Projektbeschreibung

Virtuelles Anforderungsmanagement im kundenintegrierten Innovationsprozess

Ausgangssituation

Die Unternehmenssituation in Deutschland wird geprägt durch kontinuierliche technische Entwicklungen, kürzere Produktlebenszyklen, steigende Produktkomplexität und anspruchsvollere Kunden. Dies führt zu einer wachsenden Bedeutung von effektiven Innovationsprozessen sowie innovativen und anforderungsgerechten Produkten. Insbesondere nach Erfahrung der KMU, ein Hauptanteil der deutschen Unternehmenslandschaft, bestehen Probleme in der Entwicklungszeit durch unklare Anforderungen und sich ändernde Spezifikationen. Im Rahmen einer daher notwendigen Strategieumorientierung sind wichtige und aktuelle Faktoren unter anderem effiziente Produktentwicklung, frühzeitige Kundenintegration und umfassendes Datenmanagement.

Mit Kundenwissen zum Markterfolg

Für die effektive Nutzung von Kundenwissen müssen Unternehmen ihren wichtigsten Partner, den Kunden, über den gesamten Produktlebenszyklus integrieren. Daher werden zum einen Instrumente zur kontinuierlichen Ermittlung der Kundenanforderungen und -zufriedenheit sowie zur aktiven Kundenintegration, insbesondere in den frühen Phasen des Produktentstehungsprozesses, benötigt. Zum anderen sind Methoden zur Übersetzung der Anforderungen in Produktmerkmale erforderlich.

Anforderungsmanagement gegen Zeittreiber im Innovationsprozess

Grundsätzlich stellt sich die Frage, wie Produktentwicklung effizienter gestaltet werden kann. Eine Zeittreiberstudie nennt unklare Ziele bei Projektbeginn und sich ändernde Projektspezifikationen als häufigste Zeittreiber von den über 250 befragten Unternehmen. Die Unternehmen sehen hier ein durchschnittliches Einsparungspotential von etwa 20% in der Entwicklungszeit. Dem Anforderungsmanagement kommt daher eine Schlüsselstellung im Management der Produktentstehung zu.

Virtualisierung als Chance für ein effizienteres Anforderungsmanagement

Unterschiedliche Sprach- und Verständniswelt sind bei der verbalen Formulierung von Anforderungen ein Hindernis. Eine Hilfe wäre es, das Produkt scheinbar fertig vor sich zu sehen. Stereoskopische 3D-interaktive immersive Systeme bieten einen intuitiven Zugang zur Virtuellen Realität. So kann die Kommunikation in Entwicklungsteams sowie zum Kunden verbessert und damit Anforderungen konkretisiert werden.

Stand der Forschung

Neben den üblichen mehrdimensionalen CAD-Systemen werden Simulationsmethoden zur Vermeidung von Fehlerfolgekosten in den Entwicklungsprozess integriert. Allerdings erfolgt der Einsatz der Virtuellen Realität (VR) oft zu spät im Konstruktionsprozess, wodurch ungenutzte Potentiale bei der Konkretisierung von Anforderungen in frühen Phasen des Innovations- bzw. Entwicklungsprozesses bestehen. Zudem fehlt eine systematische Vorgehensweise zur Anforderungsgewinnung mit VRModellen durch Konzeptkonfrontation und die Einbindung in die Prozesse und Anbindung an die gängigen Werkzeuge des modernen Anforderungsmanagements. Forschungsprojekte zum Anforderungsmanagement existieren zwar vielfältig, das Erkennen von verdeckten Kundenanforderungen bzw. die Integration des Kunden in das Anforderungsmanagement der frühen Phasen der Produktentstehung ist jedoch zu untersuchen. Die Bedeutung des Kundenwissens für den Unternehmenserfolg ist durch eine Vielzahl an Studien belegt, dennoch fehlen Methoden zur konsequenten und durchgehenden Einbeziehung des Kunden über den kompletten Lebenszyklus. Ein Ansatz zur kontinuierlichen Erhebung von Kundenanforderungen und -zufriedenheit an bestehenden Kontaktpunkten im Prozess besteht. Die zunehmend komplexer werdende Datenlandschaft in Unternehmen erfordert ein Datenmanagement zur Verwaltung und effektiven Nutzung der Daten. Bei den derzeit verbreiteten Systemen handelt es sich jedoch meist um unverbundene Einzelsysteme, die in Kombination aufwändig und ineffizient sind. Im Rahmen des steigenden Einsatzes von VR-Technologien werden Modelle benötigt, die alle relevanten Daten, inklusive der Daten aus der Virtualisierung, miteinander verknüpfen.

