Systems Engineering Systems Engineering bei KMU einführen: So funktioniert`s

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Mit Systems Engineering muss man nur starten und keine Angst haben, rät Dr. Christian Tschirner von Two Pillars. Leichter gesagt als getan? Harting Applied Technologies wagte diesen Schritt – mit Erfolg.

Systems Engineering ist bei Großunternehmen seit einigen Jahren die Methode, wenn es darum geht, beispielsweise Entwicklungskosten zu senken. Doch vor allem kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) scheuen bisher diesen Schritt. Warum ist das so? Systems Engineering (SE) wird historisch bedingt schnell mit den großen Raumfahrtprogrammen der 1960er Jahre in Verbindung gebracht. Dabei handelte es sich um riesige Projekte mit vielen Beteiligten und hohen Kosten, um die Sicherheit der Mondlandung zu gewährleisten. „Es hat ja auch geklappt. Und das Gute: Dabei haben sich grundlegende Engineering-Methoden weiterentwickelt, die auch heute für sämtliche Entwicklungsprojekte wertvolle Orientierung bieten. Nämlich solche, die das Systemdenken in den Mittelpunkt stellen“, betont Dr. Christian Tschirner, Geschäftsführender Gesellschafter der Two Pillars GmbH.

Gleichzeitig hat man sich im deutschsprachigen Maschinenbau eher auf die Spezialisierung innerhalb einer konkreten Technologiedomäne konzentriert. Daraus sind viele Innovationen und Kompetenzen entstanden, die noch heute die Stärke vieler Unternehmen im Mittelstand ausmachen. „Mit aufkommender Digitalisierung erkennen viele Unternehmen zwar nun die Bedeutung von Systems Engineering – meine Beobachtung ist aber, dass sie unwissentlich gehemmt sind vor dem Wechsel der Blickrichtung; die Aufgabe scheint zu groß nach all den Jahren. Ich glaube: ein Irrtum. Denn zukünftig wird die Systemkompetenz mindestens genauso wichtig wie die Technologiekompetenz sein“, beschreibt Tschirner. Vielleicht helfe etwas mehr Mut und gerade beim Start mit Systems Engineering sei manchmal auch nur der Weg das Ziel.

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Zielgerichteter und schneller Arbeitsergebnisse an Kunden liefern

Das hat auch die Harting Applied Technologies GmbH erfahren. Das Unternehmen ist spezialisiert auf Konzeption, Entwicklung und Erstellung von Sondermaschinen im Bereich Montagetechnik. Von den rund 135 Mitarbeitern sind etwa die Hälfte im Sondermaschinenbau beschäftigt. Damit zählt das Unternehmen mit seiner Spezialisierung und trotz seiner Zugehörigkeit zur Harting-Technologiegruppe in das Segment der KMU. Harting hat erkannt, dass die Prinzipien der agilen Zusammenarbeit helfen können, zielgerichteter und schneller Arbeitsergebnisse an Kunden liefern zu können, auch schon während der eigentlichen Projektbearbeitung. „Gerade die frühe Einbindung aller fachspezifischen Bereiche wie Mechanik, Elektrotechnik und Software, gehören für mich dazu. Auch die disziplinübergreifende Teamarbeit in einem gemeinsamen Sprachraum wird damit gefördert, um ein gemeinsames Ziel formulieren zu können“, fasst Dr. Volker Franke, Geschäftsführer Harting Applied Technologies GmbH die Vorteile von Systems Engineering zusammen. Zusammen mit dem Beratungsunternehmen Two Pillars hat Harting Systems Engineering in sein Unternehmen eingeführt.

Komplexe Produkte einfach und intuitiv mit iQuavis spezifizieren

Hierfür wurden im Rahmen eines Reifegradmodells abgestimmt auf die ISO 15288 Entwicklungsstufen definiert. Anhand des Reifegradmodells wurde ein Entwicklungsplan für die Einführung von SE abgeleitet. Im Vorfeld der Zusammenarbeit hat sich Harting bereits auf methodischer Ebene schon ein wenig mit dem Thema SE beschäftigt und ein Zielbild definiert, was mit Systems Engineering erreicht werden soll. „Da wir uns schon lange kennen, haben wir immer einige Einblicke in die Vorarbeiten erhalten können“, sagt Tschirner. Mit dem Startschuss für die Transformation war klar: Rebecca Heitmann und Sarah Horstmeyer, beide Ingenieurinnen bei Harting, übernehmen als Tandem die Projektleitung. Florian Schröder von Two Pillars berät und unterstützt. Die Beratung bezog sich auf die Konzipierung und Umsetzung des Harting-spezifischen SE-Ansatzes. Dazu gehörte ein geeignetes Methodengerüst zu erstellen und die Methoden mithilfe der Software iQuavis zu erarbeiten und zu konfigurieren.

