Lehrstuhl fur Raumfahrttechnik

Prof. Dr. rer. nat.

Ulrich Walter

Kurzfassung

RT-DA 2009/09

Synchronisationsmanagement

in der Produktentwicklung

Autor: Daniel Zielinski

18. April 2010

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Eduard Igenbergs

Lehrstuhl fur Raumfahrttechnik / Institute of Aeronautics

Technische Universitat Munchen

Industriebetreuer: Dr. Armin Schulz

Dr. Viktor Levardi

Stephan Finkel

3D-Systems Engineering

1 Synchronisation komplexer

Entwicklungsprozesse

Moderne Entwicklungsprojekte stellen komplexe Prozesse mit einem hohen Grad an

Parallelisierung dar. Daraus resultiert eine Vielzahl an Regeln und Konventionen fur

deren Synchronisation.

Systems Engineering ist die Anwendung der Systemtheorie zur Losung ingenieurs-

technischer Fragestellungen. Damit ist das systemtechnische Vorgehen ein interdis-

ziplinarer, kollaborativer Ansatz, der eine uber den gesamten Lebenszyklus hinweg

abgestimmte Systemlosung ableitet, entwickelt und verifiziert, welche die Kundener-

wartungen erfullt und die Akzeptanz der Offentlichkeit findet. [IEEE, 1993]

Systems Engineering beschreibt des weiteren einen generischen Ansatz fur die Defi-

nition und Analyse eines Modells zur Losung eines komplexen Problems. Eine klare

Zielsetzung erzeugt Anforderungen an den Modellierungsprozess und hat somit we-

sentlichen Einfluss auf die Art und die Qualitat der Ergebnisse, die man aus Model-

lierung und Simulation erhalt. [Levardi, 2006]

Ziel dieser Arbeit ist es, ein generisches Modell eines Synchronisationsplans zu ent-

wickeln. In Zukunft soll dieses bei der 3D Systems Engineering GmbH als Referenz

fur die projektunabhangige Bewertung generischer Synchronisationsplane verwendet

werden.

Kundenerwartungen konnen sich jedoch andernden. Ein Entwicklungssystem muss da-

her in der Lage sein, sich Umweltanderungen kontrolliert anzupassen. [Levardi, 2006]

Durch einen modellbasierender Ansatz werden die verschiedenen Dimensionen der Sy-

stementwicklung in einem adaptiven System abgebildet. Adaptivitat ist dabei eine

emergente1 Systemcharakteristik. [Wenzel, 2003]

Neben Meilensteinen und Reviews als zentrale Messpunkte der Systementwick-

lungsleistung [ECSS, 1998], muss dieser Ansatz daher auch regelmaßige Schritte zur

Verifizierung und Validierung (V&V) [DoD, 2002] der Funktionalitat und Effek-

tivitat des Systems berucksichtigen.

1aus den Eigenschaften der Elemente nicht ersichtlich sondern nur auf Systemebene vorhanden

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Komplexitat

1.1 Komplexitat

Zwei Arten der Abstraktion helfen, Elemente aufgrund ihrer Abhangigkeiten in Grup-

pen zu strukturieren und somit die Komplexitat einer Systemarchitektur zu reduzieren:

1. Die Hierarchie in einem System bezieht sich auf die vertikale Beziehung unter

den Systemelementen und ist das Resultat der Systemdekomposition.

2. Die Modularitat beschreibt die Architektur, die aus horizontalen Interaktionen

des Systems hervorgeht, wenn stark zusammenhangende Elemente in Gruppen

oder Blocken zusammengefasst werden.

Wie in Abbildung (1.1) zu erkennen, beschreibt Entwicklung die Phase/Zeit der

Produktentstehung zwischen Auftrag (Kundenebene) und vollstandigem Lastenheft

fur die Produktion (Ingenieursebene).

Ingenieursebene

Kundenebene

Entw

icklung

Produktion

Vertrieb

Verlauf der Projektaktivitäten

Abbildung 1.1: Verlauf der Projektaktivitaten [Igenbergs, 2008]

Unternehmen mussen bei Entwicklung, Produktion und Vertrieb ihrer Produkte standig

und schnell wechselnde Rahmenbedingungen bewaltigen, die erheblichen Einfluss auf

ihre Wettbewerbssituation ausuben. [Schulz, 2003] Erfolgreiches Projektmanagement

bedarf daher eines flexiblen und gleichzeitig robusten Projektplans um den Wert des

Gesamtprojektes zu maximieren.