Forschungsziel

Die VitAmIn-Methodik hilft, die von der Industrie als wesentlich bewerteten Zeittreiber „unklare Anforderungen“ und „sich ändernde Spezifikationen“ zu vermindern. Durch Methoden und Werkzeuge des Virtuellen Engineerings wird die Effizienz in frühen Phasen der Produktentwicklung gezielt gesteigert. VitAmIn umfasst vier Komponenten:

  • Die Unternehmenskomponente dient der Erhebung der Basisinformationen. Die gezielte und systematische Anforderungsermittlung durch virtuelle Konfrontation in den frühen Phasen der Entwicklung ist an die spezifische Unternehmenssituation (Prozesse, Potentiale und Strategien) anzupassen.
  • Durch die Virtual-Engineering-Komponente werden Produkte, die nur digital existieren, erlebbar. Dieser realitätsnahe Eindruck von geplanten Produkten erlaubt Kunden, ein Produktkonzept intuitiv zu erkunden sowie ihre Anforderungen klar zu formulieren. Diese Komponente ermöglicht so eine Anforderungsanalyse durch virtuelle Konfrontation in frühen Konzeptionsphasen.
  • Die Kundenauswahlkomponente schließt die Systematisierung der Kunden und die zielgerichtete Auswahl der Kunden zur Methodenintegration ein. Sie bedient sich dazu der in der Analysephase erhobenen Methoden. Insbesondere erscheint eine Anwendung von Lead-User-Ansätzen zur Auswahl von Fokusgruppen für die Einbindung der VR als erfolgsversprechend.
  • Die Anforderungserhebungskomponente umfasst die Konfrontation der ausgewählten Zielgruppe mit dem virtuellen Produkt, um möglichst früh im Entwicklungsprozess Anforderungen ausgearbeitet, konkretisiert und verfeinert.

Angestrebte Forschungsergebnisse

Im Rahmen des Vorhabens soll eine Methodik zur systematischen Erhebung der Anforderungen bereits in den frühen Phasen der Entwicklung durch virtuelles Engineering entwickelt werden. Um dieses Vorhaben umzusetzen, sind

  • Prozesse und Werkzeuge zum Einsatz von VR in der Produktkonzeption
  • Methoden zur Erhebung von Kompetenzen, Strategien und Prozessen für die gesicherte und unternehmensspezifische Umsetzung,
  • Vorgehensweisen zur systematischen Auswahl von Kunden und zur effizienten Ermittlung von Anforderungen sowie
  • Anleitung für die Gesamtmethodik zur Sicherung der selbstständigen Anwendung

zu erarbeiten. Durch diese Ergebnisse wird die Kommunikation im Entwicklungsprozess durch erlebnisgetreue Visualisierung komplexer Produkte verbessert. Ferner entsteht ein modulares und für verschiedene Anwendungen skalierbares VR-System aus Hard- und Software für das visuelle Anforderungsmanagement. Diese Ergebnisse sollen insbesondere in KMU praktisch nutzbar sein, um die Unternehmensprozesse und die Produktqualität zu optimieren. Die visualisierte Anforderungserhebung ermöglicht die Entwicklungszeit zu verkürzen, klare Anforderungen zu sichern und damit den erforderlichen Änderungsaufwand für die Unternehmen erfolgreich zu reduzieren. Die frühzeitige Anforderungserhebung vermeidet Fehlentwicklungen bereits in den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses und auf diesem Weg hohe Fehlerfolgekosten.

