Handbuch Produktentwicklung

Udo Lindemann

Handbuch Produktentwicklung

2016

1074 Seiten

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ISBN: 9783446445819

 

Inhaltsverzeichnis

6

Vorwort

28

Der Herausgeber

30

Autorenverzeichnis

32

TEIL I: Entwicklungsstrategie

36

1 Produktentwicklung Quo Vadis

38

1.1 Entgrenzung der Produktentwicklung

38

1.2 Interdisziplinäre Produktentwicklung

39

1.3 Dienstleistungsintegration

40

1.4 Digitalisierung und smarte Produkte

40

1.5 Neue Daten und Ansätze

41

1.6 Literatur

42

2 Strategische Produkt- und Prozessplanung

44

2.1 Informations- und Kommunikationstechnik als Treiber von Innovationen

44

2.2 Referenzmodell der Marktleistungsentstehung

48

2.3 Anwendungsbeispiel Schaltschrankbau

50

2.4 Erkennen von Zukunftsoptionen mit der Szenario-Technik

52

2.5 Entwicklung von Geschäftsmodellen

58

2.6 Implementierung von Geschäftsmodellen – Gestaltung von Geschäftsprozessen

63

2.7 Literatur

69

3 Portfoliomanagement

72

3.1 Ziele und Elemente des Portfoliomanagements

72

3.2 Die strategische Unternehmensführung als Rahmen für das Portfoliomanagement

73

3.2.1 Zentrale Elemente einer Strategie

73

3.2.2 Strategieebenen

75

3.2.2.1 Strategie Gesamtunternehmensebene

76

3.2.2.2 Strategie Geschäftsgebietsebene

76

3.2.3 Dynamik im Strategieprozess

78

3.2.3.1 Typische Strategiefallen und ihre Auswirkungen auf das Portfoliomanagement

79

3.2.3.2 Disruptive Marktentwicklungen

81

3.3 Portfoliomanagement im Rahmen des Produktlebenszyklusmanagements

82

3.3.1 Drei Portfoliostufen

83

3.3.1.1 Diversifikation

83

3.3.1.2 Wettbewerbsposition-Marktattraktivitäts-Matrix

84

3.3.1.3 Technologieportfolio

85

3.3.2 Der Töpfe-Ansatz zur finanziellen Rahmensetzung für strategische Projektkategorien

86

3.3.3 Selektionskriterien für die Projektauswahl

88

3.3.4 Multi-Projektplanung

89

3.3.5 Multi-Projektplanung aus Produktlebenszyklussicht

90

3.4 Zusammenfassung

92

3.5 Literatur

93

4 Risiko- und Chancenmanagement in der Produktentwicklung

94

4.1 Ziele und Wertbeitrag des Risikomanagements in der Produktentwicklung

94

4.2 Risikomanagementprozesse in der Produktentwicklung

94

4.3 Kognitive Verzerrungen und Risikomanagement

96

4.4 Gestaltung und Einführung eines Risikomanagementsystems in der Produktentwicklung

98

4.5 Kommunikation und Konsultation im Risikomanagement

100

4.5.1 Identifikation der wesentlichen Akteure (Stakeholder)

100

4.5.2 Analyse von Kosten und Nutzen des Risikomanagements

100

4.5.3 Analyse und Definition des Risikoappetits

101

4.5.4 Ausarbeitung eines Stakeholderkommunikations- und -konsultationsplanes

102

4.6 Definition des Risikomanagementkontexts

102

4.6.1 Festlegung der Risikomanagementorganisation und der Risikokriterien

102

4.6.2 Abgrenzung des Produktentwicklungsprozesses

103

4.6.3 Abgrenzung möglicher Risikoursachen

103

4.6.4 Festlegung von Auswirkungskategorien der Risiken: Ziele der Produktentwicklung

105

4.7 Identifikation von Produktentwicklungsrisiken

106

4.7.1 Visualisierung und Analyse des Produktentwicklungsprozesses

106

4.7.2 Identifikation von Einzelrisiken

106

4.7.3 Identifikation von Risikoszenarien

107

4.7.4 Dokumentation der Risiken in einem Risikokatalog

109

4.8 Analyse von Produktentwicklungsrisiken

109

4.8.1 Festlegung der Rahmenbedingungen der Risikoquantifizierung

109

4.8.2 Datensammlung zur Risikoquantifizierung

111

4.8.3 Quantifizierung der Risiken

112

4.8.4 Ergänzung des Risikokatalogs um Risikoquantifizierung

118

4.9 Evaluation von Produktentwicklungsrisiken

118

4.9.1 Abgleich der Risiken mit Schwellwerten und Risikoappetit

118

4.9.2 Risiken in Rangreihenfolge bringen

118

4.9.3 Auswahl der Risiken für Gegenmaßnahmen bzw. weitere Analyse

119

4.9.4 Ergänzung des Risikokatalogs um Auswahlentscheidung

119

4.10 Behandeln von Risiken

119

4.10.1 Analyse der Handlungsfelder: Akzeptieren, Überwachen, Informieren, Absorbieren oder Minimieren?

119

4.10.2 Identifikation möglicher Gegenmaßnahmen

121

4.10.3 Analyse der Wirksamkeit und des Kosten-/Nutzen-Verhältnisses der Gegenmaßnahmen

121

4.10.4 Dokumentation im Maßnahmenplan

122

4.11 Überwachung und Überprüfung der Risiken und des Risikomanagementsystems

122

4.11.1 Überwachung der Risikosituation

123

4.11.2 Überwachung der Ausführung der Gegenmaßnahmen

123

4.11.3 Überwachung der Ausführung des Risikomanagementprozesses

124

4.11.4 Überprüfung und Überarbeitung des Risikomanagementprozesses

124

