{"id":94779,"date":"2023-04-15T12:00:00","date_gmt":"2023-04-15T12:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/industry-science.com\/?post_type=article&p=94779"},"modified":"2024-04-23T07:53:21","modified_gmt":"2024-04-23T05:53:21","slug":"integration-of-agile-product-development-and-ecodesign-at-sme","status":"publish","type":"article","link":"https:\/\/industry-science.com\/en\/articles\/integration-of-agile-product-development-and-ecodesign-at-sme\/","title":{"rendered":"Integration of Agile Product Development and Ecodesign at SME"},"content":{"rendered":"\n

Mit der Verabschiedung des Deutschen Ressourceneffizienzprogramms hat die Bundesregierung eindringlich die Notwendigkeit bekr\u00e4ftigt, die Ressourceneffizienz entlang der Wertsch\u00f6pfungskette f\u00fcr eine nachhaltige Gestaltung der Wirtschafts- und Produktionsweisen in Deutschland zu steigern. Hierbei wurde der Beitrag der Ressourceneffizienz zur Erreichung der Klimaschutzziele besonders hervorgehoben.<\/p>\n\n

Neben der Reduktion des Ressourceneinsatzes und von Umweltbelastungen geht es aber auch darum, die Wettbewerbsf\u00e4higkeit des Wirtschaftsstandorts Deutschland zu st\u00e4rken, um Wachstum und Wohlstand nachhaltig zu sichern [1]. Unternehmen sehen sich hierzulande einem zunehmend hohen Zeit- und Kostendruck im internationalen Wettbewerb ausgesetzt. Im Gegensatz zu gro\u00dfen Konzernen sind f\u00fcr Kleinunternehmen, aufgrund der Unternehmensgr\u00f6\u00dfe und der Personalkapazit\u00e4ten, Budget und eigene Expertise f\u00fcr die Umsetzung der politischen und gesellschaftlichen Nachhaltigkeitsforderungen in besonderer Weise begrenzt.<\/p>\n\n

W\u00e4hrend in der \u00d6ffentlichkeit die Forderungen nach kreislauff\u00e4higen und \u00f6kologisch nachhaltigen Produkten immer lauter werden, wollen die Kunden gleichbleibend hohe Qualit\u00e4t zu einem immer g\u00fcnstigeren Preis. Wie also k\u00f6nnen klein- und mittelst\u00e4ndische Unternehmen (KMU) zuk\u00fcnftig in kurzer Zeit nachhaltige Produkt- und Produktionsl\u00f6sungen entwickeln?<\/p>\n\n

Was dem Einzelnen nicht m\u00f6glich ist, das schaffen viele<\/h2>\n\n

Um das Thema nachhaltige Produktentwicklung f\u00fcr sich zu erschlie\u00dfen, sind KMU zun\u00e4chst auf externen Input angewiesen. Das betrifft einerseits die fachliche Expertise in den beeinflussbaren Gestaltungsfeldern (z. B. Werkstofftechnik, Fertigungstechnologie), andererseits die Ermittlung des richtigen Ansatzes f\u00fcr einen gr\u00f6\u00dftm\u00f6glichen Wirkungsgrad der Ma\u00dfnahmen [2]. Hierzu gibt es im EU-Raum auf europ\u00e4ischer und nationaler Ebene konkrete F\u00f6rderinstrumente zur \u00f6ffentlich mitfinanzierten Gestaltung der Produkt- und Prozesstransformation im Kontext Nachhaltigkeit und Ressourceneffizienz. Beispiele f\u00fcr entsprechende Ma\u00dfnahmenpakete im deutschen Raum sind etwa die Bundesf\u00f6rderung f\u00fcr Energie- und Ressourceneffizienz, das BMUV-Umweltinnovationsprogramm oder die Ressourceneffizienzberatung der Effizienz-Agentur NRW auf Landesebene [3].<\/p>\n\n

