Reduzierung der Entwicklungszeit in der Elektronikindustrie: Ein Forschungsbericht

Der Markt für Elektronikprodukte fordert ständig sinkende Innovationszyklen bei gleichzeitig steigender Funktionalität der Produkte durch hohe Übertragungsgeschwindigkeiten sowie eine Miniaturisierung der Leiterplattenstrukturen und Baugruppenabmessungen. Hieraus resultieren sinkende Produkt- und Technologielebenszyklen, die zu einem wachsenden Anteil der Entwicklungszeit an der Produktlebenszeit führen. Dies führt in vielen Unternehmen zu einer Zeitfalle. Sie äußert sich in dem Tatbestand, dass bei verkürzten Produktlebenszyklen denjenigen Unternehmen, die einen zu späten Produkteinführungszeitpunkt wählen oder bei denen sich die Produktentwicklung verzögert, nur noch ein entsprechend reduzierter Anteil am gesamten Markt verbleibt. Die Konkurrenz hat zu diesem Zeitpunkt bereits eine Erfahrungskurve durchlaufen und befindet sich daher in einer günstigen Kostensituation, wogegen bei Späteinsteigern hohe Stückkosten zu niedrigen Deckungsbeiträgen führen.

Über diesen Aspekt hinaus können Unternehmen mit kurzen Entwicklungszeiten den Markt länger beobachten, sich also besser auf die aktuelle Marktentwicklung einstellen. Dies führt zu einer Risikoreduktion bei der Produktdefinition. Versuche von Unternehmen, den sinkenden Innovationszyklen durch einen früheren Beginn der Aktivitäten zu begegnen, führen daher in das Dilemma einer größeren Prognoseunsicherheit mit dem Resultat, dass Produkte nicht den Marktanforderungen entsprechen. Die Kombination des richtigen Markteintrittszeitpunktes mit dem richtigen Produkt stellt heute noch eine Möglichkeit für die Unternehmen dar, sich von der Konkurrenz zu differenzieren und somit Wettbewerbsvorteile zu erzielen. In Zukunft wird bereits die Fähigkeit, schnell zu reagieren und Innovationen zu generieren, die notwendige Basis aller überlebensfähigen Unternehmen sein müssen. Einen wesentlichen Aspekt zur Reduzierung der Entwicklungszeit stellt auch der Einsatz integrierter Werkzeuglösungen für die elektrische, thermische und mechanische Simulation dar. Ohne den Einsatz dieser Instrumente ist die kosten- und termingerechte Entwicklung von Elektronikprodukten zukünftig nicht mehr möglich.

Der Erfolg eines Unternehmens in diesem zeitkritischen Umfeld ist deshalb bei der Um- und Neugestaltung von Produkten, Prozessen und organisatorischen Strukturen in hohem Maße von seiner Flexibilität und schnellem Reagieren abhängig. Nur dann kann den gestiegenen Marktanforderungen erfolgreich begegnet werden. Die daraus resultierenden technologischen und strukturellen Herausforderungen in den Unternehmen erfordern eine ganzheitliche, interdisziplinäre Gestaltung des Produktentstehungszyklus unter Berücksichtigung der eingesetzten Werkstoffe, Halbzeuge und Bauelemente, des Entwurfs- und Prozess-Engineering sowie der eingesetzten Ausrüstungen in Entwicklung und Fertigung. Darüber hinaus steigt der Bedarf an Instrumenten zur Optimierung von Entwicklungsabläufen permanent weiter. Dies setzt zum einen ein umfassendes Verständnis des Entwicklungsprozesses, der Produktlebenszyklen sowie der darin wirkenden Gesetze und zum anderen kostengünstige und beherrschbare Werkzeuge für die Optimierung der jeweiligen Entwurfsprozesse voraus.

Im Rahmen des Forschungsprojektes PROGRESS wird vor diesem Hintergrund eine deutliche Reduzierung des Zeitaufwandes von der Produktfindung bis zur Markteinführung bei Geräten und Systemen der Telekommunikation, Industrie- und KFZ-Elektronik angestrebt. Hierzu hat sich ein Konsortium, bestehend aus den Firmen Alcatel, Knorr-Bremse, Temic, Webasto und Zuken sowie dem Fraunhofer Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration, dem Fachverband Elektronik-Design und dem Lehrstuhl für Betriebswirtschaft mit Schwerpunkt Logistik der TU München unter der Leitung des Autors gebildet. Die betrachteten Entwicklungsbereiche der Unternehmen haben hierbei zwischen 18 und 650 Mitarbeitern, wobei sowohl stark technologie- als auch stark kundenorientierte Unternehmen vertreten sind. Insgesamt decken die beteiligten Unternehmen ein breites Spektrum der Elektronikindustrie ab.

