Developing Flexible Products for Changing Environments (Entwicklung flexibler Produkte in sich verändernden Produktumgebungen)

Year: 2010
Author: Bischof, Andreas
Supervisor: Blessing, Luciënne; Meyer, Henning
Institution: Von der Fakultät V – Verkehrs- und Maschinensysteme der Technischen Universität Berlin
Page(s): 233
ISBN: 1010040855

Abstract

The subject of this thesis is flexibility in product development as an attempt to handle changes in the product environment and uncertainty. The specific focus is on the approach of developing flexible and robust products to handle this challenge. Changes in the product environment and different kinds of uncertainty are identified to be among the biggest challenges in product development. The crux is, that especially in the early phases of the product development process the knowledge about the finished product is low, and future changes cannot easily be identified. In contrast the possibilities to influence the product are high. Flexibility is often proposed as an all healing universal tool to handle this challenge. Therefore existing concepts of flexibility in the product development context are analyzed. Yet, current research in this field proves to be an insufficient theoretical basis for understanding, measuring, enhancing and benefitting from the potential of flexibility. Especially the approach of intentionally developing flexible products in order to derive benefits during the development process is far from mature, as well from the academic point of view as from the product developer’s point of view. Therefore a new definition of product flexibility is derived in this work, which specifically takes into account the strong correlation of product flexibility and product robustness. Moreover this research is about answering the following key questions:
• What makes products suitable for changing environments?
• How to develop flexible and robust products for changing environments?
• Is the approach of developing flexible and robust products useful for handling changes in the environment, uncertainty and changes during the development process?
The Design Research Methodology (DRM) approach is carried out in order to answer these questions. In short, one answer to the first question, which is addressed in this work, is that products can be developed specifically flexible and/or robust to handle changing environments. As the existing approaches for developing either flexible or robust products are considered insufficient a new support for the development process is proposed in this work as the answer to the second question. It consists of 34 design guidelines, which are consolidated from various approaches. These guidelines are used within the development as guidance, support and reminder of the flexible and robust product design approach. To answer whether or not the new support and the specific product design are useful to handle changes during the development process a study with engineering designers is carried out: 18 single product developers have to work on the same design task. Ten of them have been instructed with the new guidelines for developing flexible and robust products before the test and are asked to use them on the design task. The other eight product developers have to work on the task without specific instructions. While working on the task requirements and constraints are changed three times in order to simulate the changes, which occur in real product development projects. Data is collected with questionnaires before, during and after the developing, with photo documentation and time measurement; the quality of the results is evaluated by experienced engineering design scientists. The results of the study are promising, yet controversial as they are not all along with theory. Here it is highlighted that in general the participants working with the new design guidelines are higher motivated and less disturbed by the changes presented during the study. Their results – the generated concepts and designs – are slightly better. However, the differences on quality are not statistically significant. Working with the guidelines seems to cause additional stress for the participants. Nevertheless, the participants evaluated the presented guidelines easy to understand and useful for developing flexible products. Even though the results are not all satisfactory – not all research questions could be answered clearly – this research underlines the potential of flexibility in product development, especially of developing flexible or robust products. Thus, it provides a solid basis for future research and proposes a useful support for developing flexible products for changing environments. ZUSAMMENFASSUNG Die vorliegende Arbeit befasst sich mit Flexibilität in der Produktentwicklung als einen möglichen Ansatz die sich verändernde Produktumgebung und Unsicherheiten in den Griff zu bekommen. Dabei liegt der spezielle Fokus auf der Idee, flexible und robuste Produkte