Kern von iQuavis ist eine einfache Systemmodellierung; wie in einer Office-Anwendung spezifizieren die Anwender komplexe Produkte einfach und intuitiv – ohne die Untiefen einer Software-Modellierungssprache verstehen zu müssen. „Damit wird schon die frühe Anforderungsphase unterstützt und nahtlos in eine mechatronische Systemspezifikation überführt“, erklärt Tschirner. In iQuavis werden Anforderungsmanagement und Produktspezifikation integriert betrachtet. Dies ermöglicht den Einsatz eines entwicklungsbegleitenden Qualitätsmanagements wie z. B. System-FMEA oder andere Methoden.

Frühes Engineering verbessert Zusammenarbeit der Fachbereiche

Gleichzeitig wurden die Harting-Mitarbeiter in der Methodenanwendung und im Werkzeug trainiert. Als Ergebnis liegt ein Methodenset in iQuavis vor und die zwei SE-Leads können iQuavis eigenständig nach eigenen Wünschen weiterentwickeln. So ist nach etwa einem Jahr Harting eigenständig mit SE unterwegs und auch in der Lage sich weiterzuentwickeln. Doch was hat sich mit der Einführung von Systems Engineering für Harting verändert? „Zunächst einmal veränderte sich mit der Einführung von SE die Vorgehensweise bei der Analyse der Aufgabenstellung“, reflektiert Franke. Damit einhergehend verbesserte sich die Wissensbasis bei der Konzeptionierung der Lösung. Zudem gehe ein frühes Engineering über alle Fachbereiche und der methodische Ansatz erlaube eine nachvollziehbare Auswahl von Lösungselementen. Damit habe sich auch die Zusammenarbeit der Fachbereiche verbessert. „Die Transparenz im Projekt, sowie Veränderung im Projektmanagement sind positive Effekte mit der Einführung von Systems Engineering. Dazu zählen Themen wie Standardisierung, eine klare Definition von Aufgaben und Rollen, die höhere Qualität durch eindeutigere Definition von Zielen der Entwicklungsartefakte“, resümiert Franke.

Herr Tschirner, was empfehlen Sie KMU: Wie nähert man sich diesem scheinbar komplexen Thema am besten?

Grundsätzlich sind es drei Dinge, die man zum Start geklärt haben sollte: Es braucht einen Kümmerer, mindestens einen Use Case und ein SE-Werkzeug.
Der Kümmerer
Für die Kümmerer ist es wichtig, dass das Management ihnen kontinuierlich den Rücken stärkt. Mit 25 Prozent ihrer Arbeitszeit können diese Personen für die Firmen in KMU-Größe schon riesige Sprünge in der Anfangsphase machen, später wird das notwendige Change Management aber auch mehr Zeit in Anspruch nehmen.
Der Use Case
Ein Use Case umfasst bestimmte Aufgaben und Tätigkeiten im Entwicklungsumfeld, die mit dem Systems Engineering-Ansatz neugestaltet werden sollen. Sprich SE-Anwendungen, wie die verbesserte Anforderungsidentifikation, ein initiales Anlagenkonzept, eine System-FMEA oder ähnliches. Im Rahmen dieser Aufgaben werden unterschiedliche Methoden eingesetzt – und der Werkzeugkasten des Systems Engineering unterstützt dabei.
Das SE-Tool
Das SE-Tool – das können Stift und Zettel sein oder dedizierte Modellierungswerkzeuge. Alles ist legitim, aber im Regelfall haben Systems Engineering-Werkzeuge einen Vorteil: Im Rahmen der Digitalisierung der Produktentwicklung leisten sie einen enormen Beitrag zur Durchgängigkeit in der frühen Phase eines Projekts – dem „fuzzy frontend“. Ein SE-Tool wie iQuavis hat dabei enorme Vorteile gegenüber einfachen Visio-Darstellungen, da auch die Traceability enthalten ist, also die unterschiedlichen Abhängigkeiten ihrer Arbeitsergebnisse.

