Projektmanagement und Systems Engineering

In den letzten Jahren habe ich immer wieder festgestellt, dass der Problemlösungsprozess in Projekten als Teilgebiet des Projektmanagements angeschaut wird und dass das Systems Engineering vielen nicht bekannt ist. In diesem Beitrag zeige ich Ihnen in einen Überblick, was Systems Engineering ist und wie es mit dem Projektmanagement verknüpft ist – und auch wohin der Problemlösungsprozess gehört.

Besonders bei großen und komplexen Entwicklungsprojekten in der Industrie hat das Systems-Engineering, neben dem Projektmanagement, einen wesentlichen Anteil, wenn es darum geht diese erfolgreich abzuschließen. Ich habe festgestellt, dass der Begriff und die Tätigkeiten des Systems-Engineerings, sowie dessen Abgrenzung zum Projektmanagement vielen Projektleitern unbekannt ist. Kennen Sie den Unterschied? Hier zum Anfang zwei ganz knappe Definitionen:

Projektmanagement ist der Überbegriff für alle planenden, überwachenden, koordinierenden und steuernden Maßnahmen in einem Projekt, um die Projektziele möglichst planmäßig und sicher zu erreichen.

Systems Engineering sorgt dafür, dass ein Produkt oder System gemäß Kundenanforderungen entwickelt und innerhalb des Kosten- und Zeitrahmens fehlerfrei geliefert wird.

Man könnte es auch so sagen: Das Projektmanagement kümmert sich um die Projektabwicklung und das Systems Engineering um die Produktabwicklung.

Systems Engineering Definition

In der Industrie werden die Neuentwicklungen immer komplexer, da die Anforderungen des Kunden immer stärker steigen. Diesen Satz hätte ich auch vor 50 Jahren schreiben können – und er gilt heute mehr denn je. Um diese interdisziplinären Entwicklungen überhaupt in einer annehmbaren Zeit zu ermöglichen ist es wichtig den Überblick zu behalten und frühzeitig im Entwicklungsprozess die richtigen Entscheidungen zu treffen. Auch das ist sicher keine neue Weisheit. Aber haben Sie sich schon einmal mit dem Sytems Engineering beschäftigt? Die meisten von Ihnen vermutlich nicht.

Das Systems Engineering (auch Systemtechnik, Systems Design oder Systems Design Engineering genannt) ist ein interdisziplinärer Ansatz, um komplexe technische Systeme in großen Projekten zu entwickeln und zu realisieren.

In der folgenden Abbildung sehen Sie die Arbeitsgebiete des Systems Engineering und des Projektmanagements und was diese miteinander verbindet.

Systems Engineering und Projektmanagement gehören zusammen

Im Zentrum der Systems-Engineering-Methodik steht der Problemlösungsprozess in der Projektarbeit. Ziel ist es, Lösungen zu finden, wie Sie die vom Kunden gewünschten Anforderungen an das zu liefernde System in eine Spezifikation umsetzen und innerhalb des Kosten- und Zeitrahmens das Produkt entwickeln und fehlerfrei liefern. Hier eine gute Definition [1]:

Systems engineering is focused on the system as a whole; it emphasizes its total operation. It looks at the system from the outside, that is, at its interactions with other systems and the environment, as well as from the inside. It is concerned not only with the engineering design of the system but also with external factors, which can significantly constrain the design. These include the identification of customer needs, the system operational environment, interfacing systems, logistics support requirements, the capabilities of operating personnel, and such other  factors as must be correctly reflected in system requirements documents and accommodated in the system design.

Das NASA SEBoK definiert Systems Engineering Prozesse für folgende Disziplinen:

  • Product Systems Engineering
  • Service Systems Engineering
  • Enterprise Systems Engineering
  • Systems of Systems (SoS)
  • Healthcare Systems Engineering

Bei den meisten Projekten kommt nicht nur eine dieser Disziplinen zum Einsatz. Abhängig vom entwickelten Produkt oder Service werden mehrere davon benötigt.

