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Systems Engineering Wie Systems Engineering Komplexität überschaubar macht

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Um der hohen Komplexität aktueller Produktentwicklungsprozesse Herr werden zu können, sind disziplinübergreifende Ansätze wie das Systems Engineering gefragt. Der Beitrag gibt einen Überblick zum Thema und stellt den erfolgreichen Einsatz der Methode anhand von Beispielen dar.

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Um eine gelungene und nachhaltige Digitalisierung zu erreichen, müssen Unternehmen einen grundlegenden Transformationsprozess einleiten. Systems Engineering ist in diesem Zusammenhang ein vielversprechendes Ordnungsprinzip.
Um eine gelungene und nachhaltige Digitalisierung zu erreichen, müssen Unternehmen einen grundlegenden Transformationsprozess einleiten. Systems Engineering ist in diesem Zusammenhang ein vielversprechendes Ordnungsprinzip.
(Bild: Dassault Systèmes)

Durch die Digitalisierung müssen sich Unternehmen mit einer Umstrukturierung und Neuausrichtung bestehender Prozesse und Organisationsstrukturen befassen. Getrieben wird diese Entwicklung durch den hohen Automatisierungsgrad moderner Prozesse, die zunehmende Vernetzung von Produkten sowie eine Vielzahl von neuen Regularien. Systems Engineering (SE) bildet ein flexibles und nachhaltiges Ordnungsprinzip, mit dem Unternehmen diese Herausforderung meistern und sich optimal für die Zukunft aufstellen können.

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Mehr Komplexität und Regularien im Produktentstehungsprozess

Der Produktentwicklungsprozess in Industrieunternehmen ist heute durch eine hohe Komplexität gekennzeichnet. Das resultiert zum einen daraus, dass immer mehr Software und Elektronik in den unterschiedlichen Produkten verbaut sind, die in enger Abstimmung zueinander funktionieren müssen. Zum anderen kommen zahlreiche Regularien hinzu, die Unternehmen für die Zertifizierung ihrer Produkte erfüllen müssen.

Organisationsstrukturen anpassen

Der Standard Aspice (Automotive Spice) regelt beispielsweise die Bewertung der Leistungsfähigkeit der Entwicklungsprozesse von Steuergerätelieferanten in der Automobilindustrie. Die Umsetzung solcher Standards ist für Unternehmen jedoch äußerst komplex: Sie müssen nachweisbar aufzeigen, dass sie über eine durchgängige und systematische Produktentwicklung verfügen. Im Rahmen dieser Traceability müssen alle entstehenden Artefakte und Produkte miteinander verknüpft sein. Auch im Luftfahrtbereich gibt es verschiedene Reifegradmodelle, die Unternehmen für die Abnahme ihrer Endprodukte erfüllen müssen.

Systems Engineering vereinfacht Nachbearbeitungen

Bislang entwickeln verschiedene Abteilungen im Unternehmen meist unterschiedliche Teilbereiche des Endprodukts. Anschließend wird das Produkt für die Zertifizierung oder Genehmigung eingereicht. Gibt es Rückfragen und müssen Nachbesserungen vorgenommen werden kommen spezielle Task Forces zum Einsatz. Bisher müssen diese im Nachhinein nochmals den kompletten Entwicklungsprozess durchlaufen, um herausfinden zu können, wo genau Nachbesserungen nötig sind, um die Zertifizierung zu erhalten – ein oftmals langwieriger und hochkomplexer Prozess. Erst danach kann das Erzeugnis in die Produktion gehen.

Für Unternehmen bedeutet das häufig einen großen Ressourcenaufwand und den Verlust von Wettbewerbsvorteilen. Damit Hersteller die zunehmende Zahl an Regularien erfüllen und agiler handeln können, müssen sie beginnen, ihre Organisationsstrukturen entsprechend anzupassen oder zu erneuern.

Systems Engineering: Ordnungsprinzip für eine gelungene Digitalisierung

Um eine gelungene und nachhaltige Digitalisierung zu erreichen, müssen Unternehmen einen grundlegenden Transformationsprozess einleiten. Systems Engineering ist in diesem Zusammenhang ein vielversprechendes Ordnungsprinzip. Denn dadurch kann dieser aufwendige Prozess je nach Unternehmensgröße und Anforderung schrittweise, übergreifend, zügig und nachhaltig umgesetzt werden.

Ziel: Zusammenarbeit bei hoher Komplexität verbessern

Ziel von Systems Engineering ist es, durch das modellbasierte Beschreiben der vielfältigen Funktionen unterschiedlicher Disziplinen in einem komplexen System die Zusammenarbeit zu verbessern. Zudem werden die gesammelten Informationen allen Projektbeteiligten über eine einheitliche Plattform wie der 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes bereitgestellt und können zeitgleich bearbeitet werden. Dies schafft die Basis, damit Unternehmen mit Systems Engineering den Entwicklungsprozess vollständig digitalisieren und gleichzeitig ihre Entwicklungsdaten vereinheitlichen können.

Mit Systems Engineering zu durchgängiger Traceability

Die 3D-Experience-Plattform ermöglicht es, die Einzelkonzepte über den gesamten Entwicklungsprozess hinweg miteinander zu verknüpfen und so durchgängige Traceability zu schaffen. Die Business Plattform verhilft Unternehmen zu einem transparenten Datenpool. Auf Basis dieser zentral verfügbaren Kennzahlen können Unternehmen bei komplexen Fragestellungen kompetente Entscheidungen treffen. Diese wirken sich langfristig positiv auf die Produktentwicklung aus und ermöglichen dem Unternehmen mit mehr Agilität zu operieren.

