Produktentwurf

• Gebrauch/Funktion

• Instandhaltung

• Ergonomie

• Geometrie

• Sicherheit

• Kräfte/Gewicht

1. Wodurch ist ein Problem gekennzeichnet?

• unerwünschter Anfangszustand

• erwünschter Endzustand

• Hindernisse (um vom Anfangs- zum Endzustand zu kommen)

• Komplexität

  • viele Komponenten, unterschiedliche Verknüpfungen und gegenseitige Beeinflussung

• Unbestimmtheit

  • Anfangsbedingungen und Zielkriterien sind anfänglich nicht vollständig bekannt

  • der Einfluss von Teillösungen auf das Ganze ist nicht absehbar

• Aufgabe: geistige Anforderung, für deren Bewältigung die Mittel und Methoden eindeutig bekannt sind

  • das ist bei einem Problem nicht der Fall

• Gesamtheit geordneter Elemente, die aufgrund ihrer Eigenschaften durch Relationen verknüpft und von einer Systemgrenze umgeben sind

6. Welche Kritik an der VDI 2221 gibt es?

• nur für Neukonstruktionen

• wesentliche Schritte zur Lösungsabsicherung fehlen

• keine Berücksichtigung von Optimierungsschritten

• keine Berücksichtigung von Branchen und Stückzahlen

• Entdeckung: bislang unbekannte, aber bereits existierende Objekte oder deren Eigenschaften werden entdeckt

• Erfindung (Invention): bislang nichtexistierende Objekte oder deren Eigenschaften werden entwickelt

• Innovation: Eine Erfindung, die auch einen, üblicherweise wirtschaftlichen, Mehrwert bringt

• Methode: planmäßiges Vorgehen zur Erreichen eines bestimmten Ziels

• Methodik: planmäßiges Vorgehen unter Einschluss mehrerer Methoden und Hilfsmittel

• stoffliche Verwirklichung einer Lösung für eine bestimmte Problemstellung

• Konsumgüter (Fotokamera)

• Monotechnologie-Produkte (Getriebe)

• Multitechnologie-Produkte (Flugzeug)

• Immaterielle Produkte (Software)

• Serien- / Massenprodukt (Schraube)

• Neukonstruktion (neue Aufgabestellung, neue Lösungsprinzipien)

• Anpassungskonstruktion (veränderte Randbedingungen, bekannte / bewährte Lösungsprinzipien)

• Variantenkonstruktion (Größe und / oder Anordnung variiert)

• Wiederholkonstruktion (unveränderte Konstruktion, neuer Fertigungsanlauf)

• organisatorische Daten, wie Arbeitstitel und Datum

• Zweck

• Anforderungen

• gibt an, was mit dem zu entwickelnden System erreicht werden soll

• hierdurch wird die Zahl der möglichen Lösungen nicht eingeschränkt

• Beispiel: Rasenmäher entwickeln <-> System zum Kurzhalten des Rasens entwickeln

• Anforderung: Vorgabe, die den Verlauf des Konstruktionsprozesses steuert, die Eigenschaften des Produktes bestimmt

• Anforderungsliste: strukturierte Dokumentation aller Anforderungen für die Produktentwicklung

• Lastenheft: Interessen des Kunden, Gesamtheit der Forderungen

• Pflichtenheft: Interessen des eigenen Unternehmens, Realisierungsmöglichkeiten

• Anforderungsliste: führt Anforderungen aus beiden Dokumenten zusammen

• dauerhafte Dokumentation

• Abstimmungs- und Leitdokument

• eindeutig (keine Interpretationsspielräume)

• klar (verständlich)

• ausreichend vollständig (alle Angaben von Bedeutung)

• spezifischer Kunde

• anonymer Kunde

• Dokumente (Normen, Gesetze, …)

• Produkte (Konkurrenzprodukte, Trends, Vorgänger, …)

• Personen (Vertrieb, Kunde, Zulieferer, Konstruktion, …)

• Explizite Anforderungen: von Stakeholdern genannt / beschrieben

• implizite Anforderungen: werden nicht genannt, müssen entdeckt werden, da sie häufig nicht bekannt sind

• Funktionalanforderungen: „Was?“ – beschreiben das erf. Verhalten zum Realisieren des Zweckes -

• Qualitätsanforderungen: „Wie?“ – definieren die nicht funktionalen Eigenschaften

• methodisches Entwickeln der Anforderungen:

  • für jede Lebensphase / -situation des Produktes: Was kann passieren? Und wie soll das Produkt darauf reagieren?

