Systems Engineering als Key-Enabler für die Entwicklung Nachhaltiger Produkte

TEIL 1: NACHHALTIGKEITSANFORDERUNGEN ALS GRUNDLAGE FÜR DIE ENTWICKLUNG NACHHALTIGER PRODUKTE

Nachhaltigkeit stellt die zentrale Herausforderung für die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen dar. Für die Erreichung von Nachhaltigkeitszielen kommt der Produktentwicklung eine Schlüsselrolle zu, denn die Auswirkungen eines Produkts auf Umwelt (Ökologie) und Gesellschaft (Soziales) werden in hohem Maße in der Produktentwicklung beeinflusst. Nachfolgende Einschätzung der europäischen Kommission unterstreicht unsere These:

“It is estimated that over 80 % of all product-related environmental impacts are determined during the design phase of a product.” [1]

Es besteht daher für Unternehmen die dringende Notwendigkeit, Nachhaltigkeitsziele in der Produktentwicklung zu berücksichtigen und konkrete Nachhaltigkeitsanforderungen für das zu entwickelnde System abzuleiten. Somit kommt insbesondere dem Systems Engineering (SE) als wesentliche Entwicklungsmethodik eine Schlüsselrolle zu. Es soll betont werden, dass INCOSE in ihrer SE Vision für 2035 auf die Sustainable Development Goals der UN referenziert und die Integration von Nachhaltigkeitszielen in die Produktentwicklung als eine der zentralen Herausforderungen für die Systementwicklung ansieht. [vgl. 2] Diese Auffassung von INCOSE teilen wir explizit.

Nachhaltigkeitsanforderungen stellen jedoch zusätzliche Anforderungen dar und führen daher zu einer weiteren Zunahme von Komplexität. In unserer zweiteiligen Blogserie zeigen wir, dass die Beherrschung dieser Komplexität mit Methoden des Systems Engineering gelingt. Wir vertreten daher folgende Kernthese: Systems Engineering ist der Key-Enabler für die Entwicklung von nachhaltigen Produkten.

Wie in Abbildung 1 visualisiert, müssen die Sustainable Development Goals der UN, die aus den Standards der Global Reporting Initiative (GRI) für die Nachhaltigkeitsberichterstattung abgeleiteten Anforderungen sowie weitere relevante Rahmenwerke, auf die wir im zweiten Blog eingehen werden, innerhalb der Anforderungsprozesse des V-Modells berücksichtigt werden. Nachhaltigkeitsanforderungen sind die Grundlage für die Entwicklung von nachhaltigen Produkten. In diesem ersten Blog klären wir daher, was Nachhaltigkeitsanforderungen sind und stellen unsere Anforderungsbibliothek für Nachhaltigkeitsanforderungen vor. Im zweiten Blog zeigen wir, wie die Integration dieser Nachhaltigkeitsanforderungen in bestehende Anforderungsprozesse mithilfe Methoden des Systems Engineering gelingt.

Was sind Nachhaltigkeitsanforderungen an ein Produkt?

Zunächst wollen wir die Frage klären, was eine Nachhaltigkeitsanforderung ist. Hierfür wird die Definition einer Anforderung gemäß dem International Requirements Engineering Board (IREB) [vgl. 4] um den Nachhaltigkeitsbegriff erweitert. Der zugrundeliegende Nachhaltigkeitsbegriff referenziert explizit auf den Brundtland-Bericht [5], das Drei-Säulen-Modell sowie die Agenda 2030 [6], die insbesondere die Sustainable Development Goals enthält.

“Eine Nachhaltigkeitsanforderung ist eine nachhaltigkeitsrelevante Fähigkeit oder Eigenschaft, die ein System erfüllen muss.

Nachhaltigkeitsrelevanz definiert sich durch das Drei-Säulen-Modell Ökonomie, Ökologie und Soziales.

Nachhaltigkeitsrelevanz enthält implizit eine räumliche sowie intertemporale Dimension zur Berücksichtigung der Bedürfnisse zukünftiger Generationen auf globaler Ebene.” [7]

Ein nachhaltiges Produkt ist in diesem Sinne ein Produkt, das Nachhaltigkeitsanforderungen erfüllt. Anzumerken ist die Unterscheidung zwischen der Entwicklung von nachhaltigen Produkten und der nachhaltigen Entwicklung von Produkten. Vorliegender Blog fokussiert darauf, welche Anforderungen ein Produkt erfüllen muss, sodass dieses Produkt nachhaltig ist. Kern sind daher Nachhaltigkeitsanforderungen. Die nachhaltige Entwicklung von Produkten, zum Beispiel durch virtuelle Integrations- und Absicherungsprozesse, wird nicht explizit behandelt.

