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Produktgenerationsentwicklung – Bedeutung und Herausforderungen aus einer entwicklungsmethodischen Perspektive

Authors:

Abstract and Figures

In dem vorliegenden Beitrag wird ein neues Beschreibungsmodell vorgestellt, das die Produktentwicklung aus der neuen Perspektive der Produktgenerationsentwicklung beschreibt. Darunter wird die Entwicklung einer neuen Generation technischer Produkte verstanden, die sowohl durch die Anpassung von Teilsystemen als Übernahmevariation als auch durch eine signifikante Neuentwicklung von Teilsystemen charakterisiert ist. Neu entwickelte Anteile technischer Produkte (Komponenten, Baugruppen, etc.) können sowohl durch Gestaltvariation als auch durch Variation von Lösungsprinzipien (Prinzipvariation) realisiert werden. Neue Produktgenerationen basieren immer auf Referenzprodukten, welche die grundsätzliche Struktur beschreiben. Als Referenzprodukt wird ein Vorgänger-oder Wettbewerbsprodukt verstanden, auf dessen Grundlage die Entwicklung einer neuen Produktgeneration angegangen werden soll. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags werden Beispiele aus der Entwicklungspraxis und ergänzende Umfrageergebnisse vorgestellt, die dieses Beschreibungsmodell empirisch stützen. Das Ziel des vorliegenden Beitrags ist die Definition einer Systematik, die die Charakterisierung von Entwicklungsprojekten für neue Produktgenerationen unterstützt.
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Produktgenerationsentwicklung Bedeutung und Herausforderungen aus
einer entwicklungsmethodischen Perspektive
Albert Albers, Nikola Bursac, Eike Wintergerst
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), IPEK Institut für Produktentwicklung, Karlsruhe, Deutschland
Albert.Albers@kit.edu
Nikola.Bursac@kit.edu
Eike.Wintergerst@kit.edu
Abstract: In dem vorliegenden Beitrag wird ein neues Beschreibungsmodell
vorgestellt, das die Produktentwicklung aus der neuen Perspektive der
Produktgenerationsentwicklung beschreibt. Darunter wird die Entwicklung einer
neuen Generation technischer Produkte verstanden, die sowohl durch die Anpassung
von Teilsystemen als Übernahmevariation als auch durch eine signifikante
Neuentwicklung von Teilsystemen charakterisiert ist. Neu entwickelte Anteile
technischer Produkte (Komponenten, Baugruppen, etc.) können sowohl durch
Gestaltvariation als auch durch Variation von Lösungsprinzipien (Prinzipvariation)
realisiert werden. Neue Produktgenerationen basieren immer auf
Referenzprodukten, welche die grundsätzliche Struktur beschreiben. Als
Referenzprodukt wird ein Vorgänger- oder Wettbewerbsprodukt verstanden, auf
dessen Grundlage die Entwicklung einer neuen Produktgeneration angegangen
werden soll. Im Rahmen des vorliegenden Beitrags werden Beispiele aus der
Entwicklungspraxis und ergänzende Umfrageergebnisse vorgestellt, die dieses
Beschreibungsmodell empirisch stützen. Das Ziel des vorliegenden Beitrags ist die
Definition einer Systematik, die die Charakterisierung von Entwicklungsprojekten
für neue Produktgenerationen unterstützt.
Keywords:
Produktgenerationsentwicklung, Referenzprodukt, Neuentwicklungsanteil
1 Ausgangssituation und Motivation
Vor wenigen Tagen hat Google die Testphase von „Google Glass“ gestoppt und die
Weiterentwicklung eingestellt. Neben gesellschaftlichen Akzeptanzproblemen haben Medienberichten
zufolge technische Mängel zum Scheitern des Projektes geführt. Zweifelsohne handelte es sich bei der
Entwicklung von Google Glass um ein Vorhaben, das sich von vielen anderen Entwicklungsprojekten
unterscheidet. Aber um was für eine Art von Projekt handelte es sich hierbei? War es eine
Neukonstruktion, eine modulare Innovation oder wie kann das Projekt klassifiziert werden? Eine
Innovation hätte nach Schumpeter (1939) einen Markterfolg vorausgesetzt. Gegen eine
Neukonstruktion spricht, dass Referenzprodukte wie die Brille oder die Android-Software in
Smartphones bereits existieren. Bei der Entwicklung wurden die jeweiligen Lösungsprinzipien und
wesentliche Subsysteme der Referenzprodukte mit geringfügigen Anpassungen übernommen.
Dennoch kann bei den hochgradig kreativen Entwicklungstätigkeiten nicht davon ausgegangen
werden, dass es sich lediglich um eine klassische Anpassungskonstruktion handelt. Nach Überzeugung
der Autoren fehlt es bisher in der klassischen Entwicklungsmethodik an geeigneten
Beschreibungsmodellen, die die oben dargestellten Herausforderungen der Entwicklung technischer
Produkte richtig darstellen.
In den nachfolgenden Kapiteln wird zunächst ein Bezug zu den wichtigsten Forschungsarbeiten zur
klassischen Entwicklungsmethodik und zum Innovationsmanagement hergestellt. Das nachfolgend
vorgestellte Beschreibungsmodell der Produktgenerationsentwicklung stellt eine Weiterentwicklung
dieser klassischen Ansätze vor. Mit den grundlegenden Aktivitäten der Prinzip-, Gestalt- und
Übernahmevariation, die bezogen auf die Teilsysteme eines Produktes meist gemischt auftreten, wird
der Syntheseprozess charakterisiert. Eine empirische Studie zeigt die Bedeutung der
2 Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015
Produktgenerationsentwicklung in der Praxis und begründet einen Bedarf für eine intensive
Durchdringung dieser Thematik durch neue konstruktionsmethodische Forschungsarbeiten.
2 Etablierte Perspektiven der Entwicklungs- und Konstruktionsmethodik
2.1 Formen der Produktentwicklung aus Sicht der klassischen Konstruktionsmethodik
Die klassische Konstruktionsmethodik unterscheidet beim Konstruieren grundsätzlich zwischen einem
generierenden und einem korrigierenden Vorgehen. Während beim korrigierenden Vorgehen eine
Übernahme und nur geringfügige Änderungen an bestehenden Lösungsprinzipien üblich sind, um z. B.
den Änderungsaufwand gering zu halten, werden bei einem generierenden Vorgehen „durch einen
Abstraktions- und nachfolgenden Konkretisierungsprozess meist mehrere völlig neue Lösungen
angestrebt, aus denen ausgewählt wird. (Ehrlenspiel 2009)
Ergänzend zu dieser Charakterisierung unterscheiden PAHL und BEITZ Produktentwicklungsprojekte
in den drei Kategorien Neu-, Anpassungs- und Variantenkonstruktion. Zur Differenzierung werden der
Neuheitsgrad, die Unsicherheit bezüglich der vorherrschenden Randbedingungen und die Möglichkeit
zur Verwendung bekannter und beherrschter Lösungsprinzipien herangezogen (Pahl und Beitz 2013):
Eine Neukonstruktion ergibt sich aus der Verwendung neuer Lösungsprinzipien oder neuer
Kombinationen bekannter Prinzipien unter veränderten Randbedingungen, wobei das
Entwicklungsteam große Freiheiten bezüglich der Wahl der Mittel zur Umsetzung der
Entwicklungsziele genießt.
Eine Anpassungskonstruktion setzt das Vorhandensein und die Verwendung bereits bekannter
und umgesetzter Lösungsprinzipien unter neuartigen Randbedingungen voraus. Das
Entwicklungsziel wird also durch den Einsatz bekannter Mittel auf neue Problemstellungen
erreicht. Bei komplexen Konstruktionsproblemen kann darin auch eine partielle
Neukonstruktion oder eine Integration von einzelnen Teilsystemen eingeschlossen sein.
