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Return on Engineering –Agile Rahmen für die Hardware-EntwicklungMarc Dörfer20. April 2020
Nicht schon wieder Scrum…
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Empirische Prozesssteuerung: Entscheidung anhand von Erfahrungen Iteratives Vorgehen, inkrementelle EntwicklungViele formalisierte Elemente statt eines festen Prozesses+ Ereignisse (Sprint, Sprint
Planning, Daily Scrum, Sprint Review, Sprint Retrospektive)
+ Artefakte (ProductBacklog, Sprint Backlog, Definition of Done)
Agile Methoden nehmen zunehmen Einfluss
Historischer Ablauf
1. Verschiedene „leichtgewichtige“ Methoden zur Softwareentwicklung in der Praxis entwickelt
2. 2. Treffen von 17 Methoden-Entwickler & Interessierten ◦„Agile Allianz“ gebildet ◦ „Agiles Manifest“ erarbeitet (Werte, gemeinsame Prinzipien)
3. 3. Anpassungen alter Frameworks an neue Erkenntnisse Entwicklung neuer Frameworks (z.T. mit beabsichtigten Abweichungen vom agilen Manifest)
Frameworks
Prinzipien+ Auf selbstorganisierte Teams vertrauen+ Zusammenarbeit von motivierten
Fachexperten & Entwicklern in konstanter Intensität
+ Informationsaustausch durch persönliche Gespräche
+ Funktionierende Software in kurzen Zyklen herausgeben
+ Offenheit für Anforderungsänderungen + Technisch einfache & exzellente Lösungen
anstreben + Regelmäßige Reflexion & Verhalten
anpassen
Eigenschaften Annahmen+ Anforderungen & Vorgaben
sind anfangs unvollständig/unklar oder ändern sich während des Projekts
Methoden & Elemente+ Iteratives Vorgehen bei
allen Aufgaben, inkrementelle Entwicklung
+ Regelmäßige Reflexion+ Frühes Implementieren &
Release+ Regelmäßiges Testen
während der Entwicklung
Vorteile+ frühe(r) Nutzen/Erfolgserlebnisse durch
Produktinkremente & Anforderungspriorisierung+ vollständiger Projektabbruch + Neustart bei stark
veränderter Zielsetzung nicht unbedingt nötig+ Kein Totalverlust bisheriger Investitionen+ stärkere Einbeziehung von Kunden und ggf.
Anwender kann Akzeptanz bei Einführung steigern
Scrum Formelle Kommunikation zur Strukturierung + informelle Kommunikation (kreativer, schneller)Qualitätsanspruch soll steigen, nie sinken (bei Überschätzung: Leistungs-/Arbeitsumfang senken)
Rollen
Scrum Master („Coach“): + Idee von Scrum vermitteln+ Einhaltung von Theorie, Praktiken, Regeln durchsetzen+ Kommunikation mit Außenstehenden effizient
gestalten
Product Owner (einzelne Person):+ Nutzen der Arbeit und des Produkts maximieren+ Product Backlog (Aufgaben, Funktionsanforderungen)
managen alleinverantwortlich!+ Verständlich, transparent, sinnvoll sortiert/priorisiert
steuert als einziger Arbeit des Teams
ProjektablaufMehrere Iterationen = „Sprints“ (maximal 1 Monat) Definierter LeistungsumfangPotenziell auslieferbares Produkt-Inkrement als Ziel
1. Sprint Planning (max. 8 Std.) Sprint Backlog anlegen+ Was wird im Inkrement umgesetzt?+ Verständnis über Arbeitsinhalte erarbeiten+ Sprint-Ziel formulieren: Zweck des Inkrements+ Wie wird das Ziel erreicht? (nur
Entwicklungsteam)+ Arbeiten der ersten Tage in kleine Einheiten
zerlegen
2. Daily Scrums – nur Entwicklungsteam (bis zu 15 Min.)+ Überprüft Arbeit seit letztem Daily Scrum+ Prognostiziert Ergebnisse bis zum nächsten Daily Scrum+ Identifiziert ggf. Hindernisse+ Informelle Treffen für detaillierte Diskussionen und Umplanungen im
