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2022 | Buch

Systems Engineering

Verstehen und industriell umsetzen

verfasst von: Iris Gräßler, Christian Oleff

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Über dieses Buch

Wie werden technische Systeme zeitgemäß entwickelt, die in Komplexität und Anspruch alles bisher Dagewesene übertreffen? Darauf gibt Systems Engineering Antworten. Bisherige Beschreibungen sind für den Maschinenbau aber oft schwer greifbar und zu unkonkret.

Dieses Buch bricht den internationalen Stand der Wissenschaft auf das Wesentliche herunter und beschreibt praxisnah die Kernelemente des Systems Engineering. Eine konkrete Schritt-für-Schritt Anleitung ebnet den Weg für den erfolgreichen Transfer aus der klassischen Produktentwicklung hin zum Systems Engineering. Die Inhalte werden grafisch professionell und bewusst lebendig vermittelt. So wird nicht nur ein fundiertes Systems Engineering-Verständnis geschaffen, sondern auch die Basis für Kommunikation und Umsetzung im Unternehmen gelegt.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung in Systems Engineering
Zusammenfassung
Systems Engineering ist aus der industriellen Praxis nicht mehr wegzudenken und wird zukünftig noch weiter an Bedeutung gewinnen. Das Streben nach Zirkularität, eine wachsende Komplexität, disziplinübergreifende Vernetzung und Marktdynamik sind wesentliche Treiber dieser Entwicklung. Die ersten Anwendungen von Systems Engineering können auf den Bau der Pyramiden um 2500 v. Chr. zurückgeführt werden (Hitchins 2007). Spätestens aber im russisch-amerikanischen Wettrennen um die erste Landung auf dem Mond fanden Systems Engineering Prinzipien Anwendung, da Komplexität und Projektdurchführung alles bisher Dagewesene übertrafen (SEBoK Editorial Board 2022; Weilkiens 2014).
Systems Engineering beruht auf systemischem Denken und umfasst eine Methodik für die Entwicklung komplexer technischer Systeme zur Erzielung eines disziplinübergreifenden Optimums innerhalb eines zuvor festgelegten Zeit- und Kostenrahmens (aufbauend auf (Gräßler 2015)). Hierfür werden die Disziplinen modelltechnisch strukturiert und miteinander vernetzt (Gräßler 2015). Mit dem vorliegenden Buch wird der Weg für den Praxistransfer des zunächst abstrakt anmutenden Systems Engineering-Ansatzes in den Maschinenbau geebnet.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Kapitel 2. Voraussetzungen für die industrielle Umsetzung
Zusammenfassung
Systems Engineering ist für Anwender oftmals schwer greifbar und es fällt ihnen schwer, einen ersten Ansatz zur industriellen Umsetzung zu finden. Ein Zipfel am Ende des Taschentuchs sind die drei Befähiger (engl.: „enabler“) Tailoring, Methoden und Modellbildung. Ausgehend von den industriellen Erfordernissen greift der erste Befähiger „Tailoring“ das individuelle Maßschneidern von Systems Engineering auf. Der zweite Befähiger „Methoden“ beinhaltet bewährte Vorgehensmuster zur Problemlösung. Der dritte Befähiger „Modellbildung“ umfasst die Beherrschung von Systemkomplexität durch Erstellung und Analyse von Modellen entlang des gesamten Systemlebenszyklus. Ergänzend wird die Modellierung und Analyse von Wirkketten behandelt, die einen pragmatischen und zertifizierungskonformen Direkteinstieg in die Modellbildung bietet. Die Wirkkettenanalyse stellt einen wichtigen Schritt auf dem Weg zur industriellen Umsetzung von Systems Engineering dar. Die Befähiger ermöglichen es der Leserin und dem Leser, die nachfolgenden Kapitelinhalte anwendungsorientiert zu reflektieren und parallel zur Buchlektüre bereits erste Schritte in der Praxis zu unternehmen.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Kapitel 3. Kernelement Systemdenken – Ganzheitlich denken und handeln
Zusammenfassung
Systemdenken ist der Ursprung des Systems Engineering und steht für ganzheitliches Denken und Handeln in der Systementwicklung (Anderson und Johnson, 2007; Arnold und Wade, 2015). In Ergänzung zum analytischen Denken hilft es, die Funktionsweise komplexer Systeme besser zu verstehen. Damit können anspruchsvolle Aufgaben gelöst und Entscheidungen einfacher getroffen werden.
Für uns Menschen ist es herausfordernd, Komplexität anzuerkennen, ganzheitlich zu erfassen und zu beherrschen. Gelingen kann dies nur, wenn wir den Sachverhalt systematisch durchdenken. Beim Systemdenken werden Ziele und Dimensionen des Denkens verfolgt. Die Ziele umfassen Systemintegrität und Lebenszyklusgerechtheit. Unter Systemintegrität wird die Balance aus geschäftlichen, finanziellen und technischen Aspekten verstanden (Walden et al., 2015). Lebenszyklusgerechtheit beschreibt die Berücksichtigung aller Systemlebenszyklusphasen in der Systementwicklung. Die Dimensionen des Systemdenkens erstrecken sich über die Systemabgrenzung, das Erkennen von Zusammenhängen und Wechselwirkungen sowie die bewusste Wahl von Systemsichten und Perspektiven.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Kapitel 4. Kernelement Entwicklungsmethodik – Systeme sachlogisch vernetzt entwickeln