Eine Variantenkonstruktion liegt vor, wenn unter vergleichbaren Randbedingungen bereits
bekannte und umgesetzte Lösungsprinzipien wiederverwendet und auf das vorliegende
Entwicklungsziel angepasst werden. In der Mechanik ist die Variation einzelner Parameter
wie Abmessungen oder Anordnungen von Bauteilen und Baugruppen charakteristisch für eine
Variantenkonstruktion. Ziel ist dabei die Erfüllung quantitativ geänderter Anforderungen bei
minimalem Konstruktionsaufwand.
Auf dieser Perspektive aufbauend zieht auch die DIN-Norm 6789-3 die Grenze zwischen einer
technischen Produktänderung und einer Neukonstruktion beim anforderungsbedingten Austausch einer
Komponente oder eines Teilsystems im Produkt.
In Abgrenzung zu dieser klassischen Kategorisierung von Entwicklungsprojekten wird in der jüngeren
Literatur immer häufiger darauf verwiesen, dass die wenigsten Produkte komplett neu entwickelt
werden; stattdessen wird aus ökonomischen und risikoanalytischen Gründen das Ziel verfolgt, die
angestrebten Funktionen und Eigenschaften eines neuen Produkts mit möglichst geringfügigen
Modifikationen von etablierten Lösungen zu erreichen (Deubzer und Lindemann 2009; Eckert 2010).
ECKERT merkt dazu an, dass die Verbesserung bestehender Produkte als häufigste Art der
Produktentwicklung anzusehen ist. Die meisten Produkte entstehen daher durch Modifikationen,
wobei insbesondere bei komplexen Produkten zuverlässig funktionierende Komponenten und
Teilsysteme soweit wie möglich übernommen werden, um den technischen Neuheitsgrad, potenzielle
Risiken und erforderliche Investitionen z. B. in Produktionsmittel zu reduzieren.
Der Neuheitsgrad eines Produkts definiert sich demnach nicht nur über die Anzahl neu entwickelter
Teilsysteme, sondern ebenso durch eine Verbesserung der Funktionen und Eigenschaften existierender
Komponenten und Baugruppen, oder einer Erweiterung ihres Anwendungsspektrums.
2.2 Anforderungen an die Produktentwicklung aus Sicht des Innovationsmanagements
Innovationen sind für Unternehmen entscheidend, um im Wettbewerb nachhaltig erfolgreich sein zu
können. Von einer Innovation kann nach Schumpeter die Rede sein, wenn sich eine Invention, also
eine Erfindung, am Markt erfolgreich etabliert (Schumpeter 1939).
Nach Henderson und Clark (1990) können vier Arten der Produktinnovation unterschieden werden:
Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015 3
Inkrementelle Innovationen entstehen durch konstruktive Änderungen an Komponenten und
ihren Beziehungen zueinander. Durch den begrenzten Änderungsumfang besteht oft nur ein
geringes technisches und ökonomisches Risiko, jedoch ist auch das wirtschaftliche Potenzial
vergleichsweise eingeschränkt. Inkrementelle Innovationen lassen sich gut planen und steuern.
Architekturelle Innovationen beruhen auf einer Neukonfiguration von bereits bekannten und
etablierten Funktionseinheiten. Sie stellen Unternehmen oft vor die Herausforderung, ihr
Wissen neu zu strukturieren, bergen aber durch eine andersartige Funktionserfüllung auch
wirtschaftliche Potenziale bei moderaten technischen Risiken.
Modulare Innovationen sind technisch durch einen Austausch einzelner Funktionseinheiten
charakterisiert, wobei die grundsätzliche Systemstruktur erhalten bleibt. Ökonomisch bieten
sie erhöhte Potenziale zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit, sind jedoch auch mit
entsprechend erhöhten Risiken verbunden.
Radikale Innovationen zeichnen sich technisch nicht nur durch einen Austausch einzelner
Funktionseinheiten aus, sondern auch durch eine neue Konfiguration der Systemstruktur.
Entsprechend unsicherheitsbehaftet sind die Entwicklungsprozesse und die Marktpotenziale.
Neues Wissen muss in großem Umfang neu generiert oder akquiriert werden.
Die Problematik dieser Einteilung von Innovationen ist, das erst retrospektiv beurteilt werden kann, ob
sich ein Markterfolg eingestellt hat und tatsächlich eine Innovation vorliegt. Damit werden die vielen
Misserfolge bei der Produktentwicklung Scheitern ist nicht die Ausnahme, sondern eher die Regel
nicht erfasst.
Unternehmen müssen vor dem Hintergrund des Innovationsdrucks im Wettbewerb bereits in der
Projektierung und Validierung einer Produktentwicklung die Kundenwünsche und Bedarfe in vielen
(teils widersprüchlichen) Dimensionen berücksichtigen, darunter Funktionalität und Kosten-Nutzen-
Aspekte. Entsprechend dem KANO-Modell (Kano et al. 1984) sollten dabei neben Basisanforderungen
auch Leistungs- und Begeisterungsanforderungen in den o.g. Dimensionen an ein neues Produkt
gestellt werden. Sie werden im Verlauf von Produktgenerationslebenszyklen (Wesner 1977) den
aktuellen Bedarfen und Randbedingungen am Markt angepasst. Das KANO-Modell (links) und das
Modell der Lebenszyklen (rechts) sind in Bild 1 dargestellt. Neue Produkte benötigen nach dem
KANO-Modell neue Begeisterungsattribute, da diese mit der Zeit (z. B. über mehrere
Produktgenerationen hinweg) zu Leistungs- und Basisattributen degradieren (Bailom 1996).
Bild 1: Links: KANO-Modell nach (Bailom et al. 1996); Rechts: Lebenszyklen von Produktgenerationen nach
(Wesner 1977)
Aus diesen Randbedingungen entsteht das Ziel, ein möglichst innovatives Produkt am Markt zu
platzieren und gleichzeitig nur gewisse Teilsysteme neu zu entwickeln. Da a) eine Nichterfüllung von
Basisanforderungen definitionsgemäß zur Unzufriedenheit bei Kunden führt und b) bei der Variation
eines Lösungsprinzips das Risiko meist erheblich höher ist, bietet es sich an, Basisanforderungen mit
möglichst geringen Gestaltvariationen und damit geringem Risiko zu erfüllen und die
Produktstruktur, wenn immer möglich, nicht wesentlich zu verändern. Gleichzeitig sollten die
verfügbaren Ressourcen auf die Entwicklung von Leistungs- und Begeisterungsmerkmalen (als
Differenzierungsmerkmale) konzentriert werden, um das Innovationspotenzial eines Produkts zu
steigern und erfolgreichen Produktgenerationen eine längere Laufzeit am Markt zu ermöglichen. Dies
kann erreicht werden durch einen gezielten Fokus auf ausgewählte Teilsysteme bereits in der Planung
der zu entwickelnden Produktgeneration.
4 Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015
3 Produktgenerationsentwicklung als neue Perspektive für die Forschung
3.1 Definitionen und Abgrenzung zum Stand der Forschung
PAHL und BEITZ (2013) als wichtige Vertreter der klassischen Konstruktionsmethodik räumen ein,
dass Produktentwicklungsprojekte meist nicht pauschal als Neukonstruktion, als
Variantenkonstruktion oder als Anpassungskonstruktion eingeordnet werden können.