Systems Engineering als ermöglicht nachhaltige Entwicklung

Gerade wenn es um den Aufbau einer neuen Produktarchitektur geht, fungiert Systems Engineering als Enabler für eine nachhaltige Entwicklung und Umsetzung. Dies ist besonders wichtig, wenn innovative Produkte entwickelt werden, zu denen Unternehmen historische Erfahrungswerte fehlen.

Beispiel: Elektromotor ist Neuland

Ein Beispiel hierfür ist der Elektromotor. Die Automobilindustrie verfügt zwar über sehr viel historisches Know-how im Bereich Verbrennungsmotor. Doch bei der Entwicklung von Elektromotoren betreten die Hersteller Neuland. Deshalb müssen sie mechatronische Simulationsverfahren heranziehen, um ihre Produkte möglichst effizient zu entwickeln.

Dabei sollten unterschiedliche Abteilungen mit verschiedenartigen Kompetenzen eng zusammenarbeiten. Diese Cross-Kompetenz in der Produktentwicklung lässt sich ideal durch Systems Engineering abbilden. Industrieunternehmen können dadurch bestehende Daten- und Denksilos aufbrechen und interdisziplinäres Zusammenarbeiten nicht nur zwischen Abteilungen, sondern sogar mit Geschäftspartnern ermöglichen.

Neue Technologien ergeben neue Herausforderungen

Aus der zunehmenden Vernetzung von Produkten im Internet der Dinge (IoT) und durch Entwicklungen wie autonomes Fahren ergeben sich ganz neue Herausforderungen. Diese sind unmittelbar mit Systementwicklung und -kompetenz verbunden. Hier zeigt das Beispiel eines Elektroautos, wie übergreifend und komplex neue Produkte sind und worauf sich Unternehmen vorbereiten müssen: In einem elektronischen Fahrzeug sind beispielsweise oftmals Batterien verbaut, die der Hersteller von einem Zulieferer einkauft. Kommt es in der Nutzung des Fahrzeugs zu Problemen mit der Batterie haftet jedoch der KFZ-Hersteller gegenüber dem Endkunden – nicht der Produzent der Batterien.

Systems Engineering: schneller Ansatz für komplexe Fragestellungen

Für die Automobilkonzerne ist es entsprechend wichtig, Rückstellungen zu bilden, um mögliche Gewährleistungskosten tragen zu können. Doch wie berechnen sich diese am besten? Um diese interdisziplinäre mechatronische Frage beantworten zu können, müssen Systemsimulationen der Batteriezelle durchgeführt werden. Diese berücksichtigen zum Beispiel interdisziplinäre Parameter wie Wärmeleistung, elektronische Leistung, chemische Zusammensetzung sowie die Kosten im Gesamtverbund. Auch hier liefert Systems Engineering einen ausgereiften und schnellen Ansatz für die Beantwortung komplexer Fragestellungen.

Neue Geschäftsmodelle durch Digitalisierung

Im Zuge der Digitalisierung suchen Unternehmen zudem nach neuen Geschäftsmodellen, um ihren Stammmarkt zu verändern. Dabei fällt oft der Begriff „System of Systems“. Dies meint einen Verbund von Systemen, die ihre Fähigkeiten und Ressourcen vereinen um ein neues, größeres Ökosystem zu bilden. Dieses neue System bietet mehr Funktionalität als lediglich die Summe der Einzelsysteme aus denen es besteht. Diese Entwicklung kann z.B. im Markt für Waschmaschinen beobachtet werden.

Beispiel für Vernetzung: die intelligente Waschmaschine

Hier bietet beispielsweise Miele ein Gerät an, das mit zwei bereits gefüllten Waschmitteltanks ausgestattet ist. Neigt sich das Waschmittel dem Ende, meldet ein Sensor dies an den Hersteller und Miele kann dem Kunden umgehend Nachfüllpacks zusenden. Im Idealfall muss der Kunde nichts weiter dazu tun.

Der Umsatzbringer in diesem Geschäftsmodell ist nicht länger die Waschmaschine an sich, sondern das Waschmittel. Einen solchen Prozess systematisch und inklusive der dazugehörenden Infrastruktur zu designen ist hochkomplex und eine Kompetenz von Systems Engineering. Das Beispiel zeigt eindrücklich die steigende Komplexität und Vernetzung der Produkte sowie die direkte Unterstützung, die Systems Engineering in diesem Zusammenhang bieten kann.

Fazit: Mit Systems Engineering bereit für die Zukunft

Systems Engineering ist ein vielversprechender Ansatz für Unternehmen, um den Herausforderungen der Digitalisierung und zukünftigen Marktentwicklungen zu begegnen. In Kombination mit einer Business Plattform wie der 3D-Experience-Plattform von Dassault Systèmes können Unternehmen die Digitalisierung und Anpassung ihrer Produktentwicklungsprozesse schrittweise und je nach Anforderung umsetzen. Die Plattform dient dazu, alle Produktinformationen über den kompletten Lebenszyklus hinweg von Design über Entwicklung bis zum After-Sales-Service zu sammeln, zu verwalten und interdisziplinär verfügbar zu machen.

Flexible Infrastruktur ermöglicht agile Entwicklung

Kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) können mit Einzelprojekten zur Prozessoptimierung beginnen. Viele Konzerne haben bereits einen integrativen SE-Ansatz als Teil ihrer Unternehmensstrategie in umfangreichen Transformationsprozessen integriert. Startups aus der Automotive-Branche setzen von Beginn an auf die 3D-Experience-Plattform, um ihre Infrastruktur so flexibel wie möglich aufzusetzen. Denn damit können sie höchst agil handeln und sind optimal auf zukünftiges Wachstum vorbereitet.

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