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TU Berlin

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Ausgangssituation

Das Projekt DIP (Dynamisches Referenzmodell der IT- und Prozessqualität in der digitalen vernetzten Produktentwicklung in KMU) erzeugt ein Assistenzsystem zur Bewertung und Verbesserung der kollaborativen Produktentwicklung in KMU.

Die Komplexität der Produkte übersteigen immer häufiger die Kompetenzen einzelner Unternehmen und ihrer Kerngeschäfte (Pradabwong, et al., 2015). Entsprechend notwendig werden kollaborative Entwicklungsprojekte zur gezielten Kombination des Fachwissens der Entwicklungspartner, was speziell für die häufig hoch spezialisierten KMU ein Potential für neue Partnerschaften bietet. Dabei entsteht die Notwendigkeit, die Kooperation aufgrund der starken Vernetzung der Systembestandteile der Unternehmen zunehmend in eine kollaborative Zusammenarbeit zu überführen. Die bisherige Koordination von Entwicklungsaktivitäten sollte durch die Verfolgung eines gemeinsamen Entwicklungsziels der beteiligten Unternehmen ersetzt werden (Pradabwong, et al., 2015). 

Die notwendigen Vereinbarungen zwischen Kollaborationspartnern bedürfen, im Gegensatz zur heute gelebten Praxis, einer intensiven Abstimmung der Kommunikation, Koordination, des Daten- und Informationsaustauschs wie auch des Wissensmanagements (Tarmizi, et al., 2006). Dieses, wird bei den bestehenden Absprachen von Prozessen und IT-Systemen nicht ausreichend gewährleistet, so dass beispielsweise die unterschiedlichen persönlichen und unternehmenstypischen Arbeitsweisen oder verschiedene Sprachen in den Unternehmen zu Kommunikationsbarrieren führen (Tarmizi, et al., 2006). Eine Untersuchung im Jahr 2010 ergab, dass jede Stunde tatsächlicher Entwicklungsarbeit in einem verteilten Produktentwicklungsnetzwerk durch einen Overhead von mehr als 2,5 Stunden (265 %) verbunden ist (Stöckert, 2010). 

Sofern Optimierungen der Entwicklungsumfelder angestoßen werden, erfolgen diese vorrangig unternehmensintern (Standardisierung der CAD-Methodik, Einführung von qualitätssichernden Systematiken, Prozessoptimierungen), ohne jedoch die Optimierung des Gesamtsystems der Entwicklung zu berücksichtigen (Stöckert, et al., 2010).

Speziell vor dem Hintergrund des Wandels zur Industrie 4.0 nehmen die Anforderungen an die unternehmensübergreifende Zusammenarbeit, zusätzlich zu den bereits bestehenden Herausforderungen, zu. Sowohl bei den Abstimmungen der Unternehmensprozesse als auch zunehmend bei der Abstimmung der IT-Systeme und Infrastrukturen zwischen den Unternehmen. Ziel sollte die umfassende Abstimmung gesamter Entwicklungsumfelder sein, also aller enthaltenen Prozesse, Organisationsstrukturen, IT-Bebauungen, Informations- und Datenmodelle, auf deren Basis gezielte Abstimmungen der Kollaborationsumgebungen ermöglicht werden.

Zur Optimierung des Entwicklungsumfeldes eignen sich Referenzmodelle mit Reifegradstufen. Diese können als Reifegradmodelle die Qualität von Führungs- und Handlungsmodellen von Unternehmen bewerten und eine kontinuierliche Verbesserung ermöglichen. Diese Modelle unterscheiden aufeinander aufbauende Stufen, welche für verschiedene Disziplinen allgemein definiert sind. 