Die Autoren des vorliegenden Beitrags vertreten den Standpunkt, dass die überwiegende Mehrzahl der
Entwicklungsprojekte in der Praxis als Produktgenerationsentwicklung beschrieben werden können
und schlagen diese Bezeichnung zur Präzisierung vor. Nachfolgend wird ein Beschreibungsmodell
dazu entwickelt und erläutert. Der vorliegenden Beitrag soll nicht eine grundsätzlich neue
Beobachtung vorstellen; vielmehr werden einerseits die (bisher noch fragmentierten) Ausführungen
aus dem dargestellten Stand der Forschung in ein neues Beschreibungsmodell gefasst, das die
„natürlichen“ Sachverhalte der Entwicklungspraxis aus einer Perspektive wiedergibt, die es der
Forschung ermöglichen soll, nutzenstiftende Methoden und Prozesse für die Herausforderungen in der
Produktentwicklung zu erarbeiten. Andererseits soll auf der Basis dieses Beschreibungsmodells eine
neue Möglichkeit zur qualitativen und quantitativen Planung, Einordnung und Beschreibung, sowie
dem Management einer Produktentwicklungsaufgabe, entwickelt werden. Dabei liegt der Fokus auf
der Entwicklungspraxis in Unternehmen.
Als Produktgenerationsentwicklung wird die Entwicklung technischer Produkte verstanden, die
sowohl durch die Anpassung von Teilsystemen als Übernahmevariation (ÜV) als auch durch eine
Neuentwicklung von Teilsystemen charakterisiert ist. Darin eingeschlossen sind sowohl die
Entwicklung einer neuen Produktgeneration, als auch deren Derivate bzw. Varianten. Die Anteile
technischer Neuentwicklungen einzelner Funktionseinheiten können sowohl durch die Aktivität
Gestaltvariation (GV) als auch durch die Variation von Lösungsprinzipien im Folgenden als
Aktivität Prinzipvariation (PV) bezeichnet erfolgen. Neue Produktgenerationen basieren immer auf
Referenzprodukten, die große Bereiche der grundsätzlichen Struktur vorgiben. Als Referenzprodukt
wird ein Vorgänger- oder ein Wettbewerbsprodukt verstanden, auf dessen Grundlage die Entwicklung
einer neuen Produktgeneration angegangen werden soll. Durch die Neuentwicklungsanteile einer
neuen Produktgeneration sollen Differenzierungsmerkmale zum Referenzprodukt erzielt werden.
Eine Unterscheidung, ob die Entwicklung eines Produkts als Ganzes in Neu-, Anpassungs- oder
Variantenkonstruktion eingestuft werden soll, ist aus der oben genannten Perspektive wenig
praktikabel. Vielmehr müssen jeweils individuell die Anteile der Konstruktionsumfänge eingeordnet
werden: Während bestimmte Funktionseinheiten je nach Zielstellung mithilfe eines neuen
Lösungsprinzips entwickelt werden (Prinzipvariation), können andere Teilsysteme meist auf der Basis
existierender Lösungsprinzipien neu gestaltet werden (Gestaltvariation). Bei dieser Gestaltvariation
wird ein bestehendes Lösungsprinzip eines Referenzprodukts aufgegriffen und die
funktionsbestimmenden Eigenschaften werden variiert. Dieses bestehende Lösungsprinzip kann
sowohl Ergebnis eines Technologie- oder eines Vorentwicklungsprojekts sein, oder auch aus
Produkten abgeleitet werden, bei denen bereits ähnliche Teilfunktionen effizient realisiert wurden.
Der Anteil der Neuentwicklung von Lösungsprinzipien fällt damit innerhalb einer
Produktgenerationsentwicklung meist weit geringer aus als der Anteil der Neuentwicklung durch
Gestaltvariation, die im selben Maße zu innovativen also am Markt erfolgreichen Lösungen führen
können. Innerhalb einer neuen Produktgeneration lassen sich demnach mehrere
Neuentwicklungsanteile der Teilsysteme eines Produkts unterscheiden:
Die Neuentwicklung eines Teilsystems einer Produktgeneration durch Prinzipvariation, z. B.
durch Adaption aus Produkten, die ähnliche Funktionen und Eigenschaften in anderen
Kontexten erfüllen, oder durch die systematische Suche nach alternativen Prinziplösungen
z. B. durch die Nutzung von Konstruktionskatalogen oder Kreativitätstechniken.
Die Neuentwicklung eines Teilsystems durch Gestaltvariation, bei der ein bekanntes (und
meist bewährtes) Lösungsprinzip aus einem Referenzprodukt oder auch aus dem allgemeinen
Stand des Wissens übernommen wird und die funktionsbestimmenden Eigenschaften so
variiert werden, dass eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit, der Leistungsfähigkeit und /
oder der Qualität der Funktionserfüllung möglich ist. Die Gestaltvariation ist die häufigste
Aktivität der Produktentwicklung und ist ebenfalls ein hochgradig kreativer und komplexer
Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015 5
Vorgang. Ein Beispiel ist die enorme Steigerung der Leistungsdichte bei Zahnradgetrieben
durch Optimierung der Flankengeometrie, des Werkstoffes, des Werkstoffzustandes
(Einsatzhärtung), der Fertigungsverfahren und der Schmierung.
Hinzu kommt die Anpassung von Teilsystemen als Übernahmevariation, d.h. es werden
bestehende Lösungen von Referenzprodukten oder von Zulieferern in neue
Produktgenerationen übernommen und gemäß den Anforderungen der Systemintegration an
den Schnittstellen angepasst. Diese Aktivität wird im Folgenden als Übernahmevariation (ÜV)
bezeichnet und muss ebenfalls geplant und gesteuert werden. Dabei sollten die konstruktiven
Anpassungen möglichst minimiert werden.
In den oben beschriebenen Ausführungen spielt der Begriff „Neuentwicklung“ eine zentrale Rolle
nicht zuletzt, weil er auch in der Entwicklungspraxis häufig gebraucht wird. Im Gegensatz zu einer
„Neukonstruktion“ (Pahl und Beitz 2013) handelt es sich bei einer Neuentwicklung jedoch um ein
Vorhaben, dessen Ergebnis (ein technisches Gebilde, oft ein technisches System, bestehend aus
mehreren Teilsystemen) in den meisten Fällen eine Vielzahl konstruktiver Anpassungen und
Varianten von bereits bekannten Lösungsprinzipien beinhaltet und nur wenige (oder keine) echte
Neukonstruktionen mit neuen Lösungsprinzipien im Sinne der klassischen Definition.
Die wesentlichen Zusammenhänge der Produktgenerationsentwicklung werden nachfolgend in
mathematische Modelle gefasst, die die Zusammenhänge formalisiert beschreiben. Diese
Modellbildung motiviert sich aus der Absicht, im Entwicklungsmanagement die Planung und
Durchführung von Entwicklungsprojekten zu erleichtern, indem a) die Übernahmevariationsanteile
von Referenzprodukten, b) die Anteile von Neuentwicklungen auf der Basis von Gestaltvariation in
der neuen Produktgeneration und c) die Anteile von Neuentwicklungen auf der Basis einer
signifikanten Prinzipvariation abgeschätzt und geplant werden. Je nach Situation (am Markt bzw. im
Unternehmen) kann durch Wahl der jeweiligen Erneuerungsarten ein individueller
Produktentwicklungsprozess geplant und nach Bewertung seines Risikos sowie der Tragweite
realisiert werden.