Als beratende Stellen k\u00f6nnen dabei sowohl Dienstleistungsunternehmen als auch Forschungseinrichtungen t\u00e4tig werden. Ziel der Ma\u00dfnahmen ist es, gerade im Fokus KMU, Unternehmen zur ressourceneffizienten Produkt- und Prozessoptimierung zu bef\u00e4higen. Dabei besteht eine der gr\u00f6\u00dften Herausforderungen darin, dass die \u00d6kobilanzierung selbst zwar bereits ein enormes Expertenwissen erfordert, jedoch aus sich heraus nur ein Analysewerkzeug darstellt und keine direkten Hinweise auf konkrete Verbesserungsma\u00dfnahmen geben kann [4]. Um die Erkenntnisse aus einer \u00d6kobilanzierung in zuk\u00fcnftige Produktentwicklungs- und Produktionsplanungsprozesse zu integrieren, m\u00fcssen die dort ermittelten lebenszyklusbezogenen Kenngr\u00f6\u00dfen in Bezug zu den dom\u00e4nenspezifischen Produkt- und Prozessattributen im Unternehmen gesetzt werden [5].<\/p>\n\n

Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile<\/h2>\n\n

Die potenziell h\u00f6chsten Einflussfaktoren aus einer lebenszyklusbezogenen \u00d6kobilanzierung (engl. \u201eEnvironmental Hotspots\u201c) entstehen durch unternehmens- und produktspezifische Indikatoren (z. B. Ressourcen, Abfall, Substanzen, Fertigungsprozesse, Zukaufteile) [6]. Dabei kann man zwischen direkten Einflussparametern (z. B. Werkstoffmenge), zentralen Einflussknotenpunkten (z. B. bezogener Strommix am Standort) und weniger wirkungsreichen aber sehr sensitiven Einflussknotenpunkten (z. B. Verwendung eines spezifischen Fertigungsverfahrens oder Verzicht) unterscheiden [ebenda]. Im Kontext des Produktlebenszyklus lassen sich diese Indikatoren besonders im Bereich der Produktentwicklung sowie in der Produktionsplanung weiter spezifizieren (Bild 1).<\/p>\n\n

\"Beispiele
Bild 1: Beispiele f\u00fcr spezifizierte Indikatoren im Ecodesign anhand des Produktlebenszyklus und exemplarische Einflussrichtungen.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n

Einerseits beeinflussen vorhergehende Entscheidungen im Produktlebenszyklus die darauf aufbauenden, nachfolgenden Schritte. So f\u00fchrt beispielsweise eine getroffene Werkstoffauswahl in der Konzeptkonstruktion sinnvollerweise zur identischen Werkstoffverwendung in der Gestaltungsphase. <\/p>\n\n

Ebenso leuchtet ein, dass eine Festlegung der Fertigungstechnologie in der Gestaltungsphase (z. B. Oberfl\u00e4chenbearbeitung) die konkrete Maschinenbelegung bei der Herstellung direkt beeinflusst. Bei Produktfamilien und Produktgenerationsentwicklungen kommt es dar\u00fcber hinaus jedoch auch zu einer Einflussnahme sp\u00e4terer Lebenszyklusphasen auf die fr\u00fchen Phasen des nachfolgenden Produktlebenszyklus. So beeinflusst etwa der tats\u00e4chliche Servicebedarf der Kunden die Produktplanung der nachfolgenden Produktgeneration im Bereich Service.<\/p>\n\n

Gleiches gilt auch f\u00fcr den Zusammenhang zwischen geplanter Lebensdauer und tats\u00e4chlicher Nutzungsdauer. In Bezug auf das Ecodesign bedeutet dies, dass neben den Einflussparametern selbst auch die Zusammenh\u00e4nge zwischen den Parametern unterschiedlicher Produktlebensphasen bzw. Prozessphasen Einfluss auf umsetzbare Strategien zur Steigerung der Nachhaltigkeit eines Produkts haben. So bestimmt die Demontierbarkeit eines Produkts beispielsweise nicht nur die Reparierbarkeit innerhalb der geplanten Lebensdauer, sondern auch die nachhaltige Nutzung dar\u00fcber hinaus sowie eine partielle Wiederverwendbarkeit von Komponenten oder Werkstoffen im Sinne der Circular Economy.<\/p>\n\n