Anforderungsbibliothek für Nachhaltigkeitsanforderungen

Abbildung 2 zeigt Nachhaltigkeitsanforderungen an ein Produkt. Die Spezifikation und Modellierung dieser Anforderungen ist in Cameo Systems Modeler von Dassault Systèmes erfolgt. Es soll betont werden, dass unser Konzept toolagnostisch ist und in bestehende Anforderungs- und Modellierungstools integriert werden kann. Strukturiert ist unsere Anforderungsbibliothek für Nachhaltigkeitsanforderungen gemäß dem Drei-Säulen-Modell in ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit. Der Zoom-In zeigt beispielhaft Nachhaltigkeitsanforderungen für die Dimension Materialien im Bereich der ökologischen Nachhaltigkeit. Hervorzuheben sind die Anforderungen bezüglich der Reduktion des Gesamtmaterialeinsatzes, der Erhöhung des Einsatzes von erneuerbaren Materialien sowie der Erhöhung der Recyclingquote der verwendeten Materialien. Zur Messbarkeit von Nachhaltigkeit und zur Verifikation der Nachhaltigkeitsanforderungen sind für die Nachhaltigkeitsanforderungen jeweils Kennzahlen mit einer konkreten Messgröße definiert. Gerne stellen wir Ihnen diese Kennzahlen im Rahmen eines persönlichen Gesprächs vor.

Beispielhaft wird die Nachhaltigkeitsanforderung „Recycelte Materialien“ vorgestellt. Diese fordert im Anforderungstext: „Als GRI möchte ich, dass das System recycelte Materialien einsetzt.“ Quelle dieser Nachhaltigkeitsanforderung ist der GRI-Standard 301-2. Kennzahl zur Messung der Anforderungserfüllung ist die Recyclingquote.

Die Nachhaltigkeitsanforderungen sind abgeleitet aus Best Practices sowie globalen Rahmenwerken und Standards. Unsere Anforderungsbibliothek ist generisch aufgebaut, sodass die Anforderungen für die Entwicklung eines spezifischen Systems aus den für das jeweilige System relevanten Nachhaltigkeitsanforderungen abgeleitet werden können. Berücksichtigt innerhalb unserer Anforderungsbibliothek sind die Sustainable Development Goals, die Anforderungen der GRI-Standards für die Nachhaltigkeitsberichterstattung, das 3R-Konzept (Reduce, Reuse, Recycle) und deren Erweiterung zu 6R bzw. 7R sowie weitere Rahmenwerke und Standards. Hierauf werden wir im zweiten Blog, der nächste Woche veröffentlicht wird, detaillierter eingehen.

Nachhaltigkeitsanforderungen für Ihre Produkte

In diesem ersten Blog der zweiteiligen Serie haben wir dargelegt, was Nachhaltigkeitsanforderungen sind und unsere Anforderungsbibliothek für Nachhaltigkeitsanforderungen vorgestellt. Um ein nachhaltiges Produkt am Markt anbieten zu können, müssen diese Nachhaltigkeitsanforderungen bereits in der frühen Phase der Produktentwicklung berücksichtigt werden. Gerne entwickeln wir gemeinsam mit Ihnen Nachhaltigkeitsanforderungen für Ihre Produkte und bringen hierbei unsere industrieübergreifende Expertise sowie das Know-How unserer Anforderungsbibliothek ein. Unsere Experten Verena Gertz, Florian Lux und Sebastian Stieber freuen sich auf Ihre Kontaktaufnahme.

Im zweiten Blog zeigen wir, wie die Integration dieser Nachhaltigkeitsanforderungen in bestehende Anforderungsprozesse mithilfe Methoden des Systems Engineering gelingt.

Co-Autoren: Verena Gertz und Sebastian Stieber

Literatur

[1] European Commission. Sustainable Product Policy. https://joint-research-centre.ec.europa.eu/scientific-activities-z/sustainable-product-policy_en#:~:text=It%20is%20estimated%20that%20over,throughout%20their%20entire%20life%20cycle, aufgerufen am 06.05.2023

[2] INCOSE (Hrsg.). (2021). Systems Engineering Vision 2035. Engineering Solutions For A Better World. https://www.incose.org/docs/default-source/se-vision/incose-se-vision-2035.pdf?sfvrsn=e32063c7_10, aufgerufen am 06.05.2023

[3] Bildquelle SDGs: https://www.un.org/sustainabledevelopment/news/communications-material/, aufgerufen am 05.05.2023; Bildquelle GRI Logo: https://www.globalreporting.org/, aufgerufen am 05.05.2023; Bildquelle Triple-Bottom-Line und Systems Engineering V-Modell: Eigene Darstellung

[4] IREB (Hrsg.). (2020). Handbuch für das CPRE Foundation Level nach dem IREB-Standard: Aus- und Weiterbildung zum Certified Professional for Requirements Engineering (CPRE), Foundation Level (Version 1.0.0)

[5] World Commission on Environment and Development WCED. (1987). Our Common Future: Report of the World Commission on Environment and Development. Brundtland report. http://www.un-documents.net/our-common-future.pdf, aufgerufen am 16.06.2023

[6] United Nations. (2015). Transforming Our World: The 2030 Agenda for Sustainable Development. New York. https://sdgs.un.org/sites/default/files/publications/21252030%20Agenda%20for%20Sustainable%20Development%20web.pdf, aufgerufen am 16.06.2023

[7] Stieber, S. (2022). Integration von Nachhaltigkeitsanforderungen in die Sensorplanung mit Hilfe von Systems Engineering, Masterarbeit, TU Darmstadt, Fachgebiet Product Life Cycle Management