Rapid Prototyping ist ein Sammelbegriff für verschiedene Vorgehensweisen zur schnellen Herstellung von Modellen oder Modellteilen mit dem Ziel, schnellstmöglich Muster haptisch oder gar in „richtiger Funktion“ testen zu können. Durch das Vorhandensein eines real existierenden Modells sind verschiedene Abschätzungen, Tests und Analysen möglich, die auf der Basis von Zeichnungen oder Computersimulationen nicht möglich wären. Diese modernen – und schnellen – Methoden des Rapid Prototyping in der Industrie, wie auch in der Hard- und Softwareentwicklung machen effizientes Prozessmanagement notwendig, das die Planung, das Design, den Herstellungs- und den Verbesserungsprozess von Prototypen umfasst. Verschiedene BPM-Suiten integrieren daher Methoden des Rapid Prototyping in ihre Softwarepakete. Dieser Artikel gibt einen Überblick über Entwicklungen, Trends und den Einfluss von schnellen Prototypen auf den BPM-Softwarebereich.
Rapid Prototyping in Industrie und IT
Zur Herstellung von Prototypen in der Industrie werden CAD-Daten, CT- oder auch MRI-Scans von 3D-Objekten verwendet, die direkt und ohne komplexere Zwischenschritte in die gewünschte Form gebracht werden können. Das dauert je nach Branche, Art des Modells und Herstellungsverfahren nur wenige Stunden bis wenige Tage. Mit Rapid Prototyping und den dabei entstandenen Verfahren wie der Stereolithografie, dem selektiven Lasersintern oder dem Fused Deposition Modeling bzw. der Schmelzschichtung können 3D-Modelle schnell und direkt aus Standardformaten produziert werden. Dies erhöht die Geschwindigkeit und Effizienz in der Produktentwicklung.
Heute werden Verfahren des Rapid Prototyping im industriellen Bereich hauptsächlich dort eingesetzt, wo viele experimentelle Teile oder neue Prozesse für Tests und neue Entwicklungen benötigt werden, z. B. in der Produktion von Fahrzeugen, bei der Herstellung von Verbraucherprodukten und im industriellen und medizinischen Bereich.
Rapid Prototyping im Softwarebereich ist ebenfalls seit Jahren ein wichtiger Bestandteil standardisierter Produktentwicklungen in diesem Feld. Beinahe jede Software wird heute auf Basis von Prototypen vorab getestet. Da Software ein virtuelles Gut ist, ist hier keine mechanische Herstellung notwendig. Das „Auskundschaften“ von Software über Prototypen mittels Alpha- oder Beta-Tests bietet sich damit gerade in diesem Bereich an. Diese Vorabtests finden entweder „in-house“ in einer geschlossenen Gruppe oder direkt als offizielle „Beta“ direkt beim Endkunden statt und sind ein wichtiger Bestandteil der Erfolgsquote bei Produktentwicklungen im Softwarebereich.
Simulation als Vorläufer und Ergänzung für Rapid Prototyping
Neben Rapid Prototyping wurden 3D-Modelle schon Jahre zuvor verwendet, um sie virtuell zu testen. Die 3D-Modelle verblieben dabei im Computer, der mittels komplexer Berechnungen reale Anwendungsfälle simulierte und so Reaktionen und Auswirkungen, wie beispielsweise auf thermale oder strukturelle Probleme, vorhersagte. Die dabei erreichten Einsparungen durch Wegfall von Produktionskosten für Prototypenbau sind beachtlich. Ausserdem verhindert man so auch Abfallproduktion sowie im Projektfortgang weitere Fehlinvestitionen durch teure Test-Einzelproduktionen. Heute verbindet man in der Industrie die Simulation am virtuellen Modell mit echten Tests auf Basis von Prototypen, die mit Rapid-Prototyping-Verfahren erstellt wurden, um auf diese Weise möglichst Kosten- und Zeiteffizient zu handeln.
Wann und für wen ist Rapid Prototyping sinnvoll?
Rapid Prototyping für die Anforderungsanalyse und Kundenakzeptanz
Die Vorteile von Rapid Prototyping bestehen vor allem darin, dass man frühzeitig in der Lage ist, Aussagen zu Designs und Deckungsgleichheit in Bezug auf die Anforderungen der Zielgruppe zu machen. Durch diese zeitige Rückmeldungen kann man ableiten, ob die erdachte Lösung ausreichend für die gesetzten Ziele ist. Teure Investitionen in die Produktion von Serien fallen somit weg.