Agiles \u00d6kodesign in der Produktentwicklung<\/h2>\n\n

Doch wie kann die Integration von externem Expertenwissen zum Ecodesign im Kontext der begrenzten Ressourcen von KMUs auch auf operativer Ebene effizient und zielgerichtet gelingen? Ein allgemein methodischer Ansatz f\u00fcr die schrittweise, ressourcenschonende L\u00f6sungserarbeitung unter sich ver\u00e4ndernden Randbedingungen sind die sogenannten agilen Entwicklungsmethoden [7].<\/p>\n\n

Innerhalb der verschiedenen konkreten Einzelmethoden (z. B. Design Thinking, SCRUM) gibt es dabei eine Reihe von Rollen und Ereignissen, die der Entwicklungst\u00e4tigkeit einen strukturellen Rahmen geben. F\u00fcr die Integration des agilen \u00d6kodesigns in der Produktentwicklung bei KMUs wird in diesem Beitrag die neue Rolle des \u201eEcodesign Owner\u201c vorgeschlagen. Im hier diskutierten KMU-Kontext f\u00e4llt diese Rolle den anfangs beschriebenen Experten zu.<\/p>\n\n

Obwohl das externe Expertenwissen nicht integrierter Bestandteil des KMU eigenen Entwicklungsprozesses ist, besteht aufgrund der aufgezeigten Wechselwirkungen der Ecodesign-Indikatoren eine Notwendigkeit der kontinuierlichen Wissensintegration \u00fcber den Produktentwicklungsprozess (Bild 1). Je nach Zeitpunkt im Produktentwicklungsprozess und in Abh\u00e4ngigkeit der verwendeten agilen Methoden werden der Rolle \u201eEcodesign Owner\u201c daher verschiedene Aufgabenfelder zugeordnet.<\/p>\n\n

In fr\u00fchen Phasen des Produktentwicklungsprozesses (z. B. Konzeptentwicklung) stellt beispielsweise die Design-Thinking-Methode eine sehr nutzerorientierte, agile Arbeitsmethode dar. Innerhalb des Design-Thinking-Ansatzes kommt der Rolle \u201eEcodesign Owner\u201c die Aufgabe zu, die aus der Empathize und Define Phase abgeleiteten Spezifikationen durch Ecodesign Aspekte (z. B. EU-Vorgaben, Recyclingstrategien, nachhaltige Werkstoffgruppen) zu erweitern.<\/p>\n\n

Nach der Phase der Ideengenerierung (Ideate) m\u00fcssen die L\u00f6sungskonzepte wiederum anhand spezifischer Ecodesign-Indikatoren (z. B. CO2-Footprint eines Produktkonzepts) evaluiert und gegebenenfalls unter der Verwendung spezifischer Ecodesign-Ma\u00dfnahmenkataloge optimiert werden. Durch die strategische Einbindung des externen Expertenwissens kann ein KMU den Ecodesign-Aspekt ohne zus\u00e4tzliche eigene Kapazit\u00e4ten und ohne die strukturelle Ab\u00e4nderung der eigenen agilen Prozesse abbilden (Bild 2).<\/p>\n\n

\"Schematische
Bild 2: Schematische Darstellung des Design-Thinking-Prozesses und der Einflussbereiche des Ecodesign Owners in den fr\u00fchen Produktentwicklungsphasen.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n

Aus den bisherigen Betrachtungen entsteht zun\u00e4chst der Eindruck, die Rolle Ecodesign Owner lie\u00dfe sich ebenso wie andere Spezialisten Disziplinen (z. B. Werkzeugbau) auch durch eine sogenannte Patenschaft eines Mitglieds des agilen Entwicklerteams umsetzen. Dieser allgemeine Ansatz wird auch als \u201eExtended Teams\u201c bezeichnet, bei dem Spezialisten in die Teamarbeit nur zeitweise oder mit geringer Kapazit\u00e4t eingebunden werden k\u00f6nnen [9]. Betrachten wir beispielsweise die bekannteste und verbreitetste agile Methode SCRUM [7], so wird deutlich, dass der Ecodesign Owner mehr als nur eine Spezialistenrolle innerhalb eines Sprints sein muss.<\/p>\n\n