Da das SE-Projekt während der Corona-Pandemie startete erfolgte die Zusammenarbeit maßgeblich remote, ergänzt um einige wenige Vor-Ort-Arbeitstreffen. Durch die SE-Leads wurde ein sechs-wöchiger agiler Sprintrhythmus installiert, welcher wiederum aus je drei Sprints à zwei Wochen besteht. „So konnten individuelle Themen in Abhängigkeit des Aufwands aufgeplant und bearbeitet werden“, erklärt Tschirner. Die Sprints wurden vom Projektteam bearbeitet, das sich aus den zwei SE-Leads und einem elf-köpfigen Anwenderteam zusammensetzt, ergänzt um den externen Berater von Two Pillars. Auf diese Weise war ein frühzeitiger und vollumfänglicher Austausch mit allen betroffenen Stakeholdern gewährleistet.

Raumfahrtprogramme von früher sind die Kaffeemaschinen von heute

Doch warum braucht ein KMU überhaupt Systems Engineering? „Die Raumfahrtprogramme von früher sind die Kaffeemaschinen von heute – das klingt merkwürdig, aber es steckt viel Wahres hinter dieser Aussage: Software im System, Kommunikation mit externen Geräten, Updates, … alles Themen die früher bei der NASA im weitaus geringerem Umfang wichtig waren und für den Erfolg von heute maßgeblich sind“, sagt Tschirner. Bei Harting komme hinzu: Als Sondermaschinenbauer muss in kürzester Zeit ein System entwickelt werden, das die Wünsche und Anforderungen der Kunden erfüllt: Gerade da hat das Systems Engineering wichtige Prozesse und Methoden entwickelt. So befasst sich der erste „Technische Prozess“ in der Systems Engineering-Norm ISO/IEC 15288 mit der „Customer Need Identification“. Daran schließen sich weitere Themen, für die das Systems Engineering eindeutige Prozesse und Methoden hervorgebracht hat, zum Beispiel die Bestimmung der Systemgrenzen, die die Zuständigkeiten im Projekt beschreibt.

Aufgaben zu einem ganzheitlichen Bild zusammenführen

„Für die Aufgaben von Harting sind das essentielle Themen. An diese Problemanalyse auf der Prozessebene des Kunden schließen sich weitere Vorgehen und Aufgaben, die immer wieder durch Denkleistungen der Harting-Mitarbeiter gelöst werden“, beschreibt Tschirner. Aber durch Systems Engineering und iQuavis können die Aufgaben zu einem ganzheitlichen Bild zusammengeführt werden. Das schafft Transparenz, kann für die Kommunikation mit dem Kunden genutzt werden und sichert darüber hinaus auch Wissen. „Ich sage immer: In iQuavis ist das, was unsere Kunden sonst immer und dauerhaft im Kopf haben müssen und sie von der eigentlichen Innovationsaufgabe abhält. Nun hat Harting seinen eigenen SE-Ansatz mit uns entwickelt. Aber im Maschinenbau tummeln sich überall ähnliche Aufgaben und Methoden. Im Rahmenwerk des Systems Engineering findet sich eine Kompaktheit, die die Übertragung auf andere Fälle ermöglicht“, fasst Tschirner zusammen.

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Kosten für ein KMU im überschaubaren Rahmen

Grundsätzlich ist Systems Engineering scheinbar immer mit hohen Kosten verbunden. Ein Grund, weshalb noch so viele KMU mit der Einführung hadern? Pauschal heißt es: 15 Prozent eines Projektvolumens sollten für SE-Tätigkeiten ausgegeben werden. Das klingt viel – aber wie steht es mit den Kosten einer fehlerhaften Inbetriebnahme oder einer nicht umgesetzten Anforderung? „Wir haben für KMU ein Konzept entwickelt, dass sie ohne großes Risiko an das Thema heranführt. Wir nennen es SE-Entwicklungspfad: Innerhalb eines Jahres ist im Prinzip klar, wohin man mit SE möchte.“, erklärt Tschirner. Dabei halten sich die Kosten für ein KMU mit circa 200 bis 400 Mitarbeitern im überschaubaren Rahmen. „Wenn dann die eigentliche Reiseflughöhe erreicht ist, kann eine schlanke SE-Organisation konsequent agieren: Für 100 Mitarbeiter würde ich dazu mit circa zwei Kümmerern rechnen“, empfiehlt Tschirner.  

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