Design to Operate

Der Design-to-Operate-Prozess (D2O) beschreibt den gesamten Lebenszyklus eines Produkts, von der ersten Designphase über die Produktion und den Betrieb bis hin zur Wartung und Optimierung. Er ist ein integraler Bestandteil moderner Wertschöpfungsketten und unterstützt Unternehmen dabei, ihre Effizienz zu steigern und die Produktqualität zu verbessern.

Bedeutung und Definition

Der Design to Operate Prozess umfasst alle Aktivitäten, die erforderlich sind, um ein Produkt von der Konzeptionsphase bis zum Betrieb und zur Wartung zu steuern. Ziel ist es, alle Phasen nahtlos zu integrieren und datengetrieben zu optimieren. Durch den Einsatz digitaler Technologien wie ERP-Systemen können Unternehmen nicht nur die Produktentwicklung, sondern auch die Produktion und den Betrieb effizienter gestalten.

Dieser Ansatz wird zunehmend wichtiger in Branchen, in denen komplexe Produkte hergestellt werden, wie in der Fertigungsindustrie, im Maschinenbau oder der Automobilbranche.

Rolle in der Wertschöpfungskette

Design to Operate verbindet verschiedene Schritte der Wertschöpfungskette in einem durchgängigen Prozess.

• Produktdesign: Sicherstellung, dass Produkte den Marktanforderungen entsprechen und gleichzeitig ressourcenschonend gestaltet sind.
• Produktion: Effiziente Fertigung durch optimierte Planung und Automatisierung.
• Betrieb: Produkte werden in ihrer Nutzung kontinuierlich überwacht, um Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Wartung: Proaktive Instandhaltung reduziert Ausfallzeiten und verlängert die Lebensdauer des Produkts.

Phasen im Design to Operate Prozess

Der Design-to-Operate-Prozess umfasst die gesamte Entwicklung eines Produkts – von der ersten Designphase bis hin zur Wartung und Optimierung im laufenden Betrieb. Jede Phase ist so gestaltet, dass sie zur Effizienzsteigerung, Kostensenkung und einer nachhaltigen Produktlebensdauer beiträgt.

Produktdesign

Das Produktdesign bildet die Grundlage für den gesamten Prozess und fokussiert sich auf die Entwicklung eines marktfähigen, funktionsgerechten Produkts. Hier kommen moderne CAD-Tools zum Einsatz, die detaillierte Designs ermöglichen. Simulationen werden genutzt, um die technische Machbarkeit zu überprüfen. Das Ergebnis ist ein vollständiges, optimiertes Produktdesign, das bereit für die Produktion ist.

Produktionsplanung

In der Produktionsplanung wird mit PPS-Systemen sichergestellt, dass das Produkt effizient und reibungslos gefertigt werden kann. Dies umfasst die Planung von Produktionskapazitäten und -ressourcen mit MES-Systemen, die Erstellung von Stücklisten sowie die Integration von digitalen Supply-Chain-Prozessen. Der Plan legt die Basis für eine effiziente und störungsfreie Fertigung.

Fertigung

Die Fertigung konzentriert sich auf die tatsächliche Herstellung des Produkts und kombiniert Qualität, Kostenbewusstsein und Effizienz. Digitale Prozesse steuern und überwachen die Produktionsprozesse, während Automatisierungstechnologien eingesetzt werden. Durch laufende Qualitätskontrollen in dem Control to Compliance Prozess wird sichergestellt, dass die gefertigten Produkte den definierten Standards entsprechen.

Wartung und Optimierung

Die letzte Phase zielt darauf ab, Produkte proaktiv zu warten und ihre Leistung kontinuierlich zu verbessern. Predictive Maintenance nutzt Daten, um potenzielle Ausfälle frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden. Digitale Zwillinge simulieren den Zustand des Produkts und helfen dabei, Optimierungspotenziale zu identifizieren, wodurch Ausfallzeiten minimiert und die Produktlebensdauer verlängert wird. Der Request to Service Prozess steuert dabei die Bearbeitung von Servicefällen und sichert proaktive Wartungen.

Die Darstellung zeigt die Mehrwerte der einzelnen Phasen des Design-to-Operate-Prozesses in Bezug auf Effizienzsteigerung, Kostenreduktion, Nachhaltigkeit und Kundenzufriedenheit. 

Vorteile des Design to Operate Prozesses

Ein integrierter Design-to-Operate-Prozess bietet einen ganzheitlichen Ansatz zur Produktentwicklung, Fertigung, Nutzung und Wartung. Durch die enge Verzahnung der Prozessphasen lassen sich Effizienz, Qualität und Kundenzufriedenheit steigern, während Kosten gesenkt und Nachhaltigkeitsziele erreicht werden.