Anschluss
3. Sprint Review – mit Stakeholdern (max. 4 Std.)+ Vorführung des Inkrements + Fragen beantworten (Feedbackmöglichkeit)+ Ggf. Probleme inkl. Lösung schildern+ Anpassung des Product Backlogs, neue Prioritäten+ Aktualisierung der Prognose zur Fertigstellung
4. Sprint Retrospektive (max. 3 Std.)+ Einsatz der Beteiligten, Beziehungen, Prozesse & Werkzeuge überprüfe+ Erfolge & mögliche Verbesserungen identifizieren+ Verbesserung von Arbeitsweise & Produktqualität planen
Grenzen des EinsatzgebietsStabile & vollständige Anforderung: geringe/keine Vorteile Räumliche Nähe der Entwickler notwendig (globale Forscherteams? Open Source Projekte?)Akzeptanz veränderlicher Kundenanforderungen Konfliktpotenzial Angebote mit Festpreis schwierig:+ Aufgrund von Anforderungsänderungen sind Preis / Gesamtdauer anfangs u.U. nicht abschätzbar+ (XP Empfehlung: Pay-per-Use)
Entwicklungsteam (interdisziplinäres Team):+ Erstellen Produkt(inkremente)+ Keine weitere Unterteilung / Hierarchie+ Gemeinsam für Umsetzung verantwortlich (auch außerhalb des
individuellen Spezialgebiets)
Vorgehensmodelle vor agiler Produktentwicklung: Wasserfallmodelle + V-Modell
(ursprüngliche Variante)
+ Unified Process
+ Spiralmodell
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Herausforderungen in der Entwicklung von Hardware
Checkliste Software-Entwicklung
RedBull
Computer
Checkliste Hardware-Entwicklung
DesignersEngineers TechniciansInvestors IT Specialists
Prototype ProductionMachines for Prototyping Homologation
Certificates Pre-series ProductionSeries Model Development
Production FacilitiesDistribution Supplier ManagementPizza
Garage
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Was es zur erfolgreichen Hardware-Entwicklung braucht
…ein sicherer Platz, um sich zu entwickeln
Zuhause
…die dich bei Allem unterstützen
Eltern
…zu denen du aufschauen kannst
Geschwister
…mit den nötigen finanziellen Ressourcen
Reicher Onkel
… ein großes Unterstützer-Netzwerk
Freunde und Partner
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Und wenn dann alle glücklich beisammen sind…
Schnelle Generierung von Kundennutzen durch die „Return on Engineering“-Methodik!
2011 2013
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Success Story: Agile Entwicklung bei StreetScooter
2010
2011
2012
2013
2018
2015
2016
2017
2014
SOP
Produktion von
Work XL
Streetscooter
geht nach
Japan
2019
Über 7.500 Fahrzeuge im
Einsatz auf deutschen
Straßen.
StreetScooter Produktion in
Aachen und Düren mit
20.000 Stück pro Jahr
SOP der
Serien-
produktion
Gründung der
StreetScooter
GmbH
Aufbau eines
Partner-
netzwerks
200
Fahrzeuge in
Betrieb
Kleinserien-
fertigung (20
Fahrzeuge in
Betrieb)
Beginn der
Vorserien-
produktion
Produktion von
20.000
Fahrzeugen
pro Jahr
Erster
Prototyp auf
der IAA in
Frankfurt
Bis zu 90%
entwickelte
Produkt-
plattform
Präsentation des
StreetScooter
Work auf der IAA
in Hannover
Übernahme
durch
Deutsche
Post DHL
Betrieb des
Innovationspark
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Success Story: Agile Entwicklung bei StreetScooter
Ausgehend vom weißen Blatt Papier in …
▪ unter 2 Jahre von der Unternehmens-gründung bis Präsentation des 1. Prototypen!