Nach diesem Modell setzt sich eine neue Produktgeneration (Gn+1) zusammen aus: Einer Menge von
Teilsystemen (TS), die bei möglichst geringen Anpassungen übernommen werden (ÜS); einer Menge
von neuentwickelten TS durch Gestaltvariation (GS) und einer Menge von neuentwickelten TS durch
Prinzipvariation (PS):
Ü (1)
Damit gilt:
 Ü   (2)
Der Übernahmevariationsanteil () einer Produktgeneration ist definiert als:
 

   (3)
Analog können die Anteile neuentwickelter Teilsysteme mit Gestaltvariation () und
neuentwickelter Teilsysteme mit Prinzipvariation () berechnet werden:
 
  
   (4)
Der gesamte Neuentwicklungsanteil  berechnet sich somit aus der Summe der einzelnen
Neuentwicklungsanteile aus Gestaltvariation  und Prinzipvariation .
Die bereits bei der Projektierung gewählten Werte () sind wichtige Größen für die Planung eines
Produktentwicklungsprozesses. Die nach Umsetzung tatsächlich realisierten Werte für die sich von
den geplanten Werten unterscheiden können sind wichtige Größen für die Risikoanalyse und
Validierung einer Produktgeneration. Die Autoren streben an, in weiteren Forschungsarbeiten
Methoden zur Bestimmung und Planung der Anteilswerte zu entwickeln.
3.2 Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Produktgenerationen
Der Lösungsraum zur Verbesserung einer neuen Produktgeneration gegenüber Referenzprodukten ist
oft auf eine Variation der relevanten Gestalt- und Prozessparameter beschränkt und somit eine
6 Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015
besondere Herausforderung für die kreative Generierung von Differenzierungsmerkmalen zum
Wettbewerb. Auf einem (zumeist vorherrschenden) Käufermarkt muss ein neues Produkt den
Kundenanforderungen entsprechen und möglichst einfach zu produzieren sein, um es
wettbewerbsfähig anbieten zu können. Auch hier gilt: Die beste Lösung ist die einfachste, die
funktioniert. Die Herausforderung für Systemkonstrukteure besteht darin, in einem Spannungsfeld aus
technischen und ökonomischen Zielen und Randbedingungen den verbleibenden Lösungsraum kreativ
zu erschließen. Die kreative Leistungsfähigkeit von Systemkonstrukteuren bezieht sich dabei
ausdrücklich nicht nur auf die Entwicklung neuer Lösungsprinzipien, sondern insbesondere auf die
zielgerichtete Variation der Gestalt eines Referenzprodukts bzw. eines Teilsystems, um die Potenziale
der übernommenen Lösungsprinzipien bestmöglich zu nutzen. So ist z. B. das Prinzip des Ottomotors
lange bekannt; trotzdem gelingt es immer wieder, durch Gestaltvariation die Leistungsmerkmale
signifikant zu verbessern (Drehmoment, Kraftstoffverbrauch, ...) und so Produktinnovationen zu
generieren.
Das Ziel bei der Entwicklung einer neuen Produktgeneration ist die Ausgestaltung von ausreichend
vielen Differenzierungsmerkmalen (zu existierenden eigenen Produktgeneration und zu den am Markt
befindlichen oder erwarteten Wettbewerbsprodukten), um eine neue Produktgeneration über einen
angestrebten Zeitraum wirtschaftlich erfolgreich vertreiben zu können. Diese
Differenzierungsmerkmale sollten aus Sicht der Kunden (im selben Markt) als solche wahrnehmbar
sein und eine deutliche Unterscheidung gegenüber den Referenzprodukten ermöglichen. Ferner
können und sollen die Differenzierungsmerkmale natürlich auch aus der Sicht des Unternehmens
begründet sein, z. B. eine kostengünstigere Herstellung durch die neuentwickelten Teilsysteme. Eine
Funktionsverbesserung für den Kunden bei gleichzeitiger Senkung der Herstellkosten ist dabei kein
grundsätzlicher Widerspruch, sondern eine Entwicklungsherausforderung (vgl. Albers 1991 & 1994).
Bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt in einer Produktgenerationsentwicklung müssen
richtungsweisende Entscheidungen getroffen werden, die das Innovationspotenzial eines Produkts am
Markt umfangreich bestimmen. „Es gilt das Paradox der Konstruktion: Früh kann man viel bewegen,
aber man kennt die Auswirkungen kaum. Später kann man leicht beurteilen, aber kaum mehr ändern“
(Grabowski 1997). Eine konsequent methodische und modellbasierte Produktgenerationsentwicklung
kann ein Lösungsansatz sein, um dieses Paradoxon zu überwinden oder zumindest das Risiko zu
mindern. Die dazu notwendigen Methoden, Prozesse und Werkzeuge sollten ein Fokus der
zukünftigen Forschung in der Entwicklungsmethodik sein.
4 Reflexion des Beschreibungsmodells an der Entwicklungspraxis
Zur näheren Betrachtung der Produktgenerationsentwicklung wird ein systemischer Ansatz am
Beispiel eines Fahrzeugs gewählt. Ein solches technisches Produkt kann als die Summe seiner
Elemente bzw. Teilsysteme und deren Wechselwirkungen verstanden werden (Rophol 2009). Darauf
aufbauend werden die Ergebnisse einer empirischen Studie vorgestellt, die die Relevanz des in
Kapitel 3 vorgestellten Beschreibungsmodells aufzeigen.
4.1 Beispiele typischer Produktgenerationsentwicklungen
Anschaulich wird der Ansatz der Produktgenerationsentwicklung am Beispiel der Entwicklung des
iPhones, von Druckmaschinen der Heidelberger Druckmaschinen oder des Porsche 911 (vgl. Bild 2).
So folgt beispielsweise Porsche seit 50 Jahren mit dem Modell des 911 einem ähnlichen Grundkonzept
(Heckmotor, 2+2-Sitzigkeit, etc.), erweitert dieses aber in jeder Generation gezielt um
Differenzierungsmerkmale. Beispiele hierfür sind der adaptive Bug Spoiler in der aktuellen
Generation (Typ 991), die variable Turbinengeometrie in der Vorgängergeneration (Typ 997) und die
Keramikbremse in dessen Vorgänger (Typ 996). Im Sinne einer Aufwands-, Risiko- und
Kostenreduktion ist es oft zielführend, die wesentliche Struktur eines Referenzproduktes
beizubehalten und gleichzeitig einzelne Teilsysteme neu zu entwickeln. So werden beispielsweise
beim Fahrzeug sichtbare Teilsysteme wie das Exterieur (Anmutung GV), kundenerlebbare
Funktionen wie das ACC InnoDrive (Begeisterungsattribut PV) und der Motor (Kraftstoffverbrauch
senken (Leistungsattribut GV) neu entwickelt. Ebenso kann es erforderlich sein, neuen
Gesetzesanforderungen zu genügen (Basisattribut PV oder GV)). Andere Teilsysteme, wie z. B. die
Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015 7
Radaufhängung, werden als Teilsysteme mit möglichst geringen Anpassungen in die neue Generation
integriert. Für solch einen gemischten Entwicklungsprozess sind neue Methoden und Werkzeuge
notwendig, die erforscht werden müssen.
Bild 2: Produktgenerationsentwicklungen von G1 (links) bis GN (rechts) am Beispiel der Produkte von
Porsche (a), Apple (b) und Heidelberger-Druck (c)
Bereits in Kapitel 2 wurde aufgezeigt, dass es sinnvoll ist, Basisanforderungen durch möglichst
geringe Modifikationen an Referenzsystemen zu erfüllen und gleichzeitig die Entwicklung von
Differenzierungsmerkmalen zu fördern. Begeisterungsattribute degradieren mit der Zeit zu Leistungs-
und Basisattributen. Begeisterungs- und Leistungsattribute müssen also in neuen Produktgenerationen
immer wieder erneuert oder sogar ersetzt werden. Eine neue Produktgeneration besteht somit meist,
wie in Bild 3 dargestellt, aus möglichst unveränderten (übernommenen) Subsystemen, aus
Subsystemen, deren Gestalt variiert wurde, sowie aus Subsystemen, deren Prinzip variiert wurde. Die
genannten Subsysteme können nach dem Prinzip des fraktalen Charakters (vgl. Albers, et al. 2010)
wiederum als Produktgenerationsentwicklung betrachtet werden.
