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Abstract

Dem Megatrend Individualisierung folgend versuchen Unternehmen zunehmend den vielfältigen Kun-denwünschen mit einem variantenreichen Produktportfolio zu entsprechen. Die hohe Variantenanzahl erfor-dert einen steigenden strukturellen und organisatorischen Aufwand, dem die Unternehmen wiederum mit Hilfe eines systematischen Variantenmanagements zu begegnen versuchen. Hierfür ist es notwendig, sowohl die angebotene als auch die angestrebte Variantenvielfalt innerhalb des Produktportfolios kritisch zu hinterfragen. Im Rahmen dieses Beitrags werden anhand von Fallbeispielen aus der Industrie charakterisierende Aspekte für Varianten empirisch untersucht. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Systematik vor-geschlagen, die eine frühzeitige Einordnung ermöglichen, ob das bearbeitete Objekt als Variante oder neue Produktgeneration zu verstehen ist. Die Einordnung erfolgt anhand von binären Leitfragen und einer Formel zur Differenzierung. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich im Anschluss nutzen, um die Auswirkungen auf das vorhandene Produktportfolio abzuschätzen und strategische Entscheidungen zu unterstützen. Die An-wendung der Systematik ist ebenfalls anhand eines Fallbeispiels aus der Industrie dargestellt. Abstract: Following the megatrend individualization companies are increasingly trying to meet the diverse customer requirements with a varied product portfolio. The large number of variants requires an increasing structural and organizational effort which companies try to address with a systematic variant management. It is necessary to question both the offered as well as the desired variety of variants critically. In this article at first empirical case studies are conducted to identify characterizing aspects of variants. Based on the findings a systematic is proposed which allows an early classification whether the edited object is to be understood as a variant or a new product generation. The classification is based on binary guiding questions and on a calculation formula for differentiation. The result can be used to assess the impact on the existing portfolio and to support strategic decisions. The application of the systematic is illustrated by a case study from the industry.
15. Gemeinsames Kolloquium Konstruktionstechnik 2017
Systematik zur Differenzierung von Varianten im Kontext der
PGE – Produktgenerationsentwicklung
Natalie Peglow, Jonas Powelske, Clemens Birk, Albert Albers, Nikola Bursac
Karlsruher Institut für Technologie (KIT), IPEK Institut für Produktentwicklung, Karlsruhe
Kaiserstr. 10, D-76131 Karlsruhe
E-Mail: {Natalie.Peglow, Jonas.Powelske, Clemens.Birk}@partner.kit.edu;
{Albert.Albers, Nikola.Bursac}@kit.edu
Internet: http://www.ipek.kit.edu
Inhalt: Dem Megatrend Individualisierung folgend versuchen Unternehmen zunehmend den vielfältigen Kun-
denwünschen mit einem variantenreichen Produktportfolio zu entsprechen. Die hohe Variantenanzahl erfor-
dert einen steigenden strukturellen und organisatorischen Aufwand, dem die Unternehmen wiederum mit Hilfe
eines systematischen Variantenmanagements zu begegnen versuchen. Hierfür ist es notwendig, sowohl die
angebotene als auch die angestrebte Variantenvielfalt innerhalb des Produktportfolios kritisch zu hinterfragen.
Im Rahmen dieses Beitrags werden anhand von Fallbeispielen aus der Industrie charakterisierende Aspekte
für Varianten empirisch untersucht. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird eine Systematik vor-
geschlagen, die eine frühzeitige Einordnung ermöglichen, ob das bearbeitete Objekt als Variante oder neue
Produktgeneration zu verstehen ist. Die Einordnung erfolgt anhand von binären Leitfragen und einer Formel
zur Differenzierung. Die gewonnenen Erkenntnisse lassen sich im Anschluss nutzen, um die Auswirkungen
auf das vorhandene Produktportfolio abzuschätzen und strategische Entscheidungen zu unterstützen. Die An-
wendung der Systematik ist ebenfalls anhand eines Fallbeispiels aus der Industrie dargestellt.
Abstract: Following the megatrend individualization companies are increasingly trying to meet the diverse
customer requirements with a varied product portfolio. The large number of variants requires an increasing
structural and organizational effort which companies try to address with a systematic variant management. It
is necessary to question both the offered as well as the desired variety of variants critically. In this article at
first empirical case studies are conducted to identify characterizing aspects of variants. Based on the findings
a systematic is proposed which allows an early classification whether the edited object is to be understood as
a variant or a new product generation. The classification is based on binary guiding questions and on a calcu-
lation formula for differentiation. The result can be used to assess the impact on the existing portfolio and to
support strategic decisions. The application of the systematic is illustrated by a case study from the industry.