• nicht technisch umsetzbar

• nicht wirtschaftlich

• widersprüchlich (u.a. mit dem Gesetz)

  → daher priorisieren!

• Forderungen: müssen erfüllt werden

• Wünsche: nach Möglichkeit zu erfüllen (Aufwände klären)

• Gegenläufige Anforderungen: Gewichten und unwichtigere Streichen

• dient zur systematischen Konkretisierung von unspezifischen Anforderungen

• Anforderung wird durch die Transformationsschritte Vertiefung und Präzisierung in konkrete Anforderungen überführt

• Identifikation (Dokumentennummer, …)

• Organisation (Unternehmen, Abteilung, Projekt, …)

• Rückverfolgung (Ergänzungen, Verantwortlichkeiten, Quellen, …)

• Inhalt (Anforderungen, …)

• Befreiung von konventionellen Vorstellungen -

• zweckmäßigere Lösung, durch neue Technologien, Werkstoffe, etc.

• Gedankliche Wünsche weglassen

• Forderungen weglassen, die nicht Funktionen oder wesentliche Bedingungen sind

• Auf wesentliche Aussagen reduzieren (quantitative Aussagen zu qualitativen)

• Erkanntes sinnvoll erweitern

• Zweck lösungsneutral formulieren

• Stoff- oder Materie → Apparat

• Energie → Maschine

• Signal → Gerät

• der gewollte Zusammenhang zwischen Eingang und Ausgang eines Systems, mit dem Ziel eine Aufgabe zu erfüllen

• Die logische Anordnung und Verknüpfung von Teilfunktionen zum Realisieren des Gesamtfunktion wird als Funktionsstruktur genannt

• Input-Output-Methode: Eindeutiger Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgrößen (für Produkte, bei denen ein Prozessablauf oder der Durchlauf eines Gutes durch das Produkt eine Rolle spielt)

• Hierarchische Methode: Zielorientiertes Modell mit Beschreibung der Funktionen durch Substantiv und Verb (für Produkte, bei denen die Reihenfolge von Ereignissen keine Rolle spielt, sondern ihre Abhängigkeit voneinander)

• Vermeidung von Vorfixierungen und festgefahrenen Denkmustern

• Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für Produktinnovation

• Reduzierung der Komplexität der Aufgabenstellung

• Erkennen von Widersprüchen

• Gesamtfunktion: Funktion, die die Aufgabe in ihrer Gesamtheit erfasst

• Hauptfunktion: Dient unmittelbar der Gesamtfunktion

• Nebenfunktion: Teilfunktion, die Hauptfunktion unterstützt

• Elementarfunktion: Funktion, die nicht weiter gegliedert werden kann

• Diskursive Methoden: systematisch-methodisch auf Basis der Erkenntnisse der Naturwissenschaft

• Analogie Methoden: Betrachtung von Lösungen bereits gelöster Aufgaben

• Heuristische Methoden: mehr oder weniger spontan durch Kreativität

• effektiv: Betrachtung der physikalischen Zusammenhänge

• Elementarfunktionen stehen im direkten Zusammenhang mit einem physikalischen Effekt (Prinziplösung)

• hierzu kann ein Katalog physikalischer Effekte (bspw. Koller-Katalog) hilfreich sein

• Mit Hilfe der Prinziplösung kann der Wirkzusammenhang eines Systems dargestellt werden

• umfasst die Aufgabe des physikalischen Effekts und die zur Realisierung der Funktion notwendigen qualitativen Gestaltparameter des Wirkorts, sowie den Effektträger