Zusammenfassung
Komplexe Systeme erfolgreich zu entwickeln erfordert ein systematisches und auf den Anwendungsfall abgestimmtes Vorgehen. Dabei unterstützt die Systems Engineering Entwicklungsmethodik, das zweite Kernelement des Systems Engineering. Die Entwicklungsmethodik wird durch die Prozesslandschaft und das V-Modell aufgespannt. Die Prozesslandschaft basiert auf dem INCOSE-Standard (Walden et al. 2015) sowie der zugrundeliegenden Norm ISO/IEC/IEEE 15288:2015 und besteht aus 30 Prozessbeschreibungen. Die Prozesse reichen von technischen Aufgaben wie Architekturdefinition über Aufgaben des technischen Managements wie Risikomanagement bis hin zu organisatorischen Aufgaben, z. B. Personalmanagement. Wann und in welchem Umfang die einzelnen Prozesse erforderlich sind, ist vom Anwendungsfall abhängig (Tailoring).
Unterstützt werden die Anwender durch das V-Modell. Das V-Modell ist eine Denkstruktur, welche die Entwicklungsaufgaben in einen sachlogischen Zusammenhang bringt. Entlang des V-Modells werden zentrale Prinzipien des Systems Engineering unmittelbar in das individuelle Entwicklungsvorgehen integriert. Beispiele sind eine ausgeprägte Anforderungsentwicklung, die Dekomposition und Integration des Systems sowie die regelmäßige Verifikation und Validierung.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Kapitel 5. Kernelement Systems Engineer – Rollen und Verantwortlichkeiten
Zusammenfassung
Die tatsächliche Umsetzung des Systems Engineering obliegt den an der Entwicklung beteiligten Personen. Daher wird in diesem Kapitel das dritte Kernelement des Systems Engineering beschrieben: der Systems Engineer (m/w/d). Der Systems Engineer verantwortet die Systems Engineering Umsetzung und bearbeitet die dafür erforderlichen Aufgaben. Da das große Spektrum an Verantwortlichkeiten und Aufgaben nicht von einer einzigen Person bewältigt werden kann, werden die Systems Engineering Rollen auf mehrere Schultern verteilt. Jede verteilte Rolle trägt dazu bei, Systems Engineering in die industrielle Praxis zu bringen.
Das im Folgenden erläuterte Rollenmodell umfasst eine vollständige Übersicht über die Aufgaben und Verantwortlichkeiten im Systems Engineering und dient als Referenz für die bedarfsgerechte Zuordnung von Rollen innerhalb der Unternehmensorganisation. Damit ist das Rollenmodell des Systems Engineers der Schlüssel für die organisatorische SE-Befähigung eines Unternehmens und seiner Entwicklungsteams.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Kapitel 6. Der Praxistransfer – Systems Engineering einführen
Zusammenfassung
Mit Systems Engineering lassen sich umfassende und nachhaltige Leistungssteigerungen erschließen. Voraussetzung dafür ist, dass sich das Unternehmen organisatorisch, strukturell und im Hinblick auf die Mitarbeiterkompetenzen darauf einstellt. Zur Schaffung dieser Voraussetzungen ist ein organisationaler Veränderungsprozess erforderlich. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter müssen für die erforderlichen Veränderungen gewonnen und begeistert werden. Am nachhaltigsten überzeugen erfolgreiche Pilotanwendungen.
Erste Schritte werden durch die drei Befähiger Tailoring, Methoden und Modellbildung ermöglicht (Kapitel 2). Damit der Praxistransfer gelingt, müssen die Kernelemente Systemdenken, Entwicklungsmethodik und Systems Engineer im Unternehmen eingeführt werden (Kapitel 3-5). Als Grundlage für einen erfolgreichen Praxistransfer wird in diesem Kapitel der Veränderungsprozess erläutert und ein Referenzprozess vorgestellt, der Schritt-für-Schritt die Einführung anhand von Umsetzungsbeispielen aus der Praxis erläutert.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Kapitel 7. Zusammenfassung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden die im Buch gegebenen Antworten auf die Frage zusammengefasst, wie technische Systeme, die in Komplexität und Anspruch alles bisher Dagewesene übertreffen, zeitgemäß entwickelt werden. Allen an der Entwicklung mechatronischer und cyber-physischer Systeme Beteiligen wird Systems Engineering wissenschaftlich fundiert, anwendungsnah und kompakt vermittelt. Die Inhalte werden grafisch professionell und bewusst lebendig dargestellt. Ausführungen werden durch konkrete Produkt- und Umsetzungsbeispiele angereichert, um die unmittelbare Übertragbarkeit des Wissens in die praktische Anwendung zu erleichtern. So wird bei Jedem - egal ob mit oder ohne Systems Engineering Vorerfahrungen - ein grundlegendes Verständnis für den Gesamtansatz geschaffen. Durch die schwungvolle Vermittlung der Inhalte wird gleichzeitig die Basis für Kommunikation und Umsetzung im Unternehmen gelegt.
Iris Gräßler, Christian Oleff
Backmatter
Metadaten
Titel
Systems Engineering
verfasst von
Iris Gräßler
Christian Oleff
Copyright-Jahr
2022
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-64517-8
Print ISBN
978-3-662-64516-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-64517-8

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