Effizienzsteigerung durch Integration

Ein zentraler Vorteil des integrierten Ansatzes ist die nahtlose Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen. Der durchgängige Informationsfluss – ermöglicht durch ERP-Systeme und digitale Technologien – reduziert Verzögerungen und sorgt für klare Verantwortlichkeiten. Automatisierte Workflows sparen Zeit und minimieren manuelle Eingriffe, wodurch der Time-to-Market deutlich verkürzt wird.

Verbesserte Produktqualität

Qualität beginnt bereits in der Designphase: Simulationen und Tests helfen, potenzielle Fehler frühzeitig zu erkennen und zu beheben. Während des Betriebs ermöglichen IoT-Sensoren eine kontinuierliche Überwachung der Produktleistung, was nicht nur die Qualität sichert, sondern auch die Zuverlässigkeit erhöht. Die Analyse von Betriebs- und Wartungsdaten führt zu gezielten Verbesserungen bei zukünftigen Produktgenerationen.

Optimierte Betriebs- und Wartungsprozesse

Ein integrierter Prozess fördert die Effizienz in der Betriebs- und Wartungsphase. Predictive Maintenance minimiert Ausfallzeiten und senkt die Wartungskosten, während eine datenbasierte Ressourcenplanung für eine präzise und zielgerichtete Ressourcennutzung sorgt. Produkte profitieren von einer längeren Lebensdauer und gesteigerten Wert durch regelmäßige Wartung und Optimierung.

Nachhaltigkeit und Kostensenkung

Die Verbindung der Prozessphasen erlaubt es, den Material- und Energieverbrauch in Fertigung und Wartung zu optimieren, was sowohl die Umwelt als auch die Betriebskosten entlastet. Zudem fließen die gewonnenen Daten zurück in die Designphase, um nachhaltigere Produkte zu entwickeln, die den ökologischen Fußabdruck reduzieren.

Merkmal	Vorteil	Bewertung
Integration aller Phasen	Verbesserter Informationsfluss und Zusammenarbeit	Hohe Effizienz
Automatisierte Workflows	Zeitersparnis und Reduktion manueller Eingriffe	Hohe Kosteneinsparung
Predictive Maintenance	Vermeidung von Ausfallzeiten und niedrigere Wartungskosten	Kritisch für Betriebsstabilität
IoT-gestützte Überwachung	Früherkennung von Problemen und kontinuierliche Produktverbesserung	Hohe Produktzuverlässigkeit
Nachhaltige Produktgestaltung	Reduktion von Material- und Energieverbrauch	Umweltfreundliche Prozesse
Datenanalyse und Optimierung	Fundierte Entscheidungsgrundlage für künftige Entwicklungen	Langfristige Wettbewerbsvorteile

Die Gegenüberstellung zeigt, wie die zentralen Merkmale des Design-to-Operate-Prozesses miteinander verknüpft sind, um Effizienz, Nachhaltigkeit und Qualität zu fördern.

Herausforderungen im Design to Operate

Der Design-to-Operate-Prozess bietet nicht nur zahlreiche Vorteile, jedoch bringt er auch spezifische Herausforderungen mit sich. Diese resultieren vor allem aus der Komplexität der Prozessintegration, den hohen Anforderungen an das Datenmanagement und der Abstimmung zwischen verschiedenen Abteilungen. Um den vollen Nutzen dieses Ansatzes zu realisieren, müssen Unternehmen diese Hindernisse systematisch adressieren.

Komplexität in der Prozessintegration

Die Verknüpfung der Phasen von Design über Produktion bis hin zu Betrieb und Wartung erfordert eine nahtlose Integration aller Geschäftsprozesse und Technologien. Fehlende Schnittstellen oder isolierte Systeme können den Informationsfluss erheblich behindern. Integrierte ERP-Systeme und digitale Infrastrukturen schaffen die Grundlage für eine einheitliche Prozesslandschaft, welche durch eine durchgängige Konzeption der IT Infrastruktur sichergestellt wird. Hier werden die Datenübertragung und Kommunikation zwischen den Phasen automatisiert und verbessert.