Stichwörter: Variantenvielfalt, Variantenmanagement, Bewertungssystematik, Formel zur Differenzierung
Keywords: variant diversity, variant management, evaluation systematic, calculation formula for differentiation
2
1 Einführung
Im Jahr 2000 bot Porsche seinen Kunden mit dem Porsche Boxster und Porsche 911 zwei
Serienmodelle an, die in zwei (Boxster) und vier (911) Varianten bestellbar waren. Im Jahr
2017 sind drei weitere Modelle (Panamera, Macan und Cayenne) hinzugekommen, sodass
Kunden inzwischen aus mehr als 50 verschiedenen Varianten wählen können [1]. Eine sol-
che Diversifikation des Produktportfolios ist nicht nur in der Automobilbranche, sondern -
infolge des Megatrends Individualisierung - in nahezu allen Branchen zu beobachten. Ne-
ben Standardlösungen bieten Unternehmen oftmals eine Vielzahl von Produktvarianten und
Sonderkonstruktionen an, um den Markt- und Kundenanforderungen zu entsprechen. Eine
kostengünstige Realisierung der benötigten Varianten ist entscheidend, um insbesondere
wettbewerbsfähige Marktanteile zu sichern. Unternehmen sehen sich zunehmend mit den
einhergehenden strategischen, operativen und organisatorischen Herausforderungen kon-
frontiert und versuchen diese mit Hilfe von Standardisierungsmethoden [2] und einem sys-
tematischen Variantenmanagement [3] zu adressieren. Dabei sind die angebotene sowie
die angestrebte Variantenvielfalt innerhalb des Produktportfolios kritisch zu hinterfragen.
Zielführend ist es bereits in der Frühen Phase [4] der Produktgenerationsentwicklung bei
der Bewertung von Varianten anzusetzen [5]. Ein entsprechender Ansatz wird im Folgenden
vorgestellt, der strategische Entscheidungen hinsichtlich der Variantenbildung frühzeitig un-
terstützt.
2 Stand der Forschung
2.1 PGE Produktgenerationsentwicklung
Der Ansatz der PGE - Produktgenerationsentwicklung nach ALBERS [6] erweitert bisherige
Erkenntnisse der klassischen Konstruktionsmethodik [7] und des Innovationsmanagements
[8] mit dem Ziel reale Produktentwicklungsprozesse hinsichtlich ihres Neuentwicklungsan-
teils beschreiben zu können. Aufgrund strenger Abgrenzungen ist eine Einordnung von Pro-
dukten in bestehende Ansätze [7] schwer möglich. Der PGE zufolge liegen den meisten
Produktentwicklungsprozessen Referenzprodukte als bestehende Lösungen zugrunde, von
denen Teilsysteme und Strukturelemente die Basis einer neuen Produktgeneration (PG)
3
bilden [9]. Das Basis-Referenzprodukt ist das Referenzprodukt einer PG, von der die über-
wiegende Anzahl an Teilsystemen aus Ziel- und Objektsystem [10] sowie Strukturelementen
(z.B. Funktions-, Baustruktur) übernommen oder diese als Grundlage für Variationen [11]
verwendet werden. Mit Hilfe der in der PGE dargestellten Entwicklungsaktivitäten sind zu
entwickelnde Produkte durch anteilige Kombination der Übernahme- (ÜV), Gestalt- (GV)
und Prinzipvariation (PV) eindeutig beschreibbar [6].
2.2 Der Variantenbegriff
In der Literatur sind Varianten bezüglich ihres hohen Anteils an gleichen Merkmalen be-
stimmt [12, 13]. Die Art der Merkmale umfasst die Produktgestalt, strukturelle Merkmale
sowie den Produktzweck, der sich aus Elementen des Zielsystems erschließt [13, 14]. Im
Rahmen des Entwicklungsprozesses finden in Unternehmen neben den für Kunden sicht-
baren Varianten, sogenannte interne Varianten Einsatz [15]. Mit Fokus auf den Zeitraum
nach Markteinführung führen die Autoren im Kontext der PGE folgende Definition an: Eine
Variante ist eine PG, die einen hohen ÜV-Anteil zu ihrem Varianten-Referenzprodukt auf-
weist. Diese unterliegen demselben Produktgenerationszyklus und existieren weitgehend
parallel am Markt. Das Varianten-Referenzprodukt ist somit eine spezielle Form des Basis-
Referenzprodukts. Die Variante ist zu ihrem Varianten-Referenzprodukt durch eine diffe-
rente Ausprägung der charakterisierenden Merkmale abgegrenzt, um individuellen Kunden-
und Marktanforderungen gerecht zu werden sowie um Wettbewerbsvorteile zu generieren.
Im Gegensatz zu Varianten hat jede PG vorwiegend das Ziel, einen existierenden Produkt-
generationszyklus am Markt abzulösen und einen neuen Zyklus aufzuspannen.
2.3 Variantenmanagement
Als Resultat der zunehmenden Produktindividualisierung und dem Anstieg der Varianten-
anzahl ist mit dem Variantenmanagement im Laufe der Zeit ein eigenes Forschungsfeld
entstanden [16]. Gegenstand der Forschung ist es ganzheitliche Ansätze zu schaffen, um
die Variantenvielfalt über den gesamten Produktlebenszyklus beherrschbar zu machen [17].