So entstand das Systems Engineering

Der erste bedeutende Einsatz von Systems Engineering fand 1940 in den Bell Laboratories bei der Telefonie statt. Die verschiedenen Teile des Telekommunikationssystems mussten sehr gut interagieren, was nur durch ein umfangreiches Systemverständnis und genaue Spezifikation der Anforderungen möglich wurde.

Umfassender eingesetzt wurde das Systems Engineering nach dem Zweiten Weltkrieg in der amerikanischen Raumfahrt u. a. beim Apollo-Programm und bei der Entwicklung des Space Shuttle. Dabei wurde der Systems-Engineering-Ansatz stetig durch die NASA weiterentwickelt. Die NASA und die grossen Militärprogramme des Department of Defence sind auch heute noch die Treiber für das Systems Engineering.

Die Kernprinzipien des Systems Engineering

Systems-Engineering-Aktivitäten durchlaufen den gesamten Lebenszyklus des Systems. In den frühen Entwicklungsstadien ist es wichtig, die Bedürfnisse des Kunden und der anderen Stakeholder des Projektes zu verstehen und diese in spezifische Anforderungen an das System zu übersetzen und weiter zu detaillieren.

Nachdem die Anforderungen festgelegt sind, liegt der Fokus auf der Anwendung des Engineering-Designprozesses, um das System zu entwickeln, zu konstruieren/zu bauen, zu testen, zu nutzen, zu warten und am Ende der Lebensdauer in den Ruhestand zu setzen. Eine wichtige Aufgabe für Systemingenieure in diesen Phasen ist der „Anwalt“ für das gesamte System zu sein. Damit soll sichergestellt werden, dass alle Komponenten des Systems ihren definierten Beitrag zum System leisten und sicherstellen, dass die Komponenten so interagieren, wie sie sollen. Mit Assessments soll regelmäßiges Feedback sichergestellt werden, dass das System ordnungsgemäß funktioniert und eine Möglichkeit zur kontinuierlichen Verbesserung bieten.

Nachfolgend finden Sie eine Darstellung mit den typischen Aktivitäten des Projektmanagements und  des Systems Engineerings in der Projektphase Concept und Design & Delivery.

Aktivitäten des Projektmanagements und des Systems Engineerings im Projektprozess

Das V-Modell im Systems Engineering

Das V-Modell ist ein Begriff, der auf eine Reihe von Modellen angewendet wird. Es hilft die Komplexität im Zusammenhang mit der Systementwicklung einfacher zu verstehen, gegenüber den strikten, detaillierten Entwicklungs­lebens­zyklus­modellen und Pro­jekt­ma­na­ge­ment­mo­dellen.

Das V-Modell wurde vom US-amerikanischen Softwareingenieur Barry Boehm im Jahre 1979 entwickelt, basierend auf dem Wasserfallmodell. In diesem ist der Softwareentwicklungsprozess in Phasen organisiert. Dieses Model wurde in den Folgejahren in ähnlicher Form auch in das Systems Engineering für technische Projekte übernommen.

Auf der linken Seite des Modells wird mit einer funktionalen/fachlichen Spezifikation begonnen, die immer tiefer detailliert zu einer technischen Spezifikation und Im­ple­men­tier­ungs­grundlage ausgebaut wird. In der Spitze erfolgt die Implementierung, die anschließend auf der rechten Seite gegen die entsprechenden Spezifikationen der linken Seite getestet wird.

Es gibt mehrere, sehr verschiedene Formen des V-Modells. Das deutsche V-Modell ist die offizielle Projektmanagement-Methodik der Deutschen Bundesregierung. ist aber eher relevant für die Softwareentwicklung. In Großbritannien und in der weltweiten Testgemeinschaft wird das V-Modell als grobe Darstellung des Software­entwicklungs­prozesses angesehen. Die USA haben etwa zeitgleich mit Deutschland auch ein staatliches Standard-V-Modell eingeführt, welches den System­ent­wick­lungs­lebens­zyklus beschreibt.

