Technik Jonas Roebke Analyse und Klassifikation von Schnittstellen des Anforderungsmanagements zu nachfolgenden Produktentwicklungsprozessschritten Studienarbeit
Technische Universität Darmstadt Fachbereich Maschinenbau Studienarbeit Analyse und Klassifikation von Schnittstellen des Anforderungsmanagements zu nachfolgenden Produktentwicklungsprozessschritten Jonas Roebke Darmstadt, den 27. Februar 2007
Inhaltsverzeichnis 1 EINLEITUNG 1 1.1 Ausgangslage 1 1.2 Situationsanalyse 1 1.3 Zielsetzung und Vorgehensweise 3 2 DEFINITION VON ANFORDERUNG & ANFORDERUNGSMANAGEMENT 4 2.1 Begriffsdefinition Anforderung 4 2.2 Anforderungen im Kontext der Produktentwicklung 5 2.3 Anforderungsarten 8 2.4 Begriffsdefinition Anforderungsmanagement 9 3 ANFORDERUNGSMANAGEMENT IN DER WISSENSCHAFT 12 3.1 Anforderungsmanagement aus Sicht der Ingenieurwissenschaft 12 3.1.1 Konstruktionslehre nach [Pahl/Beitz et al. '03] 13 3.1.2 Integrierte Produktentwicklung nach [Ehrlenspiel '95; Ehrlenspiel '03] 17 3.1.3 Product Design and Development nach [Ulrich/Eppinger '00] 21 3.1.4 Zusammenfassung 26 3.2 Anforderungsmanagement aus Sicht nicht umfassender Ansätze 29 3.2.1 Ganzheitliches Anforderungsmanagement nach [Danner '96] 29 3.2.2 Erfassen und Handhaben von Produktanforderungen nach [Ahrens '00] 33 3.2.3 Entstehung und Markteinführung von Produktneuheiten nach [Call '97] 35 3.2.4 Zusammenfassung 40 3.3 Anforderungsmanagement aus Sicht der Informatik 44 3.3.1 Requirements Engineering systematisch nach [Partsch '98] 44 3.3.2 Requirments Engineering nach [Kotonya/Sommerville '03] 48 3.3.3 Kontinuierliches Anforderungsmanagement nach [Schienmann '06] 54 3.3.4 Zusammenfassung 59 3.4 Auswertung der Literaturanalyse 62 3.5 Klassifikation der Schnittstellen des Anforderungsmanagements 68 3.6 Übersicht über ausgewählte Methoden des Anforderungsmanagement 72 3.6.1 Natürlich sprachliche Methoden 76 3.6.2 Formale Diagramme tabellarisch 78 3.6.3 Formale Diagramme graphisch 80 3.6.4 Zusammenfassung 81 II
4 ANFORDERUNGSMANAGEMENT IN DER PRAXIS 82 4.1 Einleitung 82 4.2 Wissenschaftliche Studien 83 4.2.1 Requirements Management in practice: findings from an empirical study in the automotive industry [Almefelt/Berglung et al. '06] 84 4.2.2 Introducing basic systematic Requirements engineering practices in small organizations with an easy to adopt method [Nikula '04] 86 4.3 Praxisbeispiel 1 89 4.4 Praxisbeispiel 2 96 4.5 Praxisbeispiel 3 102 5 ANALYSE VON THEORIE UND PRAXIS 108 6 FAZIT 112 7 AUSBLICK 113 8 ZUSAMMENFASSUNG 114 ANHANG 116 Anhang A1: Ausführliche Darstellung der Literaturanalyse in einer Tabelle 116 Anhang A2: Definition der Aufgaben, Organisation und Prozesszuordnung des Anforderungsmanagements 119 Anhang A3: Methodenauswertung einer erweiterten Literaturanalyse 120 Anhang A4: Detaillierte Auswertung der Praxisbeispiele anhand der Literaturkriterien des Anforderungsmanagements 123 LITERATURVERZEICHNIS 124 III
Abbildungsverzeichnis Abbildung 1: Problembereiche in der Produktentwicklung angelehnt an [Grabowski/Geiger '97]... 2 Abbildung 2: Vorgehensweise zur Analyse und Klassifikation der Schnittstellen des Anforderungsmanagements... 3 Abbildung 3: Produktlebenszyklus nach [Grabowski/Geiger '97]... 5 Abbildung 4: Klassisches Wasserfallmodell nach [Partsch '98]... 6 Abbildung 5: Realistisches Phasenmodell nach [Partsch '98]... 7 Abbildung 6: Das V-Modell nach [Versteegen '04] mit Phasenzuordnung nach [Partsch '98].. 