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Das Lastenheft in der Entwicklung und Konstruktion

Dieser Artikel beschäftigt sich mit den speziellen Anforderungen an die Formulierung und den Umgang mit Lastenheften in Projekten, in denen es um die Entwicklung und Konstruktion von maschinenbaulichen Produkten im Sondermaschinenbau oder in Kleinserien geht.

Lastenhefte in der Entwicklung und Konstruktion im Maschinenbau sind, je nach Branche oder Nische, gut strukturierte Sammlungen von Anforderungen, die an ein Produkt und an dessen Entwicklung gestellt werden. Der Inhalt des Lastenhefts hängt davon ab, in welcher Projektphase es eingesetzt wird, d.h. welche Arbeitsschritte im Rahmen der Projektabwicklung beschrieben werden.

Üblicherweise entsteht das Lastenheft im Rahmen der Definitions- bzw. Konzeptphase eines Projekts. Es wird ein Konzept für ein Produkt formuliert und Anforderungen an das fertige Produkt werden gesammelt. Im Zuge dieser Sammlung werden unterschiedliche Arten von Anforderungen definiert.

Zweck des Lastenhefts

Das Lastenheft dient im ersten Schritt als Arbeitshilfe zur Produktformulierung für den Auftraggeber, und anschließend zum Informationstransfer vom Auftraggeber an den Auftragnehmer. Es bildet die Grundlage für das Angebot des Auftragnehmers. Im (für den Auftraggeber) günstigsten Fall wird der Auftragnehmer in seinem Angebot sämtliche Inhalte des Lastenhefts bestätigen und um Informationen zu seiner konkreten Umsetzungsplanung in seinem Pflichtenheft ergänzen. Dieses ist dann die Grundlage für einen Vertrag, auf dessen Basis das Projekt abgewickelt wird.

Informationstransfer über das Lastenheft
Informationstransfer über das Lastenheft

Arten von Lastenheften

Ein Lastenheft kann sowohl die Entwicklung und Konstruktion eines bestimmten Produkts beschreiben, zu dem Anforderungen definiert werden. Es kann aber auch die Entwicklung und Konstruktion als Dienstleistung beschreiben. Es gibt damit also zwei grundlegend verschiedene Arten von Lastenheften: ein Produkt-orientiertes Lastenheft und ein Prozess-orientiertes Lastenheft. Auch eine Kombination aus beiden Arten ist möglich.

Arten von Anforderungen

Für bestimmte Anwendungsgebiete, z.B. Maschinentypen wie Förderanlagen, gibt es typische Anforderungen, die in abgewandelter Form immer wieder angewendet werden können. Nachfolgend werden einige Beispiele für bestimmte Anforderungen aufgeführt.

Produktspezifikation

Merkmale bzw. Eigenschaften

Merkmale eines Produkts können z.B. seine Gestaltgebung oder Abmessungen sein. Typisch ist eine Anforderung an den Bauraum, den das Produkt maximal einnehmen soll. Eine weit verbreitete Checkliste für die Produktspezifikation ist in Pahl/Beitz „Konstruktionslehre“ definiert.

Je nachdem, wie weit das Produktkonzept gereift ist und was der wesentliche Kern des Produkts ist, können mehr oder weniger Produktmerkmale beschrieben werden. Wenn bspw. der Auftraggeber den Markt gut kennt und weiß, dass ein bestimmtes Produktmerkmal gut angenommen wird (z.B. ein grüner Knopf auf dem Bedienpanel hinten links), dann sollte diese Anforderung auch genau so im Lastenheft mit aufgenommen werden.

Generell sollte in einem produktorientierten Lastenheft jedoch der Fokus auf der Formulierung von Funktionen liegen, da diese die wesentlichen Forderungen des Auftraggebers sind. Aus den geforderten Funktionen ergeben sich dann bestimmte Produktmerkmale und -eigenschaften, die der Auftragnehmer umsetzt.

Funktionen

Einige Beispiele für funktionale Anforderungen:

  • Das Gerät soll sich nicht über 50°C erwärmen.
  • Der Werkstückträger soll in horizontale Position gebracht werden.
  • Die Maschine soll 50 Bearbeitungen pro Stunde vornehmen können.

