Systems Engineering Systems Engineering aus dem Werkzeugkasten?

Von Juliana Pfeiffer

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Die Einführung von Systems Engineering stellt vor allem kleine und mittelständische Unternehmen noch vor große Herausforderungen. Kann ein Werkzeugkasten das Problem lösen?

Das Forschungsprojekt SE4OWL hat einen Werkzeugkasten für die Einführung von Systems Engineering in Unternehmen entwickelt.
Das Forschungsprojekt SE4OWL hat einen Werkzeugkasten für die Einführung von Systems Engineering in Unternehmen entwickelt.
(Bild: shaiith - stock.adobe.com)

Die Entwicklung von Produkten in der Industrie wird sich immer mehr verändern: Intelligente Produkte und digitale Services erfordern ein enges Zusammenwirken unterschiedlicher Fachdisziplinen. Systems Engineering verzahnt diese Disziplinen, um Produkt und Produktionssystem über den ganzen Lebenszyklus als Einheit zu betrachten. Doch gerade der Start in die Arbeit mit Systems Engineering (SE) oder Model-Based Systems Engineering (MBSE) stellt viele Unternehmen noch immer vor große Herausforderungen. Für die erfolgreiche Einführung gibt es bisher noch keine umfangreiche Unterstützung. Das stellt gerade kleine und mittelständische Unternehmen (KMU), die weniger Ressourcen zur Verfügung haben, vor Schwierigkeiten. Aber auch Unternehmen, die auf die nötigen Ressourcen zurückgreifen können, zögern bei der Umsetzung.

Die fünf häufigsten Herausforderungen für eine erfolgreiche Einführung sind:

  • kein quantifizierbarer Nutzen
  • mangelndes Expertenwissen und Methoden
  • starre Strukturen und Prozesse
  • Silodenken
  • Parallele Umstrukturierung

Genereller Nutzen von Systems Engineering schwer greifbar

In der Studie „Advanced Systems Engineering – Wertschöpfung im Wandel“ wurden Unternehmen befragt, welche Hindernisse sie für die Anwendung von SE in ihrer Organisation sehen. Als Haupthindernis nannten 31 Prozent der Interviewten, dass der Nutzen von SE nicht ausreichend quantifizierbar sei. Gerade zu Beginn eines Projekts bedeutet SE einen höheren Aufwand und der generelle Nutzen ist zwar für viele Beteiligte verständlich, aber nur schwer mit konkreten Kennzahlen zu belegen. Vorhandene Untersuchungen zum Thema sind eindeutig, diese im eigenen Unternehmen nachzubilden würde jedoch viel Zeit in Anspruch nehmen. Das stößt gerade im Management immer wieder auf Skepsis und die Bereitschaft Geld und Personal zu investieren ist gering. Mehr als die Hälfte der Befragten antworteten jedoch auch, dass sie glauben, die Anwendung von SE-Methoden und -Denkweisen bei der Entwicklung komplexer Systeme bringe langfristig eine verbesserte Planungs- und Steuerungssicherheit als auch eine gesteigerte Systemqualität.

„Die aktuelle Normen- und Richtlinienlandschaft unterstützt insbesondere kleine und mittlere Unternehmen nur unzureichend. Zwar gibt es vielfältige Normen im Themenfeld Systems Engineering, ihr Zusammenwirken ist allerdings nur schwer zu überschauen und hilft Anwendern – gerade KMU aus dem Bereich Maschinen- und Anlagenbau – kaum, den eigenen Weg im Bereich SE zu finden“, betont Dr.-Ing. Anja Schierbaum, Senior Expertin Systems Engineering am Fraunhofer-Institut für Entwurfstechnik Mechatronik IEM.

Fehlende Kollaboration in Unternehmen

Beginnen Unternehmen, sich mit der Einführung von SE zu beschäftigen, entsteht oft das Gefühl, dass der Ansatz für das eigene Unternehmen oder Produkt nicht geeignet ist, was jedoch in den seltensten Fällen stimmt. Die Einführung von SE setzt immer ein gewissen Grad an Systemdenken und Kollaboration voraus. Für Unternehmen ist es wichtig, zunächst ein Verständnis für die kollaborative Zusammenarbeit aufzubauen – und diese mit entsprechenden Methoden zu systematisieren.