7 Abbildung 7: Das Spiralmodell des Requirements Engineering Prozess nach [Kotonya/Sommerville '03]... 8 Abbildung 8: Anforderungsarten nach [Schienmann '06]... 9 Abbildung 9: Anforderungsmanagement im Kontext der Produktentwicklung im Sinne von [Danner '96; Eversheim/Schuh '04]... 10 Abbildung 10: Anforderungsmanagement im Kontext der Softwareentwicklung nach [Schienmann '06]... 10 Abbildung 11: Anforderungsmanagement im Kontext der Softwareentwicklung nach [Versteegen '04]... 11 Abbildung 12: Requirements Management im Kontext der Softwareentwicklung nach [Kotonya/Sommerville '03; Wiegers '06]... 11 Abbildung 13: Vorgehensweise der Produktentwicklung nach VDI 2221... 13 Abbildung 14: Vorgehen bei der Produktplanung nach [Pahl/Beitz et al. '03] aus [Jung '06]. 15 Abbildung 15: Produktentstehungs- und -verfolgungsprozess unter Simultaneous Engineering nach [Pahl/Beitz et al. '03]... 16 Abbildung 16: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Pahl/Beitz et al. '03]... 17 Abbildung 17: Informationsregelkreise in Anlehnung an [Ehrlenspiel '95]... 18 Abbildung 18: Unterteilung des Vorgehensplans nach Teilprozessen und Teilobjekten im Sinne der IPE-Methodik [Ehrlenspiel '03]... 19 Abbildung 19: Darstellung des Aufbaues einer Phase des Produktentwicklungsprozesses in Anlehnung an [Ehrlenspiel '95]... 19 Abbildung 20: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Ehrlenspiel '03]... 21 IV
Abbildung 21: Der Produktentwicklungsprozess nach [Ulrich/Eppinger '00]... 22 Abbildung 22: Der Konzeptentwicklungsprozess (Phase 1) nach [Ulrich/Eppinger '00]... 22 Abbildung 23: Die Fünf-Stufen Konzeptentwicklungsmethodologie nach [Ulrich/Eppinger '00]... 23 Abbildung 24: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Ulrich/Eppinger '00]... 26 Abbildung 25: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach den Vertretern von umfassenden Ansätzen der Produktentwicklung... 28 Abbildung 26: Beispielhafte Umformulierung von wörtlichen Kundenaussagen und Zuordnung der davon ableitbaren Anforderungen zu den verschiedenen Konkretisierungsebenen von QFD nach King dargestellt in [Danner '96]... 30 Abbildung 27: Ebenen der QFD-Methode von [Danner '96]... 30 Abbildung 28: QFD nach Akao angelehnt an die Darstellung von [Danner '96]... 31 Abbildung 29: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Danner '96]... 32 Abbildung 30: Methodische Vorgehensweise zur Erfassung und Handhabung von Anforderungen nach [Ahrens '00]... 33 Abbildung 31: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Ahrens '00]... 35 Abbildung 32: Twin Streams of Development nach Crawford entnommen aus [Call '97]... 36 Abbildung 33: Produktentwicklungsprozess im Sinne von [Call '97]... 37 Abbildung 34: Vorgehensweise zur Entwicklung eines integrierten zeiteffizienten Prozessablaufsplans nach [Call '97]... 38 Abbildung 35: Zeitvorteil des Simultaneous Engineering im Vergleich zum Phasenansatz der Produktentstehung nach [Call '97]... 39 Abbildung 36: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Call '97]... 40 Abbildung 37: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach den Vertretern nicht umfassender Ansätze der Produktentwicklung... 43 Abbildung 38: RE life cycle nach [Partsch '98]... 45 Abbildung 39: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen während der Produktentwicklung nach [Partsch '98]... 48 V