4.12 Risikomanagement in der Produktentwicklung: Portfolioebene

124

4.12.1 Risiko-Nutzen-Verhältnis in Entwicklungsportfolios

124

4.12.2 Risikomanagementansätze auf Portfolioebene

128

4.13 Wertorientiertes Risikomanagement – Lean-Risk-Management

130

4.14 Literatur

132

5 Produktarchitektur

134

5.1 Produktarchitektur – Einordnung und Grundlagen

134

5.2 Dokumentationsphilosophie im Unternehmen

138

5.3 Architekturprozess

138

5.3.1 Allgemeine Ansätze

139

5.3.2 Typische Architektur in der industriellen Praxis

139

5.3.3 PAEP – Produktarchitektur-Entwicklungsprozess

139

5.3.4 Änderungsprozess innerhalb des Architekturprozesses

140

5.3.5 Rolle des Produktarchitekten

141

5.4 Architektur = Entscheidungen

141

5.4.1 Systematische Entscheidungsfindung – Entscheidungslandkarte

141

5.4.2 Einzelne Entscheidungen treffen

142

5.5 Literatur

144

6 Gleichteile-, Modul- und Plattformstrategie

146

6.1 Einleitung

146

6.2 Grundlagen

149

6.2.1 Zusammenhänge von Vielfalt, Komplexität und Kostenwirkung

149

6.2.1.1 Variante und Version

149

6.2.1.2 Auslöser von Produktvielfalt

150

6.2.1.3 Auswirkungen der Produktvielfalt

150

6.2.1.4 Resultierende Komplexität

151

6.2.1.5 Kostenwirkung der Produktvarianz-induzierten Komplexität

152

6.2.2 Definitionen, Potenziale und Grenzen modularer Produktstrukturen

156

6.2.2.1 Produktprogramm, Produktfamilie und Produktstruktur

156

6.2.2.2 Komponenten, Module und Modularisierung

157

6.2.2.3 Potenziale modularer Produktstrukturen

158

6.2.3 Variantengerechtheit

161

6.3 Verschiedene Produktstrukturstrategien

163

6.3.1 Mehrfachverwendung von Komponenten/Gleichteilestrategie

163

6.3.2 Modulstrategie

165

6.3.3 Plattformstrategie

167

6.3.4 Zusammenfassung und Beispiel

170

6.3.5 Prozessstrategien

172

6.4 Entscheidungsparameter in der Umsetzung

173

6.4.1 Teilbereich der Produktstruktur

174

6.4.2 Ebenen der Produktstruktur

174

6.4.3 Teilbereich des Produktprogramms

175

6.4.4 Zeitliche Planung

176

6.4.5 Kommunalität

176

6.4.6 Einordnung und Abgrenzung der Strategien Modulbaukasten, Plattform und Gleichteile

177

6.5 Methoden für die Produktstrukturierung

177

6.5.1 Methoden zur Planung der Produktstrukturstrategie

179

6.5.2 Methoden zur Umsetzung einer Produktstrukturstrategie

180

6.6 Integrierter Ansatz zur Reduzierung der internen Varianz

180

6.7 Literatur

183

TEIL II: Übergeordnete Aspekte

186

1 Systems Engineering

188

1.1 Was ist Systems Engineering?

188

1.1.1 Ursprünge des Systems Engineering

190

1.1.2 Bedarf und industrielle Entwicklung

192

1.1.3 Modellbasierte Entwicklung

194

1.1.4 Die Hierarchie innerhalb von Systemen

195

1.1.5 Systems-of-Systems

196

1.1.6 Einsatz von Systems Engineering

198

1.1.7 Nutzen des Systems Engineering

200

1.1.8 Anpassungsprozess

201

1.1.8.1 Anpassung von Normen

201

1.1.8.2 Anpassung für Projekte

203

1.2 Lebensdauerphasen eines Systems

203

1.2.1 Entscheidungspunkte

204

1.2.2 Lebenszyklusphasen

205

1.3 Lebensdaueransätze

210

1.3.1 Konzeptgesteuerte Methoden

210

1.3.2 Inkrementelle und iterative Entwicklung

211

1.3.3 Lean Systems Engineering

212

1.3.4 Agile Entwicklung

212

1.4 Organisation

213

1.5 SE-Kernelemente des Projektes

214

1.5.1 Anforderungsmanagement, Verifikation und Validierung

215

1.5.2 Architekturentwicklung

217

1.5.3 Funktionale Gestaltung

217

1.6 Literatur

219

2 Zuverlässigkeit und Sicherheit

220

2.1 Begriffsdefinitionen

220

2.1.1 Zuverlässigkeit

220

2.1.2 Sicherheit

221

2.1.3 Verfügbarkeit und Instandhaltbarkeit

221

2.1.4 Bedrohung, Gefährdung, Risiko

221

2.1.5 Abgrenzung Zuverlässigkeit und Sicherheit

223

2.2 Bedeutung in der Produktentwicklung

224

2.2.1 Kundensicht

224

2.2.2 Wirtschaftliche Aspekte

225

2.2.3 Rechtliche Aspekte

227

2.2.4 Risikobasierter Ansatz

227

2.2.4.1 Akzeptiertes Grenzrisiko und Restrisiko

228

2.2.4.2 Das ALARP-Verfahren

228

2.3 Einflussfaktoren in der Produktentwicklung

229

2.3.1 Einflüsse auf die Zuverlässigkeit und Sicherheit

229

2.3.2 Einflüsse auf die Verfügbarkeit

229

2.4 Grundlagen der Zuverlässigkeitstheorie

230

2.4.1 Statistische Beschreibung und Darstellung des Ausfallverhaltens von Bauteilen

230

2.4.2 Verteilungsfunktionen zur Beschreibung des Ausfallverhaltens

233

2.4.3 Betriebsdatenanalyse und Lebensdauerprüfungen

233

2.4.4 Ausfallratenmodelle und generische Daten

234

2.5 Prinzipien der Sicherheitstechnik

235

2.5.1 Maßnahmen gegen stochastische Gefahren

235