Ermittlung bestehender Defizite

Basis eines jeden Verbesserungsprozesses ist zunächst eine Ermittlung der Ist-Situation und ihrer Defizite. Daher wurden in den beteiligten Unternehmen zweitägige standardisierte Audits hinsichtlich der Themenbereiche Effektivität und Effizienz der Entwicklungsprozesse durchgeführt. Untersuchungs­schwerpunkte waren beispielsweise Projektselektion und -priorisierung, Erfolgs­quoten, Einhaltung von Zielvorgaben und Projektabbrüche im Bereich der Effektivität sowie Produktspektrum, Produktkomplexität und -varianz, Entwicklungsorganisation, Durchlaufzeiten, Änderungsmanagement, Einbindung der Lieferanten und Parallelisierungsgrad der Prozesse für den Bereich Effizienz.

Im Anschluss an die Audits wurden die ermittelten standardisierten Untersuchungsergebnisse einem Benchmarking unterzogen. Im Bereich der Effizienz konnte dabei hinsichtlich des Projekterfolgs festgestellt werden, dass 90 bis 100% der begonnenen Projekte auch abgeschlossen wurden, wobei davon zwischen 90 und 95% als technisch erfolgreich einzustufen waren. Wirtschaftlich erfolgreich war jedoch nur ein Drittel der abgeschlossenen Projekte, wobei die höheren Werte nur bei Unternehmen mit Kundenauftragsentwicklung vorlagen. Die geringe Abbruchquote von Projekten führte somit zu einem erheblichen Anteil von wirtschaftlich nicht erfolgreichen Projekten.

Bei den Unternehmen wurden zwischen 20 und 80 Entwicklungsprojekte parallel bearbeitet, wobei versucht wurde, die Anzahl von Großprojekten pro Mitarbeiter auf zwei zu beschränken. Hinzu kamen jedoch zwischen 1 und 78 weitere kleine Projekte, so dass die Mitarbeiter insgesamt zwischen 3 und 80 Projekten bearbeiteten. Eine mitarbeiterorientierte Segmentierung in Klein- und Großprojekte wurde in keinem der beteiligten Unternehmen verfolgt. Die Entwicklungsbereiche waren zwar in Vorentwicklung- und Serienentwicklung getrennt, es wurden jedoch in allen Unternehmen die Vorentwicklungsressourcen für zeitkritische Serienentwicklungsprojekte genutzt, was zu entsprechenden Verzögerungen der Vorentwicklungsprojekte führte. Ein weiteres Defizit bestand bei allen Unternehmen in dem jeweils unterschiedlichen Kenntnisstand der Mitarbeiter bei themenübergreifenden Projekten.

Ein Hauptproblem aller Unternehmen im Bereich der Effizienz war die Termintreue der Entwicklungsprojekte. Bei den kundengetriebenen Entwicklungsprojekten wurden die Soll-Termine zwar in der Regel erreicht, wobei jedoch meist ein hoher Aufwand erforderlich war, um zwischenzeitliche Terminabweichungen zu kompensieren. Bei kundenanonymen Projekten kam es bei den Unternehmen bei 80% bis 100% der Projekte zu Terminverzug, der häufig auch mit deutlichen Kostenüberschreitungen verbunden war. Diese geringe Termintreue resultierte sowohl aus unrealistischen Planungsvorgaben als auch aus Prioritätenänderungen aufgrund der Marktdynamik. Ein Unternehmen führte keine systematischen Soll-/Ist-Vergleiche der Projekttermine durch. Als Reaktion auf drohende Terminüberschreitungen wurden Ressourcen umgeschichtet, Fremdvergabeanteile erhöht, Spezifikationen geändert, Mitarbeiter zeitlich befristet eingestellt und auch Termine verschoben. Insgesamt zeigten die Audits somit einen hohen Handlungsbedarf bei den beteiligten Unternehmen, der sowohl im Bereich der Effektivität als auch im Bereich der Effizienz der Entwicklungsprozesse vorlag.

