Komplexität und deren Beherrschung in internationalen Groß- und Megaprojekten des deutschen Großanlagenbaus

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-10-26
Issue Year
2020
Authors
Hümmer, Matthias
Editor
Abstract

German large-scale plant construction industry (German: deutscher Großanlagenbau [dGAB]) is one of the most important pillars of the German economy. Unfortunately, dGAB companies have been under significant competitive pressure in a price-driven market for almost a decade. In order to be / stay competitive in this volatile, uncertain market, it is therefore necessary to carry out ever larger, technologically challenging, risky projects with tighter budgets and shorter lead times in an international context. These international projects have strategic and economic relevance due to increasing investment volumes, and are therefore often exposed to transnational, political interests, and are thus influenced by them. In addition, due to the competitive situation, the requirements continue to grow, which are becoming more and more confusing, especially in terms of size, innovative functionalities such as (e.g. autonomy, measurement and control technology, processes, etc.), and therefore increasingly opaque in terms of cost: They can therefore be described as complex. However, various national and international large-scale and megaprojects show that companies are struggling since there appear considerable delays and cost overruns in such projects. Large and megaprojects are increasingly not mastered in execution and no proven means of mastering them are found. The current situation implies that the usual way of managing routines is outdated and is not working any longer in large-scale and megaprojects Companies in the dGAB are therefore making every effort to improve the controllability of large-scale and megaprojects. The future viability of the dGAB therefore depends on a solution of the controllability of large-scale and megaprojects. We are at a turning point. Looking at large-scale and megaprojects, the suspicion arises that tried and tested project management approaches and planning methods are no longer suitable for controlling and mastering large-scale and megaprojects, and therefore do not lead to success. Here, complexity is a central factor that impairs project success and has an impact in the project realization of major projects of the dGAB. It represents a problem that has not been sufficiently mastered so far. Although national and international research on this topic has been going on for decades, questions still remain unanswered:

  • What is complexity? Where does it come from?
  • How does it behave?
  • Can it be mastered? And if so, how? These questions are to be answered within this thesis for large-scale and megaprojects of German large-scale plant construction. Hence, an understanding of complexity will be developed on the basis of the existing research literature. It will be developed on the basis of general systems theory and will be extended to complexity. The applied approach is deliberately strictly theoretical and initially decoupled from the research context of the dGAB. The total complexity is formed by two coupled parts: structural and subjective complexity. Structural complexity represents the structural structure (depth and breadth) and also the dynamics and variability of a system over time. Subjective complexity, on the other hand, is a state of a system in which one or more elements (i.e. a subsystem) are not in a position to conclude on the behavior of the system - i.e. it stems from over-demand. The coupling of the two parts takes place by means of the requirements of structural complexity on the capacity existing in the system (leadings to subjective complexity). Subjective complexity feeds back to structural complexity via changed requirements or changes to the structure. This allows the effects and severity of complexity to be considered, and the overall complexity behavior over the complexity life cycle to be represented. To round off the understanding of complexity, delimitations were carried out: Complex to simple, difficult / complicated and chaotic as well as complex to risk, disruption, emergency, crisis and disaster. These basics then allowed to develop a concept for measuring complexity via failure probabilities and, based on this, for complexity control. This understanding and theoretical concept of complexity was questioned within a study by means of semi-structured interviews. The empirical data collected were used to assess the benefits and applicability of the concept. By integrating the results, the model could be further improved. The following can be derived for the dGAB and the control of complexity in large-scale and megaprojects: It is shown that a control of complexity functions as long as sufficient capacities are available within the project/system. If a so-called Point-of-no-Return is exceeded, a control of complexity is no longer possible. Especially for large and megaprojects, this point is already exceeded right from contract signature. Thus, attention must be paid to a realistic execution in which the boundary conditions are optimally coordinated and the scope of supply and services as well as the areas of responsibility are as clear as possible to all parties already during bidding and planning phases - a major challenge within a highly competitive market. During the executing large and mega projects, five aspects are central to mastering complexity: structures, communication, resource qualification, management and control, and appropriate attitudes and culture. These must be regularly reviewed both in the project and within the organization of the companies carrying out the project. Depending on the situation (latent or acute complexity) in the project, the methods of complexity management (active or reactive) must be changed. Fortunately, the above mentioned five aspects are interwoven but are fixed points for management activities:
  • Structures: clear structures (dependencies, responsibilities, etc.), transparency, uniqueness
  • Communication: Clear, transparent, unambiguous and comprehensible. This applies in particular to interfaces and transition of project phases.
  • Qualification of resources: Suitable personnel must be deployed at central points of the project.
  • Control and management: identify deviations, comprehensively understand them and react quickly. The methods for mastering complexity integrate existing approaches to project execution such as risk management, crisis management and organizational improvement measures such as lean management, Kanban with consideration of the human being. This is because the management routines to be used to control complexity must be applied to the situation and can be differentiated by the probability of failure. However, these are not intuitive and therefore require a high level of competence from all stakeholders. The human being with his abilities/excellence is thus the decisive element for complexity control within a large and mega project as well as in the company.
Abstract