Derzeit verwendete Prozess- und IT-Referenzmodelle berücksichtigen die oben beschriebenen neuen und sich verändernden Anforderungen kaum. Entsprechend wurde bislang kein adäquates Qualitätsverständnis der digitalisierten vernetzen Produktentwicklung in den Entwicklungsnetzwerken etabliert, welches sich auch auf die Anforderungen der Industrie 4.0 übertragen lässt (Stark, et al., 2015). Besonders die schlechte Anwendbarkeit und Zugänglichkeit der Modelle stellen dabei, speziell für KMU, eine Hürde da. In Folge wurde bislang keine Referenz einer effizienten, vollständig vernetzten und flexiblen unternehmensübergreifenden Entwicklung definiert.

Die heute im Bereich der Prozesse und Organisationsstruktur verwendete Capability Maturity Model Integration (CMMI)-Familie von Referenzmodellen stellt bereits eine Zusammenfassung bewährter Praktiken dar und bietet eine Grundlage für einen KVP einer Organisation. Im heutigen Entwicklungsumfeld, in dem die virtualisierte, verteilte und vernetzte Entwicklung bei komplexen Produkt- und Systementwicklungen bereits etabliert ist, verschwimmen die Grenzen erschaffender und kaufender Organisationen. Darüber hinaus nimmt die Ausweitung des Dienstleitungsgeschäfts, ergänzend zum Kerngeschäft der Unternehmen, zu (Chalal, et al., 2013) und verändert langfristig deren Geschäftsmodelle (Meier, et al., 2012). In der Praxis industrieller Entwicklungen ist diese Betrachtungsweise nicht ausreichend vorhanden, da sich durch die unternehmensübergreifende Arbeit mit entsprechenden Abhängigkeitsgeflechten über verschiedene Zuliefererebenen bislang zu wenig beachtete Anforderungen ergeben. Folglich sind Entwicklungsumfelder in den Unternehmen intransparent und nicht ausreichend aufeinander abgestimmt. Somit ist die Qualität eines gemeinsamen Entwicklungsumfeldes in kollaborativen Produktentwicklungen, speziell bezogen auf die Kollaborationsfähigkeit, nicht adäquat bestimmbar (Müller, et al., 2013) und es lassen sich keine darauf aufbauenden Maßnahmen zur Verbesserung des Entwicklungsumfeldes ableiten.

Die kollaborative Zusammenarbeit ist maßgeblich bestimmt durch die Qualität des Entwicklungsumfeldes einer Organisation (isolierte, interne Bewertung eines KMU) und durch die Vereinbarkeit zwischen den Entwicklungsumfeldern beteiligter Organisationen (unternehmensübergreifender Abgleich verschiedener KMU in der Kollaboration). Während die Qualität des Entwicklungsumfeldes durch Modelle wie die CMMI-Familie zumindest in Teilen abgedeckt wird, fehlt die kollaborative Zusammenarbeit weitgehend in der Betrachtung und Bewertung der heute verwendeten Modelle. Gegenüber den Entwicklungsumfeldern einzelner Unternehmen entstehen durch die Verknüpfung von Entwicklungsumfeldern in Kollaborationen höhere Ansprüche an die Prozess- und IT-Abstimmung und somit an die Kommunikation, die Koordination, das Daten- sowie das Wissensmanagement (Lünnemann, et al., 2016b). 

Besonders kritisch ist dies in der Anbahnung von kollaborativen Produktentwicklungsprojekten. Die Folgen unzureichender Abstimmungen sind weitreichend. Erfolgt die Zusammenarbeit der Partner zu oberflächlich, entstehen Anpassungsaufwände durch Nacharbeit, nicht notwendige Koordinationsmaßnahmen, verpasste Termine und Abspracheproblematiken durch das Arbeiten außerhalb des vorgegebenen Systems, wie bspw. dem nicht flexiblem Versand von Modelldaten per E-Mail.