Dies bedeutet eine unternehmensspezifische, optimale Variantenanzahl hinsichtlich Kosten
und Nutzen zu finden [18]. Variantenmanagement ist als eine Querschnittsfunktion im Un-
ternehmen zu verstehen, die häufig von Interessensgegensätzen geprägt ist [19]. Daher
4
sind Entscheidungen hinsichtlich der Einführung einer Variante im Konsens der produkt-
und prozessseitigen Unternehmensbereiche zu treffen [17].
3 Forschungsbedarf und Methodik
Aus dem Stand der Forschung wird ersichtlich, dass es bereits zahlreiche Literatur zum
Variantenmanagement gibt. Allerdings wurde bisher nicht untersucht, wie die Variantenbil-
dung im Kontext der PGE beschrieben werden kann. Dies soll langfristig dazu genutzt wer-
den bereits in der Frühen Phase das Produktportfolio strategisch zu steuern. Dafür soll
nachfolgend auf Basis des Standes der Forschung eine Systematik aufgezeigt werden, die
zur Beantwortung folgender Forschungsfrage heranzuziehen ist:
Wie kann die Einordnung einer Variante unter Verwendung des PGE Ansatzes in der Frühen
Phase der Produktgenerationsentwicklung unterstützt werden?
Zunächst werden drei Fallstudien aus der Entwicklungspraxis vorgestellt, mit deren Hilfe
charakterisierende Aspekte für Varianten identifiziert werden. Die ermittelten Aspekte wer-
den durch eine Fragebogenstudie mit 363 Teilnehmern bei einem internationalen Automo-
bilzulieferer validiert. Anhand der Ergebnisse der Fallstudien sind Leitfragen und eine For-
mel zur Differenzierung abgeleitet. Dadurch wird Managern, Produktentwicklern, angren-
zenden Funktionsbereichen und Forschern ein einfach anzuwendendes Instrument zur Ver-
fügung gestellt, um eine Einordnung eines neuen Produkts in das Produktportfolio vorzu-
nehmen. Die transparent abgeleitete Einordnung kann anschließend als Grundlage für eine
Abschätzung der strukturellen und organisatorischen Auswirkungen dienen, die wiederum
den strategischen Entscheidungsprozess unterstützt.
4 Untersuchung und Ergebnisse
4.1 Charakterisierende Aspekte für Varianten
Anhand von drei Fallstudien aus der Praxis werden charakterisierende Aspekte für Varian-
ten im Folgenden identifiziert. Die erste Fallstudie umfasst die Untersuchung jeder PGi
(i=1,…,4) von Hochdruckpumpen nach Markteinführung in Zusammenarbeit mit einem in-
ternationalen Automobilzulieferer (Bild 1).
5
Bild 1: Produktgenerationen von Hochdruckpumpen eines internationalen Automobilzulieferers
Insbesondere PG1 ist Basis-Referenzprodukt für PG2 und PG3 und somit unterliegen PG1,
PG2 und PG3 demselben Antriebskonzept. PG4 beruht hauptsächlich auf einem im Unter-
nehmen bis dato noch nicht adaptierten, aber am Markt anderer Anwendungsbereiche be-
kannten Antriebskonzept. Infolgedessen wurde ein neues, einheitliches Fertigungskonzept
konzipiert, das ausschlaggebend für die PG4 und deren Varianten ist. Für die Entwicklung
jeder neuen PG war unter anderem eine Leistungssteigerung in Form der Erhöhung des
Einspritzdrucks ausschlaggebend. Darüber hinaus war die Motivation hinter PG2 die Er-
schließung des Nutzfahrzeugmarktes. Die PG1 war nicht in der Lage die steigenden Leis-
tungsanforderungen des PKW-Marktes abzudecken, weswegen das Ziel der PG3 eine Pro-
dukterweiterung der PG1 ist. Aufgrund der Leistungsgrenzen der PG1 wird mit der PG4 lang-
fristig das Ziel verfolgt die PG1, PG2 und PG3 am Markt abzulösen. Die zweite Fallstudie ist
in der Vorausentwicklung eines internationalen Automobilzulieferers verortet. Gegenstand
der Betrachtung sind mechatronische Antriebe, welche bei der Entwicklung besonders von
der Fertigungstechnik beeinflusst sind. In einem konkreten Fall sollte die Ansteuerelektronik
eines Elektromotors kostengünstiger umgesetzt werden, wobei zwei unterschiedliche Vari-
anten hinsichtlich der Funktionsumfänge zu realisieren sind. Als Randbedingung sind die-
selben Fertigungsverfahren und Montageschritte beizubehalten. Die erste Variante basiert
auf dem Vorgängerprodukt und dient als Grundlage für die zweite Variante mit kleinerem
Markt: PKW, Nutzfahrzeuge (z.B. LKW)
Markt: PKW
Markt: PKW
Markt: Nutzfahrzeuge (z.B. LKW)
PG3
PG2
MarkterschließungMotivation
PG3
Produkterweiterung
PG4
Marktverdrängung
PG1
PG2
PG4
Zeit am Markt
heute
Produktgenerationen
Aspekt
Legende: Basis-Referenzprodukt
PGMarkt
6
Funktionsumfang. Trotz unterschiedlicher Leiterplattengröße sind beide Varianten mit den-
selben Prozessschritten herstellbar. Die dritte Fallstudie ist bei einem Werkzeugmaschinen-
hersteller in der Entwicklung einer neuen PG von Laser-Schneidanlagen zu finden. Um den
unterschiedlichen Kundenanforderungen hinsichtlich des Bearbeitungsraums von Blechgrö-
ßen gerecht zu werden, entwickelte der Hersteller drei unterschiedliche Varianten, wobei
die kleinste Ausführung als Varianten-Referenzprodukt für die beiden anderen Varianten
diente. Bei identischer Funktions- und Baustruktur wurden weitestgehend nur Länge und
Breite des Bearbeitungsraums und die davon abhängigen Teilsysteme variiert.
