Pflichtenheft Wie man ein Pflichtenheft erstellt

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Das Pflichtenheft ist wesentlicher Bestandteil eines Auftrags: Es enthält ein Lösungskonzept mit dem Wie und Womit etwa für ein zu entwickelnde Produktionssystem. Wir erklären, worauf es beim Erstellen eines Pflichtenhefts ankommt.

Um die wichtigsten Kriterien mit ihrer Relevanz für die gesamte Konstruktion und explizit für die Automatisierung darzustellen, anhand derer die ersten und grundsätzlichen Anforderungen an ein zu entwickelnde Produktionssystem ermittelt werden können, gibt es zwei Werkzeuge:

• das Lastenheft

• das Pflichtenheft

Mit diesen Werkzeugen können die Anforderungen einerseits und das Lösungskonzept andererseits klar strukturiert beschrieben werden.

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Das Lastenheft (engl.: System Requirements) stellt grundsätzlich die Anforderungsspezifikation als Ergebnis einer Anforderungsanalyse dar. Prinzipiell wird im Lastenheft das Was und Wofür mit den entsprechenden Randbedingungen definiert.

Auf das Lastenheft wurde bereits im Artikel „Wie man die richtige Automatisierungstechnik wählt“ eingegangen:

Grundlagen Automatisierungstechnik

Wie man die richtige Automatisierungstechnik wählt

Das Pflichtenheft

Auf der Grundlage des Lastenheftes entsteht das Pflichtenheft (engl.: Specification). Es enthält ein Lösungskonzept mit dem Wie und Womit für das zu entwickelnde Produktionssystem.

Ein Pflichtenheft wird entweder durch den Auftragnehmer (AN) allein oder unter Mitwirkung des Auftraggebers (AG) erstellt. Dazu müssen die Anforderungen in verschiedenen Sichten analysiert, Widersprüche aufgedeckt und ein Lösungskonzept erarbeitet werden.

Grundsätzlich gilt: Das Pflichtenheft ist, genau wie das Lastenheft, integraler Bestandteil eines Liefervertrages; die Projektrealisierung erfolgt erst nach Freigabe durch den AG.

Prinzipiell müssen die ermittelten Anforderungen des technologischen Prozesses aus den Sichten des Produktes, der Investition, des Einsatzortes und des Betreibers in ein Lösungskonzept übertragen werden. Für die Auswahl der einzelnen Komponenten und Systeme müssen die:

• technologischen,

• konstruktiven und

• wirtschaftlichen Kriterien

mit den Anforderungen des Lastenheftes in Übereinstimmung gebracht werden.

Pflichtenheft nach VDI/VDE-Richtlinie 3694

Der Aufbau eines Pflichtenheftes nach VDI/VDE-Richtlinie 3694 für das Automatisierungssystem orientiert sich logischerweise am Aufbau des nach diesen Regeln erstellten Lastenheftes. Die Richtlinie beschreibt dazu eine Struktur, wie das Lösungskonzept dargestellt werden soll. Im Einzelnen sind das die folgenden Aspekte:

• 1. Informationen zur systemtechnischen Lösung

• 2. Angaben zur erforderlichen Systemtechnik

zu 1.) Hier wird das Lösungskonzept im Detail beschrieben; wichtig ist dabei der genaue Bezug zur vorgegebenen Aufgabenstellung:

• Übersicht des Lösungskonzeptes

• Beschreibung der Einzelfunktionen und Zuordnung zum Sollzustand

• Übersicht und Erläuterung zu den Ein- und Ausgangsgrößen

• Erläuterung der Verarbeitungsfunktionen, Abläufe und Zustandswechsel

• Darstellung der Kommunikation und der Datenströme

Wichtig ist der genaue Bezug zur vorgegebenen Aufgabenstellung. Zur systemtechnischen Lösung gehören auch der Bezug zu den einzelnen Betriebsarten (z.B. Normalbetrieb, gestörter Betrieb usw.) und die darin vorgesehenen Abläufe.

Werden bestimmte technologische Funktionen oder systemtechnische Komponenten nicht wie im Lastenheft vorgeschrieben oder, bei unscharfer Formulierung und Freilassung, nach eigenem Ermessen ausgewählt, so muss das plausibel dargestellt und begründet werden.

zu 2.) Dieser Abschnitt nimmt Bezug auf das Lastenheft Teil 5, „Anforderungen an die Systemtechnik“. Hier werden beschrieben und aufgelistet:

• das Datenverwaltungs- und -verarbeitungssystem

• die erforderliche Software

• alle vorgesehenen Geräte und Systemkomponenten und deren Konfiguration

• die technischen Angaben zum Gesamtsystem, wie beispielsweise der Energieverbrauch in den unterschiedlichen Betriebsarten oder Angaben zu Service-Intervallen, die zur Gewährleistung der Gebrauchsfähigkeit einzuhalten sind.