Datenmanagement und Transparenz

Der Design-to-Operate-Prozess generiert eine enorme Menge an Daten aus diversen Quellen, darunter IoT-Sensoren, Produktionssysteme und Wartungsberichte. Diese Daten müssen konsistent und leicht zugänglich sein, um fundierte Entscheidungen treffen zu können. Cloud-basierte Lösungen bieten eine zentrale Plattform zur Verwaltung und Analyse dieser Daten. Durch den Einsatz fortschrittlicher Analysetools lassen sich wertvolle Erkenntnisse aus den Datensätzen gewinnen, um Effizienz und Qualität zu steigern.

Abstimmung zwischen Abteilungen

Abteilungen wie Forschung & Entwicklung, Produktion und Service haben oft unterschiedliche Ziele und Prioritäten, was die Zusammenarbeit erschweren kann. Eine klare Prozessstruktur, regelmäßige Abstimmungstermine und transparente Kommunikation schaffen Abhilfe. Integrierte ERP-Systeme fördern zudem die bereichsübergreifende Zusammenarbeit, indem sie allen Teams Zugriff auf die gleichen, aktuellen Daten ermöglichen.

Technologische Anforderungen

Um die digitale Transformation erfolgreich zu gestalten, sollten Unternehmen schrittweise vorgehen. Investitionen in den sukzessive Ausbau der technologischen Infrastruktur sichern eine erfolgreiche Implementierung und Nutzung der neuen Technologien ab.

Unerwartete Probleme im Betrieb

Selbst bei sorgfältiger Planung können unvorhergesehene Störungen im Betrieb oder der Wartung auftreten, die die Effizienz beeinträchtigen. Predictive-Maintenance-Systeme ermöglichen die frühzeitige Identifikation potenzieller Probleme, während Echtzeitüberwachung zusätzliche Sicherheit bietet. Diese Ansätze helfen, Ausfallzeiten zu minimieren und die Betriebsstabilität zu erhöhen.

Die Darstellung zeigt die Bewertung der Herausforderungen und Lösungen im Design-to-Operate-Prozess, kategorisiert nach den zentralen Aspekten: Integration, Datenmanagement, Abstimmung, Technologie und Problembewältigung. Die Balken veranschaulichen die Schwierigkeit der Herausforderungen und die Effektivität der vorgeschlagenen Lösungen.

Differenzierung zu den begleitenden Prozessen

Design to Operate (D2O)

Der Design-to-Operate-Prozess deckt den gesamten Lebenszyklus eines Produkts ab, von der Designphase bis hin zum Betrieb. Der Fokus liegt auf der effizienten und nachhaltigen Gestaltung, Produktion und Wartung von Produkten. Der Prozess umfasst fünf Hauptschritte: Im Design-Schritt wird das Produkt entwickelt, wobei Funktionalität, Kosten und Nachhaltigkeit im Vordergrund stehen. Anschließend folgt die Planung, bei der Produktionspläne und Ressourcenallokationen erstellt werden. Im nächsten Schritt, der Produktion, wird das Produkt gemäß festgelegten Standards hergestellt. Darauf folgt die Auslieferung an Kunden oder Endnutzer. Schließlich wird das Produkt im Betrieb gewartet und optimiert.

Charakteristisch für diesen Prozess ist der Einsatz digitaler Technologien wie IoT und ERP-Systeme, die eine integrierte Datenbasis und effiziente Abläufe ermöglichen. Ziel ist es, Produktqualität, Nachhaltigkeit und Effizienz zu maximieren.

Design to Produce (D2P)

Der Design-to-Produce-Prozess legt den Schwerpunkt auf die Optimierung der Produktion und schließt direkt an die Designphase an. Ziel ist es, die Übergänge zwischen Design und Produktion so effizient wie möglich zu gestalten, um Kosten zu senken und die Produktion zu optimieren.

Der Prozess beginnt mit der Entwicklung des Produkts, wobei besonders darauf geachtet wird, dass es den Anforderungen der Produktion entspricht. In der folgenden Planungsphase werden Produktionspläne detailliert ausgearbeitet, häufig unter Nutzung von ERP-Systemen. Abschließend erfolgt die Produktion, die in der Regel standardisiert und oft in großen Stückzahlen erfolgt.

Dieser Ansatz ist besonders geeignet für Branchen mit hohem Standardisierungsgrad und legt Wert auf Automatisierung und Effizienz. Eine enge Zusammenarbeit zwischen Design- und Produktionsteams ist essentiell, um die Übergänge nahtlos zu gestalten.

Engineer to Order (ETO)

Der Engineer-to-Order-Prozess wird verwendet, wenn Produkte speziell auf individuelle Kundenspezifikationen zugeschnitten sind. Im Gegensatz zu standardisierten Prozessen beginnt ETO mit der Angebotserstellung, bei der die Anforderungen des Kunden erfasst und in ein Angebot integriert werden. Danach folgt die Engineering-Phase, in der ein spezifisches Design für die Kundenanforderungen entwickelt wird.

