aufgrund des Charakters von Massenprodukten bzw. angestrebten hohen Stückzahlen optimale Produktlösungen unabdingbar sind. Mit Hilfe der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie können Teillösungen und alternative Produktlösungen digital analysiert, simuliert und optimiert werden und zwar in einer relativ frühen Entwicklungsphase, so dass Änderungen noch leicht und kostengünstig möglich sind. Darüber hinaus liegt ein hohes Potenzial der modernen Informations- und Kommunikationstechnologie in der Weiterverarbeitung einmal erstellter Produktdaten für den Produktionsprozess und im Aufbau

14 von Kooperationsnetzwerken mit Zulieferanten, um die jeweiligen Kernkompetenzen zur bestmöglichen Entwicklung wettbewerbsfähiger Produkte zu nutzen. Der Durchdringungsgrad der Informations- und Kommunikationstechnik ist in der Produktentwicklung der Automobilindustrie bereits sehr hoch und erfordert von Mitarbeitern der Produktentwicklung neue Qualifikationsprofile, die auf eine effiziente und effektive Nutzung der Informations- und Kommunikationstechnologie ausgerichtet sind. Darüber hinaus liegen weitere Innovationspotenziale durch eine Weiterentwicklung der Informations- und Kommunikationstechnologie in der Zunahme mobiler Datenverarbeitungsgeräte (ubiquitous computing) und weiteren Leistungssteigerungen der Informations- und Kommunikationskapazitäten. Eine überaus wichtige Herausforderung wird jedoch in der Gewährleistung der Sicherheit von Informations- und Kommunikationssystemen liegen. Die Informatisierung hat damit zu einem erheblichen Wandel in der Produktentwicklung geführt, der jedoch noch nicht abgeschlossen ist. Es gilt, den Wandel mit zu gestalten und Voraussetzungen zu schaffen, um im internationalen Wettbewerb zu bestehen. 6. Literatur /BMWA-2005/ Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit /DARPA-1992/ N.N. DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency), Completed Programs: RaDEO (Rapid Design Exploration & Optimization) /Harms-2002/ Harms, M. Arbeiten in der Welt von Morgen auf was wir achten sollten 10. Regionalkonferenz Nordenham, 26. April 2002 /Paet-2005/ Pätzold, B. Partnerschaften & Kooperationen Herausforderungen an unternehmensübergreifende Integration Dokumentation, ProSTEP-iViP Symposium 2005 /ProS-2003/ ProSTEP AG Produktdatentechnologie und Kommunikation in Netzwerken von Automobilherstellern und Zulieferer 2003, Abschlussbericht PDTnet, ProSTEP AG, Darmstadt, 2003 /Spur-2002/ Spur, G.

15 Wandel der Forschung in einer wissensintegrierten Wirtschaft Wissenschaftsforschung, Jahrbuch 2001, Berlin, Gesellschaft für Wissensforschung 2002, /Val-2005/ Valnion B. D. Klippen, Kluften und die Krise der Strategen CADplus Business + Engineering, S , 2/2005 /VDA-2005/ Verband der Deutschen Automobilindustrie