Aus den Fallstudien resultieren folgende charakterisierende Aspekte für Varianten:
Die Motivation zur Entwicklung eines neuen Produkts ist bestimmend für die Einordnung
in das Produktportfolio. Am Beispiel der Hochdruckpumpen liegt der Fokus von Varian-
ten auf einer verstärkten Produktindividualisierung und nicht auf der Verdrängung eines
bestehenden Produkts am Markt (1. Fallstudie).
Der hohe ÜV-Anteil von Teilsystemen ist beispielsweise auf dieselben Fertigungsver-
fahren und Montageschritte der mechatronischen Antriebe zurückzuführen (2. Fallstu-
die).
Die Übernahme von Strukturelementen spiegelt sich unter anderem in der Funktions-
und Baustruktur der Werkzeugmaschinen wider (3. Fallstudie).
Im Rahmen der ersten Fallstudie ist jede PG als Variation zu einem Basis-Referenzprodukt
zu verstehen (vgl. Kapitel 2.1). Des Weiteren existieren für jede PG Varianten, die genau
einem Produktgenerationszyklus zugeordnet sind (vgl. Kapitel 2.2). Bei diesem internatio-
nalen Automobilzulieferer für Hochdruckpumpen wurde eine strukturierte Fragebogenstudie
mit 363 Teilnehmern durchgeführt (Bild 2). Insgesamt wurden 638 Mitarbeiter des Unter-
nehmens kontaktiert, um die Ursachen für eine hohe Variantenanzahl des Produktgenerati-
onszyklus der PG4 zu validieren. Dies entspricht einer Rücklaufquote von 56,90%. Mehrere
Antworten waren möglich.
7
Bild 2: Ursachen für eine hohe Variantenanzahl, n=363, Multiple Choice
Aus der Fragebogenstudie geht hervor, dass eine hohe Variantenanzahl insbesondere auf
Kunden- (89,53%) und Marktanforderungen (56,20%) zurückzuführen ist. Kundenanforde-
rungen spiegeln spezielle Kundenwünsche wider, wohingegen Marktanforderungen unter
anderem gesetzliche Rahmenbedingungen umfassen. Weniger werden die Kostenanforde-
rungen (39,12%), Qualitätsanforderungen an das Produktdesign (14,60%) und an die Ferti-
gungsprozesse (9,92%) genannt. Sonstige Ursachen sind mit 7,99% beziffert. Der charak-
terisierende Aspekt der Produktindividualisierung resultiert aus der dritten Fallstudie und ist
auf steigende Kunden- und Marktanforderungen zurückzuführen. Die Fragebogenstudie be-
stätigt dies.
