Phase 3 - VDI 2221

Entwurf eines Produktes

Bewertungen werden eingesetzt, wo Anforderungen priorisiert, Lösungsvarianten verglichen und Risiken beurteilt oder Zielerreichung überprüft werden

(Wichtigen aussagen markiert)

• Argumentenbilanz

  —> qualitativ

  —> Vor & Nachteile gegenüberstellen

  —> einfach und schnel

  —> eher für Vorauswahl

• techn-wirtschaftliche Bewertung

  —> nach techn. wirt. Kriterien bewertet

  —> oft Punktskala verwendet

  —> tech. & wirt. Wertigkeit getrennt betrachten

  —> gesamtvergleich der Lösungen am Ende

• Rangfolgeverfahren

  —> Varianten in Reihenfolge bringen

  —> oft durch paarweisen Vergleich

  —> gut bei mehreren Alternativen

Präferenzmatrix

Die Präferenzmatrix dient dazu, Bewertungskriterien zu gewichten.

1. Ermittlung der Gewichtung

—> Bewertungkriterien werden Paarweise verglichen

—> Am Ende wird gezählt, wie häufig jedes Kriterium gewonnen

—> je öfter gewonnen, desto wichtiger

Daraus: Gewichtungsfaktor:

1. eigentliche Bewertung der Lösungsvarianten

—> Gewichtung aus 1., dem Paarvergleich

—> Best case: vorher festgelegt was max ist

—> Bewertung losgelöst von Gewichtung + Bestcase (tlw. subjektiv oder messwerte)

—> Wertigkeit = erreichte Summe / Best-Case-Summe

Pro:

• mehrere Kriterien gleichzeig berücksichtigbar

• unterschiedliche Wichtigkeit der Kriterien fließt ein

Con:

• Gewichtung und Punktvergabe subjektiv

• Kriterien müssen sinnvoll gewählt sein

Nutzwertanalyse:

Die Nutzwertanalyse macht Varianten vergleichbar, indem Bewertungskriterien gewichtet und mit Punkten bewertet werden.

Qualität in der Produktentwicklung:

—> Grad der Erfüllung von Anforderungen

• TRIZ ( Theory of Inventive Problem Solving)

• DoE (Design of Experiments)

• VE (Wertanalyse)

• Ishikawa Diagramm

—> mögliche Ursachen eines Problems werden ermittelt

• FMEA (Fehler möglichkeits- und Einflussanalyse)

  Arten:

Vorgehen:

1. System abgrenzen

2. Mögliche Fehler, Ursachen und Folgen sammeln

3. Fehler tabellarisch erfassen

4. Bewerten mit B, A und E

   —> Bedeutung = wie schwer ist die Folge?

   —> Auftreten = wie wahrscheinlich ist die Ursache/der Fehler?

   —> Entdeckung = wie wahrscheinlich wird der Fehler rechzeitig erkannt?

5. RPZ berechnen (Risikoprioritätszahl)

   —> B*A*E —> wenn Gesamt >=12s oder

   Einzelbewertung >= g —> Fehler untersuchen, Abhilfe schaffen

   
   

6. Nach Maßnahme neu bewerten

1. Qualität planen

2. umsetzen/steuern

3. prüfen

4. verbessern

—> von vorne

1. Differentialbauweise

   —>komplexes Teil in mehrere zerlegen

   Pro:

   —> einfache Fertigung von Einzelteilen

   —> einzelne Teile leicht austauschbar

   —> Qualität einzelner Teile leicht Prüfbar

   Con:

   —> mehr Montageaufwand

   —> mehr Fügestellen = mehr mögl. Fehlerstellen

   —> höherer logistischer Aufwand

2. Integralbauweise

   —> mehrere Zerlegte in ein komplexes

   Pro/Con:

   —> gegenteil zu oben

3. Verbund/Hybridbauweise (kombinieren)

   —> unlösbare Verbindung mehrer unterschiedlicher gefertigter Rohteile

   —> zu einem zu bearbeitenden Werkstück

   —> Verbindung meist über Kleben, Fügen etc.

   —> Bspw. faserverstärkter Kunstoff mit Metalleinsatz

• Lösung, wenn QFD aufdeckt, dass Anforderungen verschieden sind

• Gliederung eines Produkts in funktional und konstruktiv abgegrenzte Baugruppen mit definierten Schnittstellen

• Beispiel Akkuschrauber:

  • Akkumodul

  • Antriebsmodul

  • Getriebemodul

  • Gehäusemodul

  • Bedienmodul

• Gründe Modularisierung:

  • Beherrschung von Komplexität

  • Vielfalt ermöglichen

  • entwicklung vereinfachen

  • wiederverwendung von Lösungen

  • Pro:

    —> kürzere Entwicklungszeit

    —> geringere Kosten

    —> höhere Flexibilität

    —> klare Schnittstellen

    —> einfachere Produktion

• besteht aus standardisierten, wiederverwendbaren Bausteinen

• entstehen durch Aufteilung eines System in Teilsysteme/Module

• besitzen definierte Schnittstellen

• können zu verschiedenen Produkten/Varianten zusammengesetzt werden

• Funktionsbaustein:

  —> Gliederung nach technischer Funktion

  —> jeder Baustein erfüllt eine bestimmte Aufgabe

• Mussbaustein:

  —> Grundbaustein für wiederkehrende/notwendige Funktionen

  —> Hilfsbaustein für verbindende Funktionen

• Kannbaustein:

  —> Zusatz/Sonderbaustein

  —> für optimale o. spez. Funktion

• Anpassbaustein:

  —> zur Anpassung an andere Systeme/Schnittstellen

• Fertigungsbausteine:

  —> nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten festgelegt Bsp.: Betonfertigteile wie Wände

1. Marktrecherche

2. Anforderungsliste

3. Funktionsstruktur

4. Lösungsvariblen bilden

5. bewertung und auswählen

6. erster Gesamtentwurf

Vorteile:

• geringerer Konstruktionsaufwand bei Wiederverwendung

• schnellere Angebotserstellung

• kürzere Lieferzeit

• bessere Wartung

• einfache Variantenbildung

Nachteile:

• hoher Anfangsaufwand (Entwicklung)

• Kundenwünsche nicht immer optimal erfüllbar

• starke Standardisierung kann Innovation begrenzen

• Baureihen sind technisch ähnliche Produkte, die dieselbe Funktion erfüllen, aber in verschiedenen Größen oder Leistungsstufen

Pro:

• geringere Entwicklungsaufwand

• weniger Konstruktionsaufwand

• gleiche oder ähliche Werkstoffe/Teile/Fertigungsverfahren

• größere Stückzahlen möglich

• günstiger für Kunde

Con:

• eingeschränkte Größenauswahl

• nicht immer an jeden Einzelfall angepasst

—> Entwicklung:

• Grundentwurf - Ausgangsbaugröße

• Folgeentwürfe - abgeleitete Baugrößen

• Wichtig ist Ähnlichkeit: Verhältnis mindestens einer physikalischen Größe zwischen Grundentwurf und Folgeentwurf bleibt konstant; z.B.: Form, Proportionen

• Aufwand senken

• Sicherheit, Qualitätssicherung

• Grundlage Rechtssprechung

Ebenen:

• international

• europäisch

• national

• firmintern

—> beachtung von Normen Richtlinien und Standards

• Die Prinziplösung wird geometrisch und stofflich konkretisiert.

• legt Form, Abmessung, Anordnung, Werkstoff, Wirkflächen, Bewegung und Verbindungen fest

• Gestaltung beeinflusst maßgeblich Funktion, Sicherheit und Kosten

  
  

• qualitatives gestalten:

  —> Grundform, Gestaltelemente und Anordnung festlegen

• quantitatives gestalten:

  —> genaue maße, Winkel, Radien, Toleranzen festlegen

• Kraftleitung (um Verformung zu vermeiden)

• Aufgabenteilung (funktion sinnvoll auf Elemente verteilen)

• selbsthilfe (sichere Funktionserfüllung auch bei Überlast)

• Stabilität/Beständigkeit

• fehlerarme Gestaltung -> reduktion der Fehlerwahrscheinlichkeit

• Werkstoffgerecht

• Fertigungsgerecht

• Montagegerecht

• Maß & Prüfgerecht

• Instandhaltungsgerecht

• Recyclinggerecht

• demontagegerecht

• verpackungsgerecht

• zulässige Produktkosten aus:

  Marktpreis - Zielgewinn = Target Costing

Unmittelbare Sicherheitstechnik

Gefahr wird konstruktiv vermieden

Beispiel:

Keine scharfen Kanten

Mittelbare Sicherheitstechnik

Gefahr wird durch Schutzeinrichtungen beherrscht

Beispiel:

Schutzhaube, Not-Aus

Hinweisende Sicherheitstechnik (schwächste)

Warnen und Informieren

Beispiel:

Warnschild, Bedienungsanleitung

—> beste Sicherheit ist die unmittelbare Sicherheit, weil die Gefahr konstruktiv vermieden wird.

• besteht aus drei Säulen:

  • Ökologie

  • Ökonomie

  • Soziales

• Strategien:

  Strategie	Bedeutung
  Effizienz	weniger Ressourcen für gleiche Leistung
  Konsistenz	naturverträgliche Kreisläufe
  Suffizienz	weniger Verbrauch
  Kreislaufstrategien	Wiederverwendung, Recycling, Reparatur

• Modelle: planetare Grenzen, SDGs (Sustainable Development Goals), Donut

• Anforderungen kommen von Gesetzgeber, Kunde, Wettbewerb, Technologie, Unternehmen

—> Bewertung: LCA (Life Cycle Assessment) , Carbon Footprint

—> Nachhaltigkeit in der Produktentwicklung bedeutet, ökologische, ökonomische und soziale Anforderungen über den gesamten Lebenszyklus zu berücksichtigen.

Model-Based Systems Engineering, also modellbasierte statt dokumentenbasierte Entwicklung.

Vorteile:

• Komplexität beherrschen

• konsistente Systembeschreibung

• bessere Kommunikation

• frühe Fehlererkennung

• Automatisierung von Analysen

Typische Viewpoints:

• Requirement Viewpoint

• Functional Viewpoint

• Logical Viewpoint

• Technical Viewpoint

—> MBSE beschreibt komplexe Systeme modellbasiert und konsistent, um Anforderungen, Funktionen, Struktur und Verhalten besser miteinander zu verknüpfen.