Bild 3: Systemtheoretische Betrachtung eines Fahrzeugs im Rahmen der Produktgenerationsentwicklung mit
Erneuerungsgrad für die einzelnen Teilsysteme
8 Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015
4.2 Empirische Untersuchung zur Relevanz der Produktgenerationsentwicklung
Durch das in Kapitel 3 vorgestellte mathematische Modell lässt sich die Produktentwicklung
kontinuierlich klassifizieren und nimmt lediglich für die Extremwerte den Zustand der reinen
Anpassungskonstruktion N n+1 = 0%) bzw. der kompletten Neukonstruktion nach der klassischen
Definition N n+1 = 100%) an. In diesem Zusammenhang wurden in einer (stichprobenartigen) Online-
Umfrage Entwicklungsingenieure aus unterschiedlichen Firmen und Branchen gebeten, die
Schwerpunkte der Entwicklungsaktivitäten in ihrer Firma einzuordnen. Dabei konnten die Befragten
mit einem Schieberegler angeben, ob die anteiligen Entwicklungsaktivitäten eher der klassischer
Anpassungsentwicklung (1), kompletter Neuentwicklung (100) oder Mischformen zuzuordnen sind.
Die Ergebnisse der Befragung sind in Bild 4 dargestellt. Insgesamt haben 247 Entwicklungsingenieure
an der Online-Umfrage teilgenommen, davon haben 159 Teilnehmer die nachfolgend genannten
Fragen beantwortet.
Bild 4: Unternehmensfokus: von reiner Anpassungsentwicklung (1) zur kompletten Neuentwicklung (100)
Obwohl die Ergebnisse die individuellen Einschätzungen der Befragten widerspiegeln, bestärken sie
aus Sicht der Autoren den Bedarf zur Definition der Produktgenerationsentwicklung als grundlegendes
Entwicklungskonzept, da sich lediglich 11 % der Anpassungsentwicklung (1-20) und 7 % der
Neuentwicklung (81-100) zuordnen lassen. Die Firmen sind hauptsächlich im Bereich des Maschinen-
und Anlagenbaus sowie der Automobilindustrie tätig. Der größte Teil (46%) der Befragten kann
großen Unternehmen (>5000 Mitarbeiter (MA)) zugeordnet werden. Gleichzeitig sind auch kleine
Unternehmen (<250 MA) mit annähernd einem Viertel ausreichend vertreten. In Bild 5 wird die
Verteilung über unterschiedliche Branchen dargestellt.
Bild 5: Unternehmensfokus über unterschiedliche Branchen
Es zeigen sich über die unterschiedlichen Branchen hinweg keine auffälligen Abweichungen von den
Durchschnittswerten. Lediglich Branchen wie die Informations- und Kommunikationstechnologie
Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015 9
oder die Elektronik und Elektrotechnik weisen verstärkt Unternehmen auf, die einen höheren
Neuentwicklungsanteil umsetzen als z. B. Unternehmen in der Automobilindustrie. Aber auch
bezogen auf die einzelnen Branchen können nicht mehr als 20 % der Antworten den Extremfällen
Anpassungs- und Neuentwicklung zugeordnet werden. Diese Befunde können ebenfalls über
unterschiedliche Unternehmensgrößen und unterschiedliche Unternehmensalter bestätigt werden. Die
entsprechenden Verteilungen sind in Bild 6 dargestellt.
Bild 6: Unternehmensfokus über unterschiedliche Unternehmensgrößen (links) und Alter (rechts)
Lediglich bei relativ kleinen und bei relativ jungen Firmen ist die Verteilung signifikant in Richtung
eines hohen Neuentwicklungsanteils verschoben. Dies kann durch deren besondere Situation erklärt
werden und entspricht sicherlich der allgemeinen Wahrnehmung.
5 Diskussion und Ausblick
Die Ergebnisse aus Kapitel 4 und auch Arbeiten anderer Autoren (siehe Kapitel 2) zeigen, dass die
Praxis der Entwicklung eines technischen Produkts in hohem Maße geprägt ist von der Kombination
unterschiedlicher Neuentwicklungsanteile (Prinzip- und Gestaltvariation). Dabei ist der Anteil einer
vom Prinzip aus neuen Teillösung eher gering. Die Forschungsarbeiten von ALBERS et al. (Karlsruher
Schule) konzentrieren sich daher auf Methoden und Prozesse, die Systemkonstrukteure und
Validierungsingenieure bei der Entwicklung neuer Produktgenerationen unterstützen sei es durch
eine gezielte, auf Systemverständnis beruhende Gestaltvariation oder tatsächlich durch assoziative
Variation von Lösungsprinzipien. Diese Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf eine
bedarfsgerechte Methoden- und Prozessunterstützung für die gesamte Produktentwicklung von der
Idee bis zur erprobten Lösung, um komplexe und komplizierte Produkte auch zukünftig effizient,
sicher und marktgerecht entwickeln zu können.
Ein vielversprechender Ansatz ist hierbei das Test-based-Development (TbD) auf Basis der X-in-the-
Loop (XiL)-Methodik (Albers et al. 2013), mit dem virtuelle und physische Modelle von Produkt,
Umfeld und Nutzer in der Entwicklung effizient gekoppelt werden und so das Produkt in seiner
Anwendungsumgebung auch unter Echtzeitbedingungen erlebt und erprobt werden kann. Die Modelle
sind zukünftig bei einer konsequenten Produktgenerationsentwicklung zum Teil schon vorhanden und
können mit geringen Anpassungen übernommen werden. Dies ermöglicht eine frühzeitige
Kundenintegration, um neue Eigenschaften einer künftigen Produktgeneration zu verifizieren und zu
validieren. So kann z. B. bereits ein zukünftiges Produkt während der Entwicklung in einer Art „Beta-
Version“ wie in der Softwareerprobung durch die späteren Kunden ausprobiert werden. Das
Kundenfeedback kann direkt in die weitere Entwicklung des Produktes einfließen. Die Prozesse der
Produktgenerationsentwicklung können mit Hilfe des Meta-Modells iPeM integriertes
Produktentstehungsmodell (Albers und Braun 2011) modelliert werden.
Auf der Basis der Forschungsarbeiten zur Produktgenerationsentwicklung können neue Methoden,
Prozesse und Werkzeuge für eine Produktentwicklung erforscht werden. Unternehmen sollten damit in
die Lage versetzt werden, sowohl Produkte mit sehr hohen Neuentwicklungsanteilen auf Basis der
10 Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2015
Prinzipvariation (wie z. B. Google-Glass) als auch Produkte mit hohen Neuentwicklungsanteilen auf
Basis der Gestaltvariation (wie z. B. Porsche 911) erfolgreich umsetzen zu können.
Das Beschreibungsmodell der Produktgenerationsentwicklung liefert den notwendigen Rahmen dafür:
Google-Glass kann in diesem Kontext als die Entwicklung einer ersten Generation von Datenbrillen
verstanden werden, die basierend auf den Wirkprinzipien der Referenzprodukte „Brille“ und
„Android-Software“ mit einem hohen Neuentwicklungsanteil der Prinzipvariation umgesetzt wurde.
Literatur
Schumpeter 1939 SCHUMPETER, J.: Theorie der Wirtschaftlichen Entwicklung. Leipzig:
Duncker & Humblot, 1939.
