Industrie 4.0 und Agile Produktentwicklung

Die  vierte industrielle Revolution  verspricht die Warenproduktion durch kognitive Automation grundsätzlich und nachhaltig zu verändern. Viele Unternehmen sind durch diesen Wandel überfordert und orientierungslos. Agile Methoden helfen weiter.

Die Initiative Industrie 4.0 ist ein Ergebnis der Forschungsunion Wirtschaft-Wissenschaft der Bundesregierung Deutschland und wurde bereits zur Hannover Messe 2011 einer breiteren Öffentlichkeit vorgestellt. Gemeint ist, dass nach Mechanisierung, Serienfertigung und Automation nun mit Hilfe  künstlicher Intelligenz, Selbstoptimierung  und echtzeitfähiger, globaler Vernetzung eine vierte Revolution der Produktionstechnologie eingetreten ist. Diese betrifft alle produzierenden Unternehmen und die damit verkettete Dienstleistungsindustrie.

Bereits 2014 wurde in einer Umfrage des Verbandes der deutschen Internetwirtschaft festgestellt, dass „viele Unternehmen mit Industrie 4.0 schlichtweg überfordert und orientierungslos sind“. Wir sind bereits mitten in diesem Prozess , der auch alle Branchen betrifft, so dass neue Lösungsansätze dringend gefragt sind, um nicht den Anschluss an den Wettbewerb zu verlieren.

Paradigma des Prozessmanagements

In den vergangenen Jahren wurde in vielen erfolgreichen Unternehmen ein hoher Reifegrad im Prozess- und Projektmanagement erreicht, der zu einer deutlich spürbaren Verbesserung von Produktqualität, Profitabilität und Durchlaufzeit geführt hat. Das Paradigma eines Prozesses ist jedoch die Wiederholbarkeit. Diese Erfolge wurden ermöglicht indem Ist-Prozesse erfasst und anschließend reproduzierbar optimiert wurden. Branchenspezifische Best-Practices wurden implementiert und ließen ein Benchmark innerhalb der Mitbewerber zu. Im Bereich der Produktentwicklung betreten wir aber gerade in Zeiten grosser technologischer Veränderungen ständig Neuland, eine Wiederholbarkeit ist gerade nicht gegeben. Natürlich sollten auch Prozesse periodisch in einem Deming-Zyklus (plan-do-check-act) an veränderte Randbedingungen angepasst werden. Dies geschieht aber in der Praxis häufig zu selten (3 – 5 Jahre), um den  Markt- und Technologieveränderungen noch folgen zu können und kann daher zu einem irreversiblen Verlust von Marktanteilen führen. Weiterhin tendieren viele Organisationen zu der Trägheit, einen einmal etablierten Prozess nicht mehr in Frage zu stellen.

Der Wissenschaftshistoriker Thomas Kuhn bemerkte, dass die Verfechter obsoleter Paradigma nicht überzeugt werden sondern aussterben. Das geschieht auch mit Unternehmen deren Produkte in Kosten, Funktion oder Gebrauchswert nicht mehr den veränderten Marktanforderungen genügen. Dies wurde gerade im Hochtechnologiebereich durch das Verschwinden ehemaliger Marktführer in den letzten Jahren eindrucksvoll aufgezeigt.

Die genannte Überforderung hat Ihre Ursachen auch in der weiter zunehmenden technischen Komplexität der Produkte, wobei natürlich genau die Beherrschung derselben einen guten Teil des Markterfolges ausmacht. Auf der Kunden- und Anwenderseite wird diese Komplexität erfolgreich maskiert, zum Beispiel  im Fahrbahnassistenten oder im Smartphone, und führt so zur größtmöglichen Nutzerfreundlichkeit.   Es verbleibt aber das Entwicklungsteam, das die Vielzahl und Vielfalt der unterschiedlichen Subsysteme und deren gegenseitige Abhängigkeiten zunächst verstehen und dann gestalten muss, um ein gutes Produkt marktfähig zu machen. Weiterhin ist bei langlebigen Investitionsgütern eine kontinuierliche Produktpflege bis zum End-of-Life erforderlich. Die Anzahl der gegenseitigen Abhängigkeiten steigt exponentiell mit der Anzahl der Subsysteme an, was die Beherrschung der Komplexität schwierig, aber nicht unlösbar macht. In der Praxis können jedoch tradierte Prozessmodelle genau diese Komplexität nicht mehr abbilden und führen so zur Überforderung der Wahrnehmung und zur Unterperformanz der Organisation.

Vielfach werden in den Entwicklungsabteilungen der produzierenden Industrie immer noch lineare und sequenzielle Prozessmodelle verwendet. Zwar versucht man Aufgaben so weit wie möglich zu parallelisieren (Concurrent Engineering), das Paradigma bleibt aber eine möglichst zu hundert Prozent  vollständige Produktbeschreibung beim Entwicklungsstart, aus der eine ebenso vollständige Kosten und Terminplanung resultieren soll. Das gelingt oft erstaunlich gut, mit zunehmender Produktkomplexität aber immer weniger, wie die zum Teil jahrelangen Verzögerungen bei großen Technologieprojekten zeigen, z.B. im Flugzeugbau oder bei der Mauterfassung. Dieses Wasserfallmodell wird heute ergänzt durch korrespondierende Prozesse zur Validierung, Verifizierung  und Qualitätsverbesserung (V-Modell), was aber nicht das grundlegende Dilemma löst.