zu entwickeln, um sich den genannten Herausforderungen zu stellen. Sich ändernde Produktumgebungen und verschiedene Arten der Unsicherheit werden als große Herausforderungen in der Produktentwicklung identifiziert. Die Crux dabei ist, dass besonders in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses das Wissen über das spätere Produkt gering ist und zukünftige Änderungen nicht ohne weiteres identifiziert werden können. Im Gegensatz dazu sind die Möglichkeiten das Produkt entsprechend zu beeinflussen hoch. Am Ende der Produktentwicklung kehrt sich das Verhältnis um. Flexibilität wird oft als universelles Werkzeug vorgeschlagen, um diese Herausforderung in den Griff zu bekommen. Deshalb werden in dieser Arbeit vorhandene Konzepte zur Flexibilität im Kontext der Produktentwicklung analysiert. Es zeigt sich jedoch, dass die gegenwärtige Forschung in diesem Feld nur eine unzureichende theoretische Basis liefert, sowohl zum Verstehen, Messen, Erhöhen, als auch zur Nutzung des Potentials der Flexibilität. Besonders der Ansatz flexible Produkte zu entwickeln, um von den daraus resultierenden Vorteilen schon während des Entwicklungsprozesses zu profitieren, ist sowohl vom akademischen Standpunkt als auch aus Sicht des Produktentwicklers bei weitem nicht ausgereift. Deshalb wird in dieser Arbeit eine neue Definition für Produktflexibilität hergeleitet, die speziell den engen Zusammenhang von Produktflexibilität und Produktrobustheit berücksichtigt. Außerdem zielt die beschriebene Forschung darauf ab die folgenden Fragen zu beantworten:
• Wie müssen Produkte für sich ändernde Umgebungen beschaffen sein?
• Wie können flexible und robuste Produkte entwickelt werden?
• Ist der Ansatz flexible und robuste Produkte zu entwickeln hilfreich sich ändernde Produktumgebungen, Unsicherheiten und Änderungen während des Entwicklungsprozesses zu bewältigen?
Die vorliegende Arbeit folgt der Design Research Methodology, um die Fragen zu beantworten. Als Antwort auf die erste Frage kann zusammengefasst werden, dass Produkte spezifisch flexibel und/oder robust entwickelt werden müssen, um Änderungen in der Produktumgebung einfach abzufangen, bzw. umzusetzen.
Da die vorhandenen Ansätze Produkte entweder flexible oder robust zu entwickeln als unzureichend erachtet werden, wird hier – als Antwort auf die zweite Frage – ein neues Werkzeug vorgestellt, welches den Produktentwickler unterstützen soll. Es besteht aus 34 Gestaltungsrichtlinien die aus verschiedenen Ansätzen zusammengetragen und aufbereitet wurden. Diese Richtlinien werden während der Entwicklung als Leitfaden, als Entscheidungshilfe und Gedächtnisstütze bei der Entwicklung von flexiblen und robusten Produkten verwendet. Um die dritte Frage zu beantworten, ob die Gestaltungsrichtlinien und das spezifische Produktdesign nützlich sind, um Änderungen während der Entwicklung zu bewältigen wird eine Studie mit Produktentwicklern durchgeführt: 18 einzelne Entwickler müssen dieselbe Konstruktionsaufgabe bearbeiten. Zehn von ihnen sind im Vorfeld mit den neuen Richtlinien instruiert worden, um flexible und robuste Produkte zu entwerfen, und werden gebeten, diese bei der Konstruktionsaufgabe nach Möglichkeit anzuwenden. Die anderen neun Produktentwickler müssen die Aufgabe ohne spezifische Instruktionen bearbeiten. Während der Bearbeitung werden Anforderungen und Randbedingungen dreimal geändert. Während der Studie werden Daten mit Fragebögen vor, während und nach der Bearbeitung, und mittels Fotos und Zeitmessung gesammelt; die Qualität der Ergebnisse wird von erfahrenen Konstruktionswissenschaftlern bewertet. Die Ergebnisse der Studie sind aussichtsreich, allerdings nicht frei von Widersprüchen und auch nicht immer in Übereinstimmung mit der Theorie. An dieser Stelle sei nur hervorgehoben, dass im Allgemeinen die Teilnehmer, welche mit den neuen Gestaltungsrichtlinien arbeiten, höher motiviert sind und durch die Änderungen in ihrer Arbeit weniger gestört werden. Ihre Resultate sind geringfügig besser als die jener Teilnehmer, welche ohne die Richtlinien die Aufgabe bearbeiten. Die Unterschiede bezüglich der Qualität der Resultate sind jedoch statistisch nicht relevant. Das Arbeiten mit den Richtlinien scheint zu einer zusätzlichen Belastung für die Teilnehmer zu führen. Dennoch bewerteten die Teilnehmer die neuen Richtlinien als leicht verständlich und nützlich für die Entwicklung flexibler Produkte. Die Ergebnisse sind nicht ausnahmslos zufriedenstellend; es konnten nicht alle Forschungsfragen endgültig beantwortet werden. Dennoch unterstreicht die beschriebene Forschung das Potential der Flexibilität in der Produktentwicklung, speziell der Entwicklung flexibler und robuster Produkte. So bildet diese Arbeit eine solide Grundlage für die zukünftige Forschung und liefert darüber hinaus ein nützliches Werkzeug, welches die Entwicklung flexibler/robuster Produkte unterstützt.

Keywords: development, change, flexible, robust, systematic, Produktentwicklung, Änderung, flexibel, robust, Methode