Im IT-Bereich werden Rapid Prototyps gerade für Nutzer-Interface-Fragen (UI/UX) verwendet. Software und Apps aller Art können mittels Prototypen schnell am Kunden getestet und entsprechend angepasst werden, damit der Zielgruppe eine möglichst positive „User Experience“ geboten werden kann. Auch der Funktionsinhalt und -umfang kann auf diese Weise vorgetestet werden.
Für die Suche nach Investoren
Unternehmen, die auf der Suche nach Investoren sind, können erste Demonstrationen ihrer Ideen mittels Rapid Prototyping realisieren. Um Investoren zu überzeugen ist zuvor meist die Entwicklung und Produktion eines entsprechenden Werkzeugs oder die Produktion einer Form notwendig gewesen. Heute lässt sich dieser Schritt vereinfachen, beispielsweise indem man für eine Präsentation der Prototypen mit dem 3D-Druckverfahren schnell und preisgünstig herstellt.
Im Bereich von IT-Anwendungen werden Prototypen z. B. in Form von Klick-Dummys oder Wireframes erzeugt, welche dann die Bedienung erfahrbar machen und die dahinterliegenden Funktionen bereits erahnen lassen. Stakeholder dieser Produktentwicklungen erkennen so sehr schnell, woran sie sind und können im Projektverlauf ihre Ansichten einbringen. Ein iterativer bzw. agiler Produktentwicklungsansatz führt dabei zu einer ständigen Lernkurve bei der Verbesserung des Produkts. Rapid Prototyping ist damit ein Kernansatz bei agilen Softwareentwicklungsprojekten und ein wichtiger Beitrag zur Erfolgsquote bei Projekten.
Werkzeuge und Vorlagen für Serienprodukte
Ein weiterer Vorteil von Rapid Prototyping besteht darin, dass das Modell – sofern erfolgreich abgenommen – als Vorlage zur Herstellung der anstehenden Serie dienen kann. Beispielsweise können mittels Feinguss-Verfahren Gussteile durch Wachsausschmelzverfahren hergestellt werden. Dies eröffnet zudem weitere interessante Möglichkeiten: Die Herstellung von Modellen wird mittlerweile nicht nur für die Herstellung von Prototypen verwendet, sondern auch für die Herstellung von Werkzeugen, die selbst für die Produktion zum Einsatz kommen. Dieser Prozess wird Rapid Tooling bezeichnet. Unternehmen, die ihre Abhängigkeit von Zulieferern reduzieren wollen, können so unter Umständen ihr eigenes Werkzeug selbst herstellen, um entsprechende Produkte zu erschaffen.
Rapid Prototyping im Softwarebereich und Lean Production
Auch im Bereich der Softwareentwicklung kann Rapid Prototyping seine Stärken ausspielen. Genauso wie im industriellen Bereich geht es um die Entwicklung eines funktionierenden Prototypen, der von Investoren und anderen Stakeholdern in der frühen Produktentwicklungsphase getestet werden kann. Verbesserungspotential kann so schnell in die Anwendung einfliessen – dies ist der iterative Ansatz moderner Entwicklungs- und Projektmanagement-Methoden. Die sogenannte „Time to Market“ wird dadurch reduziert.
Ganze Geschäftsideen werden auf diese Weise am Markt getestet, indem auf Prototypen basierende Geschäftsideen verbunden mit Software direkt an der Kundschaft ausprobiert werden. Fehlentwicklungen bei Produktideen oder gar ganzen Firmengründungen auf Basis eines Geschäftsmodells lassen sich so abwenden. Dieses Vorgehen wird als System Development Method (SDM) oder System Designing Process (SDP) bezeichnet und eignet sich vor allem dann gut, wenn die Anforderungen an das Produkt bzw. die Dienstleistung nicht ganz klar sind. Man testet sich Schritt für Schritt an das finale Resultat heran. Das direkte und frühe Einbeziehen des Kunden verhindert Fehler, Probleme und mangelnde Akzeptanz. Die in diesem Zusammenhang genutzten Vorgehensmodelle zur Projekt- und Produktentwicklung in der Wirtschaft bzw. Industrie werden als „lean“ (schlank) und agil bezeichnet. Eine lean production legt Wert auf eine schnelle Anpassungsfähigkeit an Veränderungen, etwas, das sich im Rahmen agiler Produktentwicklungsmethodologien und den dort verwendeten iterativen Ansätzen widerspiegelt.
Was sind bekannte Problempunkte beim Rapid Prototyping?
Reduzierte Analyse und Spezifikation:
Das Ziel einer effizienten Produktion von frühen Modellen führt unter Umständen zu einer reduzierten Analyse des Gesamtvorhabens. So werden ggf. bessere Lösungsmöglichkeiten übersehen und die Spezifikationen nicht immer vollständig durchdacht. Der Fokus liegt auf der schnellen Entwicklung dieses einen Prototypen, der funktionell möglichst viel umfasst. Das ausreichende, gründliche Durchdenken kann darunter leiden, da der Entwicklungsprozess quasi den so wichtigen modellgetriebenen Design-Prozess überspringt.