Innovativer Beitrag

Die systematische Erhebung der Kundenanforderungen in den frühen Phasen des Innovationsprozesses soll durch die Weiter- und Neuentwicklung von Methoden zum virtuellen Engineering, zur Berücksichtigung der Unternehmensspezifischen Gegebenheiten und der Zielgruppen erreicht werden. Dieser Methodenmix soll die frühzeitige Integration der präzisen Kundenanforderungen und damit einen erfolgreichen Innovationsprozess ermöglichen. Basierend auf Vorarbeiten des IAT der Universität Stuttgart wird ein interaktives immersives System konfiguriert und implementiert, das auch von KMU eingesetzt werden kann. Neu ist der Ansatz, Produktkonzepte noch vor der CADPhase im Entwicklungsprozess für den Kunden mittels VR erlebbar zu machen, um dadurch die Formulierung und Korrektur von Anforderungen zu provozieren und dies in das betriebliche Anforderungsmanagement zu integrieren. Kostengünstige Hard- und Software und einfache Integration in die bestehende IT-Infrastruktur unterstützen optimal die Konfrontation des Kunden mit Produktkonzepten sowie die Gewinnung von Anforderungen. Die Auswahl und Anpassung von Softwarewerkzeugen ermöglicht die Aufbereitung von Daten aus existierenden Unternehmensprozessen sowie die Erstellung von 3D-Modellen von Produktkonzepten in frühen Phasen der Produktentwicklung auch ohne CAD-Kenntnisse.

Lösungsweg zur Erreichung des Forschungsziels

Methodischer Ansatz

Die Sicherung der Lebensfähigkeit von KMU bedarf eines gezielten Managements der Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten, eines konsequentes Datenmanagements, einer kontinuierlichen Integration des Kundenwissens sowie einer qualifizierte Unterstützung durch Methoden. Aus diesem Grund werden folgende Thesen formuliert:

  • A. Der selbstständige, kontinuierliche Einsatz der VitAmIn-Methodik verkürzt die Produktentwicklungszeiten von Unternehmen und hilft innovative Produkte kundengerecht auf den Markt zu bringen.
  • B. Die Virtual-Engineering-Komponente kann als Kommunikationshilfe zwischen Kunden und Unternehmen helfen, frühzeitig Kundenwünsche in Produktmerkmale zu übersetzen.
  • C. Verschiedene Kunden unterliegen unterschiedlichen Voraussetzungen und benötigen spezifische Anwendungs- und Umsetzungshilfen.

Diese Thesen stehen im Rahmen des Projektes im Mittelpunkt der Untersuchung. Der grundsätzliche Lösungsweg umfasst die folgenden vier Projektphasen.

Die Basis für das Vorgehen bildet die Analysephase mit Felduntersuchungen und Anforderungsanalysen bei den Unternehmen des Projektbegleitenden Ausschusses unter der Verantwortung der Bergischen Universität Wuppertal. Diese Untersuchung umfasst den Stand der bereits eingesetzten Werkzeuge und deren Vor- und Nachteile sowie die notwendigen Inhalte und Anforderungen an die VitAmIn-Methodik und den integrierten Komponenten.

Diese Analyseergebnisse dienen als Grundlage, um die VitAmIn-Methodik in der Entwicklungsphase unter der Verantwortung des IAT der Universität Stuttgart sowie in Zusammenarbeit mit der Bergischen Universität Wuppertal und den Unternehmen des Projektbegleitenden Ausschusses zu entwickeln. Aus diesem ersten Forschungsabschnitt entstehen das allgemeine Vorgehen der Methodik und die integrierten Komponenten. Ebenfalls können mögliche Merkmale und Rahmenbedingungen für die verschiedenen Kunden abgeleitet werden.