Entsprechend werden im Rahmen des Projektvorhabens konkrete Maßnahmen zur Verbesserung der Qualität in der Zusammenarbeit identifiziert. Diese werden dynamisch auf die Konstellation der Entwicklungspartner und ihrer Entwicklungsumfelder angepasst. Die Potentiale derartiger Maßnahmen zeigen sich u.a. darin, dass in unternehmensübergreifenden Netzwerken der Umgang mit fremden Unternehmenskulturen und deren Integration in vorhandene, eigene Unternehmensstrukturen auf allen Hierarchieebenen ein wesentlicher Erfolgsfaktor im globalen Wettbewerb ist (Straube, et al., 2008). Gescheiterte Partnerschaften besitzen bereits heute einen enormen Einfluss auf den wirtschaftlichen Erfolg von Unternehmen und werden auch in Zukunft weiter an Bedeutung gewinnen (Müller, et al., 2013). 

Zusammengefasst lässt sich sagen, dass Entwicklungspartner derzeit mit sehr unterschiedlichen Organisations- und IT-Strukturen aufeinandertreffen, die schon isoliert betrachtet den aktuellen und zukünftigen Herausforderungen der Produktentwicklung nicht genügen. Dabei ist eine Einschätzung, wie gut die Entwicklungsumfelder aufeinander abgestimmt sind und abgestimmt werden können, kaum möglich. Weiterhin können die beteiligten Firmen schwerlich zielgerichtete Maßnahmen identifizieren, die zu einer besseren Abstimmung führen würden, so dass die wirtschaftlichen Folgen der nicht homogenen Arbeitsweisen zwar häufig genannt und angemahnt werden (Stiefel, 2011) (Zirkler, 2010), aber hierfür noch keine effektiven Lösungsansätze existieren.

Ziele des Projekts

Im Rahmen des Forschungsvorhabens eine ganzheitliche Betrachtung des vernetzten Entwicklungsumfeldes, also der Gesamtheit einflussnehmender Instanzen, Modelle, Maßnahmen und Arbeitsweisen, erfolgen. Fokussiert wird hierbei die Qualität der IT (Informationstechnologien, -modelle und -anwendungen), der Prozesse in den Unternehmen sowie deren flexible Kollaborationsfähigkeit mit anderen Unternehmen unter Berücksichtigung oben genannter Trends. Den Kern des dynamischen Referenzmodells bilden diese unternehmensinternen (IT und Prozesse) und -externen (Kollaborationsfähigkeit) Aspekte. Anhand einer Selbstbewertung der KMU lassen sich Handlungsempfehlungen im Sinne eines kontinuierlichen Verbesserungsprozesses (KVP) für das Unternehmen ableiten. Zentrales Ziel des Forschungsvorhabens ist somit die Befähigung von KMU, dynamisch die Qualität des unternehmensinternen Entwicklungsumfeldes und die Kollaborationsfähigkeit in der vernetzten Produktentwicklung einzuschätzen und die Optimierungspotentiale nutzbar darzustellen. Die Dynamik betrifft somit sowohl die sich ändernden technologischen und marktspezifischen Herausforderungen für das KMU selbst (isolierte Betrachtung eines KMU) als auch bei der Zusammenarbeit mit wechselnden Entwicklungspartnern (Betrachtung der Kollaboration mehrerer KMU).

Lösungsansatz/Lösungsweg

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Derzeit verwendete Referenzmodelle berücksichtigen, wie oben dargestellt, nicht die neuen und sich verändernden Randbedingungen der vernetzten und zunehmend virtuellen Produktentwicklung in KMU. Das in Folge fehlende Qualitätsverständnis zeigt sich u.a. darin, dass bisherige Ansätze vorrangig nur das einzelne Unternehmen betrachten (Standardisierung der CAD-Methodik, qualitätssichernde Systematiken, Prozessoptimierungen), diese jedoch nicht die Optimierung des Gesamtsystems (z.B. in der Kollaboration) berücksichtigen (Stöckert, et al., 2010). Eine effiziente, vollständig vernetzte und flexible unternehmensübergreifende Entwicklung ist damit bislang kaum möglich. Potentiale ergeben sich also speziell in der strategischen und ganzheitlichen Gestaltung der unternehmensinternen Entwicklungsumfelder unter Berücksichtigung der Prozesse und IT, sowie ihrer Wechsel-wirkung. Erheblich Potentiale bestehen aber auch in der Abstimmung der Entwicklungsumfelder mit Kollaborationspartnern (Lünnemann, et al., 2016a).

