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
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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
[Browning, 2001] T.R. Browning:
Applying the Design Structure Matrix to System Decomposition and Integration
Problems: A Review and New Directions, IEEE Transactions on Engineering
Management
[DoD, 2002] Department of Defense (DoD):
Risk Management Guide for DoD Acquisition Fort Belvoir, VA.
[ECSS, 1998] ECSS:
Verification, ecss-e-10-02a dlr final version
[IEEE, 1993] IEEE P1220:
Standard for Application and Management of the Systems Engineering Process,
of Electrical and Electronics Engineers, Inc.
[Igenbergs, 2008] E. Igenbergs:
Advanced Systems Engineering Vorlesungskript, TU Munchen
[Levardi, 2006] V. Levardi:
Model-based Framework for the Adaptive Development of Engineering Systems,
Munchen
[Negele et al., 2006] H. Negele, S. Finkel, R. Schmidt, S. Wenzel:
INCOSE Paper zur Synchronisation komplexer Systementwicklung,
060315 SynchronizingComplexSD FinalPaper INCOSE06
[Schulz, 2003] A.P. Schulz:
Systemtechnische Gestaltung der Informationsarchitektur im Entwicklungspro-
zess, Herbert Utz Verlag, Munchen
[Vetter et al., 2004] D. Vetter, M. Hajesch:
Synchromanagement im Produktentstehungsprozess, PEP Glossar,
08012004 pep glossar.xls, BMW
[Wenzel, 2003] S. Wenzel:
Organisation und Methodenauswahl in der Produktentwicklung, Herbert Utz
Verlag, Munchen
Seite 11