An diesem Punkt kommt die fehlende Methodenkompetenz ins Spiel. Weiterbildungen für die Mitarbeiter sind kosten- und vor allem zeitintensiv, das Ingenieursstudium reicht häufig nicht aus, um interdisziplinären Anforderungen gerecht zu werden. Das führt dazu, dass es innerhalb des eigenen Unternehmens nur wenig bis gar keine Experten im Systems Engineering gibt, mit deren Hilfe eine Einführung umgesetzt werden kann. „Gerade im Tagesgeschäft der mittelständischen Unternehmen fehlt es oftmals an Ressourcen, um sich mit neuen Ansätzen und Prozessen zu beschäftigen“, ergänzt Schierbaum.

Insbesondere in großen Unternehmen sind Abteilungen und Prozesse fest verankert. Die Trennung der Entwicklungsabteilungen erfolgt dabei oftmals klassisch nach den Disziplinen Maschinenbau, Elektronik, Softwaretechnik. Neben diesen starren vertikalen Strukturen erschweren horizontale Hierarchien Entscheidungsprozesse. Dadurch können sich sowohl die Einführung neuer Methoden oder Tools als auch die Veränderung von Organisationsstrukturen stark verzögern. „Die Strukturen der Unternehmen, z. B. des Maschinen- und Anlagenbaus, sind sehr heterogen. Deshalb ist auch der SE-Bedarf von Unternehmen zu Unternehmen unterschiedlich. Sie brauchen ganz individuelle Lösungen“, erklärt Daria Wilke, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Fraunhofer IEM.

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Systems Engineering langfristig und ganzheitlich einführen

Doch wie werden SE-Werkzeuge und Methoden anwenderfreundlich und auch für KMU umsetzbar? Im It’s-OWL-Projekt SE4OWL, Systems Engineering für die Region Ostwestfalen-Lippe, hat ein Projektteam des Fraunhofer IEM zusammen mit Partnern aus der Industrie, wie Miele, Claas oder Harting, und Beratung, wie Two Pillars und Unity, einen Werkzeugkasten entwickelt, der gerade kleine und mittelständische Unternehmen dabei unterstützen soll, Systems Engineering langfristig und ganzheitlich einzuführen und anzuwenden. „Der Werkzeugkasten umfasst eine Anleitung zur Umsetzung der Einführung von SE von der Initialisierung bis hin zum Rollout und zur Verstetigung. Hierzu beschreibt ein Vorgehensmodell die durchzuführenden Tätigkeiten und steuert den Einsatz der erarbeiteten Hilfsmittel“, beschreibt Schierbaum.

Die Zielpyramide Systems Engineering: Sie illusitriert 34 durch SE erreichbare Ziele in zehn verschiedenen Kategorien.
Die Zielpyramide Systems Engineering: Sie illusitriert 34 durch SE erreichbare Ziele in zehn verschiedenen Kategorien.
(Bild: Fraunhofer IEM)

Hierzu baute das Projektteam ein Reifegradmodell auf. Dieses kann von Unternehmen genutzt werden, um sich selbst aufzuzeigen, wie gut oder schlecht SE-relevante Prozesse im eigenen Unternehmen ablaufen. Basierend auf dieser Bewertung lassen sich die Voraussetzungen für eine erfolgreiche SE-Einführung bzw. eine SE-Optimierung in den untersuchten Unternehmen ableiten. Das Projektteam entwickelte zudem im ersten Projektjahr eine Methode, die Unternehmen hilft für ihre Bedarfe geeignete Ziel-Reifegrade zu identifizieren.

(Bildquelle: Fraunhofer IEM/Lukas Bretz)
Handlungselement Reifegrad
Reichweite Rollout nicht vorhanden Einzelbereich Entwicklungsbereich Unternehmensweit Wertschöpfungskette
Umfang der SE-Lösung gemessen an den betroffenen (Teil)-Organisationen SE wird im Unternehmen nicht eingesetzt Einzelne Unternehmensbereiche nutzen SE-Ansätze, jedoch nicht durchgängig SE wird im gesamten Engineering eingesetzt, jedoch nicht im gesamten Unternehmen SE ist im gesamten Unternehmen ausgerollt und in Anwendung Die SE-Aktivitäten erstrecken sich über die Unternehmensgrenzen hinweg, z. B. auch zu Lieferanten und Partnern
Schulungskonzept nicht vorhanden individuell/Ad hoc Fragmentiert Etabliert Optimiert
SE-Schulungskonzept für Mitarbeiter Es werden keine SE-Schulungen geplant oder durchgeführt Es werden individuell, ohne übergreifenden Plan SE-Schulungen durchgeführt (intern oder extern) Zu einzelnen Themen und/oder in einzelnen Bereichen existiert ein SE-Schulungskonzept welches gelebt wird Es existiert ein etabliertes unternehmensweites SE-Schulungskonzept, das verschiedene Inhalte und Erfahrungsstufen abdeckt Es existiert ein etabliertes und kontinuierlich optimiertes unternehmensweites SE-Schulungskonzept

