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Disziplinübergreifende Produktentwicklung

Effizient zu arbeiten bedeutet für die Industrie, qualitative Produkte in der vereinbarten Zeit zu wirtschaftlichen Kosten herzustellen. Diese drei Aspekte müssen im Verlauf des Engineering sowohl einzeln als auch im Verhältnis zueinander im Optimum ausbalanciert sein. Da Disziplinen wie die Elektrokonstruktion nur einen Teil des Engineering-Prozesses darstellen, ist für einen effizienten Produkt-entstehungsprozess eine ganzheitliche Umsetzungskompetenz gefordert, damit auch die vollen Potenziale ausgeschöpft werden können.




Bild: Eplan

Betrachtet man die Entwicklung der Produktionstechnik, zeigt sich eine Entwicklung von der manuellen Herstellung über teilautomatisierte Prozesse bis hin zur vollautomatisierten Produktion. Eine ähnliche Evolution lässt sich im Konstruktionsprozess im Maschinen- und Anlagenbau feststellen: Konstruierte man zunächst rein manuell am sprichwörtlichen Reißbrett, so kam später der Computer zum Zuge. 2D- und 3D-Konstruktion markieren hier Meilensteine für die mechanische Konstruktion. Außerdem herrschte zunächst eine sequenzielle Arbeitsweise in den beteiligten Hauptdisziplinen vor.

Heute gehen jedoch immer mehr Unternehmen zu einer integrativen Arbeitsweise in Mechanik, Elektrik, Software über. Im Wesentlichen sind dafür zwei Erkenntnisse verantwortlich: Werden langlaufende Konstruktionsprozesse parallel abgewickelt, lassen sich enorme zeitliche Einsparungen realisieren. Zudem fallen in der Entwicklungsphase die Kosten für das Vermeiden oder Korrigieren von Fehlern deutlich geringer aus als in späten Projektphasen wie der Inbetriebnahme. Dabei stellt sich jedoch die Frage, wie sich serielle in parallele Prozesse überführen lassen. Schließlich müssen unterschiedliche Disziplinen ab Projektstart ihre Entwicklungstätigkeiten koordinieren.

Angesichts unterschiedlicher Strukturen, Denkweisen sowie ‚Sprachen‘ in den Disziplinen besteht die Lösung in einer funktionalen Betrachtung dessen, was am Ende der Prozesskette entstehen soll, also beispielsweise einer Maschine oder Anlage. Diese Arbeitsweise wird als ‚funktionales Engineering‘ bezeichnet und verbindet alle Beteiligten: Mechaniker und Elektriker genauso wie Programmierer und Kunden.

Standardisierung als Basis für funktionales Engineering

Aus wirtschaftlichen Erwägungen spielt in Konstruktions- und Produktionsprozessen außerdem die Standardisierung eine wesentliche Rolle: Ungeachtet der Disziplin wird bei neuen Aufträgen geprüft, welche Arbeiten und Teile Ingenieure mit geringem Anpassungsaufwand für neue oder ähnliche Anforderungen wiederverwenden können. Das spart Zeit und Geld in der Entwicklung, zudem lässt sich eine höhere Qualität als bei kompletten Neuentwicklungen erreichen. Dies bedingt aber, dass die archivierte Dokumentation der Alt-Projekte den ‚As-built-Status‘, also das wirklich laufende Produkt, abbildet.

Für dieses Vorgehen ist typisch, das jeder Konstrukteur einer Disziplin zunächst in seinen Strukturen einen Abgleich macht. Eine erste Verbesserungsstufe ist die Konstrukteur übergreifende Abstimmung und eventuell auch Ablage von bereits realisierten Projekten. Einige Vorlageprojekte werden auch in Maximalausprägung abgewickelt und bilden so alle Varianten und Optionen disziplinspezifisch ab. Irgendwann sind diese aufgrund ihres Volumens allerdings nicht mehr beherrschbar. Bei dieser mehr oder weniger strukturierten und geführten Wiederverwendung kommen Standards jedoch kaum zur Anwendung.

Hier schließt sich der Kreis zum funktionalen Engineering:?Eine wirkungsvolle Standardisierung muss auf funktionaler Ebene und damit disziplin- und abteilungsübergreifend erfolgen. Dieser Prozess führt zur Definition von Komponenten und Produkten mit konkreten Ausprägungen und Leistungsmerkmalen sowie Varianten und Optionen. Nach der Einführung entsprechender Abläufe und Software-Werkzeuge ist es von entscheidender Bedeutung, diese Standards im Unternehmen konsequent anzuwenden. Hier schließt sich zwangsläufig das Thema der automatischen Konfiguration und Generierung von Projektunterlagen an.

Kontinuierliche Verbesserung im Fokus

Dieser Prozess lässt sich durch ein abgestuftes Vorgehensmodell unterstützen. Dabei sollte zuerst im Fokus stehen, wie der Weg von der sequenziellen zur funktionalen Arbeitsweise beschritten werden kann. Im Laufe dieses intensiven Prozesses werden etablierte Produktstrukturen und Arbeitsweisen hinterfragt und üblicherweise angepasst. Parallel werden die Beteiligen von einer zunächst komponentenorientierten Sicht auf eine abstrakte, funktionale Sicht geschult. Als zweiter Schritt werden die so erstellten Standards in einem mechatronischen, softwarebasierten Baukasten abgebildet, um per Knopfdruck projekt- und disziplinspezifische Dokumente erzeugen zu können. Diese Generierung liefert im Idealfall sämtliche für die Fertigung benötigte Unterlagen, üblicherweise lassen sich je nach Standardisierungsgrad Umfänge im hohen zweistelligen Prozent-Bereich erzielen.

Der Rest muss durch die konventionelle Konstruktion projektspezifisch erstellt werden. Dabei lassen sich zum einen die zuvor generierten Unterlagen im manuellen Konstruktionsprozess verwenden. Zum anderen profitieren Anwender von der neuen Systematik, indem sich die Beteiligten vor Beginn der disziplinspezifischen Konstruktion über die zu realisierende Funktion verständigen.

Am Ende lässt sich so eine wesentlich höhere Qualität des Produktes erreichen, weil beispielsweise Missverständnisse und Nacharbeiten im Vorfeld minimiert wurden. Dieser Prozess lässt sich am besten durch den Einsatz praxisbewährter, generischer Engineering-Methoden und Software unterstützen, die unternehmensspezifisch angepasst werden, im Kern aber immer gleich sind. Diese Vorgehensweise verspricht überschaubaren Kosten- und Ressourcenaufwand und lässt sich durch die beschriebene, stufenweise Anwendung schnell in Kosteneinsparungen umsetzen, womit ein neuer Hebel zur Beschleunigung des Einführungsprozesses entsteht. Ein anderes Argument ist der demografische Wandel: In nicht allzu ferner Zukunft müssen Unternehmen mit weniger Fachleuten ein gegenüber heute weiter gesteigertes Ergebnis erzielen. Deshalb sollten Firmen rechtzeitig die Weichen in Richtung automatisiertes Engineering stellen.

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