Agile Produktentwicklung

Agile Entwicklungsmethoden sind dort entstanden, wo die Not und Komplexität am größten war. Große Software-Entwicklungsprojekte wurden überdurchschnittlich oft abgebrochen oder deutlich über der ursprünglichen Kosten- und Zeitplanung abgeschlossen (s. CHAOS-Studie der Standish-Group). Diese Situation hat sich durch die Einführung Agiler Entwicklungsmethoden etwa seit  dem Jahr 2000 deutlich verbessert, was den Management-Autor Steve Denning  noch 2012 zu der Aussage bewog: „Agile Entwicklung ist das am besten gehütete Management Geheimnis des Planeten“. Bis heute ist nun ein ganzer Baukasten Agiler Methoden entstanden, vom eigentlichen Agilen Entwicklungsprozess über Agiles Projekt- und Produktmanagement, bis zum Agilen Vertragsmanagement. Zwischenzeitlich ist die Agile Methode zum erfolgreichen Standard der großen Software- und Systemhäuser geworden, da sie nachweisbare und reproduzierbare Erfolge zeigt.

Der Agile Wertekanon

Nicht erstaunlich bauen Agile Methoden auf einem neuen Wertekanon auf und betonen die soziale Dimension der Zusammenarbeit im Entwicklungsteam, sowie  mit dem Kunden und mit allen anderen Stakeholdern im Unternehmen. Das 2001 formulierte Agile Manifest  baut auf folgenden vier Grundprinzipien auf:

  • Menschen und Interaktionen sind wichtiger als Prozesse und Werkzeuge
  • Funktionierende Produkte sind wichtiger als umfassende Dokumentation
  • Zusammenarbeit mit dem Kunden ist wichtiger als die ursprünglich formulierten Leistungsbeschreibungen
  • Eingehen auf Veränderungen ist wichtiger als Festhalten an einem Plan

Dieser Wertekanon ist von der Softwareentwicklung ohne Einschränkung auf die Entwicklung komplexer technischer Produkte oder Systeme übertragbar. Allerdings erfordert die Implementierung in vielen Organisationen häufig einen hohen Änderungsdruck im Management.

Agile Methoden sparen Zeit und Kosten

Neben dem Agilen Wertekanon gibt es einen inzwischen wohlgefüllten Agilen Methodenbaukasten. Einige der zugrundeliegenden Methoden sind:

  • AIterative und inkrementelle Entwicklung in festgelegten Zyklen (z.B. 4 Wochen)
  • Lieferung eines Teilprodukts oder Produktinkrements nach jedem Zyklus
  • Feedback und Korrektur nach jedem Zyklus
  • Iterative Änderung und Detaillierung der Produkt-Anforderungen nach jedem Zyklus
  • Fixiertes Budget und Ressourcen bei variabler Funktionalität
  • Tägliche Abstimmung des Entwicklungsteams, auch mit den Stakeholdern

Dies ist zunächst nicht ohne weiteres auf physische Produkte oder Systeme übertragbar, da zu Fertigungsbeginn das komplette Produkt definiert sein muss und häufig lange Vorlaufzeiten für die Beschaffung von Werkzeugen und Fertigungseinrichtungen beachtet werden müssen.  Jedoch lässt sich mit einer geeigneten Taktung und Synchronisation der noch nicht fertigbaren Teilergebnisse derselbe Effekt erreichen. Die komplexe Entwicklungsaufgabe kann in weniger komplexe und damit überschaubare Teilaufgaben zerlegt werden. Die Projektplanung benötigt nicht schon vor dem Projektstart eine zu hundert Prozent detaillierte Anforderungsliste, sondern diese kann projektbegleitend den sich ändernden Anforderungen des Marktes oder der Technik iterativ angepasst werden. Wesentlich ist auch die veränderte soziale Interaktion innerhalb eines Entwicklungsteams und mit den unterschiedlichen Funktionsbereichen.  Agile Methoden führen zu einer deutlichen Erhöhung der Mitarbeitermotivation in der Produktentwicklung und zu kürzeren Entwicklungszeiten für komplexe Produkte, die besser die Marktanforderungen erfüllen.

<Abbildung 1: Agiler Entwicklungsprozess; Quelle:Engineering-Consult Dr. Richter>

Nur mit Agiler Entwicklung wird Industrie 4.0 zum Erfolg

Orientierungslosigkeit entsteht, wenn sich zu viele Marktbedingungen zu schnell verändern. Im Falle von Industrie 4.0  sind dies der rapide technologische Wandel im Bereich IT und Automation, sowie die weiter exponentiell wachsende Vernetzung von Menschen und Maschinen durch das immer leistungsfähigere Internet. Das bietet für Agile Unternehmen große Marktchancen. Erfolgreich wird ab nur sein, wer flexibel  konfigurierbare und modulare Produkte mit sehr kurzen Entwicklungszeiten anbieten kann. Traditionelle Prozessansätze führen häufig nicht zu den erforderlichen Durchlaufzeiten vom Konzept bis zur Markteinführung. Agile Methoden helfen weiter.