Die VitAmIn-Methodik wird in der Erprobungs- und Evaluierungsphase bei einem ausgewählten Praxispartner hinsichtlich Funktion, Benutzbarkeit und Prozessintegration erprobt. Anhand der dabei gewonnenen Daten wird die Methodik in der Forschungsstelle modifiziert, verbessert und zur endgültigen VitAmIn-Methodik weiterentwickelt.

Während der gesamten Projektlaufzeit erfolgen in der Koordinations- und Kommunikationsphase sowohl die Verbundkoordination als auch die Erstellung des Schlussberichts. Das Ergebnis aus dieser Phase ist eine Anleitung zur Methodik.

Neben der Start- und Abschluss-Sitzung finden halbjährig projektbegleitende Sitzungen des Projektbegleitenden Ausschusses zur Abstimmung, Weiterentwicklung und Diskussion statt.

Nutzen für Unternehmen

Die angestrebten Forschungsergebnisse sind den Gebieten Konstruktion, Produktion,Informations- und Kommunikationstechnik sowie Betriebswirtschaft, Organisation zuzuordnen. Durch präzisere Anforderungen und deren direkte Umsetzung in Produktmerkmale verringert VitAmIn nachträgliche Änderungen. Die frühzeitige Kundenintegration führt neben einer Ablaufverkürzung zu Veränderungen im Entwicklungsprozess. VitAmIn bezieht sich zunächst auf die Effektivitätssteigerung von Entwicklungs- und Innovationsprozessen aus dem Bereich des Maschinenbaus in KMU, wo häufig kleine, an Kundenbedürfnisse angepasste Chargen gefertigt werden. Das Projekt umfasst auch die Prüfung der Übertragbarkeit auf andere Branchen. Das Projekt zielt auf alle Wirtschaftzweige primär auf KMUs der verarbeitenden Industrie ab.

Möglicher Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit der KMU

Durch die meist kundenspezifischen Produktentwicklung ist es besonders bei KMU entscheidend, die Zeittreiber im Entwicklungsprozess zu eliminieren und verlässliche Anforderungen zu sichern. VitAmIn erhebt die Anforderungen in den frühen Entwicklungsphasen durch VR-Einsatz, wodurch die geplanten Produkte für den Kunden vorstellbar und die Anforderungsaussagen verlässlicher werden. Dies minimiert das Risiko von Fehlentwicklungen. Ziel des Vorhabens ist durch VR-Einsatz die Kommunikation mit dem Kunden zu verbessern, die Effizienz des Entwicklungsprozesses sowie die Produktqualität zu erhöhen und die Wettbewerbsfähigkeit zu verbessern.

Voraussichtliche industrielle Nutzung der Ergebnisse

Die VR-System- und -softwarehersteller (in der Regel KMU) werden die Ergebnisse nutzen, um ihre Produkte im Hinblick auf die Unterstützung des Anforderungsmanagements und für den Einsatz in frühen Phasen der Entwicklung weiterzuentwickeln, mit dem Ziel das Geschäft mit Bestandskunden auszubauen und neue Kunden zu gewinnen. Die produzierenden Unternehmen werden die Ergebnisse für die Optimierung der Kundenkommunikation und des Anforderungsmanagements nutzen. Dies geschieht durch Einführung der Enabler-Technologie VR bzw. in der Erweiterung ihrer Nutzung in den Unternehmen sowie durch Umsetzung des im Projekt erarbeiteten Prozess-Knowhows. Eine Markteinführung ist 12 Monate nach Projektende realisierbar. Die Investitionskosten liegen bei bis zu 10.000 EUR für die Software und betragen ab 30.000 EUR für ein Einsteiger-Komplettsystem (Desktop-Lösung).