Ehrlenspiel 2009 EHRLENSPIEL, K.: Integrierte Produktentwicklung. München: Hanser, 2009.
Pahl und Beitz 2013 PAHL, G; BEITZ, W; FELDHUSEN, J; GROTE, K.-H.: Pahl/Beitz Konstruktions-
lehre. Berlin: Springer-Verlag, 2013.
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Albers und Braun 2011 ALBERS, A., BRAUN, A.: A generalised framework to compass and to support
complex product engineering processes, In: IJPD 15 (2011), S. 625.
... Da jedoch die DNS-Sequenz nicht verändert wird, kann man epigenetische Effekte nicht im Genotyp, sehr wohl aber im Phänotyp (Erscheinungsbild) verschiedener Generationen nachweisen und beobachten (Lewin, 1991). In Analogie zur Epigenetik, beschäftigt sich die Forschung im Modell der PGE -Produktgenerationsentwicklung nach ALBERS (Albers, Bursac & Wintergerst, 2015) mit dem Nachweis von Phänomenen der Variation, die sich nicht nur in der physischen Gestalt, sondern auch bei anderen Systemelementen (z.B. Funktionen und Eigenschaften) beobachten lassen . ...
... Bucciarelli (1994)). Ganz im Gegenteil kann die Entwicklung von Systemen mit der beschriebenen Komplexität nach Albers, Bursac & Wintergerst (2015) nur funktionieren, wenn systematisch und methodisch auf Basis von Referenzen gearbeitet wird. Das Modell der PGE -Produktgenerationsentwicklung nach AL-BERS postuliert, dass neue Produkte stets auf bereits bestehenden Systemen mit verifizierten Anforderungen aufbauen, diese auf andere Weise neu kombinieren oder einzelne Elemente bewusst, prinzipiell neu entwickeln (Albers, Bursac & Wintergerst, 2015). ...
... Ganz im Gegenteil kann die Entwicklung von Systemen mit der beschriebenen Komplexität nach Albers, Bursac & Wintergerst (2015) nur funktionieren, wenn systematisch und methodisch auf Basis von Referenzen gearbeitet wird. Das Modell der PGE -Produktgenerationsentwicklung nach AL-BERS postuliert, dass neue Produkte stets auf bereits bestehenden Systemen mit verifizierten Anforderungen aufbauen, diese auf andere Weise neu kombinieren oder einzelne Elemente bewusst, prinzipiell neu entwickeln (Albers, Bursac & Wintergerst, 2015). Das Modell der PGE liefert das Fundament auf der die entwicklungsmethodische Forschung dieser Arbeit aufbaut. ...
Thesis
Das Funktionsspektrum heutiger Generationen hochentwickelter Fahrzeuge hat sich im letzten Jahrzehnt, aufgrund steigender Kunden- und Anwenderanforderungen u.a. an Fahrerassistenz, Digitalisierung und Elektromobilität, mehr als vervierfacht. Empirische Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass der Fokus auf den für Kunden oder Anwender wahrnehmbaren Funktionen liegt, die einen direkt greifbaren Wert oder Nutzen des Gesamtproduktes schaffen. In der automobilen Entwicklungspraxis zeigt sich zudem, dass solche, mitunter komplexe, Funktionen nicht mehr nur für einzelne, automobile Produktgenerationen, sondern übergreifend für das gesamte Produktportfolio eines Anbieters entwickelt werden müssen. Produktentwickelnde stehen daher vor der Herausforderung, teils diametrale Anforderungen sowie Wechselwirkungen vielfältiger Produktgenerationen aus verschiedenartigen Produktlinien bereits beim Spezifizieren der Funktionen zu berücksichtigen. Da es an geeigneter prozessualer und methodischer Unterstützung fehlt, stellt sich die Frage, wie eine transparente und durchgängige Funktionsentwicklung in diversifizierten Produktportfolios zukünftig im Rahmen der Produktspezifikation in der Frühen Phase synergistisch gestaltet werden kann? In der vorliegenden Arbeit wird daher, auf Grundlage des modelltheoretischen und methodischen Gefüges der KaSPro – Karlsruher Schule für Produktentwicklung, die prozessuale und methodische Unterstützung des Produktentwickelnden beim Produktportfolio-übergreifenden Spezifizieren aus Funktionssicht empirisch analysiert, in einer dreiteiligen Systematik synthetisiert sowie in der Entwicklungspraxis angewandt und evaluiert. Der erste Bestandteil der präskriptiven Systematik fokussiert die Definition eines konsistenten Verständnisses sowie die Abbildung und Variation von (Produkt-)Funktionen auf Basis des Referenzsystems im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung nach Albers. Zu diesem Zweck wird ein Produktfunktions-Modell aus empirischen Erkenntnissen entwickelt, das den Produktentwickelnden beim effektiven Spezifizieren leitet. Den zweiten Kernbestandteil bildet ein generisches Referenz-Produktmodell, das die komplexe Produktspezifikation durch Verknüpfung mit dem erweiterten Systemtripel Ansatz und dem Referenzsystem in der Frühen Phase strukturiert. Vervollständigt wird die Systematik mit einem Referenzprozess zum Produktportfolio-übergreifenden Spezifizieren von Produktfunktionen im Modell der PGE. Im Zuge dessen wird zwischen den vier iterativen Phasen der Generierung und Priorisierung von Funktionsideen [1], der Spezifikation einer Produktfunktion [2], der Realisierung einer Produktfunktion [3] und der Beendigung des Funktionslebenszyklus [4] differenziert. Eine Produktfunktions-Roadmap fungiert als durchgängiges und konsistentes Planungs- und Steuerungsinstrument. Die Evaluationsergebnisse und -erkenntnisse aus Fallstudien in der Sportwagenentwicklung zu Produktfunktionen der Fahrzeugaerodynamik bestätigen die effektive Anwendbarkeit der Unterstützungswerkzeuge und zeigen im Live-Lab IP – Integrierte Produktentwicklung initial einen Erfolgsbeitrag zur Transparenz und Durchgängigkeit der Produktspezifikation aus Funktionssicht.
... • In development practice the extent to which a new system is actually newly developed can differ strongly across different development projects, resulting in a wide range of observable shares of new development in different projects. A description model should be applicable across this wide range (Albers et al. 2015). • For modern development projects, e.g. for mechatronic systems, most often developers with background from different disciplines have to collaborate. ...
... The first hypothesis in the model of SGE is: every development of a new system is based on a reference system (Albers et al. 2015(Albers et al. , 2019a). The reference system for a new system is a system whose subsystems originate from already existing or already planned sociotechnical systems and the associated documentation and which are the basis and starting point for the development of the new system 4 (Albers et al. 2019a). ...
... The second main hypothesis in the model of SGE is: based on the reference system a new system is developed by a composition of three different types of variation of subsystems: carryover variation, attribute variation and principle variation (Albers et al. 2015(Albers et al. , 2020b. Figure 2.2 illustrates the three different types of variation using the example of the smart home fire detection system. Bartz et al. (2019), Bartz (2019) and (Hekatron Brandschutz) 5 The term "reference product" is also used in some works based upon the PGE model, especially earlier ones. ...
