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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
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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
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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 (δN n+1 = 0%) bzw. der kompletten Neukonstruktion nach der klassischen
Definition (δN 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
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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.
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