2.5.1.1 Das Safe-Life-Prinzip

235

2.5.1.2 Das Fail-Safe-Prinzip

236

2.5.1.3 Das Prinzip der Redundanz

236

2.5.2 Maßnahmen gegen deterministische Gefahren

236

2.5.2.1 Unmittelbare Sicherheitstechnik

236

2.5.2.2 Mittelbare Sicherheitstechnik

237

2.5.2.3 Hinweisende Sicherheitstechnik

237

2.6 Zuverlässigkeit und Sicherheit von Systemen

237

2.6.1 Serienstrukturen

237

2.6.2 Parallele und redundante Strukturen

238

2.7 Methoden der Zuverlässigkeits- und Sicherheitsanalyse für Systeme

238

2.7.1 FMEA – Failure Mode and Effects Analysis

238

2.7.2 FTA – Fehlerbaumanalyse

239

2.7.3 ZBD – Zuverlässigkeitsblockdiagramm

239

2.7.4 Markov-Modell und Zustandsgraph

239

2.7.5 Petrinetze

240

2.8 Lebenslaufkosten

240

2.9 Zuverlässigkeitssicherungsprogramm

242

2.9.1 Produktdefinition

244

2.9.2 Produktgestaltung

244

2.9.3 Produktion und Nutzung

246

2.9.4 Allgemeine zuverlässigkeitsrelevante Aktivitäten

247

2.9.5 Zusammenfassung

248

2.10 Literatur

248

3 Daten- und Informationsmanagement PDM/PLM

250

3.1 Einleitung

250

3.2 PDM-Systeme

251

3.2.1 Historische Entwicklung der PDM-Systeme

251

3.2.2 Die Rolle von PDM-Systemen im Produktentstehungsprozess

253

3.2.3 Funktionsweise und Architektur von PDM-Systemen

255

3.3 Datenorientierte Funktionen

257

3.3.1 Teile- und Dokumentenmanagement

257

3.3.2 Struktur- und Beziehungsmanagement

262

3.3.3 Querschnittsfunktionen

267

3.4 Prozessorientierte Funktionen

271

3.5 Interoperabilität, Datenmodelle und Datenaustauschstandards

276

3.6 Herausforderungen und zukünftige Entwicklungen

278

3.7 Literatur

280

4 Wissensmanagement

282

4.1 Grundlagen des Wissensmanagements

282

4.1.1 Terminologische Abgrenzung des Wissensbegriffs

283

4.1.1.1 Zeichen-Daten-Informationen-Wissen

283

4.1.1.2 Unterscheidung von implizitem und explizitem Wissen

284

4.1.2 Wissensschaffung im Unternehmen

284

4.1.2.1 SECI-Modell

284

4.1.2.2 Spirale der Wissensschaffung

285

4.1.3 Strukturparameter des Wissens

286

4.2 Wissensmanagement in der Produktentwicklung

287

4.2.1 Wissensmanagement als Managementmethode

288

4.2.1.1 Chronologische Entwicklung des Wissensmanagements

288

4.2.2 Kernaktivitäten des Wissensmanagements

290

4.2.2.1 Wissensidentifikation

290

4.2.2.2 Wissensbewahrung

291

4.2.2.3 Wissensnutzung

292

4.2.2.4 Wissens(ver)teilung

292

4.2.2.5 Wissensentwicklung

293

4.2.2.6 Wissenserwerb

293

4.2.3 Methodenmatrix

294

4.2.4 Wissensmanagementlösungen für die Praxis

296

4.2.4.1 Wissensmanagementlösungen zur Wissensidentifikation

296

4.2.4.2 Wissensmanagementlösungen für Wissensbewahrung

298

4.2.4.3 Wissensmanagementlösungen für Wissensnutzung

300

4.2.4.4 Wissensmanagementlösungen für Wissens(ver)teilung

303

4.2.4.5 Wissensmanagementlösungen für Wissensentwicklung

305

4.2.4.6 Wissensmanagementlösungen für Wissenserwerb

307

4.3 Zusammenfassung und Ausblick

308

4.4 Literatur

309

5 Gewerblicher Rechtsschutz und Know-how-Schutz

310

5.1 Patente

312

5.1.1 Ist die gemachte Erfindung patentierbar? – Voraussetzungen für die Erteilung eines Patents

312

5.1.2 Wo kann die Erfindung angemeldet werden? – Die nationale, europäische und internationale Patentanmeldung

318

5.1.3 Wie sieht ein Patent aus? – Formale Erfordernisse an den Aufbau einer Patentanmeldung

320

5.1.3.1 Titelblatt

320

5.1.3.2 Beschreibung

322

5.1.3.3 Patentansprüche

323

5.1.4 Die Einreichung – Und was passiert danach?– Das Einreichungs- und Prüfungsverfahren, die Einspruchsmöglichkeiten, die Erteilung eines Patents

326

5.1.5 Was kann man bei störenden Fremdpatenten machen? – Die Lizenzrechte, die Patentrecherche

329

5.2 Gebrauchsmuster

330

5.3 Eingetragenes Design

332

5.4 Gewerbliche Kennzeichen

334

5.4.1 Marken

334

5.4.2 Unternehmensbezeichnungen

337

5.4.3 Geografische Herkunftsangaben

338

5.4.4 Markenrechtsverletzungen

338

5.5 Weitere Schutzrechte

338

5.5.1 Urheberrecht

338

5.5.2 Topografie

340

5.5.3 Software

340

5.5.4 Wettbewerbsrechtlicher Schutz

341

5.6 Patentrecherche

341

5.7 Know-how-Schutz

343

5.7.1 Notwendigkeit des ganzheitlichen und präventiven Know-how-Schutzes

343

5.7.2 Mögliche Anwendungskontexte der Methode

345

5.7.2.1 Anwendungskontext Produktpiraterierisiko

345

5.7.2.2 Anwendungskontext Open Innovation Projekt

346

5.7.3 Methodisches Vorgehen zur Gewährleistung des Know-how-Schutzes

346

5.7.3.1 Methode zur Identifizierung, Modellierung und Gestaltung von Informations- und Wissensschnittstellen (IWS-Analyse)