Es können auch Verkettungen von Funktionen beschrieben werden, falls bestimmte Verfahren benötigt werden. Häufig verbleibt jedoch das Wissen um bestimmte Verfahren beim Auftraggeber, d.h. er steuert diese Kernelemente bei, ohne dass sie im Projekt entwickelt werden müssen. Für solche Szenarien ist die Definition von Schnittstellen relevant.

Schnittstellen

Schnittstellen liegen an den Systemgrenzen des Produkts und können unterschiedlicher Art sein. Einige Beispiele:

  • Gibt es angrenzende Bauteile, die Einfluss auf die Produktgestalt nehmen können?
  • Besteht eine Schnittstelle zu einer Energie- oder Medienversorgung?
  • Müssen Informationen und Signale über die Systemgrenze hinaus ausgetauscht werden?

Zielkosten

Die Kosten für ein Produkt lassen sich in allen Phasen der Produktentwicklung beeinflussen, wenn auch mit unterschiedlichem Hebel. Ausgehend von einem Konzept kann durch günstige Anordnungen und Lösungen im Entwurf Einfluss auf die Anzahl und Komplexität von Komponenten genommen werden. In der darauf folgenden Konstruktion wiederum können die Bauteile auf die günstigsten Fertigungsverfahren hin zugeschnitten werden.

Es gibt inzwischen verschiedene CAD-Systeme, die integrierte Module zur Berechnung von Fertigungskosten haben. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das zu entwickelnde Produkt in größeren Stückzahlen produziert werden soll.

Im Hinblick auf das Lastenheft kann eine anzustrebende Kostengrenze definiert werden und dem Auftragnehmer auferlegt werden, im Rahmen der Entwicklung und Konstruktion Target Costing einzusetzen.

Normen

Die meisten Produkte sollen in geregelten Wirtschaftsräumen eingesetzt werden. Daraus folgt, dass die jeweiligen gesetzlichen Bestimmungen und Regelwerke eingehalten werden müssen.

Für den europäischen Wirtschaftsraum bedeutet dies in erster Linie die Einhaltung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG. Die Anforderungen, die in dieser Richtlinie beschrieben sind, sind jedoch sehr allgemein gehalten und es gibt, je nach Industriezweig, jeweils anzuwendende Vorschriften und Regelwerke bzw. im Idealfall harmonisierte Normen.

Aus der Sicht des Auftraggebers, der das Lastenheft formuliert, ist es ausreichend, die Einhaltung der Maschinenrichtlinie zu fordern. Damit liegt die Aufgabe der Normrecherche und Einhaltung der anzuwendenden Normen beim Auftragnehmer.

Prozessspezifikation

Auch für die Zusammenarbeit in Projekten zur Produktentwicklung kann es sinnvoll sein, unabhängig von der Produktspezifikation eine bestimmte Leistung einzukaufen. Für diesen Fall beschreibt das Lastenheft Prozessschritte, die der Auftragnehmer entsprechend umsetzen soll.

Organisation

Wie soll das Projektteam aufgebaut sein, welche Rollen, Zuständigkeiten und Funktionen sollen umgesetzt werden?

Methoden

Sollen bestimmte Methoden eingesetzt werden? Dies kann im Hinblick auf die Entwicklung und Konstruktion die Anwendung bestimmter Vorgehensweisen in CAE-Software betreffen. Zum Beispiel:

  • Sollen bestimmte Berechnungsmodelle genutzt werden?
  • Müssen Daten speziell aufbereitet werden, um sie weiter verarbeiten zu können?

Prozesse und Schnittstellen

Beschreiben Sie die Prozesse, die der Auftragnehmer übernehmen soll. Es kann sich hierbei auch um Teilschritte aus Prozessen handeln. Für die Darstellung eines solchen Zusammenspiels eignet sich bspw. ein Swimlane-Diagramm.

Zeitvorgaben

Es gibt Abläufe, die innerhalb bestimmter Zeit abgeschlossen werden müssen, um angrenzende Prozessschritte nicht zu behindern. Es kann daher sinnvoll sein, Zeitfenster oder auch Reaktionszeiten zu beschreiben. Ein Beispiel:

  • Nach Dateneingang wird der Auftragnehmer innerhalb von zwei Tagen die Bearbeitung aufnehmen.