▪ unter 2 Jahre von der Präsentation des 1. Prototypen bis zur 1. Kleinserienfertigung!
…mit hunderten Iterationsschleifen dazwischen.
2010
2011
2012
2013 2015
2014
SOP der
Serien-
produktion
Gründung der
StreetScooter
GmbH
Aufbau eines
Partner-
netzwerks
200
Fahrzeuge in
Betrieb
Kleinserien-
fertigung (20
Fahrzeuge in
Betrieb)
Erster
Prototyp auf
der IAA in
Frankfurt
Bis zu 90%
entwickelte
Produkt-
plattform
Präsentation des
StreetScooter
Work auf der IAA
in Hannover
Übernahme
durch
Deutsche
Post DHL
Betrieb des
Innovationspark
Return on Engineering
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Reduktion der Industrialisierungskosten durch RoE
10.000Stück
100.000 Stück
Zie
lko
sten
Anzahl
Kosten
10.000Stück
100.000 Stück
Zie
lko
sten
Anzahl
Kosten Kosten
10.000Stück
100.000 Stück
Zie
lko
sten
Anzahl
Ziel: Reduzierung der Entwicklungskosten um 50% und der Innovationskosten um 90%
Return on Engineering: ROE = t/2 + I/10
SkaleneffekteLerneffekte und
Steigerung der ProduktivitätReduktion
der Innovationskosten
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3 Komponenten des Return on Engineering Frameworks
Organisatorische Struktur
Disruptive Network Approach (DNA)
DezentraleNetzwerkstruktur
Betriebsstruktur
LearnovationalSystem
Parallelisierung von Entwicklung & Wissenserweiterung
Kundenbeziehung
CustomerEngineering
Einbindung des Kunden in die Entwicklung
Erster Primotyp desStreetScooter Work
Optimierter Innenraum desStreetScooter Work
Fahrzeugentwicklung mit über 80gleichberechtigten Unternehmen
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20
10
26
Früh scheitern, um schnell erfolgreich zu sein
Learnovational System: Hardware Engineering
Erste Erfahrungen mit dem Aufbau von Prototypen: Die Marshmallow-Turm-Challenge
Zeit
Zeit
Anzahl der Prototypen
1
1 2 3 4 5
KindergartenDurchschnitt BusinessStudenten
-62%
Erste Primotypen sind schnell aufgebaut, Verbesserungen sind iterativ enthalten
2. Konstruktion
4. Topologieoptimierung
1. Idee
3. Aufbau Primotyp
Ergebnis nach IterationGewicht: -9%Biegevorgang: -46%Schweißzeit: -92%
Höhe des Turms [Zoll]
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Hochiterative Entwicklung mit schneller Erprobung
Learnovational System: Primotypen
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Einbindung des gesamten Unternehmens
Learnovational System: Kulturwandel
UnternehmensweiteImplementierung eines
agilen Gesamtkonzeptes
Kulturwandel
Anwendung spezifischer Methoden
Punktuelle Verbesserung
…
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Vom Konsumieren zur Teilnahme
Customer Engineering: Einbeziehung des Kunden
Kunden-anforderungen
Offenes Interface
Individuale Produktion
Abgedeckt durch das Basisprodukt Spezialwünsche
%
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Kundenintegration über den gesamten Prozess
Termingeschätzt
Kostengeschätzt
Lastenheftfix
Terminfix
Kostenfix
SpezifikationVariable
Kunden-Integration
Kunden-Integration
t t
Customer Engineering: Einbeziehung des Kunden
Klassische Entwicklung: Lastenheft-getrieben Agile Entwicklung: Annahmen-getrieben
Lastenheft fix Beginn Individualisierung
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Push vs. Pull: Dezentrale Steuerung der Supply Chain
Legend: OEM = Original Equipment Manufacturer