1.2 Synchronisation

Ein ”Essential” (Erfolgsfaktor) um der Komplexitat verteilter, kooperativer Produkt-

entwicklung Herr zu werden ist Synchronisation. [Wenzel, 2003]

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Synchronisation komplexer Entwicklungsprozesse

Ein Synchronisationsplan (SyP) ist ein fachbereichsubergreifendes Planungs-, Abstimmungs-

und Kommunikationstool. Dieses tragt dem durch hohen Innovationsgrad und Kom-

plexitat gesteigerten Abstimmungsbedarf eines Entwicklungsprojektes Rechnung. Da-

mit handelt es sich um ein wirkungsvolles organisatorisches Mittel zu Steigerung der

Prozessqualitat.

Identifiziere

Anpassungsbedarf

Harmonisierung &

Weiterentwicklung

Abnahme und

Kommunikation

Tailoring

Verabschiedung

Abstimmung &

Erstellung

Schnittstelle zu

Anpassungen

evaluieren

Lessons

Learned

Datenbasis

Prämissen

Fachprozesse

Strategien

Standards

Generik

Projekt

Terminplanung

Risikomanagement

Updates &

Lessons Learned

Kontinuierliche

Verbesserung

Umsetzung &

Betrieb

Generischer

Synchroplan

Projekt-

spezifischer

Synchroplan

Abbildung 1.2: Regelkreise des Synchromanagements [Negele et al., 2006]

Uber den Prozess Synchromanagement werden Erkenntnisse aus den Projekten, Pramis-

senanderungen in Produktentwicklungs- oder den Fachprozessen bewertet und so-

mit der generischen Synchronisationsplan aktualisiert (oberer Kreislauf in Abbildung

(1.2)) und angepasst (unterer Kreislauf).

Ein Synchropunkt beschreibt einen Projektberichts- bzw. Steuerungspunkt, an dem

bestimmte Ergebnisse/Erkenntnisse vorliegen bzw. Produktreifegrade erfullt sein mussen.

Fur evtl. vorhandene Defizite einzelner Prozesse konnen Maßnahmen zur Sicherstel-

lung der Zielerreichung vereinbart werden. Die Prozesse konnen dann jeweils neu

synchronisiert werden um das gemeinsame Endziel zu erreichen. [Vetter et al., 2004]

Der Nutzwert der Synchronisation fur die Produktentwicklung lasst sich mit den

Vorteile Transparenz, Konsistenz, Effizienz, Effektivitat, Zuverlassigkeit, Top-

Down Ansatz und Wissensspeicher beschreiben.

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Erstellen eines Synchronisationsmodells

Im Zuge dieser Arbeit erfolgte eine hierarchische Einteilung von Meilensteinen2 auf-

grund ihrer Bedeutung fur das Projekt in Typen (Vorgabe-, Indikator und Struktur-

meilensteine).

1.3 Erstellen eines Synchronisationsmodells

Die Merkmale und Regeln der Synchronisation in der Produktentwicklung wurden in-

duktiv aus untersuchten Fakten abgeleitet. Uberschneidungen mit bestatigten Theori-

en mussen selbstverstandlich widerspruchsfrei sein. Die gewonnenen Erkenntnisse sind

im Anschluss anhand von Anwendungsbeispielen zu verifizieren.

Ein Workshop mit Synchronisationsexperten der 3DSE brachte eine umfassende

Sammlung von ”Merkmalen guter Synchronisation” als Grundlage eines Bewertungs-

modells hervor. Diese Merkmale wurden mit Hilfe einer Design Structure Matrix

(DSM) 7 Kategorien geclustert. Darin befinden sich die Merkmale, welche jeweils

den hochsten Grad an Abhangigkeit voneinander aufweisen. Tabelle (1.1) zeigt als

DSM [Browning, 2001] die Abhangigkeiten unter diesen Kategorien.