4.2 Grundlage der Systematik zur Differenzierung von Varianten
Basierend auf den charakterisierenden Aspekten für Varianten wird nachfolgend eine Sys-
tematik zur Differenzierung von Varianten vorgestellt. Mit Hilfe der Systematik können Ma-
nager, Produktentwickler, funktionsübergreifende Bereiche und Forscher (nachfolgend: An-
wender) eine Einordnung eines bearbeiteten Objekts in das unternehmenseigene Produkt-
portfolio vornehmen. Diese Einordnung folgt der Fragestellung, ob das bearbeitete Objekt
als ein neues Produkt, eine neue PG oder eine neue Variante zu verstehen ist. Binäre Leit-
fragen (i {1, …, 6}) dienen der Abfrage der charakterisierenden Aspekte. Angelehnt an die
7,99%
9,92%
14,60%
56,20%
39,12%
89,53%
0,00% 25,00% 50,00% 75,00% 100,00%
Kundenanforderungen
Kostenanforderungen
Marktanforderungen
Qualitätsanforderungen an das
Produktdesign
Qualitätsanforderungen an die
Fertigungsprozesse
Sonstige
8
strategische Unternehmensausrichtung nehmen Experten des Unternehmens vorab eine
Gewichtung der Leitfragen vor (gi {+ |
  0 gi 1}, für i {2, …, 6}). Die
Anwender können darauf aufbauend die Leitfragen mit nein=0 und ja=1 (xi {0,1}) beant-
worten. Die erste Leitfrage gilt als eine K.O.-Abfrage, ob das bearbeitete Objekt ein neues
Produkt (x1=0) oder ob eine weitere Differenzierung notwendig ist (x1=1). Dabei spiegelt die
Formel zur Differenzierung das Antwortverhalten und die Gewichtung wider:

 
(1)

 
(2)
Nachfolgend sind die Leitfragen mit einer beispielhaften Gewichtung aufgelistet, wobei die
Beantwortung mit Experten des internationalen Automobilzulieferers für Hochdruckpumpen
erarbeitet wurde. Als Beispiel ist eine Pumpe mit zwei anstatt einem Kolben gewählt (Tabelle
1). Die Gewichtung, die Anzahl und der Inhalt der Leitfragen sind abhängig von den unter-
nehmensspezifischen Anforderungen individuell anzupassen.
Tabelle 1: Beispielhafte Anwendung der Leitfragen zur Differenzierung
Eine Pumpe mit zwei Kolben hat die am Markt verfügbare Pumpe mit einem Kolben (x2=1)
als Basis-Referenzprodukt (x1=1). Somit ist die Formel zur Differenzierung anzuwenden.
Das Ergebnis von 0,95 besagt, dass die Pumpe mit zwei Kolben eine neue Variante ist:
                    
 
(3)
Zwei Kolben sind als Ausnahmen zu sehen, die eine mögliche Option bieten die PG2
zu ersetzen (x3=0). Zusätzlich ist eine Produktindividualisierung zu Grunde gelegt
(x6=1). Die Pumpe mit zwei Kolben basiert auf demselben Antriebskonzept, weist in
i Leitfragen giAntwort xi
1 Es existiert ein Basis-Referenzprodukt des bearbeiteten Objekts am Markt? ja 1
2 Das Basis-Referenzprodukt des bearbeiteten Objekts ist am Markt verfügbar? 0,05 ja 1
3
0,05 nein 0
4
0,3 ja 1
5
0,3 ja 1
6 Das primäre Ziel des bearbeiteten Objekts ist eine stärkere Produktindividualisierung? 0,3 ja 1
9
hohem Maße Gleichteile auf (x5=1) und das Fertigungsprinzip unterliegt zulässigen
Anpassungen (x4=1).
5 Diskussion und Ausblick
Die im Beitrag vorgestellten Forschungsergebnisse bestätigen, dass dem Variantenbegriff
in der Industrie eine große Bedeutung zukommt. Die Fallstudien zeigen, dass eine Differen-
zierung von Varianten frühzeitig im Produktentwicklungsprozess notwendig ist, die einer fle-
xibel gestaltbaren Methode unterliegt. Im Kontext der PGE ist mit der vorgestellten Syste-
matik eine praxistaugliche Differenzierung zwischen einer neuen Variante und einer neuen
PG möglich. Diese bietet den Anwendern die Möglichkeit eine nachvollziehbare Einordnung
neuer Produkte ins Produktportfolio vorzunehmen. Auf dieser Basis können etwaige Risiken
bei der Erweiterung des Produktportfolios frühzeitig erkannt werden. In diversen For-
schungsprojekten der Autoren ist die Varianteneinordnung ein zentraler Ausgangspunkt der
weiteren Forschungstätigkeiten. Beispielsweise wird eine Methodik entwickelt, die eine
ganzheitliche Bewertung von neuen Varianten und somit die Transparenz strategischer Ent-
scheidungen bereits in der Angebotsphase unterstützt. Ein weiteres Einsatzgebiet der Sys-
tematik sind Methoden für das Variantenmanagement im Kontext der PGE am Beispiel der
Baukastenstrukturierung von Werkzeugmaschinen und mechatronischer Antriebe.
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Lindstädt, Band 25, Rainer Hampp Verlag, München u. Mering 2010
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vermeidung in Produkt und Prozess. Präambel der 20. Aufl. München: TCW Transfer-Centrum 2012
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[19] HEINA, J.: Variantenmanagement. Kosten-Nutzen-Bewertung zur Optimierung der Variantenvielfalt.
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... In der automobilen Produktentwicklung fußt die Entwicklung einer neuen Produktgeneration häufig auf einem Basis-Referenzprodukt, dessen Struktur (Produktarchitektur) sowie Subsysteme zu großen Teilen den Ausgangspunkt im Referenzsystem für die gezielte Variation einzelner Subsysteme darstellt (Peglow, Powelske, Birk et al., 2017;Peglow, 2021). Darüber hinaus werden oftmals mehrere Produktgenerationen einer Produktlinie 28 (vgl. ...