Book
Design Methodology for Future Products – Data Driven, Agile and Flexible provides an overview of the recent research in the field of design methodology from the point of view of the members of the scientific society for product development (WiGeP - Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktenwicklung e.V.). This book aims to contribute to design methods and their implementation for innovative future products. The main focus is the crucial data-driven, agile, and flexible way of working. Four topics are covered in corresponding chapters, Methods for Product Development and Management, Methods for Specific Products and Systems, Facing the Challenges in Product Development and Model-Based Engineering in Product Development. This publication starts with the agile strategic foresight of sustainable mechatronic and cyber-physical systems, moves on to the topics of system generation engineering in development processes, followed by the technical inheritance in data-driven product development. Product improvements are shown via agile experiential learning based on reverse engineering and via combination of usability and emotions. Furthermore, the development of future-oriented products in the field of biomechatronic systems, sustainable mobility systems and in situ sensor integration is shown. The overcoming of challenges in product development is demonstrated through context-adapted methods by focusing on efficiency and effectiveness, as well as designer-centered methods to tackle cognitive bias. Flow design for target-oriented availability of data and information in product development is addressed. Topics of model-based systems engineering are applied to the function-driven product development by linking model elements at all stages and phases of the product. The potential of model-based systems engineering for modular product families and engineering of multidisciplinary complex systems is shown.
... The PGE approach has been developed for describing new generation developments of technical systems. With the help of PGE, it is possible to develop beneficial methods and processes to meet the challenges of product development in the context of functionorientation [1,15]. Function orientation leads, for example, to increased efficiency by linking product features with technical subsystems via product functions [16]. ...
... The subsystem level consists of the system elements hardware and software that ensure the realization of the product functions. [1,15,16]. ...
... Moreover, this ensures the fulfilment of the CRs as effectively as possible. To this purpose, specific information of reference products, such as CRs, could be analyzed with the help of this model of PGE, in order to concretize the solution open process, which is also mentioned in Section 2 [1,15,16]. Through the usage of this completed model it was possible to concretize the determined CRs via product functions of the technical subsystems DPs that have a very high level detail in terms of content. These subsystems ensured the realization of the product functions. ...
Article
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Nowadays considering trends such as digitalization, automated driving as well as electric mobility in products in automotive development processes is a major challenge, which has led to an enormous increase in the number of product functions of technical systems. However, the recognized processes in automotive development are strongly component-oriented and such processes partially support the development of product functions. In order to meet future trends and ensure long term customer satisfaction, a transfer from component-oriented to function-oriented development is necessary. Accordingly, a holistic concept can be useful that enables the integration of customer feedback into the early phase of product development in the context of function-orientation. However, the customer feedback evaluation and their mapping with technical subsystems have been considered mainly in the context of component-oriented development. In this contribution, a method is proposed, which is generated in the context of a product model of product generation engineering. Product Generation Engineering enables the structuring of the development process of a product generation and supports function-oriented development. The Product Model provides customer- oriented development of mechatronic products. The proposed method is achieved in the sense of model-based systems engineering and validated by the exemplarily application of a case study of a specific vehicle. Both the past and current product generations of the specific vehicle are taken into account in the development of the subsequent product generation.
... Extensions can be made by adding additional viewpoints and/or modelling activities. The methodology supports the modelling of reference system elements and variation types according to the model of PGE -Product Generation Engineering (see Albers, Bursac and Wintergerst, 2015) Problem orientation/support in modelling the problem space. ...
... activities of stakeholder-, system context-, use case-and customer benefit modelling can be found in the layer "Product" in the area of the problem space/product profile. According to Albers, products are always developed in generations, by developing subsystems by the activities "carryover-", "embodiment-" and "principle variation" based on elements of a reference system (Albers, Bursac and Wintergerst, 2015). The modelling of the reference system, as well as the variation types, is realized in the layer "PGE" by the activities "model reference system elements" and "model connection between system elements and reference system elements". ...
Conference Paper
In order to cope with the complexity in modern product development and still being able to develop products with high potential for innovation, MBSE-Model-Based Systems Engineering is seen as a promising approach. However, despite envisioned benefits, MBSE still lacks acceptance in practice. In this contribution, we derive ten fields of action to address individual and organizational acceptance of MBSE approaches. We propose a comprehensive MBSE methodology addressing the identified fields of action. Therein, the developed methodology combines a reusable formal model structure with target-oriented modelling activities that can be used in an agile way for modelling. Assessment of the acceptance of the developed methodology along the identified fields of action indicates a positive perception of intuitive application and usability of the methodology. The presentation of model contents to external stakeholders has been identified as an open question for further research.
... With a contextual search, not only the text of the query of the user is taken into account, but also the dependencies between different documents, leading to more detailed search results (Eckstein & Henrich, 2008). Albers et al. (2015) introduced a universal approach, the model of PGE -Product Generation Engineering, to describe any kind of product engineering project. Thereby, he aims at offering a solid basis for research on engineering projects as well as the development of methods supporting engineering projects. ...
... Second, the development of the new product generation of a subsystem can be described by three types of variation; carryover variation (CV), embodiment variation (EV), and principle variation(PV). (Albers et al., 2015) With the reference system, Albers et al. (2019) added another element to the model of PGE, describing the relationship of reference products and new product generations in a more formalized manner ( Figure 1). Thus, the reference system contains all reference system elements (RSE) and their interrelations. ...
Article
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During product engineering, engineers draw on existing knowledge as a basis. This knowledge is applied in design processes either by adopting elements, alternating some attributes, or changing the solution principles. While concepts for design reuse exist, the proactive design of a suitable knowledge base is still a challenge. In this paper, we show influencing factors in engineering and their influence on the knowledge base. These factors are of the areas market, company, project, and team. Based on our results, we intent to develop a support for engineers to set up the knowledge base.
... The model of PGE -Product Generation Engineering offers companies the potential of targeted planning and control of their development activities. According to the model of PGE, development of a new product generation is always based on references [4]. The realization of a new product generation based on a reference system can be described by different shares of carry-over, attribute and principle variation. ...
Conference Paper
The crucial factor for a successful usage of modeling approaches of systems engineering is the interaction of language, method, and tool. For this, specific challenges arise for the application of MBSE in agile requirements engineering. From observations in agile development practice at a machine tool manufacturer, the challenges for model-based requirements engineering are described and each is assigned to its critical aspect of modeling: The language must formally represent the requirements data model, especially for planning engineering generations. The tool must support collaborative, interdisciplinary cooperation, and consider the dynamics of the requirements model during the development process. The method must individually support the requirements engineering activities, which are carried out several times in a sprint during the development process and must enable a target-oriented process for bundling the requirements into engineering generations. Taking these demands into account, an approach is then presented providing activity-based views in conjunction with activity steps based on a consistent ontology for the description of product requirements and verification activities. The activity steps are composed in activity patterns and support the user in making use of the views for modeling requirements for the engineering generations. The approach is implemented in the software JIRA at a machine tool manufacturer. The subsequent evaluation shows that the approach is used in development practice and offers the potential to plan engineering generation systematically and comprehensibly and to ensure a regular review of the implemented requirements.
... According to Albers et al. [2], PGE -Product Generation Engineering is understood to be the development of a new generation of a technical product by both a specific carryover and the new development of subsystems. It is also intended to facilitate the planning and management of product development projects. ...
Article
Due to ever stricter climate targets, the focus across all industries increasingly shifts to the reduction of CO2 emissions, which, for mobile systems, can be achieved by saving mass through lightweight design. One promising approach to increase the lightweight design potential lies in multi-material design (MMD). This approach uses the material that is best suited to fulfill the function at the respective locations in the system. However, this approach poses the challenge of initially gaining the necessary knowledge of the system in order to select the best material for the job. This work is dedicated to this challenge as well as the implementation of an MMD for a liquid cooled battery module. For this purpose, the approaches of systemic lightweight design were used, for instance, to identify components with excessive weight and to analyze their lightweight design potential. By coupling CFD, thermal and structural simulations as well as accompanying experiments, it was possible to verify and validate very early during development as well as to incorporate the interactions between product and production directly in the design phase. This made it possible to develop an MMD module design that saves over 60 % of mass compared to the reference system made out of a single material. In addition, it showed that systemic lightweight design and MMD not only reduce mass while guaranteeing the same functionality, but can also decrease costs through smart choices of materials.