Zentrales Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Referenzmodells, welches zeitliche und situative Veränderungen in der internen und kollaborativen Produktentwicklung adaptiert. Dieses befähigt KMU zu einer Selbstbewertung ihrer Qualität des unternehmensinternen und -externen Entwicklungsumfeldes. Im Ergebnis werden den KMU dabei gezielte Maßnahmen zur Optimierung aufgezeigt. Mit diesem Forschungsvorhaben wird somit erstmals ein dynamisches Referenzmodell entwickelt, welches die Verbesserung des Entwicklungsumfeldes (Prozesse und IT), entsprechend des Marktes und technologischen Fortschritts, und der Kollaborationsfähigkeit unter sich ändernden partnerschaftlichen Entwicklungen (bspw. die Anforderungen der IT-technischen Verbindung zwischen den Partnern) berücksichtigt. Hierfür wird eine Integration des Fachwissens aus den Bereichen Qualitätswissenschaft (QW) und Industrielle Informationstechnik (IIT) benötigt. Zur Sicherstellung der operativen Nutzbarkeit ist es darüber hinaus notwendig, die Bedarfe und Erfahrungen von Industriepartnern direkt in das Referenzmodell einfließen zu lassen.

Um den Best-Practices als auch dem Stand der Forschung zu entsprechen, wird das zu entwickelnde Referenzmodell auf Basis der Analyse bestehender Referenzmodelle definiert. Ergänzt wird dieses zusätzlich um die notwendige Ganzheitlichkeit eines Entwicklungsumfelds. Das Modell berücksichtigt zwei zentrale Aspekte: (1.) Die Qualität des unternehmensinternen Entwicklungsumfeldes sowie (2.) die Kollaborationsfähigkeit, abhängig von den gegebenen Randbedingungen der Zusammenarbeit. Die Bewertungen des Entwicklungsumfeldes und der Kollaborationsfähigkeit basieren in ihrem Kern auf dem gleichen, nachfolgend vorgestellten, allgemeinen Modell zur Repräsentation von Entwicklungsumfeldern. Dieses berücksichtigt, wie in Abbildung 1 (links) dargestellt, das Entwicklungsumfeld mit drei Dimensionen:

- die PROZESSE UND ORGANISATIONSSTRUKTUR, also die Struktur des Unternehmens, der Prozesse und Arbeitsanweisungen

- die INFORMATIONS- UND DATENMODELLE, welche die Entwicklungsinformationen und begleitende Informationen beinhalten

- die IT-BEBAUUNG, also die zueinander in Beziehung stehenden Informationstechnologien und -anwendungen

sowie die Wechselwirkungen der Dimensionen in Zwischenebenen (Bebauungsplan, Repräsentation, Modellierung).

Durch diese Betrachtungsweise lässt sich das gesamte Entwicklungsumfeld und somit alle Entwicklungsaktivitäten abbilden und beschreiben (Lünnemann, et al., 2016a). Diesem Ansatz folgend werden die vornehmlich organisatorischen Sichtweisen aufgelöst und die tatsächlich wertschöpfenden Aktivitäten in den Fokus gerückt (Stark, et al., 2014). Die Prozesse und IT-Unterstützung werden dabei als notwendiges und limitierendes Fundament betrachtet (Stark, et al., 2013).