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.
... Hence, a new system variant can also be understood as a new system generation. Variants are usually characterized by relatively high shares of carryover variation and they are usually at the same time in the market as the system generation from which they are derived (Peglow et al. 2017). 11 There is a broad variety of approaches to define maturity levels. ...
Chapter
Providing methods and processes for structured planning and management of the development of new systems requires a description model, which describes fundamental phenomena in the development of new systems. Such a model should be based on the theory of socio-technical systems, it should be applicable to the wide range of different types of development projects which are observable in practice and it should provide formalisms for quantitative empirical studies and computer support. The model of SGE—System Generation Engineering aims at this goal. It describes the development of new systems with two fundamental hypotheses. First, every development of a new system is based on a reference system, consisting of subsystems from already existing systems. Second, based on the reference system, the subsystems of a new system are developed by three types of variation: carryover variation, attribute variation and principle variation. The model finds broad approval in development practice and allows also for the description of development increments as well as for the description of production and validation systems. Variation types and characteristics are key factors for innovation potential and development risk in the development of a new system. They are also important factors for the situation specific methodical support of development activities.
... Auf die Realisierung von Anbieternutzen zielen in Fallbeispielen beobachtbare und auch als Gründe für Iterationen zu findende Maßnahmen ab, mehrere Systeme und deren Varianten in einem gemeinsamen Produktionssystem herzustellen (Jarratt, Eckert, Clarkson & Schwankl, 2002;Peglow et al., 2017; ...
Thesis
Full-text available
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung neuer Systeme und deren Beschreibung durch das Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung nach ALBERS (Albers, Bursac & Wintergerst, 2015) als Variationen auf Basis eines Referenzsystems. In einer Potenzialanalyse verschiedener Ansätze wird die Auswahl des Modells der PGE als Grundlage für die vorliegende Arbeit begründet. Anschließend wird im ersten Schritt eine Formalisierung als Beitrag zum Modell vorgeschlagen, mit der Variationen und Charakteristika von Elementen des Referenzsystems messbar und empirisch untersuchbar werden. Weiterhin werden Ziele, die Variationen und Charakteristika gewählter Referenzsystemelemente zu Grunde liegen sowie die Auswirkungen von Variationen und Charakteristika gewählter Referenzsystem-elemente beschrieben. Dadurch werden Variationen sowie Referenzsystemelement-Charakteristika mit Innovationspotenzial und Entwicklungskosten, -aktivitäten und -risiken verknüpft. Grundlage für dieses formalisierte Modell sind Beobachtungen aus Fallbeispielen verschiedener Branchen. Darauf aufbauend wird ein Rahmenwerk entwickelt, um gewählte Referenzsystemelemente und geplante Variationen zur Realisierung eines Innovationspotenzials in Form von Kunden-, Anbieter- und Anwendernutzen hinsichtlich möglicher Entwicklungsrisiken zu bewerten. Das Rahmenwerk wird in Form von drei Bausteinen in Fallstudien exemplarisch implementiert und evaluiert. Es wird zunächst ein Vorgehen zur Ableitung potenziell zielführender Variationen bei gegebenen Anforderungen und Referenzsystemelementen gezeigt. Anschließend wird ein Ansatz zu initialen Risikobewertung anhand von Variationsarten und Charakteristika von Referenzsystemelementen als Schlüsselfaktoren entwickelt. Im letzten Baustein werden Zusammenhänge zwischen Innovationspotenzial, Variationen, Charakteristika von Referenzsystemelementen und Entwicklungsrisiken übergreifend modelliert und zur Entscheidungsunterstützung durch bedarfsgerechte Informationsdarstellung in einer VR-Umgebung visualisiert. Im letzten Teil der Arbeit wird anhand von fünf ausgewählten Fallbeispielen untersucht, wie Entwicklungsaktivitäten in Abhängigkeit von gewählten Variationsarten und Referenzsystemelementen methodisch unterstützt werden können.
... On the other hand, each product generation is developed based on reference products. (Albers et al., 2016b) Accordingly, in context of PGE, variants are product generations characterized, among other things, by a high share of CV (Peglow et al., 2017) which may include adjustments on existing technical systems. In the Early Phase of PGE an initial system of objectives is defined that implies the description of the customer, user and provider benefits in a product profile as well as an initial evaluation of the product profile (Albers et al., 2018). ...
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One challenge in product development is the megatrend of product individualization in the automotive supplier industry. Requirements for a variant by the customer may differ from those by the provider wherefore conflicting goals can arise. To cope with variant requests in the quotation phase systematically, a method to evaluate variants is necessary. Based on evaluation criteria the requirements from the stakeholders are valued. While evaluating, an already criterion can have an impact on assessing the remaining criteria. For this reason, the present investigation emphases the interdependencies between the evaluation criteria in industrial practice representing interdependencies within goals, requirements and boundary conditions in an early stage of product development. Analysing decisive factors supports to identify subsequent activities in the development process of a variant. Experts of an international automotive supplier developed impact matrices and a scenario technique tool is used to interpret the matrices. In context of the model of PGE - Product Generation Engineering, findings derive to ensure a comprehensive basis for decision-making concerning a variant-request.