347

5.7.4 Knowledge Firewall Designer

351

5.7.5 Fazit

351

5.8 Literatur

352

6 Recht und Compliance

354

6.1 Einleitung

354

6.2 Vertragliche Grundlagen bei Entwicklungsvorhaben

354

6.2.1 Abgrenzung von Verträgen zu vorvertraglichen Absprachen

355

6.2.1.1 Grundsätze zu Dienst- und Werkvertrag

355

6.2.1.2 Werkvertrag

356

6.2.1.3 Dienstvertrag

356

6.2.2 Der Produkt-Entwicklungsvertrag

356

6.2.2.1 Der Entwicklungsgegenstand

357

6.2.2.2 Änderungswünsche des Bestellers

358

6.2.2.3 Zeitplan und Meilensteine

359

6.2.2.4 Vergütung

360

6.2.2.5 Abnahme

361

6.2.2.6 Umgang mit Schutzrechten

361

6.2.2.7 Umfang der Haftung

361

6.2.2.8 Vertraulichkeit

362

6.2.2.9 Laufzeit und Beendigung

363

6.2.2.10 AGB und Einbeziehung öffentlich-rechtlicher Sonderbedingungen

363

6.2.2.11 Qualitätssicherung

364

6.2.2.12 Verzug und Schlechtleistungen

364

6.3 Verantwortlichkeiten und Haftung

365

6.3.1 Geschäftsleiter und Angestellte

365

6.3.2 Verschulden

366

6.3.2.1 Verkehrssicherungspflicht

366

6.3.2.2 Wissenschaft und Technik

367

6.3.3 Produkthaftung

367

6.3.3.1 Produkthaftungsgesetz

367

6.3.3.2 Deliktische Produkthaftung

368

6.4 Joint Ventures und Kooperationen

368

6.4.1 Gesellschaftsrechtliche Rahmenbedingungen

368

6.4.2 Contractual und Equity Joint Venture

368

6.5 Kartellrechtliche Hinweise

370

6.6 Sondervorschriften und Normen bei Entwicklungsprojekten

371

6.6.1 Besonderheiten bei der Entwicklung für den öffentlichen Auftraggeber

372

6.6.2 Zertifizierungen und Verwendung von CE-Kennzeichnung

372

6.7 Beendigungsmöglichkeiten

372

6.7.1 Beendigung durch Zeitablauf/Befristung

372

6.7.2 Kündigung

373

6.7.3 Rücktritt von dem Vertrag

374

6.7.4 Störung der Geschäftsgrundlage

374

6.7.5 Beendigung einer gemeinsamen Entwicklung

375

6.8 Rechtsstreitigkeiten und deren Einleitung

375

6.8.1 Staatliche Gerichte und deren Zuständigkeit

375

6.8.2 Schiedsverfahren und sonstige alternative Streitbeilegung

375

6.8.3 Hinweise zur Mandatierung von Rechtsberatern

376

6.9 Compliance

377

6.9.1 Grundlagen und zentrale Felder von rechtlicher Compliance

378

6.9.2 Aufsichtspflichtverletzung – zivilrechtliche Folgen und Straftatbestände

379

6.9.3 Compliance-Organisation und Compliance-Management

379

6.9.4 Compliance bei Auslandsgeschäften

380

6.9.5 Compliance-Hinweise für Leiter von Entwicklungsabteilungen und Entwicklungsprojekten

381

6.10 Literatur

382

7 Entwicklungscontrolling – Ausgestaltung in einem ganzheitlichen Innovationscontrolling-Ansatz

384

7.1 Grundlagen für das -Innovations- und -Entwicklungscontrolling

384

7.1.1 Notwendigkeit eines ganzheitlichen Innovationscontrollings

384

7.1.2 Strukturierung des Innovationsmanagements und -controllings

385

7.1.3 Abgrenzung zwischen Innovations- und Entwicklungscontrolling

388

7.2 Inhalte und Aufgaben des Innovations- und Entwicklungscontrollings

388

7.2.1 Service für das Management

388

7.2.2 Strategische Entscheidungsaufgaben

389

7.2.3 Strategische Durchsetzungsaufgaben

390

7.2.4 Operative Entscheidungsaufgaben

390

7.2.5 Operative Durchsetzungsaufgaben

391

7.3 Instrumentale Ausgestaltung des Innovations- und Entwicklungscontrollings

391

7.3.1 Studie „Instrumente des Innovationsmanagements und -controllings“

392

7.3.2 Instrumente des Innovationssystemcontrollings

393

7.3.2.1 Kennzahlen

393

7.3.2.2 Anreizsysteme

397

7.3.2.3 Strategische Frühaufklärung

399

7.3.2.4 Patentanalyse

401

7.3.2.5 Benchmarking

403

7.3.3 Instrumente des Innovationsportfoliocontrolling

404

7.3.3.1 Markt-Portfolio-Analyse

404

7.3.3.2 Technologie-Portfolio-Analyse

405

7.3.3.3 Innovationsprojektinterdependenz- bewertung

406

7.3.4 Instrumente des Innovationsprojektcontrolling

410

7.3.4.1 Projektkostenrechnung

410

7.3.4.2 Meilensteinplanung

410

7.3.4.3 Kapazitäts- und Ressourcenplanung

412

7.3.4.4 Projektfortschrittskontrolle: Kostentrend- und Meilensteintrendanalyse

413

7.3.4.5 Abweichungsanalysen

415

7.3.4.6 Investitionsrechnung

417

7.3.4.7 Innovationsergebnisrechnung

420

7.3.4.8 Lebenszykluskostenrechnung und Total Costs of Ownership

422

7.3.4.9 Nutzwertanalyse

423

7.3.4.10 Target Costing

428

7.4 Wirkung des Innovations- und Entwicklungscontrollings prüfen und kommunizieren

430

7.5 Fazit

431

7.6 Literatur

431

TEIL III: Prozesse der Produktentwicklung

434

1 Entwicklungsprozesse

436

1.1 Einleitung

436

1.1.1 Aktivitäten und Ziele der Produktentwicklung

436

1.1.2 Produktentwicklung als Teil des Produktentstehungsprozesses

437

1.1.3 Begleit- und Querschnittsprozesse

438