Disruptive Network Approach : Dezentrale Netzwerkstruktur
OEM
Lieferant
Konzept System Design Test
Detail-Design
Spezifikation Lösung
OEM
Lieferant
Konzept System Test
Technologie
Nutzung existie-render Lösungen
Industrialisierungsprozess Heute Industrialisierungsprozess Zukunft
Integration der Tier-Supplier steigt weiter: „Tier 0.5“
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Produktentwicklung wird zur Lösungsintegration
Asynchron-motor Var. 1
Range Extender
A 12
B 14
C 16Pro
du
kte
Mo
du
le
Mehrmotoren-antrieb
Asynchron-motor Var. 2
2010 2011 2012 2013 2014 2015
Homologierte Produkte
Technologieplattform seriennaher Module
Homologation und Integration
Disruptive Network Approach : Beispiel StreetScooter
Hoher Kundennutzen → Qualitätsführer
Geringerem Kundennutzen → Kosten-Performer
Rahmenwerke& Ecosysteme
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Langfristige Erfolge für den agilen Ansatz
Reife
Entwicklungsdauer
Reife Serienprodukt
1
2
3
m
Produktentwicklungsprozess
Disruptive Network Approach : Involvierung der in- und externen Beschaffungsprozesse
Beauftragungsprozesse
Artifacts
Methodisch
Beauftragungsprozesse
QG
Entwicklungsstruktur
SerienKonzept Design Prototyp Vorserien QG4QG3QG2QG1
Scrum
Projekt-Rahmenwerk
Return on Engineering
EntwicklungsansatzOrganisatorische Struktur
Disruptive Network Approach (DNA)
Betriebsstruktur
LearnovationalSystem
Kundenbeziehung
CustomerEngineering
Product Backlog Sprint BacklogSprint Planung Sprint Task Board
Beauftragung Agile Beauftragung
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ProjektErgebnis
Sp
rin
t 2
Wei
tere
Sp
rin
ts
Sp
rin
t 1
Referenz Projekt Framework
PEM Weg zur Zielerreichung
Beauftragung Agile Beauftragung
Sprint-Ticket-System
Kriterium 2 Kriterium 3Kriterium 1
51 2 3 4
DefinitionErgebnisbaustein
Agile Bearbeitung
Artifacts
Sprint5-20 days
ScrumTeams
Sprint of
sprints
VISIONPRODUCT BACKLOG
SPRINT BACKLOG
PRODUCT INCREMENT
ChiefProductOwner
Scrum Master
Sprint Integrator
Scrum Master
Support
Campus Sprint*
Product Owner
Rollen durch PEM
Ggf. weitere Partner
Weitere externe
Projektteams
Deliverables 1 Deliverables 2 Deliverables n
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Referenz Kooperation Framework
“Vor-“ Kooperation-Einzelprojekte-
Kooperationspartner-Projektlandschaften-
Strategische Kooperation-Projektprofilierung-
Schaffung einer Plattform zur gemeinsamen Bearbeitung von
Projektlandschaften
Aufbrechen des „Silo-Denkens“ durch Profilierung
der Projektlandschaften
Planung von Produktions-
systemen
Kreation Digital Services
Anforderungs-Engineering zur
Prozess-optimierung
Integrierte Produkt- und Produktions-entwicklung
Verbindung zu Studenten mit
Ideen-wettbewerben
Techathon
Workforce Training
Campus Sprints
Übergang in agiles Arbeiten
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PEM Netzwerk
PEM X
Bu
sin
ess
So
luti
on
sB
usi
nes
s U
nit
s
PE
M M
oti
on
E-Components E-Logistic Investment & Consulting
PEM International
ScaleNew venturesCompany scaling
Innovate
ServicesNetworkingTraining
Alternative Energy (AE) Driven Solutions GmbH
Batterie Testing
Batterie Produktion
e.GO Mobile AG (Exit in 07/2019)
uze! Mobility GmbH
Velocity Mobility GmbH
Droid Drive GmbH
5P Capital GmbH
PEM Academy
StreetScooter Research GmbH (Exit in 07/2019)
PEM Mexico S.A. de C.V.