... Product development is increasingly influenced by dynamic changes of market and customer requirements [16]. However, most product developments do not consider the complex environments of SoS. ...
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One of the main challenges in product development processes nowadays is to consider the megatrend of individualisation and connectivity within products. Companies are increasingly forced to qualify their own products for integration into an existing system of other products – so called System-of-Systems. These products were initially developed independently of each other. Within this system, their own product acts as a sub-system, consisting of sub-systems itself. The main purpose of such interlinked but independent systems is to fulfil a function that cannot be provided by sub-systems on their own. As a consequence, companies have to consider requirements of complex Systems-of-Systems when developing new product generations. The product development process itself is therefore often subject to dynamic changes due to changing requirements and boundary conditions. On a different system level, similar characteristics and challenges can be found in the development of modular kits. In this context the concept of PGE – Product Generation Engineering has been proven to be supportive in addressing these challenges. With this work the authors analyse the challenges of products in a complex System-of-Systems environment considering the entire product lifecycle and evaluate the potential of PGE in handling these challenges. Therefore three case studies with an automotive supplier and a machine tool manufacturer have been conducted. Their aim is to outline how identified aspects of complex Systems-of-Systems are addressed in industrial practice with the support of PGE. It appears that different objectives of the systems involved, as well as being able to operate independently are the main challenges when coping with complex Systems-of-System. It is shown, that PGE is able to support the development process of complex System-of-Systems to a certain extend in a beneficial way.
... Embodiment variation and principle variation are new development activities with variation of the embodiment or the principle with subsequently designing a new embodiment. The PGE approach is also capable of describing the development of different variants for an existing product or the transition between different product states -called development generations -within the development process (Albers et al., 2016b;Peglow et al., 2017). The different perspectives and classification approaches introduced in this section, highlight the importance to gain a common understanding of the field and aim of innovation when starting collaboration between industry and research. ...
Conference Paper
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This paper stresses the importance of collaborations to foster innovation and highlights the need for a shared understanding of innovation. To support successful collaboration we outline essential success factors and formulate hypotheses to improve collaborations focussing on SMEs. A model is introduced, allowing the identification of fields and measures to foster innovation. In addition, the concept of Product Generation Engineering is proposed to analyse past and plan future innovation activities. The discussion and hypotheses are addressed to researchers in the field of product engineering.
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Zusammenfassung PGE – Produktgenerationsentwicklung – ist ein am IPEK entwickelter Ansatz, der erstmals eine zutreffende Charakterisierung von Produktentwicklungsprojekten, wie sie in der industriellen Praxis vorkommen, erlaubt. Auf der Basis von Referenzprodukten, u.a. Vorgängergenerationen, erfolgt die Entwicklung neuer Produktgenerationen durch die Aktivitäten Übernahmevariation sowie Neuentwicklung in Form von Gestalt- und Prinzipvariation. Am Fallbeispiel mehrerer Generationen des Zweimassenschwungrades (ZMS) wird im vorliegenden Beitrag erläutert, aus welchen Motiven heraus unterschiedliche Variationen beim Übergang zwischen den einzelnen ZMS-Generationen zu Stande kamen und welche Folgen und Herausforderungen diese für den Entwicklungsprozess mit sich brachten. Detaillierte und genaue Kenntnisse hierüber sind insbesondere deswegen verfügbar, da der Hauptautor persönlich an den Entwicklungen beteiligt war. Weiter wird gezeigt, wie sich die unterschiedlichen Variationsarten in der Funktions-Gestalt-Modellierung technischer Systeme mittels C&C²-Ansatz niederschlagen. Diese Befunde bilden eine erste Grundlage zur Identifikation der Variationen am technischen System. Abschließend wird ein Ausblick auf anschließende aktuelle Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der PGE gegeben.
Conference Paper
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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.
Conference Paper
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To offer a large variety of end products with a limited number of components, more and more companies take advantage of the modular design, platform and type series principles resulting in a construction kit development. These standardization methods make the product development processes more complex. This can be encountered with the help of Model Based Systems Engineering (MBSE). In order to support construction kit development with the help of MBSE in a long term, definitions of such terms as module, platform, type series and construction kit are analyzed and defined in the context of MBSE. As a result, some implications of these definitions are presented in this paper. In addition, first findings out of two research studies conducted at an automotive manufacturer are presented and put into the context of MBSE. The studies indicate the potential of MBSE supporting construction kit development.
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.
Conference Paper
The paper considers the conceptualization of a systemic approach that supports the designer in the efficient selecting of existing product variants within the tender phase. Its central idea is that for every element in a data base there is always a pair of a design solution (CAD model) and a corresponding system of objectives that is reasoning this design solution. The approach is described in detail using the examples of camshaft systems.