1.1.4 Ansätze für die Ablauforganisation

439

1.2 Prozessmodellierung in der Produktentwicklung

439

1.2.1 Phasen, Aktivitäten und Strategien

441

1.2.2 Prozessmodellierungsansätze

441

1.2.3 Klassifizierung von Prozessmodellen

441

1.2.4 Koexistenz verschiedener Sichten auf den Prozess

442

1.3 Methodisches Vorgehen in der Produktentwicklung

443

1.3.1 Nutzen methodischen Vorgehens in der Produktentwicklung

443

1.3.2 Grundlagen methodischen Vorgehens in der Produktentwicklung

444

1.3.2.1 Produktentwicklung als Problemlöseprozess

444

1.3.2.2 Produktentwicklung als Co-Evolution von Problem und Lösung

444

1.3.2.3 Produktentwicklung als iterativer Prozess

445

1.3.2.4 Vorgehensstrategien der methodischen Produktentwicklung

445

1.3.3 Phasen und Aktivitäten in der Produktentwicklung

447

1.3.3.1 Gemeinsamkeiten disziplinspezifischer Prozessmodelle

447

1.3.3.2 Unterschiede und Besonderheiten disziplinspezifischer Prozessmodelle

448

1.3.3.3 Aktivitäten und Phasen der Produktentwicklung

448

1.4 Prozessanpassung im Unternehmen

449

1.4.1 Kontext der Produktentwicklung

450

1.4.2 Anpassung des allgemeinen Vorgehensmodells an den Entwicklungskontext

451

1.4.3 Prozessanpassung in der Praxis

454

1.5 Zusammenfassung

455

1.6 Literatur

456

2 Requirements Engineering

460

2.1 Motivation

460

2.2 Grundlagen

461

2.3 Methoden und Hilfsmittel im RE

466

2.3.1 Aufgabenklärung

466

2.3.1.1 Anforderungen erheben

466

2.3.1.2 Anforderungen analysieren

471

2.3.1.3 Anforderungen dokumentieren

476

2.3.2 Anforderungsmanagement

479

2.4 Anwendungsbeispiel

481

2.4.1 Einführung zum RE-Start-Workshop

482

2.4.2 Workshop-Durchführung

483

2.5 Literatur

487

3 Verteilte Produktentwicklung

490

3.1 Was bedeutet Verteilte Produktentwicklung (VPE)?

491

3.2 Kooperation als Rahmen für die interorganisationale VPE

492

3.2.1 Ziele der VPE

493

3.2.2 Arten von Entwicklungskooperationen

494

3.3 Grundlagen der Gestaltung der Verteilten Produktentwicklung

495

3.3.1 Gemeinsame Bewältigung einer Entwicklungsaufgabe als Ziel

495

3.3.2 Interaktion und Integration der Entwicklungspartner

497

3.3.3 Gestaltungsdimensionen

501

3.4 Zentrale Fragestellungen

503

3.4.1 Welche sind die gemeinsamen Ziele?

503

3.4.2 Welche Interaktionsintensität ist erforderlich?

504

3.4.3 Wie unterschiedlich sind die Entwicklungspartner?

505

3.4.4 Wie lassen sich die Entwicklungspartner situationsadäquat integrieren?

507

3.5 Fazit

515

3.6 Literatur

516

4 Innovationsmanagement

518

4.1 Einleitung

518

4.2 Zentrale Begriffe

518

4.3 Einbettung im Unternehmen

519

4.4 Innovationsmanagement im Unternehmen

520

4.4.1 Innovationen ermöglichen – Innovationsfähigkeit

520

4.4.1.1 Innovationen ermöglichen – Können

520

4.4.1.2 Innovationen ermöglichen – Wollen

522

4.4.1.3 Innovationen ermöglichen – Dürfen

522

4.4.1.4 Unterstützung der Innovationsfähigkeit

522

4.4.2 Innovationen schaffen

523

4.4.2.1 Verschiedene Vorgehensmodelle für verschiedene Einsatzzwecke

523

4.4.2.2 Entwicklungsziel identifizieren und planen

528

4.4.2.3 Generierung von Lösungsalternativen

531

4.4.2.4 Herbeiführen und Umsetzen von Entscheidungen

532

4.4.2.5 Zielerreichung absichern

533

4.4.2.6 U-Boot-Projekte und interne Start-Ups

534

4.4.3 Innovationserfolge beurteilen

535

4.5 Öffnungsstrategien

536

4.5.1 Formen von Open Innovation

537

4.5.2 Öffnung des Innovationsprozesses

538

4.5.3 Open Innovation – Kooperationspartner

539

4.5.4 Kooperationsformen

540

4.5.5 Chancen und Risiken der Open Innovation

540

4.5.6 Planung von Open Innovation-Projekten

541

4.5.7 Open Innovation – Praxisbeispiele

542

4.5.8 Fazit zu Open Innovation

544

4.6 Innovationen und zukünftige Herausforderungen

544

4.7 Literatur

545

5 Änderungsmanagement

548

5.1 Grundlagen technischer Änderungen

548

5.1.1 Begriffsverständnis

548

5.1.2 Entstehung

550

5.1.3 Auswirkungen

553

5.1.4 Einfluss- und Gestaltungsfaktoren

556

5.2 Änderungsmanagement in der Produktentwicklung

559

5.2.1 Begriffsverständnis

559

5.2.2 Aufgaben des Änderungsmanagements

559

5.2.3 Änderungsprozesse

561

5.2.4 Organisationsformen

562

5.2.5 Toolunterstützung

564

5.2.6 Strategien und Maßnahmen

567

5.2.7 Zusammenhang mit Projekt- und Konfigurationsmanagement

570

5.3 Zusammenfassung

572

5.4 Literatur

573

6 Verifikation und Validierung im Produktentstehungsprozess

576

6.1 Verständnis von Verifikation und Validierung

576

6.2 Bedeutung in der Produktentwicklung

578

6.3 Kontinuierliche Validierung im Produktentstehungsprozess

582

6.3.1 Etablierte Validierungsmethoden

582