Im nächsten Schritt erfolgt die Produktion, die individuell auf die jeweilige Bestellung abgestimmt ist. Abschließend wird das maßgeschneiderte Produkt im Rahmen der Lieferung an den Kunden übergeben.

Dieser Prozess zeichnet sich durch hohe Flexibilität und Individualisierung aus, geht jedoch oft mit längeren Durchlaufzeiten einher. Eine enge Kommunikation mit dem Kunden ist entscheidend, um dessen Erwartungen optimal zu erfüllen.

Gegenüberstellung der Prozesse

Der Design-to-Operate-Prozess bietet einen umfassenden End-to-End-Ansatz und eignet sich besonders für Unternehmen, die den gesamten Lebenszyklus eines Produkts optimieren möchten. Dabei wird auf standardisierte Abläufe gesetzt, die durch Technologien wie IoT oder ERP unterstützt werden.

Der Design-to-Produce-Prozess hingegen konzentriert sich speziell auf die Produktionsoptimierung und ist ideal für Branchen mit hohem Standardisierungsgrad. Durch die enge Verzahnung von Design und Produktion können hier Kosteneffizienz und Produktionsgeschwindigkeit gesteigert werden.

Im Vergleich dazu adressiert der Engineer-to-Order-Prozess Unternehmen, die individuelle Kundenwünsche erfüllen müssen. Der Fokus liegt auf Flexibilität und maßgeschneiderten Lösungen, was jedoch längere Durchlaufzeiten und eine intensive Kundenkommunikation erfordert.

Merkmal	Design to Operate (D2O)	Design to Produce (D2P)	Engineer to Order (ETO)
Ziel	End to End Optimierung	Produktionsoptimierung	Kundenspezifische Lösungen
Produkte	Standardprodukte	Standardprodukte	Individuelle Produkte
Flexibilität	Mittel	Gering	Hoch
Technologien	Sehr hoch (IoT, ERP, PLM)	Hoch (ERP, Automatisierung)	Moderat (CAD, spez. Tools)
Durchlaufzeit	Kurz bis mittel	Kurz	Lang
Kundenintegration	Gering bis mittel	Gering	Hoch

ERP-Systeme im Design to Operate

ERP-Systeme spielen eine essenzielle Rolle im Design-to-Operate-Prozess, indem sie als zentrale Plattform alle Phasen – von der Produktentwicklung bis zur Wartung – miteinander verbinden. Sie fördern die Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen, ermöglichen eine ganzheitliche Sicht auf den gesamten Produktlebenszyklus und automatisieren wichtige Prozesse, wodurch Effizienz, Produktqualität und Nachhaltigkeit verbessert werden. Umso wichtiger ist eine ganzheitliche Betrachtung der ERP-System Einführung, welche integrativ und qualitativ betrachtet werden sollte.

Integration aller Prozessphasen

ERP-Systeme ermöglichen eine nahtlose Integration zwischen Design, Produktion, Betrieb und Wartung. Sie verbinden verschiedene Abteilungen durch eine einheitliche Plattform und schaffen Schnittstellen zu ergänzenden Technologien wie CAD-Software oder IoT-Plattformen. Die daraus resultierende Transparenz unterstützt eine durchgängige Steuerung und optimiert die Entscheidungsfindung.

Datenverfügbarkeit in Echtzeit

Alle relevanten Informationen, von Produktionsplänen bis zu Wartungsberichten, werden in ERP-Systemen zentral gespeichert und sind in Echtzeit verfügbar. Änderungen in einem Prozessschritt werden unmittelbar an alle betroffenen Abteilungen kommuniziert, um Verzögerungen zu vermeiden. Durch die Analyse der gesammelten Daten kann eine präzisere Planung und Optimierung vorgenommen werden.

Automatisierung und Prozessüberwachung

Wiederkehrende Aufgaben, wie die Erstellung von Produktionsplänen oder Wartungsprotokollen, werden durch automatisierte Workflows effizienter gestaltet. Predictive Maintenance wird durch die Integration von IoT-Sensoren ermöglicht, wodurch Unternehmen proaktive Wartungen durchführen und Ausfallzeiten minimieren können. Gleichzeitig erlaubt die Echtzeit-Überwachung der Produktion schnelle Reaktionen auf Abweichungen.

