Kostenfrüherkennung mechatronischer Produkte mittels Analyse multiplanarer Vernetzungen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Übergeordnetes Ziel des hier dokumentierten Forschungsvorhabens ist die methodische Unterstützung der Phase der Konzeptfindung und -entscheidung unter besonderer Berücksichtigung von Kostenaspekten bei mechatronischen Produkten in Form eines Leitfadens. Zu diesem Zweck wurde ein mit Methoden und Hilfsmitteln hinterlegter Leitfaden entwickelt, welcher eine frühzeitige, aussagekräftige Kostenplanung, -steuerung und -kontrolle mechatronischer Produkte ermöglicht. Der Leitfaden stützt sich auf einen Referenzprozess, der aus insgesamt 14 Schritten aufgebaut ist. Dieser beschreibt zunächst den Übergang von den Anforderungen zur Funktionsstruktur, über die Disziplinstruktur weiter zur Komponentenstruktur bis hin zur Prozessstruktur. Auf diesem Grundgerüst des disziplinübergreifenden Systementwurfs setzt der unterstützte Zielkostenmanagementprozess auf. Ausgehend von den Zielkosten, die als Bestandteil der Anforderungen betrachtet werden, können Funktions- und Komponentenzielkosten ermittelt werden. Den Komponentenzielkosten werden im Laufe der Entwicklung Komponentenschätzkosten gegenüber gestellt. Diese können entweder direkt geschätzt werden oder aus zuvor ermittelten Funktions- bzw. Prozessschätzkosten berechnet werden. Aus dem Vergleich von Ziel- und Schätzkosten und der Berücksichtigung unterschiedlicher Ausprägungen der Komponentenstruktur können Optimierungsansätze abgeleitet werden. In diesen Referenzprozess wurden zur Unterstützung der Entwickler verschiedene Hilfsmittel der Informationshandhabung, Kostenanalyse und Kostenoptimierung integriert: Zur Handhabung der Strukturinformationen im Rahmen des Leitfadeneinsatzes wurde eine Multiple-Domain Matrix aufgesetzt welche die Funktions-, Komponenten-, Prozess- und Ressourcenebene umfasst. Der Multiple-Domain Ansatz wurde dahingehend erweitert, dass neben den Strukturinformationen auch Kosteninformationen abgebildet und bearbeitet werden können. In dem so entstandenen Informationsmodell sind die in den einzelnen Schritten zu erarbeitenden Teilmatrizen unter einander vernetzt und durch Transformationen und Formeln ineinander überführbar. Dies ermöglicht den schnellen Wechsel zwischen unterschiedlichen Blickwinkeln, wie zum Beispiel bei der Betrachtung funktionaler oder physikalischer Abhängigkeiten auf Komponentenebene oder auch der Umrechnung von Funktions- in Komponentenzielkosten. Die Strukturdarstellung in Form von Matrizen und zugehörigen Graphen ist zudem losgelöst von disziplinspezifischen Modellierungstechniken und dennoch allen technischen Disziplinen zugänglich. Die entwicklungsbegleitende Konkretisierung des Informationsmodells wird ebenso unterstützt wie der direkte Vergleich von Konzeptalternativen. Des Weiteren wird die Wiederverwendung von Informationsmodellen vergangener Entwicklungen ermöglicht, was zu einer erheblichen Verringerung des Aufwands für Dokumentation und Kostenanalyse führt. Zur Unterstützung der Kostenanalyse wurden fünf so genannte Basismethoden der transdisziplinären Kurzkalkulation entwickelt. Diese leiten sich aus der Analyse und Integration diverser disziplinspezifischer Methoden ab und ermöglichen eine Kostenschätzung auf allen drei Ebenen des Informationsmodells. Sie stellen eine aufwandsoptimierte Möglichkeit der Kostenschätzung dar, die für alle beteiligten Disziplinen zugänglich ist. Mit Hilfe der Basismethoden durchgeführte Kostenschätzungen können im Laufe der weiteren Entwicklung konkretisiert werden und ihre Ergebnisse können in detailliertere disziplinspezifische Methoden einfließen. Um den Aufwand der Kostenschätzung einzelner Komponenten gemäß ihrem zu erwartenden Anteil an den Gesamtkosten zu steuern, kann die Komponentenstruktur auf kostenwirksame Strukturcharakteristika hin untersucht und so Kostentreiber identifiziert werden. Insgesamt 15 kostenwirksame Strukturcharakteristika wurden durch Strukturuntersuchung an neun industriellen Beispielsystemen identifiziert und dienen im Rahmen des Leitfadeneinsatzes primär der Unterstützung der Kostenoptimierung. So wurden zur Unterstützung der Kostenoptimierung zwei unterschiedliche Herangehensweisen erarbeitet. Zum einen können aus der gezielten Analyse der funktionalen und der prozessualen Komponentenstruktur Informationen abgeleitet werden, die Hinweise darauf geben ob eine Kostenoptimierung tendenziell eher durch konzeptionelle Alternativen der Funktionserfüllung, die Überarbeitung von Elementen oder ihrer Schnittstellen, die Überarbeitung der Prozesse oder durch den Einsatz alternativer Ressourcen erreicht werden kann. Zum anderen können mittels der kostenwirksamen Strukturcharakteristika Kostentreiber der funktionalen und der physikalischen Komponentenstruktur ermittelt werden und somit konkrete Angriffspunkte für kostensenkende Überarbeitungen identifiziert werden. Mit der Integration von Strukturanalysen und Ansätzen der Strukturoptimierung in die entwicklungsbegleitende Kalkulation und das kostengünstige Konstruieren beschreibt das abgeschlossene Forschungsprojekt neue Wege auf dem Gebiet des Zielkostenmanagements. Der vorgestellte Leitfaden begegnet mit seinen integrierten Hilfsmitteln den Anforderungen an ein transdisziplinäres Zielkostenmanagement und ermöglicht die frühzeitige Kostenplanung, -steuerung und -kontrolle mechatronischer Produkte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- A Multilayer Approach for Early Cost Estimation of Mechatronical Products. In: 16th International Conference on Engineering Design - ICED 2007, 28.08.-30.08.2007, Paris, Frankreich, S. 187-188
Braun, S. C.; Lindemann, U.