6.3.2 Validierung als Problemlösungsprozess

585

6.3.2.1 Validierungsaktivitäten und deren Schnittstellen

585

6.3.2.2 Validierungsaktivitäten – Bedarfe und Priorisierung

586

6.3.2.3 Testdefinition

589

6.4 Ansätze zur effizienten Validierung

591

6.5 Ansätze zur effektiven Validierung

593

6.6 Anwendungsbeispiele

598

6.6.1 NVH-elektrifizierte Antriebe

598

6.6.2 Fahrerlebnis und Verbrauch von Hybridantrieben

600

6.7 Fazit

602

6.8 Literatur

603

7 Lean Development

606

7.1 Herkunft und Philosophie

606

7.1.1 Effizienz in Entwicklung und Konstruktion

606

7.1.2 Die Erkennung der Lean-Grundsätze

607

7.1.3 Dimensionen und Prinzipien des Toyota Product Development System

609

7.1.4 Übertragbarkeit des TPDS auf die Produktentwicklung

616

7.2 Merkmale und 5 Grundprinzipien des Lean Development

617

7.2.1 Grundprinzip Kundenorientierung: Wertspezifikation aus Kundensicht

618

7.2.2 Grundprinzip Wertstrom: Identifikation des Wertstroms

620

7.2.3 Grundprinzip Flow: Unterbrechungsfreier Fluss des Wertes

622

7.2.4 Grundprinzip Pull: Anforderung durch den (internen) Kunden

624

7.2.5 Grundprinzip Perfektion: Vollständige Beseitigung von Verlusten

626

7.3 Denkweisen und Methoden des Lean Development

627

7.3.1 Verschwendungsanalyse

627

7.3.2 Frontloading

633

7.3.3 Wertstromanalyse

639

7.3.4 Kaizen und kontinuierlicher Verbesserungsprozess

645

7.3.5 5S in der Produktentwicklung

647

7.4 Mögliche Ansätze zur Einführung von Lean Development

650

7.5 Lean Development: Möglichkeiten, Potenziale und Wechselwirkungen mit bestehenden Prozessen

652

7.6 Literatur

654

TEIL IV: Systematik der Produktentwicklung

656

1 Methoden in der Produktentwicklung

658

1.1 Literatur

663

2 Produkte entwickeln mit QFD – Quality Function Deployment

664

2.1 Quality Function Deployment (QFD) – systematisches Qualitätsmanagement im Entwicklungsprozess

664

2.1.1 Herkunft von QFD

664

2.1.2 Was will QFD – was bewirkt QFD?

665

2.1.3 Voraussetzungen für QFD, Firmenkultur und Einstellungen

666

2.1.4 Anwendungsgebiete für QFD

667

2.2 Der QFD-Prozess

668

2.2.1 Das House of Quality (HoQ)

668

2.2.2 Übersicht zu den Phasen 0 bis IV

672

2.3 Phase 0: Informationsbeschaffung für QFD

673

2.3.1 Wie erfasst man die „Stimme des Kunden“?

673

2.3.2 Methoden der Informationsbeschaffung

676

2.3.3 Welche Zielgruppe soll erreicht werden? – Segmentierung durch Situationsfeld- bzw. Portfolioanalyse

678

2.3.4 Wie und wo erhält man interne Kundeninformationen?

679

2.3.5 Externe Informationsquellen – Wie kann die „Stimme des Kunden“ erfasst werden?

680

2.4 QFD-Phase I bis V: Praxisbeispiel Kugelschreiber, die 10 Schritte im 1. QFD-House

682

2.4.1 QFD-Phase I

682

2.4.2 QFD-Phase II: Teile-, Komponenten- bzw. Konstruktionsplanung

693

2.4.3 QFD-Phase III: Prozessplanung

694

2.4.4 Phase IV: Produktions- bzw. Verfahrensplanung

696

2.4.5 Phase V: Feedback-Phase nach Saatweber

696

2.5 Einführung und Anwendung von QFD im Unternehmen

698

2.5.1 Vorgehensweise bei der Einführung von QFD

699

2.5.2 Das QFD-Team, Teambildung

699

2.5.3 Anwender von QFD und deren Erfahrungen

700

2.5.4 Verkürzung der Entwicklungszeit

702

2.6 Das Zusammenwirken von QFD mit TRIZ und anderen Methoden

704

2.7 Literatur

706

3 Die Theorie des erfinderischen Problemlösens (TRIZ)

708

3.1 Idealität, das Ideale Technische System und das Ideale Endresultat (IER)

709

3.1.1 Idealität

709

3.1.2 Ideales Technisches System bzw. Ideale Maschine

710

3.1.3 Ideales Endresultat

710

3.2 Ursache-Wirkungs-Analyse

711

3.3 Neun-Felder-Denken

714

3.4 Die 40 Innovationsprinzipien

715

3.5 Widerspruchsdenken

717

3.5.1 Technischer Widerspruch und 40?Innovationsprinzipien

717

3.5.2 Physikalischer Widerspruch und Separationsprinzipien

719

3.6 Weiterführende Ansätze

721

3.6.1 Funktionsanalyse

721

3.6.2 Stoff-Feld-Analyse und die 76 Standardlösungen

722

3.6.3 Trends der Technikevolution

723

3.7 Zusammenfassung

723

3.8 Literatur

724

4 Funktionsmodellierung

726

Ab Kapitel 4.4: Lucia Becerril, Niklas Kattner, Sebastian Schweigert

726

4.1 Der Funktionsbegriff in der Technik

726

4.2 Funktionsarten

727

4.3 Die Funktionsstruktur

728

4.4 Methoden der Funktionsmodellierung

732

4.4.1 Zweck der Funktionsmodellierung

732

4.4.2 Zentrale Begriffe der Funktionsmodellierung

733

4.4.3 Einordnung in den Produktentwicklungsprozess

734

4.4.3.1 Funktionsmodellierung in frühen Phasen des Entwicklungsprozesses

734

4.4.3.2 Funktionsmodelle bei der Systemanalyse und -optimierung

736

4.4.4 Erstellen von Funktionsmodellen

737

4.4.4.1 Arten von Funktionsmodellen