Vorteile von ERP-Systemen

Durch die umfassende Integration und Automatisierung steigern ERP-Systeme die Effizienz und senken die Kosten. Die verbesserte Ressourcennutzung, kontinuierliche Datenanalyse und proaktive Wartung der Maschinen führen zu einer höheren Produktqualität und tragen zu einer nachhaltigen Nutzung von Materialien bei. Unternehmen profitieren von einer optimierten Planung, kürzeren Reaktionszeiten und einer verlängerten Lebensdauer ihrer Produkte.

Aspekt	Funktion	Vorteil	Komplexität
Integration	Verbindung von Design, Produktion, Betrieb und Wartung.	Reibungsloser Informationsfluss und bessere Zusammenarbeit zwischen den Abteilungen.	Mittel
Datenmanagement	Zentrale Speicherung und Echtzeit-Updates.	Verbesserte Entscheidungsfindung und Fehlerreduktion durch konsistente Daten.	Hoch
Automatisierung	Automatisierte Workflows für wiederkehrende Aufgaben.	Zeitersparnis und Ressourcenschonung.	Mittel
Predictive Maintenance	Integration von IoT-Sensoren und Echtzeit-Überwachung.	Minimierung ungeplanter Ausfälle und reduzierte Wartungskosten.	Hoch
Prozessüberwachung	Echtzeit-Monitoring von Produktion und Betrieb.	Schnelle Reaktion auf Abweichungen und optimierte Produktionssteuerung.	Mittel
Nachhaltigkeit	Optimierung von Materialverbrauch und Ressourcennutzung.	Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks und Kostenkontrolle.	Niedrig

Digitalisierung D2O Prozesses

Die Digitalisierung des Design-to-Operate-Prozesses optimiert den gesamten Lebenszyklus eines Produkts. Von der Konzeption über die Produktion bis hin zur Wartung ermöglicht der digitale Prozess effizienter, flexibler und nachhaltiger zu agieren. Mit modernen Technologien können Kosten gesenkt, die Produktqualität verbessert und die Markteinführungszeiten erheblich verkürzt werden.

Einsatz moderner Technologien

Der Einsatz von Technologien wie dem Internet of Things (IoT) bietet Unternehmen neue Möglichkeiten der Echtzeitüberwachung von Maschinen und Produkten im Betrieb. IoT-Sensoren sammeln Daten, die für Wartung, Fehlerdiagnose und Prozessoptimierung genutzt werden können. Künstliche Intelligenz (KI) analysiert diese Daten, erkennt Muster und liefert Prognosen für zukünftige Wartungsbedarfe. Mithilfe digitaler Zwillinge, virtueller Modelle von Produkten oder Prozessen, können Unternehmen Simulationen durchführen, um Veränderungen vor der physischen Implementierung zu testen. Ergänzend ermöglichen Cloud-Technologien den standortübergreifenden Zugriff auf Daten und fördern die abteilungsübergreifende Zusammenarbeit. Automatisierung spielt ebenfalls eine Schlüsselrolle, indem sie Prozesse in Design, Fertigung und Betrieb beschleunigt und Fehlerquellen reduziert.

Best Practices für eine nachhaltige Prozessgestaltung

Eine End-to-End-Integration aller Prozessphasen durch zentrale ERP-Systeme stellt sicher, dass Daten konsistent und jederzeit verfügbar sind. Regelmäßige Optimierungen der Prozesse auf Basis neuer Technologien und Marktanforderungen stärken die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Transparenz ist ein weiterer entscheidender Faktor: Echtzeitdaten und Dashboards schaffen Klarheit über den Status von Projekten, Produktionskapazitäten und Produktlebenszyklen. Zudem sind Schulungen der Mitarbeitenden essentiell, um digitale Tools und Technologien effizient nutzen zu können.

Vorteile der digitalen Optimierung

Die digitale Transformation des Design-to-Operate-Prozesses steigert die Effizienz und Geschwindigkeit, indem sie manuelle Tätigkeiten reduziert und Prozesse in allen Phasen beschleunigt. Sie verbessert die Produktqualität durch kontinuierliche Datenanalyse, die Schwächen frühzeitig identifiziert und behebt. Automatisierung und vorausschauende Wartung minimieren ungeplante Ausfallzeiten und senken damit Betriebskosten. Nachhaltigkeit wird durch optimierte Produktionsprozesse und ressourcenschonende Betriebsabläufe gefördert. Zudem steigern zuverlässige Betriebsleistungen und bessere Produktqualität die Kundenzufriedenheit und stärken die Bindung an das Unternehmen.