Qualität

Die Kriterien für eine erfolgreiche Abwicklung eines Prozesses können ebenso beschrieben werden wie die Qualifikation der einzusetzenden Mitarbeiter.

Typische Fehler

In der Projektabwicklung gibt es einige immer wieder auftretende Fehler:

  • Es wird kein Lastenheft formuliert.
  • Es werden unnötige Anforderungen formuliert.
  • Es werden zu wenig Anforderungen dokumentiert, da diese als bekannt vorausgesetzt werden.
  • Es werden widersprüchliche Anforderungen formuliert.
  • Es werden missverständliche Anforderungen formuliert.
  • Die Anforderungen zielen auf eine konkrete Lösung ab, die nicht die beste Lösung sein muss.
  • Prozess- und Produktanforderungen werden miteinander vermischt.
  • Es werden keine klaren Abnahmekriterien definiert.
  • Die Inhalte des Lastenhefts werden nicht allen relevanten Projektbeteiligten bekannt gegeben.

Gliederung eines Lastenheftes

Die folgende Gliederung besteht aus 9 Punkten und bietet eine gute Ausgangsbasis zur Formulierung eines Lastenheftes für die Entwicklung und Konstruktion eines Produkts. Vermeiden Sie unbedingt, einen Punkt wie „Sonstiges“ in eine solche Gliederung aufzunehmen, wenn Sie mit mehreren Personen an der Erstellung eines Lastenheftes arbeiten.

1 Einleitung

Eine allgemeine Einführung in das Thema.

2 Zielsetzung

Welches Ziel wird mit diesem Lastenheft verfolgt? Welche Ziele sollen im Projekt umgesetzt werden?

3 Einsatzbereich des Produkts

In welchem Umfeld ist das Produkt angesiedelt? Was sind typische Einsatz- und Anwendungsgebiete?

4 Funktionale Anforderungen

Welche Funktionen soll das Produkt erfüllen? Welche Anforderungen sind harte Forderungen und welche sind Wünsche?

5 Nichtfunktionale Anforderungen

Welche Eigenschaften soll das Produkt aufweisen, die keine funktionalen Anforderungen sind? Auch hier müssen harte und weiche Forderungen unterschieden werden.

6 Schnittstellen

Wo liegen die Systemgrenzen?

7 Test und Abnahme

Welche Kriterien müssen erfüllt werden, damit die Anforderungen als erfüllt angesehen werden?

8 Dokumentation

Welche Dokumente müssen im Rahmen des Projekts erzeugt, gepflegt und geliefert werden? In welcher Detailtiefe ist zu dokumentieren?

9 Randbedingungen

Gibt es bestimmte Regelungen, die einzuhalten sind? Z.B. Designvorgaben, Richtlinien, gesetzliche Regelungen, die sich aus dem geplanten Verwendungszweck oder -ort ergeben?

Richtlinien

Es gibt keine Norm, in der die Vorgehensweise zur Erstellung von Lastenheften vorgegeben wird. Jedoch existieren verschiedene Richtlinien zu diesem Thema.

VDI 2519

Der VDI hat im Bereich Fördertechnik, Materialfluss und Logistik die VDI 2519 (Blatt 1) Vorgehensweise bei der Erstellung von Lasten-/Pflichtenheft veröffentlicht, in der die grundsätzlichen Abläufe bzw. die Herangehensweise beschrieben ist. In Blatt 2 derselben Richtlinie gibt es eine Vorgabe für die Gliederungspunkte eines Lastenhefts für Förderanlagen.

VDI 3694

Die Richtlinie VDI 3694 beschreibt ebenfalls die Gliederungspunkte eines Lastenhefts. Dabei ergänzt sie die Punkte der VDI 2519 um die Punkte „Kommunikationsschnittstellen“ und „Anforderungen für Systementwicklung, -inbetriebnahme und -einsatz“, d.h. es handelt sich um eine Erweiterung der Gliederung in Bezug auf Automatisierungssysteme.

Handbook for preparation of Statement Of Work (SOW)

Die im Vergleich zu den vorab genannten Richtlinien umfassendste Ausarbeitung zur Anfertigung von Lastenheften liefert das MIL-HDBK-245D. Die hier beschriebene Herangehensweise eignet sich zur Abwicklung von komplexen Projekten mit einer Vielzahl von Projektbeteiligten.