Im SCRUM gibt es neben einem prozessualen Rahmen (z. B. Artefakte, Events) auch definierte Rollen: den Product-Owner, den SCRUM-Master und das Entwicklungsteam [8]. W\u00e4hrend der Ecodesign Owner hier die begleitende Rolle eines Spezialisten w\u00e4hrend der Sprint-Phasen hat, beeinflussen die Ecodesign-Indikatoren zus\u00e4tzlich die Artefakte im Product Backlog und m\u00fcssen vom Entwicklungsteam (Development Team) schon w\u00e4hrend der Sprint-Planungsphase (Sprint Planning) ber\u00fccksichtigt werden. Schlie\u00dflich muss das Sprintergebnis (Potentially Releasable Increment) ebenfalls anhand der Ecodesign-Indikatoren (z. B. CO2-Footprint eines Produktkonzepts) evaluiert werden. Hierzu wird neben der Rolle Ecodesign Owner erg\u00e4nzend das SCRUM spezifische Ereignis \u201eEcodesign Retrospective\u201c vorgeschlagen (Bild 3).<\/p>\n\n

\"Schematische
Bild 3: Schematische Darstellung des SCRUM-Prozesses mit der Einbindung der Rolle Ecodesign Owner.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n

Nachdem die methodischen Ans\u00e4tze zur Integration externen Expertenwissens im Kontext Ecodesign bei KMUs erl\u00e4utert wurden, wird die Methodenanwendung abschlie\u00dfend anhand eines erfolgreichen Praxisbeispiels illustriert.<\/p>\n\n

Erfolgsbeispiel Comfort-Gl\u00e4ttekellen<\/h2>\n\n

Im Rahmen einer von der Effizienzagentur NRW gef\u00f6rderten Ressourceneffizienz Beratungsma\u00dfnahme wurde eine Gl\u00e4ttekelle aus dem Produktportfolio der Firma maurerfreund GmbH mit Sitz in Remscheid analysiert. Die maurerfreund GmbH ist ein mittelst\u00e4ndisches Unternehmen aus der Werkzeugbranche mit rund 30 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von circa 7 Mio. \u20ac. Aus einer betriebsintern initiierten Voruntersuchung zeigte sich ein Einsparpotenzial von rund 13 % des eingesetzten Materials durch eine Optimierung der F\u00fcgetechnologie sowie eine Bauteilreduktion durch konstruktive Ma\u00dfnahmen um ca. 50 %.<\/p>\n\n

Weiterhin wurden ergonomische Verbesserungen der Griffgeometrie und des Handlings der Gl\u00e4ttekelle angestrebt. Durch die kontinuierliche Einbindung eines externen Beraters in Gestalt des Instituts f\u00fcr Produkt-Innovationen der Bergischen Universit\u00e4t Wuppertal konnte die maurerfreund GmbH \u00fcber den gesamten Produktentwicklungsprozess auf eine umfassende Ecodesign-Expertise zur\u00fcckgreifen. So wurden die geeigneten Werkstoffklassen auf Basis einer umfangreichen Werkstoffdatenbank unter Ecodesign-Gesichtspunkten strategisch bewertet und zielgerichtet ausgew\u00e4hlt. Durch eine \u00dcberarbeitung der Baustruktur (z. B. Verzicht auf einen Eisenkern im Griff, Topologie-Optimierung der Griffstruktur) und eine Ecodesign-Optimierung der Fertigungsverfahren (z. B. Verklebung statt Bolzenschwei\u00dfverfahren) konnte dabei nicht nur eine Gewichtsreduzierung von 51 % erzielt werden. <\/p>\n\n

Mittels Betrachtung von Produkt und Produktionsprozessen gleicherma\u00dfen konnte auch die Endmontage um 26 % beschleunigt werden. Im Kontext des Design for Circular Economy wurden zudem Kunststoff- und Metallbauteile \u00f6rtlich separiert und leicht demontierbar gestaltet, sodass eine Wiederverwendung sowie das sortenreine Recycling leicht m\u00f6glich sind. Insgesamt konnten durch Ecodesign-Ma\u00dfnahmen 28 % der Produkt- und Produktionsbezogenen CO2-Emissionen gesenkt werden (Bild 4).<\/p>\n\n