Ergebnisorientierung x x x x

Übersichtlichkeit x x x

Zielausrichtung x x x

Aktualität x

Vollständigkeit x

Organisation xVerbindlichkeit

Synchronisationsgüte

DSM der Kategorien

Tabelle 1.1: DSM der Synchronisationsgute-Kategorien

Die Kategorien stellen die Basis fur das Bewertungsmodell der Synchronisationsgute

nach 3DSE-Standard dar. Um die mit den Kategorien im Synchronisationsplan ver-

knupften Informationen messbar und damit bewertbar zu machen, mussen Fragen

beantwortet werden. Je nach Art der Frage existieren 3 Antwortmoglichkeiten:

• Ja/Nein

• Qualitativ

• Quantitativ

2ein im Produktentstehungsprozess vereinbarter Ergebnis- bzw. Kontrollpunkt

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Synchronisation komplexer Entwicklungsprozesse

Die binare Fragestellung, mit einem klaren Ja oder Nein als Antwort bietet die ge-

ringsten Moglichkeiten zur Differenzierung und die Antwort hangt stark von der sub-

jektiven Einschatzung des Nutzers ab. Diese spiegeln jedoch am besten das bisherige

Vorgehen der Experten bei der Synchroplan-Beratung wider.

Fur die reproduzierbare Bewertung der Synchronisationsgute war es weiterhin notwen-

dig die Merkmale in einen eindeutigen, nachvollziehbaren und somit fur Vergleiche

geeigneten mathematischen Zusammenhang zu bringen. Die Kennzahl Synchronisti-

onsgute (SyG) wurde als Prozentsatz definiert, welcher sich aus der Erfullung der

Merkmale ermitteln lasst. Dabei musste vermieden werden, durch die Gestaltung

der Fragen und der Einteilung der Merkmale in Kategorien eine implizite Gewichtung

vorzunehmen. Man entschied sich fur die Summe aller Fragen (Ftotal) als maxima-

le Punktzahl des Gutegrades. Die Synchronisationsgute ergibt sich somit nicht aus

den Kategorien, sondern aus den Merkmalen, oder vielmehr der Anzahl der mit Ja

beantworteten Fragen (Fja) zu den Merkmalen.

SyG =Fja

Ftotal

(1.1)

Jede der 58 Einzelfragen tragt den gleichen Anteil zum Gutegrad bei. Ein komplexeres

Merkmal setzt sich dabei aus mehreren Einzelfragen, die uberpruft werden mussen,

zusammen und wird somit starker gewichtet.

Kann eine binare Frage ohne Zusatzinformationen nicht objektiv beantwortet werden,

muss auf qualitative/quantitative Aussagen zuruckgegriffen werden. Diese Aussagen

werden uber eine hinterlegte Metrik in eine Kennzahl (K) (quantitativer Aspekt)

transformiert und durch Vergleich mit einem Sollwert (qualitativer Aspekt, da der

Sollwert einen Bereich festlegt) kann dann die Frage beantwortet werden.

Km =f(m1 . . . mn)

FN

(1.2)

Km≥<Km,soll (1.3)

|Km −Km,soll| ≤ x (1.4)

Die Kennzahl der Messgroßen (Km) besteht dabei stets aus dem Quotienten einer

oder mehrerer Messgroßen (f(m1 . . . mn)) und einem Normierungsfaktor (FN), bei

dem es sich um einen festen Zahlenwert oder um eine Funktion von Messgroßen

handeln kann. Diese Kennzahl darf dann entweder nicht uber (≤ Km,soll) oder un-

ter (≥ Km,soll) einem bestimmten Sollwert liegen oder muss sich innerhalb eines

definierten Bereiches (x) befinden, damit das Merkmal als erfullt gilt.