738

4.4.4.2 Betrachtungsweisen auf das System

739

4.4.5 Softwareunterstützung mittels SysML

741

4.4.6 Beispiel

744

4.5 Literatur

749

5 Systematisierung des Lösungsraums

750

5.1 Motivation

750

5.2 Grundlagen

751

5.3 Methoden zur Systematisierung des Lösungsraums

754

5.3.1 Lösungsraum strukturieren

755

5.3.2 Lösungsraum ergänzen

758

5.3.3 Gesamtkonzepte ermitteln

761

5.3.4 Lösungsvielfalt einschränken

763

5.4 Anwendungskonzepte

768

5.5 Anwendungsbeispiele

770

5.5.1 Scheibensicherung in einem Schleifgerät

770

5.5.2 Gesamtkonzept für ein Trenngerät

773

5.6 Zusammenfassung

776

5.7 Literatur

777

6 Kreativität in der Produktentwicklung

778

6.1 Kreativität in der Produktentwicklung

778

6.2 Einige Grundlagen zur Kreativität

779

6.3 Beobachtung, Wahrnehmung und Anstoß

782

6.4 Barrieren – Denkblockaden umgehen

785

6.5 Kreativitätsunterstützung durch Intuition

788

6.6 Kreativitätsunterstützung durch diskursiv geprägte Methoden

791

6.7 Realisierung, Umsetzung

792

6.8 Literatur

793

7 Methoden der Entscheidungsfindung

794

7.1 Einleitung

794

7.2 Grundlagen der Entscheidungsfindung

794

7.2.1 Spezifika der Entscheidungsfindung in der Entwicklung

795

7.2.2 Komplexität der Entscheidungsfindung

798

7.2.3 Unsicherheit bei der Entscheidungsfindung

799

7.2.4 Arten der Entscheidungsfindung

802

7.2.5 Ebenen der Entscheidungsfindung

804

7.2.6 Formen der Entscheidungsfindung

805

7.2.7 Kriterien für eine gute Entscheidung

807

7.3 Prozess der Entscheidungsfindung

807

7.3.1 Entscheidungsfindungsprozess

807

7.3.1.1 Klärung der Aufgabe und Problemformulierung

809

7.3.1.2 Klärung und Präzisierung der Zielsetzung(en)

810

7.3.1.3 Suche nach Alternativen/Lösungen

811

7.3.1.4 Bewertung der Alternativen/Lösungen

813

7.3.1.5 Auswahl und Realisierung einer Alternative/Lösung

817

7.3.2 Kompetenzmodell

818

7.3.2.1 Akteure

818

7.3.2.2 Kompetenz

818

7.3.3 SACADO-Methodik

819

7.3.3.1 Bedeutung der Auswahl von Akteuren

819

7.3.3.2 Ablauf der Auswahl von Akteuren

819

7.4 Bewertungsverfahren als Kernelemente des Entscheidungsprozesses

822

7.4.1 Überblick über Bewertungsverfahren

823

7.4.2 Einfache Bewertungsmethoden – Die Punktbewertung

825

7.4.3 Aufwändige Bewertungsmethoden – Die Nutzwertanalyse

826

7.4.4 Komplexe Bewertungsmethoden – der Analytische Hierarchieprozess

830

7.4.5 Komplexe Bewertungsmethoden – Überblick über die ELECTRE- und PROMETHEE-Methode

833

7.5 Abschließende Bemerkungen

835

7.6 Literatur

836

8 Absicherung der technischen Entwicklungsziele

840

8.1 Motivation

840

8.2 Grundlagen

841

8.2.1 Begriffe

841

8.2.2 Vorgehensweisen zur Zielabsicherung

842

8.2.3 Strategien zur Komplexitätsbeherrschung

843

8.2.4 Methoden zur Zielabsicherung

844

8.3 Präventive Zielabsicherung: FMEA

846

8.3.3 Fehler ermitteln

851

8.3.4 Risiken bewerten

854

8.3.5 Maßnahmen definieren

858

8.4 Reaktive Zielabsicherung: Ursache-Wirkungs-Analyse

859

8.5 Organisatorische Ansätze

862

8.6 Anwendungsbeispiel

864

8.6.1 Ausgangssituation und Entwicklungsziele

864

8.6.2 Applikations-FMEA

864

8.6.3 System-FMEA Teil 1: Fehleranalyse

865

8.6.4 System-FMEA Teil 2: Risikobewertung

868

8.6.5 Reaktive Zielabsicherung

869

8.7 Zusammenfassung

870

8.8 Literatur

870

9 Ergonomische Produktgestaltung

872

9.1 Bedeutung der Ergonomie in der Produktgestaltung

872

9.2 Das Regelkreisparadigma der Ergonomie

874

9.2.1 Ansatzgebiete ergonomischer Gestaltung

874

9.2.2 Das Belastungs-Beanspruchungs-Konzept der Ergonomie

877

9.2.3 Usability, Komfort und User Experience

878

9.3 Systemergonomische Gestaltung

879

9.3.1 Systemergonomische Maximen

880

9.3.1.1 Funktion

881

9.3.1.2 Rückmeldung

884

9.3.2 Mensch-Maschine-Interaktion

889

9.3.2.1 Anzeigen

890

9.3.2.2 Bedienelemente

894

9.4 Literatur

900

TEIL V: Technologie-, Methoden- und Kulturentwicklung

902

1 Von der Mechatronik zu Cyber-Physical-Systems

904

1.1 Mechatronik

904

1.2 Produkt-Service Systeme (PSS)

906

1.3 Kognitive Produkte

907

1.4 Internet der Dinge, Cyber-Physical Systems (CPS)

909

1.5 Literatur

910

2 Produktentwicklung mit neuen Materialien am Beispiel der Carbon Composites

912

2.1 Einleitung

912

2.2 Grundlagen der Faserverbundwerkstoffe

913

2.2.1 Wirkungsweise und Nutzung der Faserverstärkung

913

2.2.2 Funktionen und Eigenschaften des Matrixmaterials

915

2.2.3 Fertigungsverfahren und Faserhalbzeuge

917

2.3 Methodische Entwicklung und Konstruktion von FVK-Bauteilen

920

2.3.1 Entwicklungssituation moderner LCM-Bauteile

922

2.4 Konstruktion, Bauweisen und Anwendungen