Nutzen für das Unternehmen

KMU sind zumeist als Teil von klassischen Lieferketten, zunehmend jedoch durch die Übernahme von Integrations- und Absicherungsverantwortlichkeiten und der damit verbundenen Risiken, intensiv in kollaborative Entwicklungsumfelder eingebunden (Eigner, et al., 2009). Dabei verlagert sich die Zusammenarbeit von einer reinen Beauftragung zunehmend zu einer tief integrierten gemeinschaftlichen Komponentenentwicklung (Steele, 2014) (Lünnemann, et al., 2016b). Es wird bereits prognostiziert, dass KMU branchenübergreifend die Verlierer der Entwicklung im Rahmen der Industrie 4.0 sein könnten, sofern hier nicht aktiv entgegengewirkt wird (Henrich, 2015), was durch die geringen Eigenkapitalquoten von KMU (Keuper, et al., 2009) zusätzlich erschwert wird.

Somit bleibt zu befürchten, dass in der zukünftig noch stärker vernetzten und teilautomatisierten Produktentwicklung und Produktion der Mittelstand, bisher einer der Garanten für die Stärke des Industriestandorts Deutschland, zurückfällt und nur auf dem klassischen Maschinenbausektor seine derzeitig starke Rolle bewahren kann.

Da sich KMU zunehmend auch in globalen, kollaborativen Entwicklungsumfeldern, wiederfinden, ist es notwendig, flexibel auf diese reagieren zu können. Eine Erhöhung der Kollaborationsfähigkeit wirkt sich positiv auf die Teilnahmemöglichkeit an einer Vielzahl von Entwicklungsnetzwerken aus. Ebendiese Beteiligung an mehr als nur einem Entwicklungsnetzwerk erhöht die Wettbewerbschancen von KMU (BMBF, 2013). In Folge der stetigen Verkürzung der Entwicklungszeit müssen auch die Abstimmungsprozesse effizient und zielgerichtet erfolgen, um schnellstmöglich in eine produktive Arbeitssituation zu gelangen. Der Bedarf gezielter, optimierter Kollaborationsanbahnungen wird in einer durch die Autoren durchgeführten Studie deutlich. Hier geben mehr als 40% der befragten Entwicklungsexperten an, dass sie über 20% ihrer Arbeitszeit in die Kommunikation und Koordination investieren, 11% sogar über 40%. Folglich sehen 29% der Befragten Mängel in der Zusammenarbeit mit Partnern. Im Weiteren geben über 20% an, dass Mängel in bestehenden Entwicklungsumgebungen bestehen. Über die Hälfte der Befragten kritisiert die Verfügbarkeit notwendiger Daten (Müller, et al., 2013).

Zur Erreichung der im Wettbewerb notwendigen Qualität des Entwicklungsumfeldes wird im Rahmen des Forschungsvorhabens ein dynamisches Referenzmodell entwickelt, welches das eigene (isolierter und interner Ist-Soll-Vergleich) und das unternehmensübergreifende Entwicklungsumfeld (in der Kollaboration) bewertbar macht. Auf Basis dessen werden konkrete, auf die identifizierten Potentiale abgestimmte, Maßnahmen zur Verbesserung angeboten und somit Instrumente eines KVP den KMU nähergebracht. Somit können die unternehmensinternen Potentiale im Abgleich mit dem aktuellen technologischen Entwicklungsstand zielgenau angegangen werden. Auf diese Weise wird die Anwendbarkeit durch Berücksichtigung der KMU-Bedarfe deutlich erhöht. Gleichzeitig wird der aktuelle technologische Entwicklungsstand fortlaufend angepasst, womit das Modell eine zeitliche Dynamik erhält. Neben der unternehmensinternen Entwicklungsumgebung werden besonders auch die bei dynamisch wechselnden kollaborativen Entwicklungen notwendigen Anpassungen bereits in der Projektanbahnung aufgezeigt. Somit kann proaktiv gehandelt werden, statt reaktiv auf Probleme zu reagieren. Hiermit ist das Modell auch situativ dynamisch. Dies hätte, wie oben beschrieben, ein erhebliches wirtschaftliches Potential. Es ist vorstellbar, dass infolge des Forschungsprojektes und der damit verbundenen KMU-spezifischen Optimierung der Entwicklungsumgebungen 5% der Gesamtarbeitszeit von Entwicklern in Kommunikation und Koordination eingespart werden könnte. Die Ergebnisse des Forschungsprojekts sollen KMU branchenübergreifend dazu befähigen, die Systematik des Referenzmodells selbst anzuwenden und somit die Potentiale offenzulegen, die im Rahmen der kollaborativen Zusammenarbeit für das Unternehmen bestehen.