Chapter
Der Produktentwicklungsprozess als ganzheitliche Unternehmensaufgabe von der Idee bis zur Markteinführung eines Produktes ist durch Komplexität geprägt, die sowohl aus der Anzahl der verschiedenen Aspekte des Entwicklungsvorhabens als auch aus den Abhängigkeiten der Teilaufgaben untereinander, aber auch aus zahlreichen Unsicherheiten und Neuigkeitsanforderungen resultiert. Komplexitätsmanagement in der Produktentwicklung setzt bei Teilekomplexität (Produktstrukturierung durch Stücklisten) und Prozesskomplexität (Simultaneous Engineering) an. Komplexität durch Varianz als insbesondere nachfragerinduzierte Variantenvielfalt führt unmittelbar zu Kostenerhöhungen und mittelbar zur Verringerung der Schlagkraft am Markt, nicht zuletzt durch Kannibalisierungseffekte. Ziel des Komplexitätsmanagements ist zum einen die weitestmögliche Reduzierung der Komplexität und zum anderen die Beherrschung der verbleibenden Komplexität. Ein optimaler Grad der Komplexität ist dann erreicht, wenn interne und externe Komplexität einander entsprechen: Komplexitätsbedarf und Komplexitätsangebot sind im Gleichgewicht. Mit Variantenvermeidung, Vriantenreduzierung und Variantenbeherrschung lassen sich drei grundlegende Konzepte unterscheiden. Variantenvermeidung basiert auf der Begrenzung der Variantenvielfalt durch geeignete Produkt- und Wettbewerbsstrategien, Variantenreduzierung auf der Analyse und Straffung des Angebots an Produkten und Ausstattungen. Variantenbeherrschung ist nicht mit einer Verringerung der Variantenvielfalt und damit einhergehenden Einbußen durch die verringerte externe Varianz verbunden. Sie zielt vielmehr auf eine größtmögliche Effizienz im Umgang mit der bestehenden Variantenvielfalt ab: Mit einer niedrigen internen Produkt-, Teile- und Prozessvielfalt soll eine hohe kundenwirksame Produktvielfalt erreicht werden. Modularisierung, Gleichteileverwendung, Funktionsintegration und Funktionsübererfüllung sind hier geeignete Instrumente. Komplexitätsmanagement durch Variantenmanagement darf nicht als reine Kostenminimierungsaufgabe missverstanden werden: Es muss dem Zielkonflikt zwischen Individualisierung und Kostenwettbewerb Rechnung tragen und auf klaren Anforderungsprofilen neuer Varianten sowie dem Dreiklang Mensch (Know-how, Kreativität), Technik (Produktkonfiguratoren) und Organisation (Trennung Konstruktion/Auftragsabwicklung) aufsetzen.
Article
To manage the increased number of variants and complexity of products a promising approach is offered by the modular-related design of components and systems. This document gives a comprehensive and transparent approach for a modular-related design. The main idea of this process is to concentrate on the customer’s point of view during development. Especially for the Premium Segment a concept of a modular-related design without any restriction for the customer becomes the main focus. This has been made possible by the integration of the function-orientated design concept during the development process. A variety of methods which are generically formulated have been developed to support the targeted approach. Therefore they can be selected and modified for a specific situation according to its requirements. This offers a comprehensive method, which if taken into account early can lead to a successful application of the modular-related system. As a result the range of variation, which is required by the customer, can be realised with a minimum intra-corporate diversity. Consequently this will be another step towards control and reduction of variety and complexity.
Dimensions of Objectives in interdisciplinary product development projects
  • A Albers
  • Q Lohmeyer
  • B Ebel
ALBERS, A.; LOHMEYER, Q.; EBEL, B.: Dimensions of Objectives in interdisciplinary product development projects. In: Proceedings of the 18th International Conference of Engineering Design (ICED11), Impacting Society through Engineering Design (2011), S. 256-265.
Integriertes Variantenmanagement Variantenkostenbewertung mit faktorenanalytischen Komplexitätstreibern
  • T Bayer
  • H Wildemann
  • I Renner
[16] BAYER, T.: Integriertes Variantenmanagement. Variantenkostenbewertung mit faktorenanalytischen Komplexitätstreibern. In: Schriften zu Management, Organisation und Information, Hrsg. von Hagen Lindstädt, Band 25, Rainer Hampp Verlag, München u. Mering 2010 [17] WILDEMANN, H.: Variantenmanagement. Leitfaden zur Komplexitätsreduzierung,-beherrschung undvermeidung in Produkt und Prozess. Präambel der 20. Aufl. München: TCW Transfer-Centrum 2012 [18] RENNER, I.: Methodische Unterstützung funktionsorientierter Baukastenentwicklung am Beispiel Automobil. Dissertation, Technische Universität München, 2007. [19] HEINA, J.: Variantenmanagement. Kosten-Nutzen-Bewertung zur Optimierung der Variantenvielfalt.