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Bild 4: Zusammenfassung des Projektergebnisses Gl\u00e4ttekelle mit den wesentlichen Ecodesign-Indikatoren.<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n

Durch die intensive Zusammenarbeit zwischen KMU und Ecodesign Owner zeigte sich im Projektverlauf auch ein erster Wissenstransfer in Form von Best-Practice-Ans\u00e4tzen f\u00fcr zuk\u00fcnftige Entwicklungsans\u00e4tze.<\/p>\n\n

Zusammenfassung und Ausblick<\/h2>\n\n

Die Einbindung externen Expertenwissens im Kontext Ecodesign ist f\u00fcr KMUs der Schl\u00fcssel, um das Thema nachhaltige Produktentwicklung zu erschlie\u00dfen. Mithilfe der methodischen Integration der Rolle Ecodesign Owner in agile Produktentwicklungsprozesse wurde in diesem Beitrag eine M\u00f6glichkeit aufgezeigt, wie die anhaltende politische und gesellschaftliche Forderung nach umweltvertr\u00e4glichen Produkten auch mit begrenzten Ressourcen umgesetzt werden kann. Das Institut f\u00fcr Produkt-Innovationen der Bergischen Universit\u00e4t Wuppertal unterst\u00fctzt Unternehmen deutschlandweit bei der Umsetzung von Produktinnovationen im Bereich Ecodesign und bei der Evaluation und Optimierung der Nachhaltigkeit von Produkten und Produktionsprozessen.<\/p>\n\n

Dieser Beitrag entstand im Rahmen des Projekts \u201eGestalt-, Material- und Prozessoptimierung einer neuartigen Kelle\u201c, das vom Land Nordrhein-Westfalen unter Einsatz von Mitteln aus dem Europ\u00e4ischen Fonds f\u00fcr regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 – \u201eInvestitionen in Wachstum und Besch\u00e4ftigung\u201c unter dem F\u00f6rderkennzeichen EFRE-0700169 gef\u00f6rdert wurde.<\/em><\/p>\n

Bibliography <\/h2>[1] Bundesministerium f\u00fcr Umwelt, Naturschutz und nukleare Sicherheit (BMU): Deutsches Ressourceneneffizienzprogramm III – 2020 bis 2023: Programm zur nachhaltigen Nutzung und zum Schutz der nat\u00fcrlichen Ressourcen, Bielefeld 2020.\r
[2] Bey, N.; Hauschild, M.; McAloone, T.: Drivers and Barriers for Implementation of Environmental Strategies in Manufacturing Companies. In: CIRP Annals 62 (1), S. 43-46 (2013).\r
[3] Effizienz-Agentur NRW 2022: Ihre Effizienz im Blick. URL: www.ressourceneffizienz.de\/leistung\/pius-finanzierung, Abrufdatum 22.11.2022.\r
[4] Bonou, A.; Olsen, S.; Hauschild, M.: Introducing Life Cycle Thinking in Product Development. In: CIRP Annals 64 (1), S. 45-48 (2015).\r
[5] Dufrene, M.; Zwolinsky, P.; Brissaud, D.: An Engineering Platform to Support a Practical Integrated Eco-Design Methodology. In: CIRP Annals 62 (1), S. 131-134 (2013).\r
[6] Zwolinsky, P.; Tichkiewitsch, S.: An Agile Model for the Ecodesign of Electric Vehicle Li-ion Batteries. In: CIRP Annals 68, S. 161-164 (2019).\r
[7] Sch\u00f6nebeck, H.: Extended SCRUM Teams. URL: www.co-improve.com\/media\/extended_scrum_ teams.pdf, Abrufdatum 28.11.2022.\r
[8] VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (Hrsg): Agile Entwicklung physischer Produkte: Chancen und Herausforderungen, VDI-Status-Report (2018).\r
[9] Schwaber, K.; Sutherland, J.: The Definitive Guide to Scrum: The Rules of the Game. In: The Scrum Guide (2017).<\/div>

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