- A Vision to Overcome “Chaotic” Design for X Processes in Early Phases, In: 16th International Conference on Engineering Design - ICED 2007, 28.08.-30.08.2007, Paris, Frankreich, S. 231-232
Lindemann, U.
- Kostenfrüherkennung mechatronischer Produkte mittels Analyse multiplanarer Vernetzungen. In: VDI Mechatronik 2007 - Innovative Produktentwicklung, 23./24.05.2007, Wiesloch, S. 725-734 (VDI-Berichte 1971)
Braun, S. C.; Lindemann, U.
- Kostenfrüherkennung mechatronischer Produkte. In: Lindemann, U. (Hrsg.): CiDaD News 4 (2007) 1, Lehrstuhl für Produktentwicklung, TU München 2007, S. 10
Braun, S. C.
- Kostentransparenz in der Mechatronik - Eine Studie über Komplexitäts- und Kostentreiber mechatronischer Produkte. Shaker Online 2007
Braun, S. C.; Hellenbrand, D.; Lindemann, U.
(Siehe online unter https://doi.org/10.2370/322_261) - Multiplanare Vernetzungen – Abhängigkeiten zwischen Produktkonzept, Produkterstellungsprozess und Ressourcenverbrauch in der Mechatronik. In: Gausemeier, J.; Ramming F.; Schäfer, W.; Trächtler, A.; Wallaschek, J. (Hrsg.): 5. Paderborner Workshop - Entwurf mechatronischer Systeme, 22./23.03.2007, Heinz Nixdorf Institut, Paderborn, S. 319-334
Braun, S. C.; Lindemann, U.
- The Multiple-Domain-Approach and Cost Attributes, In: Udo Lindemann, Mike Danilovic, Frank Deubzer, Maik Maurer, Matthias Kreimeyer (Eds.): Proceedings of the 9th International DSM Conference, Munich, 16-18 October 2007. Aachen: Shaker 2007
Biedermann, W.; Maurer, M.; Lindemann, U.
- Anforderungen und Unterstützung eines Multidisziplinären Kostenmanagements In: Meerkamm, H. (Hrsg.): 19. Symposium Design for X, Neukirchen, 9.-10.10.2008, S. 45-56. Erlangen: Lehrstuhl für Konstruktionstechnik 2008
Braun, S. C.; Lindemann, Udo
- Design to Cost: New Impulses for Target Costing. In: Marjanovic, D.: 10th International Design Conference Dubrovnik, 19 - 22 May 2008. The Design Society 2008
Braun, S. C.; Biedermann, W.; Lindemann, U.
- Relating Two Domains Via a Third – An Approach to Overcome Ambiguous Attributions Using Multiple Domain Matrices. In: Proceedings of the ASME 2008 International Design Engineering Technical Conferences & Computers and Information in Engineering Conference IDETC/CIE 2008, August 3-6, 2008, Brooklyn, New York, USA
Kreimeyer, M.; Braun S. C.; Gürtler, M.; Lindemann, U.
- The Influence of Structural Complexity on Product Costs In: Proceedings of the IEEE International Conference on Industrial Engineering and Engineering Management, Singapore, 08.-11.12.2008. S. 46. Singapore: IEEE 2008
Braun, S. C.; Lindemann, Udo
- Der Zusammenhang zwischen Komplexität und Kosten als Basis von Handlungsanweisungen zur kostenoptimierten Gestaltung mechatronischer Produkte In: Gausemeier, J.; Ramming F.; Schäfer, W.; Trächtler, A.; Wallaschek, J. (Hrsg.): 6. Paderborner Workshop – Entwurf mechatronischer Systeme, Paderborn, Heinz Nixdorf Institut, 02.-03.04.2009, S.351-366.Paderborn: HNI Verlagsschriftenreihe 2009
Braun, S. C.; Lindemann, Udo
- Extending Multiple Domain Matrices to Allow for the Modeling of Boolean Operators in Process Models. In: Proceedings of th 17th International Conference on Engineering Design (ICED’09), Stanford, CA, USA, 24.08.-27.08.2009, S. 1/1-1/12. Stanford University: CDR, Design Society 2009
Kreimeyer, M.; Braun S. C.; Gürtler, M.; Lindemann, U.
- How to Generate Design Rules for Cost-Efficient Design of Mechatronic Products. In: Proceedings of the 17th International Conference on Engineering Design (ICED’09), Stanford, CA, USA, 24.08.-27.08.2009, S. 7/47-7/56. Stanford University: CDR, Design Society 2009
Braun, S. C.; Lindemann, Udo
- Transdisziplinäres Zielkostenmanagement komplexer mechatronischer Produkte. TU München: 2009
Zirkler, S. C.