Abbildung 40: Aktivitätsmodell des Requirements Engineering nach [Kotonya/Sommerville '03]... 49 Abbildung 41: Bestandteile der Anforderungsentdeckung nach [Kotonya/Sommerville '03]. 49 Abbildung 42: Requirements analysis and negotiation process [Kotonya/Sommerville '03].. 50 Abbildung 43: Requirements Validation nach [Kotonya/Sommerville '03]... 50 Abbildung 44: Der Prozess der Änderungsanalyse und kostenverwaltung nach [Kotonya/Sommerville '03]... 52 Abbildung 45: Formen der Nachvollziehbarkeit von Anforderungen (Traceability) entnommen aus [Kotonya/Sommerville '03]... 52 Abbildung 46: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Kotonya/Sommerville '03]... 54 Abbildung 47: Haupttätigkeiten des Anforderungsmanagements angelehnt an [Schienmann '06]... 55 Abbildung 48: Zentrale Dimensionen des Entwicklungsprozesse nach [Schienmann '06] und entspricht den drei Dimensionen nach [Pohl '92]... 56 Abbildung 49: Prozessbereiche des Anforderungsmanagements nach [Schienmann '06]... 57 Abbildung 50: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen nach [Schienmann '06]... 59 Abbildung 51: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen durch repräsentative Vertreter... 61 Abbildung 52: Gegenüberstellung der Phasen der Software- und Produktentwicklung... 67 Abbildung 53: Intensitätsabhängige und phasenbezogene Darstellung des Umganges mit Anforderungen im Produktentwicklungsprozess... 67 Abbildung 54: Anforderungsmanagements als phasenübergreifender Prozess... 68 Abbildung 55: Regelkreis des Anforderungsmanagements... 69 Abbildung 56: Der Regelkreis des Anforderungsmanagements während des Produktentwicklungs-prozesses... 70 Abbildung 57: Organisatorische Schnittstellen des Anforderungsmanagement während der Produktentwicklung... 71 Abbildung 58: Zuordnung der Methodenklassen zu den Aufgaben des Anforderungsmanagements... 73 Abbildung 59: Anforderungsschablone nach [Rupp '07]... 76 Abbildung 60: Schematische Darstellung des House of Quality nach [Herzwurm '98] und der Vorgehensweise nach Makabe dargestellt in [Danner '96]... 79 VI
Abbildung 61: Diagrammarten von UML 2.0... 80 Abbildung 62: Extremausprägung der Produktkomplexität nach [Beutin '00]... 82 Abbildung 63: Darstellung der Auswahlkriterien und Praxisbeispiele... 83 Abbildung 64: Formaler Prozess des Herunterbrechens bei einem Schwedischen Autoproduzenten entnommen aus [Almefelt/Berglung et al. '06]... 85 Abbildung 65: Vergleich der Produktentwicklung des OEM mit der VDI 2221... 90 Abbildung 66: Phasen der Anforderungsspezifikation beim OEM... 90 Abbildung 67: Differenzierung von Anforderungen beim OEM... 91 Abbildung 68: Phasen der Anforderungsspezifikation mit Phasenergebnissen beim OEM... 92 Abbildung 69: Anforderungsmanagement hinsichtlich Zeit und Spezifikationsgrad beim OEM... 93 Abbildung 70: Beteiligte Abteilungen am Balancing Meeting beim OEM... 93 Abbildung 71: Phasen der Spezifikation mit Rollenzuweisung beim OEM... 94 Abbildung 72: Anforderungsmanagement hinsichtlich Zeit und Spezifikationsgrad beim OEM mit Abbildung des Monitoring- und Änderungsvorgangs... 95 Abbildung 73: Anforderungsmanagement mit automatischer Prüfkriterienvorgabe beim OEM... 95 Abbildung 74: Gegenüberstellung der Phasen der VDI 2221 mit den Phasen der Produktentwicklung des Zulieferers... 97 Abbildung 75: Ebenen der Anforderungsdetaillierung beim Zulieferer... 97 Abbildung 76: Prototypen während der Produktentwicklung beim Zulieferer... 98 Abbildung 77: Zusammensetzung der Anforderungen nach Herkunft beim Zulieferer... 