Zu starker Fokus auf den Prototypen:
Wenn Ingenieure sich auf den einen Prototypen fokussieren, entsteht u. U. eine solche „Liebe“ dazu, dass der Prototyp nicht als Test angesehen, sondern versucht wird, den Prototypen direkt in das finale Produkt umzuwandeln. Dies führt dazu, dass am Prototypen zu lange entwickelt wird und damit der Zeitvorteil verloren geht. Der Fokus auf den Prototypen verschliesst auch oftmals den weiteren Blick für andere Lösungsmöglichkeiten von Problemen.
Endlose Zyklen durch Verbesserungen:
Das Projektmanagement einer Rapid Prototypen-Entwicklung kann womöglich auch in einer endlosen Schleife von Produktion, Feedback und Verbesserungen enden, die dann die eigentliche Zeitersparnis relativiert oder gar zu höheren Kosten führt.
Nur für einfachere Modelle und Software möglich:
Generell muss gesagt werden, dass sehr komplexe industrielle Produkte nur schwer per Rapid Prototyping zuvor getestet werden können, da die Modellierungsverfahren heute vor allem auf bestimmte Einzelmodelle und Materialien begrenzt sind. Auch komplexe Softwarelösungen lassen sich nicht in allen Aspekten in Form eines Prototyps testen.
Von Rapid Prototyping zu Rapid Business Process Management
Rapid Prototyping ist nur mit entsprechenden Vorgehensmodellen bei der Produktentwicklung in Unternehmen möglich. Werden ganze Schaltkreise automatisiert mittels Rapid Prototyping erstellt, sind optimierte Prozessschritte unabdingbar. Dazu ist ein hoher Grad an Prozessautomation notwendig, was u. a. durch neue Funktionen in BPM-Werkzeugen erreicht wird. Diese Funktionen ermöglichen eine schnelle Anpassung von Prozessen und Abläufen.
Die Basis für Rapid Prototyping im BPM-Bereich bilden moderne Standards wie Business Process Model and Notation (BPMN), eine Integration von Werkzeugen, die Prozesse designen und automatisieren und mittels analytischer Berechnungen auf Basis von Business Intelligence (BI) optimieren und analysieren können.
Das Überwachen und Anpassen, sowie auch das Pausieren sowie das genaue Monitoring (beispielsweise bei Änderungen von Ressourcen, Inputs oder Outputs durch Business Activity Monitoring (BAM) wird hierbei ein wichtiger Bestandteil von BPM-Suiten.
Das Business Process Management System (BPMS) integriert hierbei Funktionen, die es Unternehmen ermöglicht, Rapid Prototyping in ihrer automatisierten Geschäftsprozesswelt zu realisieren. Mit diesen Werkzeugen können die definierten Geschäftsregeln in Bezug auf die Ressourcenverteilung, Datensammlung oder durchzuführende Schritte bedarfsgerecht und individuell zur jeweiligen Situation verändert werden.
Prototypen von Geschäftsprozessen (siehe Entwicklung von Unternehmensideen weiter oben) können mithilfe von BPM-Suiten modelliert und simuliert werden. Ziel hierbei ist es, einen neuen Geschäftsprozess zu definieren und die Realisierbarkeit auf Basis eines Geschäftsprozess-Prototypen zu prüfen. Mit modernen BPMS kann man Prototyping von Prozessketten als Unternehmensschritt im Veränderungsprozess mit integrieren und so die Vorteile nutzen. Der Fokus liegt hierbei auf der Vereinfachung der Modellierung, damit eine Erstellung neuer Prozesse unkompliziert möglich wird (beispielsweise ohne Programmierung). Herkömmliche BPMS-Lösungen unterstützen und automatisieren meist sehr komplexe Prozesse, die viele unterschiedliche Parameter benötigen, sodass ein schnelles Prototyping kaum möglich ist. Mit modernen Systemen sind Geschäftsprozesse schnell erstellt und können per Mausklick gestartet, getestet und angepasst werden.
Rapid Prototyping: Fazit
Rapid Prototyping ist für Unternehmen der Industrie und IT ein entscheidender Erfolgsfaktor, um neue Produkte oder Dienstleistungen in den Markt zu bringen. Durch die Integration in BPM-Suites lassen sich einfach Geschäftsprozesse erstellen, Prozessautomation und rasche Änderungen in bestehende Prozesse bewirken. Das Thema ist für den wirtschaftlichen und industriellen Bereich von großer Bedeutung.