PEM Motion USA Inc.
PEM China (Gründung in Planung)
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Anwendungsbeispiel: California Mobility Center
California Mobility Center
Become the leading global innovation center for future mobility
CMC workforce developmentResearch and public network Industry and testing network
Digital services
Hardware services
Market entry services
Innovation services
Certification services
Policy / regulation
support
Prototyping, small
and pre-series
productionGrant support
Market launch
support
Business model
development
Technical test
equipment
Linking companies,
investors, partners
Providing CMC
certification and
own standards
Workforce training
Engineering support
Software
development
Technical consulting
support
Data driven
innovation
Concept
development
Simulation tests
Software in the
loop testing
Digital concepts
Lab and field test
execution
Use case testing
Training and workforce
services
Legal advisory
Providing network
Market research
Knowledge and expert build upInvestor and partner relationsClient and resource management
Page 25 © PEM Aachen GmbH 2020 · Return on Engineering – Agile Rahmen für die Hardware-EntwicklungPage 25 © PEM Aachen GmbH 2020 · Return on Engineering – Agile Rahmen für die Hardware-Entwicklung
PEM Motion GmbHBohr 12 | 52072 Aachen | Germany
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Marc DörferHead of Business Development & Industrialization+49 152 – 5371 3805m.doerfer@pem-motion.com
Page 27 © PEM Aachen GmbH 2020 · Return on Engineering – Agile Rahmen für die Hardware-EntwicklungPage 27 © PEM Aachen GmbH 2020 · Return on Engineering – Agile Rahmen für die Hardware-Entwicklung
Unu Motors GmbH
Spezifikation Wert Einheit
Top Speed 45 km/h (begrenzt)
Max Reichweite 100 km (mit 2 Batterien)
Batteriekapazität 30 Ah
Batteriespannung 48 V (nominal)
Motorleistung 1 – 3 kW (optional)
Motortyp Hub
Sitze 2 Personen
Gewicht 57 kg
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Best practice: Low-Cost EV-assembly
Zielsetzung+ Erhöhung der strategischen Flexibilität von
Automobilherstellern durch Reduktion von Investitionskosten und Anlaufzeiten
Vorgehensweise+ Entwicklung des Konzepts “Selbstfahrende
Fahrzeugchassis”+ Automatisierter Vorrichtungsbau für die
Montage+ 3D-gedruckte Ausgleichselemente für kürzere
Justage Prozesse+ Flexible Montagesteuerung für operative
Flexibilität
Ergebnis+ Aufbau eines Demonstrators, der die
entwickelten Konzepte veranschaulicht und validiert
+ Erkenntnisse zur Reduktion von Investkostenund Anlaufzeiten innerhalb der Elektromobil-Montage
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LiVe: agile Entwicklung eines kundenindividuell adaptierbaren Antriebsstrang für elektrifizierte Lkw
Bedarfsorientierter, modularer Antriebsstrang für
ein breites Anwendungsspektrum
Batterie betrieben
Pantograph
Brenn-stoffzelle
Varianten in Fahrzeuggewicht
H2
Varianten des Antriebstranges
7.5 t 36 t
30.11.18LiVe1BEV7.5t
Juni `19LiVe2
BEV18t
Okt `19LiVe3FCEV
18t
Mai `20LiVe4
PG18t
Aug `20Okt `17 Projektplan
Page 30 © PEM Aachen GmbH 2020 · Return on Engineering – Agile Rahmen für die Hardware-EntwicklungPage 30 © PEM Aachen GmbH 2020 · Return on Engineering – Agile Rahmen für die Hardware-Entwicklung
Ein breites Netzwerk unterstützt schnelle Entwicklung
Successfully implemented; Under development
Planetary infrastructure Multi-purpose technologiesNew mobility concepts