Mathematisch lasst sich das dargestellte in Abbildung (1.3) schematisch dargestellte

Bewertungssystem durch einen Bewertungsraum beschreiben. Dieser wird durch eine

3-dimensionale Matrix M (mijl) aufgespannt. Ein Merkmal (mi) kann mehrere Fragen

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Referenzmodell

41Merkmale

58Fragen

13Kennzahlen

total

ja

FF

SyG

xKK

KK

FmmfK

sollmm

sollmm

N

nm

,

,

1 ,...,

7 Kategorien3 Stufen

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Abbildung 1.3: 3-dimensionaler Bewertungsraum

(fj) zugewiesen bekommen, jede Frage gehort jedoch zu genau einem Merkmal. Eine

Frage kann wiederum maximal eine Kennzahl (kl) zugewiesen bekommen und jede

Kennzahl ist genau einer Frage zugeordnet.

Dieser Bewertungsraum wurde in einer Checkliste auf Excelbasis implementiert.

Wendet man die Liste Schritt fur Schritt an, erhalt man automatisch die Synchroni-

sationsgute des betrachteten Plans. Dabei konnen nicht nur offene Fragen an beste-

henden Planen identifiziert werden sondern bereits potentielle Problemfelder, die bei

der Anpassung eines Plans an neue Gegebenheiten entstehen konnten.

Von einer solchen Verkurzung des Plans - proportional uber alle Phasen - waren 7

Merkmale der Synchronisationsgute (12,1%) betroffen. Das Streichen eines kritischen

Elements, welches nach Meinung der Verantwortlichen nicht langer erforderlich ist,

wurde sogar 9 Merkmale der Synchronisationsgute (15,5%) beeinflussen.

1.4 Referenzmodell

Das Wissen aus der Arbeit mit den Merkmalen und der Checkliste wurde verwendet

um einen Sollprozess zum Erstellen eines (nach 3DSE-Definition) ”optimal” synchro-

nisierten Plans zu schaffen.

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Synchronisation komplexer Entwicklungsprozesse

Der Sollprozess setzt sich den 3 Stufen Initiierung, Validierung und Etablierung

zusammen innerhalb derer die einzelnen Kategorien und die darin enthaltenen Merk-

male implementiert werden. Ziel dieses Prozesses ist es, die gewunschten Vorteile

eines Plans hoher Synchronisationsgute moglichst vollstandig zu realisieren.

Die damit eingefuhrte Reihenfolge ergibt sich aus der Verwendung der zuvor lediglich

unter statischen Gesichtspunkten betrachteten DSM in Tabelle (1.1). Die gewahlte

Konfiguration reduziert die anfallenden Reworks auf ein Minimum.

Abbildung (1.4) zeigt den prinzipiellen Aufbau eines solchen generischen Plans. Ein

Großteil der Merkmale wurden in diesem vereinfacht dargestellt. Die 3 durch identi-

schen Zeitachsen voneinander getrennten Bereiche Top-Management, Projekt-

management und Fachabteilungen werden stets durch eindeutige Synchronisati-

onspunkte miteinander verbunden.

Es handelt sich um eine ergebnisorientierte Sicht der Aktivitaten. Lediglich der

kritische Pfad, dessen Verlauf grundsatzlich einem V-Modell entspricht, sowie we-

sentliche Abhangigkeiten werden visualisiert. Es sollten nur wirklich erforderliche

Meilensteine abgebildet werden um deren Anzahl moglichst gering zu halten. Die

vorhandenen Meilensteine sollten dann jedoch uber eine eindeutige und vollstandige

Beschreibung verfugen.

Die zeitliche Einteilung in Phasen strukturiert den Plan und gestaltet ihn zusammen

mit dem Stukturmodell der Prozesse in der linken Spalte sehr ubersichtlich. Zudem

fallt auf, dass die gesamte Produktentstehung kompakt auf einer Seite Platz findet.

Dennoch werden auch die Inputs der Fachabteilungen und Zulieferer dargestellt.

Die Flexibilitat des Projektes wird durch die Funktionskategorien sichergestellt, da

fur den Kunden wahrnehmbare Funktionalitaten erst zu einem sehr spaten Zeitpunkt

festgelegt werden mussen.

Mit diesem Sollprozess wird abschließend ein Referenzmodell der Synchronisationsplan-

Beratung erstellt. Das generierte Verifizierungs-, Validierungs- und Test-Prozessmodell

(VVTPM) [Levardi, 2006] ermittelt potentielle Risiken innerhalb eines Projektes und

zeigt somit Moglichkeiten auf insbesondere die Gefahr einer Nichteinhaltung termin-

licher Vorgaben zu bannen.