Zusammengefasst: Das Pflichtenheft beschreibt im Wesentlichen die technische Ausführung des Projekts. Es bildet zusammen mit dem Lastenheft die Grundlage für einen Liefer- oder Projektierungsauftrag. Sich ergebende Änderungen oder Annahmen sind explizit darzustellen und plausibel zu begründen. Wichtig ist auch: Das Pflichtenheft begleitet den weiteren Entwicklungsprozess und ist kein starres Gebilde.

Das Pflichtenheft strukturiert entwickeln

Die Inhalte des Pflichtenheftes ergeben sich aus der Analyse der Anforderungen, die nun aus der Perspektive des Auftragnehmers und prinzipiell in zwei Sichten erfolgt:

• der technologisch-konstruktiven (Engineering)

• der wirtschaftlichen (Controlling)

Dabei entsteht ein Dokument, in dem alle Anforderungen für die Entwicklung und Konstruktion definiert bzw. quantifiziert sind und die am Ende zu einem Systemkonzept zusammengeführt werden. Dazu gehören auch alle grundsätzlichen Details, die aus dem Zusammenwirken der einzelnen Systemkomponenten untereinander resultieren. Diese daraus resultierende Übersicht repräsentiert die Aufgabenstellung an die Entwicklung und ist somit Bestandteil des Pflichtenheftes.

Die technologisch-konstruktive Sicht

Bezogen auf das Automatisierungssystem, werden im Engineering-Prozess alle Hard- und Softwarekomponenten spezifiziert und entwickelt, wobei folgende wesentliche Themenfelder zu berücksichtigen sind:

• Applikation – Die Applikationsspezifikation beschreibt ein klar untersetztes Systemkonzept, das die Basis für das Pflichtenheft und die weitere Entwicklung darstellt. Sie wird ergänzt durch einen Businessplan und entsprechende Kontrollpunkte.

• Safety – Die Gewährleistung der Sicherheit von Produktionssystemen muss im gesamten Engineering-Prozess berücksichtigt werden. Innovative Safety-Konzepte generieren neue technologische Möglichkeiten und Marktvorteile.

• Usability – Die Auswahl geeigneter Bedienelemente und die Gestaltung einer intuitiven Bedienerschnittstelle bedürfen gründlicher Analyse und bedeuten auch bei einfacheren Produktionssystemen einen nicht unerheblichen Aufwand.

• IT/Security – Die Maßnahmen zur Gewährleistung der Datensicherheit von deren Erfassung bis zur Übertragung, Speicherung und Nutzung sind wichtige Bestandteile eines Automatisierungssystems.

• Instrumentierung – Die Instrumentierung gehört zu den Hauptaufgaben bei der Auslegung eines Automatisierungssystems und erfolgt auf der Basis der im Lastenheft gestellten Anforderungen sowie nach technologischen, konstruktiven und wirtschaftlichen Kriterien

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Die wirtschaftliche Sicht

Während im Engineering-Prozess die benötigten Komponenten in erster Linie nach technologischen und konstruktiven Aspekten ausgewählt werden, muss diese Auswahl nach wirtschaftlichen Kriterien wie Preisen, Lieferzeiten und mehr oder weniger zusätzlichen Liefer- und Zahlungsbedingungen in einem iterativen Prozess optimiert werden.

Das Controlling berücksichtigt folgende Themenfelder:

• Einkauf – Die Begrenzung und Senkung der Materialkosten ist eine wichtige Aufgabe im Beschaffungsprozess. Die sorgfältige Auswahl aller benötigten Komponenten trägt u.a. wesentlich zum wirtschaftlichen Erfolg eines Projektes bei.

• Lieferantenbeziehungen – Die Auswahl der Zulieferer ist wichtig für einen zuverlässigen, qualitativ hochwertigen und preisstabilen Projektablauf über den gesamten Lebenszyklus des Produktionssystems.

• Logistik – Die Herstellungskosten können durch intelligente Einkaufs- und Logistikstrategien reduziert werden.

• Qualitätssicherung – Die Absicherung einer konstanten Materialqualität ist die Voraussetzung für einen reibungslosen Produktionsablauf. Das gilt sowohl für Hard- wie auch für Softwarekomponenten.