Das amerikanische Department of Defence (DoD) veröffentlichte im Jahre 2014 ihr angepasstes „DoD SE Process Model“, welches auch den Grundprinzipien des V-Modells folgt.

DoD Systems Engineering Process Model of 2014

Methoden und Aufgaben des Systems Engineering sind:

  • Definition und Planung der Systems-Engineering-Aufgaben und Fortschrittsbewertung zur Berichterstattung an das Projektmanagement
  • Anforderungsanalyse, Anforderungsdefinition und Anforderungsmanagement (die Grundlage der Systementwicklung)
  • Systemdesignoptimierung (Modellbildung, Simulation und Bewertung), (die Entwicklung des Systems)
  • Systemdokumentation (Funktionsbeschreibungen, Zeichnungen, Handbücher usw)
  • Konfigurationskontrolle/Änderungswesen, in der Entwicklung gibt es oft Veränderungen, die in alle Dokumente bis zur Fertigungszeichnung nachvollziehbar eingepflegt werden müssen
  • Systemintegration (Schnittstellen-Spezifikation und Schnittstellenentwicklung), um eine perfekte Einbindung in das nächstgrößere System zu gewährleisten
  • Systemverifikation und -validation, um sicherzustellen, dass die Anforderungen erfüllt wurden
  • Risikomanagement durch periodische Soll- / Ist-Vergleiche für kritische Parameter (Masse, elektrische Leistung,SW/Programm Laufzeit/Größe usw.)
  • Produkt- und Qualitätssicherung (z. B. Fehlerbäume, Fehleranalyse, FMEA)
  • Nachhaltige Entwicklung (nachhaltig sollte jedes System entwickelt werden)
    (Quelle: Wikipedia)

Je nach Komplexität und Projektphase des zu entwickelnden Systems sind die Aufgabenschwerpunkte und Inhalte verschieden.

Projekte brauchen Grenzen. Die Systemtechnik hilft der Projektleitung, unter anderem, Systemgrenzen und Umsysteme für das Projekt zu definieren sowie Abhängigkeiten zu visualisieren. Zugleich zeigt es Risiken auf und bietet die Grundlage, um Synergien zu nutzen.

Systems Engineering bei agilen Projekten?

Wie Sie vielleicht schon festgestellt haben, orientiert sich das Systems Engineering am Wasserfall-Modell.  Es werden jedoch immer mehr große und komplexe agile oder hybbride Projekte und Programme durchgeführt. Bei diesen scheint das Systems Engineering kein Thema zu sein. Denn als ganzheitlicher Planungsansatz setzt das Systems Engineering stark auf Rückverfolgbarkeit und Dokumentation sowie auf den Einsatz von „Decision Gates“, um zu bestimmen, wann von einem Prozessschritt zum nächsten übergegangen werden soll. So etwas passt natürlich nicht unbedingt in eine „agile Welt“. Das heißt jedoch nicht, dass das Systemes Engineering bei großen und komplexen agilen Projekten nicht notwendig wäre. In einem späteren Beitrag erhalten Sie dazu ein paar Lösungsansätze.

Weitere Informationen:

Bücher über das Systems Engineering bei Amazon

Das NASA Systems Engineering Handbook kostenlos als PDF, EPUB oder Mobi (Kindle)

Hier habe ich noch eine interessante Slideshare-Präsentation über das Systems Engineering gefunden.

[1] Systems Engineering Principles and Practices, Alexander Kossiakoff, John Wiley & Sons

Ich hoffe Sie haben in diesem Beitrag wieder etwas Neues über das Projektmanagement kennengelernt. Haben Sie Ergänzungen oder sind Sie nicht gleicher Meinung? Ich freue mich auf Ihre Kommentare.

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