... The task of finding suiting validation configurations is manly based on the engineers' empirical knowledge. Alike the product itself, validation configurations are developed in generations [13]. Mandel et al. [14] present an approach to increase the reusability of components of mostly physical test setups. ...
Conference Paper
Advanced engineering and pre-development projects in the automotive industry face the challenges of both a high level of novelty and uncertainties due to changes of requirements during the development. Besides functional prototypes, the system of objectives within these projects includes the development of flexible validation environments to cope with volatile objectives. In interdisciplinary projects, multiple objectives are followed simultaneously. As a result, numerous representations of the product with varying application purposes and maturity levels exist at the same time. Especially in the early phase, engineers face the challenge of configuring validation environments for models as well as functional prototypes according to specific objectives. The task of finding optimal validation configurations is accompanied by the question: Where is our product before the physical implementation of a prototype? Products as well as their models, corresponding validation environments and thus their test-specific configurations are usually developed in generations. Accordingly, new systems are always based on reference products. As described above, advanced engineering projects intend to build up a broad knowledge base and thus, creating elements of a reference system for subsequent product development projects. Therefore, the traceability and consistency among the various integration levels is of increased significance to not only validate the system in development, but also to characterize the deployed models and validation environments. MAHLE addresses this challenge by launching a digital model master concept, which contains the models of the system in development, as well as its connected systems according to the IPEK-XiL approach. In combination with a superordinate and consistent test automation from office simulation all the way to system test benches, the same model, parameter, and test run data are used in a highly flexible test laboratory of seamless integration for system components to drive systems. Performing as the central interaction platform for all disciplines, the digital model master offers several benefits: First, it allows a sustainable exchange of models and parameters between disciplines and thus, decreases redundancies. Second, the centralized model database facilitates traceability of results by consistent versioning. Third, the digital model master enables successful knowledge acquisition, transfer, and reusability of system representations as well as validation environments. As a result, the acquired modularity allows flexible development iterations to deal with the uncertainties and changes during early development phases. Furthermore, the obtained traceability and consistency enable the allocation of characteristics to systems, models, and validation environments. Thereby, test-specific configurations are supported. This contribution provides details on the concept of a digital model master and the exemplary implementation as well as the effects in an advanced development project.
Article
The use of already validated systems as references for the development of solution concepts offers the potential to increase process efficiency. It is important to understand how the use of references impacts the development of solution concepts. Therefore, the representation of solution concepts in an engineering project of two student cohorts are analyzed and compared. The first cohort is provided with few and the second cohort with extensive references. The results of the study show that the increased use of references leads to a higher share of embodiment and specific challenges.
Chapter
Hallmarks of modern technical products or systems are an accelerated time-to-market by clear modification cycles, the processing of large amounts of data, an increased flexibility as well as a quick reaction to changes in market situations. The monitoring of technical products is state of the art nowadays. Due to new communication possibilities that have emerged, a multitude of data exist that can be transferred into information and knowledge about products through their life cycle. The developing communication possibilities facilitate new innovative approaches for the application of product life cycle data. New methods of data management and data processing are required for cross-generational process analysis as are software and hardware tools. Furthermore, new methodologies for developing technical products are demanded. This chapter describes the Paradigm of Technical Inheritance, which is based on the idea of developing and modifying a new generation of products or services taking into account the information gathered from the life cycles of the previous generations. The basic principles of this approach are outlined, a process model including data collection, monitoring and analysis methods is presented, and application examples for both a generation-oriented development of a single component and for a complex technical system are given.
Article
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This metaphor, taken from an article about the Christian church, is also valid for the complex system of product engineering. Every product engineering process is unique and individual. This is the first out of five hypotheses about product engineering processes (Albers, 2010). In this paper we investigate where the differences between product engineering processes originate from. We examine the integrated product engineering model (iPeM) and its subsystems - the triple systems: system of objectives, system of objects and operation system (see Section 2.3) - and point out reasons for distinctions between individual processes. Not only processes themselves are individual but also their sub-processes with their networked hierarchies of activities, hierarchic levels of systems of objectives etc.
Article
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This paper demonstrates that the traditional categorization of innovation as either incremental or radical is incomplete and potentially misleading and does not account for the sometimes disastrous effects on industry incumbents of seemingly minor improvements in technological products. We examine such innovations more closely and, distinguishing between the components of a product and the ways they are integrated into the system that is the product "architecture," define them as innovations that change the architecture of a product without changing its components. We show that architectural innovations destroy the usefulness of the architectural knowledge of established firms, and that since architectural knowledge tends to become embedded in the structure and information-processing procedures of established organizations, this destruction is difficult for firms to recognize and hard to correct. Architectural innovation therefore presents established organizations with subtle challenges that may have significant competitive implications. We illustrate the concept's explanatory force through an empirical study of the semiconductor photolithographic alignment equipment industry, which has experienced a number of architectural innovations.
Networked Modelling -Use and interaction of product models and methods during analysis and synthesis
  • Deubzer F Deubzer Und Lindemann
  • Lindemann U
Deubzer und Lindemann 2009 DEUBZER F., LINDEMANN U.: Networked Modelling -Use and interaction of product models and methods during analysis and synthesis. In: Proceedings of the International Conference on Engineering Design, Stanford, 2009.
Kontext als die Entwicklung einer ersten Generation von Datenbrillen verstanden werden, die basierend auf den Wirkprinzipien der Referenzprodukte " Brille " und " Android-Software " mit einem hohen Neuentwicklungsanteil der Prinzipvariation umgesetzt wurde
  • Schumpeter Google-Glass Kann In Diesem
Google-Glass kann in diesem Kontext als die Entwicklung einer ersten Generation von Datenbrillen verstanden werden, die basierend auf den Wirkprinzipien der Referenzprodukte " Brille " und " Android-Software " mit einem hohen Neuentwicklungsanteil der Prinzipvariation umgesetzt wurde. Literatur Schumpeter 1939 SCHUMPETER, J.: Theorie der Wirtschaftlichen Entwicklung. Leipzig: Duncker & Humblot, 1939.
In: Marketing: Zeitschrift für Forschung und
  • Kundenzufriedenheit Modell Der
Modell der Kundenzufriedenheit. In: Marketing: Zeitschrift für Forschung und Praxis (1996), S. 117-126.
Allgemeine Technologie: Eine Systemtheorie der Technik
Ropohl 2009 ROPOHL, G.: Allgemeine Technologie: Eine Systemtheorie der Technik, Karlsruhe: KIT Scientific Publishing, 2009.
Google-Glass kann in diesem Kontext als die Entwicklung einer ersten Generation von Datenbrillen verstanden werden, die basierend auf den Wirkprinzipien der Referenzprodukte "Brille" und "Android-Software" mit einem hohen Neuentwicklungsanteil der Prinzipvariation umgesetzt wurde
  • J Schumpeter
  • K Ehrlenspiel
Das Beschreibungsmodell der Produktgenerationsentwicklung liefert den notwendigen Rahmen dafür: Google-Glass kann in diesem Kontext als die Entwicklung einer ersten Generation von Datenbrillen verstanden werden, die basierend auf den Wirkprinzipien der Referenzprodukte "Brille" und "Android-Software" mit einem hohen Neuentwicklungsanteil der Prinzipvariation umgesetzt wurde. Literatur Schumpeter 1939 SCHUMPETER, J.: Theorie der Wirtschaftlichen Entwicklung. Leipzig: Duncker & Humblot, 1939. Ehrlenspiel 2009 EHRLENSPIEL, K.: Integrierte Produktentwicklung. München: Hanser, 2009.