Typologisierung von Entwicklungsprozessen

Um die Wirkungen von Methoden und Hilfsmitteln zur Reduzierung der Entwicklungszeiten messen zu können, wurde im Forschungsprojekt PROGRESS zunächst ein Modell zur Erfolgsmessung dieser Maßnahmen erarbeitet. Basis eines solchen Erfolgsmessung bildete zunächst die Abbildung des Ist-Zustandes, der durch die Ermittlung unterschiedlicher Prozessarten und ihrer Durchlauf­zeiten in den Unternehmen im Rahmen der Audits erfolgte, wobei durchschnittlich vier Arten zu unterscheiden waren. Aufgrund der Vielzahl teilweise sehr unterschiedlicher Prozesse wurde eine Prozesstypologisierung durchgeführt. Hierzu wurden, aufbauend auf den Auditergebnissen, die identifizierten Entwicklungsprozesse mit Hilfe eines Prozesstypologisierungsportfolios in vier Typen eingeteilt. Die Differenzierung der einzelnen Prozesstypen erfolgte anhand der Kriterien Kundeneinfluss und technologischer Neuigkeitsgrad (vgl. Abb. 1). Hinsichtlich des Kunden­einflusses wurden die beiden Bereiche kundengetriebene und generische Entwicklung unterschieden, beim technologischen Neuigkeitsgrad erfolgte eine Differenzierung in Produkt- und Technologieentwicklung. Insgesamt konnten vier Prozesstypen unterschieden werden:

· Generische Produktentwicklung

Dieser Entwicklungsprozesstyp ist durch einen geringen Kundeneinfluss bei gleichzeitig geringem technologischen Neuigkeitsgrad charakterisiert und war in zwei der beteiligten Unternehmen vorhanden.

· Kundengetriebene Produktentwicklung

In diesem Fall liegt ein hoher Kundeneinfluss bei geringem technologischen Neuigkeitsgrad vor. Entwicklungsaktivitäten auf Kundenauftrag hin sind meist diesem Typ zuzuordnen, er war in allen beteiligten Unternehmen anzutreffen.

· Generische Technologieentwicklung

Dieser Prozesstyp charakterisiert sich durch einen geringen Kundeneinfluss bei hohem technologischen Neuigkeitsgrad. Er beinhaltet z.B. Forschungsprojekte und Grund­lagen­entwicklungen und war in allen beteiligten Unternehmen vorhanden.

· Kundengetriebene Technologieentwicklung

Dieser Typ ist durch einen hohen Kundeneinfluss bei gleichzeitig hohem technologischen Neuigkeitsgrad charakterisiert, kommt jedoch in der Praxis nur in Ausnahmefällen vor und soll daher im folgenden nicht weiter untersucht werden.

Die Typologisierung der Prozesse stellt die Vergleichbarkeit trotz der unterschiedlichen Prozessarten sicher. Für die einzelnen Prozesstypen werden jeweils eigene Referenzprozessmodelle erarbeitet. Aufbauend auf der erarbeiteten Prozesstypologisierung wird nun ein Modell zur Erfolgsmessung von Methoden und Hilfsmitteln zur Reduzierung von Entwicklungszeiten erarbeitet. Hierdurch soll ein frühzeitiger Soll-/Ist-Vergleich ermöglicht werden, um drohende Abweichungen und Verzögerungen frühzeitig erkennen und Maßnahmen einleiten zu können. Weiterhin soll der Erfolg von Methoden und Hilfsmitteln nachträglich beurteilt werden können. Für die Erfolgsmessung werden geeignete Kennzahlen festgelegt und deren Messung klar definiert.

Vorhersagemodell für Entwicklungszeiten

Aufgrund der rasanten technologischen Entwicklung sind die zukünftigen Entwicklungszeiten nicht aus den aktuellen Entwicklungszeiten direkt ableitbar. So steigt die Komplexität der Entwicklungs­projekte stetig an, was zu tendenziell steigenden Entwicklungszeiten führt. Daher wird im Forschungsprojekt PROGRESS ein Vorhersagemodell für die Zukunftsentwicklung von Entwicklungszeiten erarbeitet. Dieses Vorhersagemodell hat den Anforderungen

• Anpaßbarkeit an veränderte Rahmenbedingungen sowie an branchen- und unternehmensspezifische Erfordernisse,
• Handhabbarkeit durch Konzentration auf die Haupteinflussgrößen und
• Genauigkeit der Ergebnisse

zu genügen. Die Modellanforderung Genauigkeit steht im Gegensatz zu den beiden anderen Anforderungen Anpaßbarkeit und Handhabbarkeit, so dass ein Optimierungsprozess bei der Modellgestaltung erforderlich ist.