99 Abbildung 78: Form des Änderungsprozesses in Phasenabhängigkeit beim Zulieferer... 100 Abbildung 79: Beteiligte Akteure am Änderungsprozess beim Zulieferer... 101 Abbildung 80: Inkrementelle Vorgehensweise der Produktentwicklung... 103 Abbildung 81: Phasen der inkrementellen Produktentwicklung beim SWE... 104 Abbildung 82: Zusammensetzung der Anforderungen beim SWE... 104 Abbildung 83: Der Umgang mit Anforderungen während der Produktentwicklung beim SWE... 105 Abbildung 84: Rollenverteilung des Anforderungsmanagements beim SWE... 106 Abbildung 85: Änderungsprozesse während der Produktentwicklung beim SWE... 107 VII
Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Wichtige Erfolgsfaktoren der Produktentwicklung mit einer Skala von 5 (sehr hoch) bis 1 (gering); entnommen aus [Grabowski/Geiger '97]... 2 Tabelle 2: Aufgaben des Anforderungsmanagement nach [Pahl/Beitz et al. '03], [Ehrlenspiel '03] und [Ulrich/Eppinger '00]... 27 Tabelle 3: Organisationsform des Anforderungsmanagements nach [Pahl/Beitz et al. '03], [Ehrlenspiel '03] und [Ulrich/Eppinger '00]... 28 Tabelle 4: Zuordnung des Anforderungsmanagements zum Entwicklungsprozess nach [Pahl/Beitz et al. '03], [Ehrlenspiel '03] und [Ulrich/Eppinger '00]... 28 Tabelle 5: Aufgaben des Anforderungsmanagement nach [Danner '96], [Ahrens '00] und [Call '97]... 41 Tabelle 6: Organisationsformen des Anforderungsmanagement [Danner '96], [Ahrens '00] und [Call '97]... 42 Tabelle 7: Zuordnung des Anforderungsmanagements zum Entwicklungsprozess des Anforderungsmanagements nach [Danner '96], [Ahrens '00] und [Call '97]... 43 Tabelle 8: Abhängigkeitsmatrix angelehnt an [Kotonya/Sommerville '03]... 52 Tabelle 9: Aufgaben des Anforderungsmanagement nach [Partsch '98], [Kotonya/Sommerville '03] und [Schienmann '06]... 60 Tabelle 10: Organisationsform des Anforderungsmanagements nach [Partsch '98], [Kotonya/Sommerville '03] und [Schienmann '06]... 61 Tabelle 11: Zuordnung des Anforderungsmanagements zum Entwicklungsprozess nach [Partsch '98], [Kotonya/Sommerville '03] und [Schienmann '06]... 61 Tabelle 12: Aufgabeninhalte des Anforderungsmanagements... 65 Tabelle 13: Auswertung der analysierten Literatur auf Inhaltsdeckung... 66 Tabelle 14: Organisationsform des Anforderungsmanagements... 66 Tabelle 15: Zuordnung des Anforderungsmanagements zum Entwicklungsprozess des Anforderungsmanagements nach Literaturanalyse... 67 Tabelle 16: Beispiele zu den Methodenklassen und den Untergruppen... 74 Tabelle 17: Übersicht über die Literaturempfehlung von Methoden durch die Literatur anhand der Klassifikation... 75 Tabelle 18: Vergleich der BaRE-Methode mit den REAIMS Kriterien nach [Nikula '04]... 88 Tabelle 19: Ergebnisse der Auswertung von [Nikula '04]... 88 Tabelle 20: Requirements Breakdown Matrix beim OEM... 92 VIII
Tabelle 21: Form des Änderungsprozesses in Abhängigkeit zu Phase und Herkunft beim Zulieferer... 100 Tabelle 22: Ergebnisse der Analyse der Aufgaben, Organisation und Zuordnung des Anforderungsmanagements der Praxisfälle und der wissenschaftlichen Studien108 Tabelle 23: Anforderungsmanagement in Abhängigkeit zu den Rahmenbedingungen nach [Rupp '07] im Vergleich zu den eigenen Erkenntnissen... 110 Tabelle 24: Methodeneinsatz bei den untersuchten Praxisfällen & wissenschaftlichen Studien... 111 IX