924

2.4.1 Bauweisen und Anwendungen der Faserverbundtechnologie

926

2.5 Berechnung und Simulation

931

2.6 Produktentwicklung in der Praxis: Film-RTM

935

2.7 Literatur

938

3 Numerische Simulationsverfahren

940

3.1 Genereller Ablauf numerischer Simulationen

940

3.2 Finite-Elemente-Analyse

942

3.2.1 Lineare Festigkeitsanalyse

942

3.2.2 Nichtlineare Festigkeitsanalyse

954

3.2.3 Kontaktanalyse

961

3.2.4 Thermische Analyse

963

3.2.5 Eigenschwingung

966

3.2.6 Transiente Analysen

967

3.3 Mehrkörpersimulation

968

3.4 Computational Fluid Dynamics

969

3.5 Literatur

971

4 Virtuelles Engineering

974

4.1 Entwicklung und Kernbereiche

974

4.2 Ziele der Virtualisierung und Digitalisierung

975

4.3 Zugang zu digitalen Produktmodellen

975

4.4 Begriffe im virtuellen Engineering

976

4.5 Virtuelle Realität

976

4.5.1 Was ist virtuelle Realität?

976

4.5.2 Stereoskopische Displays

977

4.5.3 Direkte Interaktion

978

4.6 Erweiterte Realität

978

4.7 Mixed Reality

979

4.8 Simulation im virtuellen Engineering

980

4.9 Anwendungen

981

4.9.1 Übersicht

981

4.9.2 CAD-Review

981

4.9.3 Design-Review

982

4.9.4 Baubarkeitsuntersuchungen

983

4.9.5 Ergonomie-Untersuchungen

983

4.9.6 VR-Fahrsimulation

984

4.9.7 Visualisierung von Simulationsdaten

984

4.10 Integration und Prozesse

985

4.10.1 Integrationsaspekte

985

4.10.2 Abläufe im virtuellen Engineering

986

4.11 Literatur

987

5 Neue Produktionstechnologien am Beispiel der additiven Verfahren

988

5.1 Grundlagen der additiven Fertigung

988

5.1.1 Rapid Prototyping

989

5.1.2 Rapid Tooling

989

5.1.3 Direct Manufacturing (Rapid?Manufacturing)

990

5.1.4 Verfahrensprinzip

990

5.2 Beschreibung ausgewählter Verfahren

993

5.2.1 3D-Drucken (3DP)

994

5.2.2 Stereolithografie (SL)

995

5.2.3 Laser-Sintern (LS)

996

5.2.4 Laserstrahlschmelzen (LBM)

998

5.2.5 Extrusionsverfahren (FLM)

999

5.2.6 Alternative Verfahrensprinzipien

1000

5.3 Konstruktionsweisen für die additive Fertigung

1001

5.3.1 Potenziale und Einschränkungen additiver Fertigungsverfahren

1002

5.3.2 Vergleich der Kostenstruktur bei der Konstruktion für konventionelle und additive Fertigungsverfahren

1004

5.3.3 Leichtbau durch additive Fertigung

1007

5.3.4 Funktionsintegration durch additive Fertigung

1009

5.4 Zusammenfassung und aktuelle Entwicklungstendenzen

1011

5.5 Literatur

1012

6 Engineering Intelligence – Von der graphenbasierten Modellierung zur wissensbasierten Datenanalyse

1014

6.1 Graphenbasierte Modellierung in der Produktentwicklung

1015

6.1.1 Graphenbasierte Modellierung: Schwierigkeiten bei Modellerstellung und -analyse in der Praxis

1016

6.1.2 Wissensbasierte Datenanalyse in der Produktentwicklung: Überblick und Zielsetzung

1018

6.2 Engineering Intelligence – wissensbasierte Datenanalyse

1019

6.2.1 Graphenbasierte Modellierung

1019

6.2.1.1 Typisierte, attribuierte Graphen

1020

6.2.1.2 Standardisierte und domänenspezifische Modellierungssprachen

1022

6.2.2 Strukturen zur Datenverwaltung und deren Überführung in Graphen

1023

6.2.3 Wissensformalisierung mittels Graphtransformation

1026

6.2.4 Softwaretechnische Umsetzung von Metamodell und Graphtransformation

1028

6.3 Anwendungen von Engineering Intelligence

1031

6.3.1 Analyse komplexer Produktstrukturen

1031

6.3.1.1 Datenkonsolidierung

1032

6.3.1.2 Suche

1033

6.3.1.3 Mustergestützte Kennzahlberechnung

1035

6.3.2 Fallstudie: Beschwerdeanalyse zur Qualitätsverbesserung

1036

6.3.2.1 Ausgangssituation und Problemstellung

1036

6.3.2.2 Zielstellung der Analyse

1037

6.3.2.3 Vorgehen

1038

6.3.2.4 Diskussion der Fallstudie

1043

6.4 Diskussion und Ausblick

1045

6.5 Literatur

1046

7 Führung in der Produktentwicklung

1048

7.1 Einleitung

1048

7.2 Der erste Schritt: Personalauswahl und Teamzusammensetzung

1048

7.2.1 Wie wähle ich die besten Mitarbeiter aus?

1048

7.2.2 Wie setze ich ein effektives Team zusammen?

1049

7.3 Was macht gute Führung aus?

1051

7.4 Prinzipien guter Führung

1051

7.5 Welcher Führungsstil ist der richtige?

1053

7.6 Center-of-ExcellenceKulturen

1054

7.6.1 Fehlerkultur

1055

7.6.2 Innovations- und Adaptionskultur

1055

7.6.3 Kundenorientierungskultur

1056

7.6.4 Benchmark-Kultur

1056

7.7 Führung im Alltag: Konkrete Tools zur Umsetzung

1057

7.7.1 Selbst- und Teamreflexion

1057

7.7.2 Veränderbare und unveränderbare Welten

1057

7.7.3 Paul’scher Regelkreis

1057

7.7.4 Ursachenanalyse

1058

7.7.5 Das 2-6-2-Prinzip

1058

7.8 Literatur

1059

Index

1062

 

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