Der deutsche Großanlagenbau (GAB) ist eine der wichtigsten Säulen der deutschen Industrie. Leider stehen Unternehmen des GABs seit fast einem Jahrzehnt in einem preisgetriebenen Kundenmarkt unter signifikantem Wettbewerbsdruck. Um in diesem volatilen, unsicheren Markt wettbewerbsfähig zu sein, ist es notwendig, immer größere, technologisch herausfordernde und damit risikobehaftete Groß- und Megaprojekte mit knapperen Budgets und in kürzeren Abwicklungszeiten reibungslos in einem internationalen Kontext durchzuführen. Diese internationalen Projekte haben aufgrund steigender Investmentvolumina strategische und wirtschaftliche Relevanz und sind daher vielfach länderübergreifenden politischen Interessen ausgesetzt, durch die sie beeinflusst werden. Zusätzlich wachsen aufgrund der Wettbewerbssituation auch die Anforderungen weiter an, welche insbesondere in Größe und innovativen Funktionalitäten (Autonomie, Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik, Prozesse etc.) immer unübersichtlicher und daher hinsichtlich der Kosten immer undurchsichtiger werden: Sie können daher als komplex bezeichnet werden. Allerdings zeigen diverse nationale und internationale Groß- und Megaprojekte, dass die Unternehmen mit erheblichen Verzögerungen und Kostenüberschreitungen kämpfen. Es kann festgestellt werden, dass zunehmend Groß- und Megaprojekte in der Ausführung nicht beherrscht und keine probaten Mittel zur Beherrschung gefunden werden. Außerdem zeigt die gegenwärtige Situation, dass überkommenes Denken und bisher übliche Handlungsweisen im Projektmanagement von Groß- und Megaprojekten nicht mehr funktionieren. Unternehmen des deutschen Großanlagenbaus setzen daher alles daran, die Beherrschbarkeit von Groß- und Megaprojekten zu verbessern. Denn daraus leitet sich die Beantwortung der Frage ab, ob Anlagenbauer zukünftig die Übernahme von Groß- und Megaprojekten gegenüber ihren Kunden, Gesellschaftern und Mitarbeitern überhaupt noch verantworten können. Somit hängt von der Lösung der Beherrschbarkeit von Groß- und Megaprojekten die Zukunftsfähigkeit des deutschen Großanlagenbaus ab. Man steht an einem Wendepunkt. Betrachtet man Groß- und Megaprojekte, so kommt der Verdacht auf, dass erprobte und altbewährte Projektmanagementansätze sowie Planungsmethoden nicht mehr geeignet sind, solche Projekte zu steuern und zu beherrschen, und somit nicht zum Erfolg führen. Dabei spielt Komplexität eine zentrale Rolle als projekterfolgsbeeinträchtigender und wirkmächtiger Faktor in der Projektrealisierung von Großprojekten des deutschen Großanlagenbaus (dGAB), denn sie stellt ein bisher nicht ausreichend beherrschtes Problem dar. Wenngleich schon seit Jahrzehnten an diesem Thema national und international geforscht wird, sind immer noch die wesentlichen Fragen unbeantwortet:

  • Was ist Komplexität? Woher kommt sie?
  • Wie verhält sie sich?
  • Kann sie beherrscht werden? Und wenn ja, wie? Diese Fragen sollen innerhalb dieser Arbeit für Groß- und Megaprojekte des deutschen Großanlagenbaus beantwortet werden. Dazu wird ein neues Verständnis von Komplexität auf Basis der veröffentlichten Forschungsliteratur entwickelt. Dieses wird auf der Grundlage der allgemeinen Systemtheorie entwickelt und auf Komplexität erweitert. Der angewandte Ansatz ist bewusst theoretisch stringent orientiert und zunächst entkoppelt vom Forschungskontext des dGAB. Die Gesamtkomplexität wird über die gekoppelten Teile von struktureller und subjektiver Komplexität gebildet. Dabei bildet strukturelle Komplexität den strukturellen Aufbau (Tief und Breite) und die Veränderlichkeit/Varietät eines Systems über die Zeit ab. Subjektive Komplexität hingegen ist ein Zustand eines Systems, in dem ein oder mehrere Elemente (mit dem Menschen als Bestandteil) nicht in der Lage sind, auf das Verhalten des Systems zu schließen – d. h., sie folgt aus Überforderung. Die Kopplung erfolgt darüber, dass strukturelle Komplexität Anforderungen an die im System existierende Kapazität stellt und bei Überschreitung in subjektive Komplexität mündet. Umgekehrt existiert durch subjektive Komplexität eine Rückkopplung auf die strukturelle Komplexität über Änderungen an der Struktur. Damit lassen sich Auswirkungen und Schwere von Komplexität betrachten und insgesamt das Komplexitätsverhalten über den Komplexitätslebenszyklus darstellen. Zum Abrunden des Komplexitätsverständnisses wurden Abgrenzungen durchgeführt: „komplex“ vs. „einfach“, „schwierig/kompliziert“ und „chaotisch“ sowie „komplex“ gegenüber „Risiko“, „Störung“, „Notfall“, „Krise“ und „Katastrophe“. Diese Grundlagen erlaubten dann, ein Konzept zur Komplexitätsmessung über Versagenswahrscheinlichkeiten und darauf aufbauend zur Komplexitätsbeherrschung zu erarbeiten. Dieses Verständnis und theoretische Konzept von Komplexität wurde innerhalb einer Studie mittels semi-strukturierter Interviews hinterfragt. Die erhobenen empirischen Daten wurden zur Beurteilung des Nutzens und der Anwendbarkeit des Konzepts verwendet. Durch Integration der Ergebnisse konnte das Modell weiter verbessert werden. Für den dGAB und die Beherrschung von Komplexität in Groß- und Megaprojekten kann Folgendes abgeleitet werden: Es wird gezeigt, dass die Beherrschung von Komplexität so lange funktioniert, als genügend Kapazitäten innerhalb des Projektes/Systems zur Verfügung stehen. Wird ein sogenannter Point of no Return überschritten, so ist eine Beherrschung von Komplexität nicht mehr möglich. Insbesondere für Groß- und Megaprojekte ist dieser Punkt oft schon ab Vertragsunterschrift überschritten. Somit ist insbesondere bei diesen Projekten, während Angebots- und Planungsphasen auf eine realistische Abwicklung zu achten, bei der die Randbedingungen bestmöglich abgestimmt sind und der Liefer- und Leistungsumfang sowie die Verantwortungsbereiche allen Parteien klar sind – eine große Herausforderung innerhalb eines wettbewerbsintensiven, preisgetriebenen Kundenmarktes. Bei Ausführung von Groß- und Megaprojekten sind für eine Beherrschung von Komplexität fünf Aspekte zentral: Strukturen, Kommunikation, Qualifikation der Ressourcen, Steuerung und Kontrolle sowie eine geeignete Einstellung und Kultur. Diese müssen sowohl im Projekt als auch innerhalb der Organisation der projektausführenden Unternehmen regelmäßig überprüft werden. Abhängig von der Situation (latente oder akute Komplexität) im Projekt muss zwischen den Methoden des Komplexitätsmanagements (aktiv oder reaktiv) gewechselt werden. Dabei sind die oben genannten und miteinander verwobenen Aspekte elementar für Handlungen:
  • Strukturen: klare Strukturen (Abhängigkeiten, Verantwortungen etc.), Transparenz, Eindeutigkeit
  • Kommunikation: klar, transparent, eindeutig und nachvollziehbar. Dies gilt insbesondere an Schnittstellen und Übergang von Projektphasen.
  • Qualifikation der Ressourcen: Über Wissensmanagement sind geeignete und passend qualifizierte und motivierte Personen auszubilden und sind insbesondere an zentralen Punkten des Projektes einzusetzen.
  • Kontrolle und Steuerung: Abweichungen frühzeitig identifizieren, ganzheitlich nachvollziehen und schnell reagieren Die Methoden zur Beherrschung integrieren dabei existierende Ansätze zur Projektausführung wie z. B. Risikomanagement, Krisenmanagement und organisationsverbessernde Maßnahmen wie Leanmanagement oder Kanban. Die einzusetzenden Managementroutinen zur Komplexitätsbeherrschung sind situativ anzuwenden und lassen sich über die Versagenswahrscheinlichkeiten differenzieren. Diese sind allerdings nicht intuitiv und erfordern daher eine hohe Kompetenz aller Stakeholder. Der Mensch mit seinen Fähigkeiten/seiner Exzellenz ist somit das entscheidende Element zur Komplexitätsbeherrschung innerhalb eines Groß- und Megaprojektes sowie im Unternehmen.
DOI
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