Das theoretische Modell wird durch Experteninterviews mit KMUs in der Produktentwicklung verifiziert. Dafür werden weitere Teilnehmer gesucht. Unter Kontakt finden sich die Kontaktdaten von Herrn Randermann und Herrn Blüher.

Literaturverzeichnis

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Chalal, Malik, et al. 2013. Managing Transition Towards PSS: a Production System Simulation Approach. The Philosopher's Stone for Sustainability. Berlin Heidelberg : Springer, 2013.

Eigner, Martin und Stelzer, Ralph. 2009. Product Lifecycle Management. Dordrecht Heidelberg London New York : Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2009, 2009. ISBN 978-3-540-44373-5.

Henrich, Anke. 2015. Wirtschaftswoche. Industrie 4.0 - Kleine Zulieferer, die Verlierer der Digitalisierung. [Online] 14. 04 2015. [Zitat vom: 15. 05 2015.] www.wiwo.de/unternehmen/industrie/industrie-4-0-kleine-zulieferer-die-verlierer-der-digitalisierung/11616570.html.

Keuper, Frank, et al. 2009. Controlling in KMU : Identifikation spezifischer Handlungsbedarfe auf Basis aktueller Studien. Controlling für kleine und mittlere Untehmen. München : Oldenbourg, 2009.

Lünnemann, Pascal, et al. 2016a. Entscheidende Veränderungen in der zukünftigen kollaborativen Produktentwicklung. [Hrsg.] Klaus Brökel, et al. Rostock : Shaker Verlag, 2016, S. 320-327.

Lünnemann, Pascal, et al. 2016b. Zukunft der unternehmensübergreifenden Kollaboration. [Hrsg.] Roland Dr.-Ing. Drewinski, et al. Berlin : Fraunhofer IPK, 2016. ISBN: 978-3-945406-06-9.

Meier, Horst und Uhlmann, Eckart. 2012. Integrierte Industrielle Sach- und Dienstleistungen. Berlin Heidelberg : Springer Vieweg, 2012. ISBN 978-3-642-25268-6.

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Steele, Robert J. 2014. Scalable systems engineering ontology for small and medium enterprise (SME) research organizations. Texas : Texas Tech University, 2014.

Stiefel, Patrick. 2011. Eine dezentrale Informations- und Kollaborationsarchitektur für die unternehmensübergreifende Produktentwicklung. Wiesbaden : Vieweg+Teubner Verlag, 2011. ISBN 978-3-8348-1562-0.

Stöckert, Henryk. 2010. Fehlervermeidung an Schnittstellen-Prozessen der verteilten Produktentwicklung. Berlin : Technische Universität Berlin, 2010.

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Straube, Frank und Pfohl, Hans-Christian. 2008. Trends und Strategien in der Logistik 2008. Hamburg : DVV Media Group GmbH, 2008.

Tarmizi, Halbana, et al. 2006. Technical and Environmental Challenges of Collaboration Engineering in Distributed Environments. Groupware: Design, Implementation, and Use. Berlin Heidelberg : Springer, 2006.

Zirkler, Stefanie Constanze. 2010. Transdisziplinäres Zielkostenmanagement komplexer mechatronischer Produkte. München : Technische Universität München, 2010.

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