Bei dem auf MS Project basierende VVTPM die 7 Kategorien als Phasen, die Vorteile

der Synchronisation als Qualitatsparameter und die Merkmale als Aktivitaten definiert.

Auf diese Weise konnen die Auswirkungen von Aktivitaten zur Prozessoptimierung

anhand des Referenzmodells untersucht werden.

Um den Synchronisationsvorgang zwischen parallelen Prozessen zu simulieren, werden

”0-Phasen” (Informationsaustausch zwischen verschiedenen VVT Prozessmodellen)

implementiert. Wurde am Synchropunkt ein Defizit in bestimmten Bereichen verzeich-

net werden, so waren die abhangigen Prozesse gezwungen, ihre Leistung entsprechend

zu steigern um dieses Defizit zu kompensieren.

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Referenzmodell

Abteilungs-Synchropunkt

Projekt-Synchropunkt

Jahr 200 n Jahr 200 n+1 Jahr 200 n+2 Jahr 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -1 -2 -3Generischer Synchroplan

Verantwortlich:Xxxyyy

Erstellt amtt.mm.jjjj

Version A.a Strategie

Frühe Phase Vorentwicklung Serienentwicklung Serie

Phase1 Phase 2 Phase 3 Phase 4

Fah

rzeu

g-Eb

ene

Betreuung

FahrzeugSynchropunkte

Projekt-Management

Ziele

Gesamtfahrzeug

SP 0 SP 1 SP 2 SP 3 SP 4 SP 5

Funktions-Kategorien

SystemSynchropunkte

Subsysteme

KomponentenSynchropunkte

35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -1 -2 -3

Man

age

men

t-P

roze

sse

Fach

-/In

tegr

atio

ns-

Pro

zess

e

Projekt-Management

Risiko-Management

Qualitäts-Management

Anforderungs-entwicklung

Verifikation

Integration

Konstruktion

Inte

rne

& e

xte

rne

Sch

nit

tste

llen

Fachabteilung X

Fachabteilung Y

Fachabteilung Z

Zulieferer

35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 -1 -2 -3

Infrastruktur-Funktionen

Grund-Funktionen

Erweiterte Funktionen

Legende

Syst

em

-Eb

ene

Funktion

Abteilung

Unternehmens-Synchropunkt

Meilensteine

Vorgabemeilensteine

Reifegradsteigerung

Monate vor Serie1

Abkürzungen

Fx

Ex

VMSx

SP: Synchropunkt

Fx: Funktion

Ex: Ergebnis

VMSx: Vorgabemeilenstein

Kritischer Pfad

Abbildung 1.4: Darstellung der wesentlichen Merkmale eines generischen SyPs hoher

Gute

Seite 8

Synchronisation komplexer Entwicklungsprozesse

Die Abbilden des Synchronisationsvorgangs ermoglicht den ”Neustart” eines Pro-

zessmodells im Anschluss an eine Synchronisation. Durch eine derartige, iterative

Implementierung eines VVT Prozessmodells ware dessen projektbegleitende Nutzung

moglich. Zu Beginn des Projektes wurden die Synchropunkte als ”0-Phasen” in den

Prozessverlauf integriert und das Tool behandelt diese als regulare Phasen. Nach jeder

Synchronisation werden die aktuellen Projektdaten in die entsprechende ”0-Phase”

eingegeben und das Prozessmodell vor der Synchronisation abgeschnitten. Die bereits

durchlaufenen Phasen konnen das Risiko nicht mehr beeinflussen. Diese Daten bilden

nun die neuen Startwerte des Modells, das somit uber exaktere Eingaben fur den

weiteren Risikoverlauf verfugt.

Sowohl die Ergebnisse der Bewertung untersuchter Synchronisationsplane als auch

der Ablauf des Sollprozesses spiegeln die Einschatzungen und Erfahrungen der betei-

ligten Experten wider. Somit wurde eine reproduzierbare und eindeutig anwendbare

Reprasentation des zum Thema Synchromanagement bei der Firma 3DSE vorhande-

nen Wissens geschaffen.

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Referenzmodell

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Literaturverzeichnis

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