Kapitel 1 - Einleitung 1 Einleitung 1.1 Ausgangslage Die kontinuierliche Zunahme der Wettbewerbsintensität bewirkt, dass eine Verringerung der Kosten, eine Minimierung der benötigten Entwicklungszeit und die Erstellung eines qualitativ hochwertigen Produktes, im Sinne der Erfüllung der expliziten und impliziten Kundenanforderungen, von Nöten sind. Zeitgleich ist sowohl ein Anstieg der Produktkomplexität als auch der Anzahl der Produkte durch das Bestreben der Individualisierung, beobachtbar. Da die Kundenanforderungen und der Markt einem stetigen Wandel unterliegen, ist eine Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen ingenieurwissenschaftlicher Disziplinen erforderlich [Danner '96; Eversheim/Schuh '04]. Aufgrund dieses Spannungsfeldes sind Optimierungspotenziale, die den gesamten Produktentwicklungsprozess optimieren, anzugehen. Eine Option zur Steigerung des wirtschaftlichen Erfolges ist die umfassende Definition eines Produktes hinsichtlich Qualität, Kosten und Zeit [Ahrens '00]. Ebenso ist die konsequente Umsetzung der identifizierten Anforderungen aller Stakeholder, insbesondere die des Kunden, geboten [Schienmann '06]. Ein Managen aller Anforderungen an das Produkt ist folglich notwendig, um eine konsequente Kundenorientierung [El Emam/Quintin et al. '96], eine inderdisziplinäre und zeitlich effiziente Arbeitsteilung sowie eine kostenminimale Produktentwicklung zu erzielen. 1.2 Situationsanalyse Im vorangehenden Kapitel wird die Schlussfolgerung gezogen, dass ein Management aller Anforderungen zur Steigerung des wirtschaftlichen Erfolges beiträgt. Diese These wird durch zahlreiche Studien, die als zentralen Erfolgsfaktor der Produktentwicklung einerseits die Kunden- und Marktorientierung und andererseits eine erfolgreiche interdisziplinäre Zusammenarbeiten identifizieren, belegt [GROUP '95; Tam '06]. Beispielsweise kommen [Grabowski/Geiger '97] in ihrer Studie für das Bundesforschungsministerium über die Erfolgsfaktoren in der Produktenwicklung in Deutschland zu folgendem Ergebnis: 1
Kapitel 1 - Einleitung Tabelle 1: Wichtige Erfolgsfaktoren der Produktentwicklung mit einer Skala von 5 (sehr hoch) bis 1 (gering); entnommen aus [Grabowski/Geiger '97] 1. 2. 3. Kunden und Markorientierung der Produktentwicklung Zusammenarbeit der Entwicklung mit Produktplanung/ Produktmarketing Zusammenarbeit der Entwicklung mit der Fertigung 4,8 4,5 4,2 4. Qualitätsbewusstsein 4,1 5. Pioniergeist von Produktentwicklern 3,9 Es bleibt festzuhalten, dass die wichtigsten Erfolgsfaktoren der Produktentwicklung die durchgängige Kundenorientierung und die Verbesserung der Zusammenarbeit zwischen den verschiedenen Abteilungen sind. Eine Interaktion bzw. Kommunikation zwischen dem Kunden und der Produktentwicklung sowie zwischen den verschieden Abteilungen eines Unternehmens erscheinen daher als naheliegende Lösung. Jedoch ist die Kommunikation und die Kunden-/Marktorientierung zugleich der größte Problembereich der Produktentwicklung (siehe Abbildung 1). Zielfindung Markt/Kunde Methodenanwendung Mensch Organisation/Management Kommunikation 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Stimmen Abbildung 1: Problembereiche in der Produktentwicklung angelehnt an [Grabowski/Geiger '97] Ein methodisches Vorgehen zur Lösung der Kommunikationsprobleme zwischen den Beteiligten und zur Steigerung der Kunden-/Marktorientierung ist demnach erforderlich. Das Managen von Anforderungen trägt dazu bei, einerseits eine gemeinsame Grundlage zur Kommunikation zu schaffen und andererseits eine konsequente Kunden-/Marktorientierung zu erzielen. 2