Zur Erarbeitung des Vorhersagemodells wurde im auf Basis von theoretischen Vorüberlegungen eine Expertenbefragung in den beteiligten Unternehmen durchgeführt, um die Zeittreiber von Entwicklungsprozessen und deren Einflussgrößen zu identifizieren. Hierbei konnten die acht Zeittreiber Planung, Organisation, die Faktoren Mensch, Technologie, Kunde/Markt, sowie Prozessgestaltung, Lieferant und Methodeneinsatz ermittelt werden, denen insgesamt 50 Einflussgrößen zugrunde liegen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen wurde die Wirkstruktur des Vorhersagemodells für die Entwicklungszeiten in Abhängigkeit der Zeittreiber erarbeitet .

Die Interdependenzen der Zeittreiber wurden ebenfalls in einer Expertenbefragung ermittelt. Hierdurch wird die Eignung des Vorhersagemodells für Sensitivitätsanalysen gewährleistet, die Voraussetzung für die Ermittlung von Ansatzpunkten und zur Verifikation eingeleiteter Maßnahmen zur Entwicklungszeitreduzierung sind. Auf dieser Basis erfolgte eine Extrapolation von Vergangenheitswerten und eine Abschätzung der Zukunftsentwicklung der Einflussgrößen. Weiterhin wurden die Bedeutung der einzelnen Einflussgrößen ermittelt. Auf Basis dieser Daten können die zukünftigen Entwicklungszeiten der beteiligten Unternehmen prognostiziert werden. Hierbei können zum einen unternehmensneutrale Vorhersagen hinsichtlich des allgemeinen Trends der Entwicklungszeiten, zum anderen aber auch die spezifischen Entwicklungszeiten einzelnen Entwicklungsprojekte prognostiziert werden.

Steigerung von Effektivität und Effizienz

Aufbauend auf den erarbeiteten Modelle zur Erfolgsmessung und zur Vorhersage von Entwicklungszeiten werden die ermittelten Defizite in den Entwicklungsbereichen der Unternehmen bearbeitet. Dies geschieht durch die Verbesserung der Effizienz industrieller Entwicklungsprozesse auf der Basis eines ganzheitlichen Systementwurfs. Die erforderliche Reduktion der Anzahl der heute üblichen Entwurfszyklen basiert auf den Prinzipien einer multidisziplinären Entwurfs­optimierung. Dazu muss sowohl die Effizienz als auch die Effektivität des Entwicklungsablaufes erhöht werden. Die angestrebte Verbesserung der Entwicklungseffektivität kann durch eine frühzeitige Fokussierung auf die richtigen Projekte und Lösungen und eine projektbezogenen Ressourcenallokation erreicht werden. Im Hinblick auf die angestrebte Verbesserung der Entwicklungseffizienz ist eine Analyse der in Frage kommenden Entwicklungsprozesse unbedingt notwendig. Die Verbesserung der Effizienz in der Elektronikindustrie bedingt die Einführung von effizienten und schnellen Entwicklungsprozessen. Diese bestehen in der Elektronikindustrie aus zahlreichen verkoppelten Einzelprozessen. Dabei weist das Ablaufmodell des Gesamtprozesses neben der tragenden Kettenstruktur auch Verzweigungen, Rückführungen und Überschneidungen auf. Bisherige Aktivitäten haben sich oftmals auf die Verkürzung der Entwicklungszeiten durch Synchronisation produkt- und prozessdefinierter Tätigkeiten und die Parallelisierung neu abgegrenzter, inhaltlich jedoch kaum veränderter Tätigkeiten konzentriert. Dies wird nicht ausreichen, um die Zeit- und Kostenpotentiale im F&E-Bereich in konkrete Produkterfolge umzusetzen. Hierzu ist eine Neugestaltung der Entwicklungsabläufe mit einem höheren deterministischen Prozessanteil und einer deutlichen Vorverlagerung von Erkenntnisprozessen erforderlich. Durch die Nutzung von Reserven in den einzelnen Prozessphasen können Zeiteinsparungen erzielt werden, die sich aus der Struktur des Gesamtprozesses ergeben. Es wird somit eine Verkürzung der Gesamtdauer bei Erhöhung des Aufwandes sowie des Risikos bei der Annahmeentscheidung erreicht.

Einen wesentlichen Aspekt bildet dabei auch die Erstellung und Erprobung von neuen systemübergreifenden Entwurfsmethoden und werkzeugen. Die Optimierungsverfahren einschließlich Daten, Modellen und Spezifikationen in Verbindung mit der Kriterienentwicklung zur Projektauswahl und der notwendigen Prozessoptimierung werden gleichermaßen in den Vordergrund gestellt. Es wird somit eine deutliche Verkürzung der Gesamtdauer bei vertretbarer Erhöhung des Aufwandes sowie des Risikos erreicht.

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