• Dienstleistungen – Der Bedarf an Dienstleistungen und Schulungen ist bei der Projektplanung zu berücksichtigen und mit den Partnern vertraglich zu vereinbaren.

Automatisierungstechnische Aspekte

Moderne Produktionssysteme sind zunehmend hochautomatisiert, was eine besondere Sicht auf die Automatisierungstechnik verlangt. Nachfolgend eine Auswahl relevanter Kriterien, die im weiteren Entwicklungsprozess detailliert analysiert werden sollen:

• Technologie – Einbringen von Technologiepaketen der Automatisierungstechnik, um eine sinnvolle Reduzierung mechanischer Komponenten zu erreichen.

• Volatilität – Preissensitive Auswahl der für die automatisierte Umrüstung erforderlichen Hardware; Definition der Anforderungen an Interaktion und Datenhandling; eventuell I4.0-Konfirmität festlegen

• Modularität – Entwurf bzw. Weiterentwicklung eines modularen Hard- und Softwarekonzeptes

• Medienversorgung – Ermittlung der Anforderungen an die erforderliche Mess- und Steuerungstechnik zur Mengenerfassung, Dosierung und Überwachung; Betrachtung der Risiken eines Ausfalls und Entwicklung von Maßnahmen zu deren Minimierung

• Leistung – Ermittlung der Anforderungen an die Echtzeitfähigkeit des Automatisierungssystems

• Safety – Auswahl geeigneter und zertifizierter Komponenten bei Einsatz intelligenter Sicherheitstechnik und Auswahl eines geeigneten und zertifizierten Feldbusses

• Usability – Möglichkeiten moderner, effektiver und fehlersicherer Mensch-Maschine-Kommunikation in das Konzept einbringen und die für eine Bedienung erforderliche Interaktionen definieren

• Kommunikation – Auswahl eines geeigneten Feldbussystems; Security-Maßnahmen und -mechanismen einbringen; eventuell I4.0-Konfirmität umsetzen

Zusätzliche Aspekte

Die Erstellung eines Pflichtenheftes ist eine gewerksübergreifende Teamarbeit, an der viele Unternehmensbereiche beteiligt sind. Die nachfolgend ausgewählten Aspekte sollen das weiterführend und abschließend verdeutlichen:

• Verfügbare Produktionsausrüstung – Die Grenzen der eigenen Wertschöpfung sind bei steigenden technologischen Anforderungen mitunter schneller erreicht als erwartet; dann müssen fremde Ressourcen genutzt werden. Die Fertigung eines Moduls oder einer komplexeren Komponente muss dann so abgestimmt werden, dass diese rückwirkungsfrei und ohne Zusatzaufwand ins Gesamtsystem integriert werden können.

• Firmenstandards – Außer den von außen vorgegebenen Vorschriften und Standards existieren zumeist auch firmeninterne Standards, die berücksichtigt werden müssen.

• Firmen-Know-how – Eine klare Strukturierung und Modularisierung der Entwicklungs- und Fertigungsprozesse – etwa mittels Projektgruppen – können die Herstellung eines Produktionssystems unempfindlicher gegen unerwarteten Ausfall oder teilweise nicht vorhandenes Know-how machen.

• Produktportfolio – Bei der Betrachtung des Produktportfolios eines Herstellers können Synergien erkannt werden und in die Entwicklung einfließen.

Fazit

In welcher Form und in welchen Etappen die Ergebnisse in das Pflichtenheft einfließen werden, hängt zunächst von den Vorgaben aus dem Lastenheft, aber auch von der Art des Produktionssystems und der Arbeitsweise des Unternehmens ab. Entscheidend ist jedoch deren Gründlichkeit, um maximale Transparenz zu schaffen sowie auf Änderungen schnell reagieren zu können.

Wird beispielsweise in einem Budgetmeeting festgestellt, dass das Gesamtprojekt an den wirtschaftlichen Zielvorstellungen noch vorbeigeht, dann ist es sehr vorteilhaft, die Gründe für die Auswahl eines Verfahrens oder einer bestimmten Komponente genau in den dargestellten drei Sichten darzulegen. Gerade in diesen Meetings fällt jede leichtfertig getroffene Entscheidung sofort negativ auf und kann sowohl die Kompetenz des Mitarbeiters als auch die Gründlichkeit der gesamten Arbeit erheblich in Zweifel ziehen.

* *Prof. Dr.-Ing. Thomas Schmertosch, arbeitet seit 2014 an der HTWK Leipzig als Honorarprofessor auf dem Fachgebiet „Komponenten der Automatisierung“.

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