Zusätzlich zum Reifegradmodell kann mit einer Zielbeitragsmatrix bestimmt werden, welche Reifegrade welcher Handlungselemente die Ziele am ehesten erreichen. So können Unternehmen herausfinden, welchen Ziel-Leistungsstand sie individuell priorisieren sollten, um SE möglichst schnell und effektiv einzuführen. Doch wie sieht nun die konkrete Umsetzung im KMU aus? Ein Operationalisierungskonzept bietet hierbei eine detaillierte Anleitung, wie die Einführung von SE umgesetzt werden könnte. Dabei teilt sich die Einführung in vier Phasen:

  • Einführung initialisieren
  • Einführung planen
  • Roadmap umsetzen
  • Rollout und Verstetigung

Die einzelnen Phasen werden jeweils mit verschiedenen Hilfsmitteln, wie beispielsweise Checklisten versehen. So kann in jeder Phase kontrolliert werden, ob auch wirklich alle wichtigen Schritte abgearbeitet worden sind oder ob man vielleicht noch etwas vergessen hat. Für die erste Phase und den Start in die Einführung gibt es außerdem einen Steckbrief, der dabei helfen soll, die Einführungsorganisation aufzusetzen. Insgesamt befassen sich die ersten beiden Phasen des Modells verstärkt mit der Planung und Vorbereitung der Einführung von SE, während die letzten beiden Phasen den Fokus mehr auf die Umsetzung legen. Zusätzlich soll Changemanagement dafür sorgen, dass SE nachhaltig umgesetzt und auf lange Sicht im Unternehmen etabliert werden kann.

Schrittweise starten

„Ein unternehmensneutraler Demonstrator, Workshops und der Erfahrungsaustausch in der Fachgruppe Systems Engineering dienen der Aktivierung und Qualifizierung von kleinen und mittleren Unternehmen in diesem Bereich. Ziel ist es, den Werkzeugkoffer im Mittelstand einzuführen und zu verstetigen“, sagt Anja Schierbaum. Die Einstiegsebene sowie der Umfang können ganz individuell zugeschnitten werden.

„Bedarfsgerecht ist für uns ein wichtiger Punkt im Projekt“, betont Wilke. Demnach sei es wichtig schrittweise zu starten. Sich genügend Zeit zur Planung nehmen und mit kompententen Partnern zusammenarbeiten. „Außerdem empfehlen wir den Erfahrungsaustausch mit anderen Unternehmen z. B. über die Fachgruppe SE oder den Best Practice Circle“, empfiehlt Schierbaum.

Langer Atem und Beharrlichkeit lohnen sich

Fakt ist, dass die Einführung von Systems Engineering in Zukunft noch einiges an Forschungsmaterial bieten wird.

Die Projektgruppe SE4OWL hat auch bereits erste Feedbacks der Unternehmen erhalten: „Die Unternehmen sind besonders davon begeistert, dass die Vorgehensweise ihre individuellen Gegebenheiten adressiert und einfach anwendbar ist“, hebt Wilke zufrieden hervor. Außerdem sei ihnen wichtig, dass SE einzuführen kein rein technisches Thema ist, sondern auch soziotechnische Aspekte wie Mensch und Organisation berücksichtigt werden, wie Akzeptanz und Qualifizierung.

„Klar muss sein: Man braucht einen langen Atem, aber Beharrlichkeit lohnt sich und die Mehrwerte werden nach und nach deutlich,“ ermutigt Schierbaum. Das Projekt SE4OWL endet im Mai 2023 und die Ergebnisse in Form einer Broschüre veröffentlicht.

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