• die Umsetzung physikalischer Effekte erfolgt mit Hilfe von Effektträgern

• bei gleichen Effekten können unterschiedliche Effektträger eingesetzt werden

• Bsp: Hebeleffekt durch Stahl (Hebelarm) oder Fluid (hydrostatischer Druck)

• bspw. unter Nutzung des morphologischen Kastens

• die Funktionen werden zeilenweise in der Reihenfolge der Funktionsstruktur eingetragen

• in jeder Zeile werden die die möglichen Lösungen in separaten Spalten aufgeführt (durch einfache Skizzen dargestellt)

• das Gesamtkonzept ergibt sich aus Kombination der Lösungen

• durch Variation des physikalischen Effektes, des Effektträgers, der Wirkflächen, der Prinziplösung und der Struktur

• wegen der vielen möglichen Lösungen ist eine Bewertung aus Auswahl vor der weiteren Konkretisierung erforderlich

• Ziel ist ein Vergleich der Zielvorstellung und der Eigenschaften des Lösungen

• Erkennen der Kriterien (Anforderungsliste, …)

• Untersuchen der Bedeutung für den Gesamtwert (Unwichtiges streichen)

• Zusammenstellen der Eigenschaftsgrößen (Wie sehen die Eigenschaftes der Lösung aus?)

• Beurteilen nach Wertvorstellung

• Bestimmen des Gesamtwerts (gewichtet / ungewichtet)

• Vergleichen der Lösungsvarianten (untereinander / mit Ideallösung)

• Abschätzen von Bewertungsunsicherheiten

• Schwachstellenanalyse

• es werden Vor- und Nachteile für eine Variante in tabellarischer Form gesammelt

• nur verbale Argumente, sehr schnelles Verfahren

• zunächst müssen alle Kriterien aufgelistet werden

• anschließend werden die Kriterien paarweise verglichen uns das wichtigere Argument genannt

• anhand der Nennung kann dann der Gewichtungsfaktor ermittelt werden (Faktor = Nennung / max. Nennungen)

• bei diesem Verfahren werden technische (X) und wirtschaftliche (Y) Kriterien in Clustern zusammengefasst -

• hierzu werden die technische und wirtschaftliche Wertigkeit ermittelt und in einem Stärkediagramm aufgetragen

• die Lösungsvariante mit dem geringsten Abstand zum Idealpunkt wird bevorzugt

• Argumentenbilanz: sehr schnelles Verfahren, niedrige Investitionshöhe, Entscheidungen jeder Art

• Präferenzmatrix: sehr schnelles Verfahren, niedrige bis mittlere Investitionshöhe

• technisch-wirtschaftliche Bewertung: auch für wirtschaftliche Entscheidungen, niedrige bis mittlere Investitionshöhe, bis mittlere Komplexität

• Nutzwertanalyse: Probleme jeder Art, niedrige bis mittlere Investitionshöhe, Probleme jeder Art

• Womit soll das vorher festgelegte Prinzip gelöst werden? (→ Bsp. Zahnräder)

• Hierbei ist vorab eine geeignete Modularisierung der Teillösungen anzustreben

• die sich gegenseitig beeinflussenden Teilkonzepte:

  • Wirkkonzept (WK): ausgewählte physikalische Effekte und deren Verknüpfung

  • Gestaltungskonzept (GK): Hauptabmessungen und Gestaltung der wesentlichen Elemente

• hierbei wird der physikalische Effekt an der Schnittmenge der beiden Konzepte erzwungen (→ Geometrie des Wirkorts, WFP)

• Funktionserfüllung (Eindeutigkeit, Sicherheit, hohe Qualität, …)

• Wirtschaftlichkeit (Einfache Fertigung, Montage, kostengünstige Werkstoffe, …)

• Wirkfläche (WF): feste Oberflächen von Körpern oder Grenzflächen von Fluiden, die dauernd / zeitweise im Kontakt zu weiteren Wirkfläche stehen → am Hauptfluss beteiligt

• Wirkflächenpaare (WFP): genau zwei Wirkflächen, die zeitweise in Kontakt stehen und zwischen denen der Hauptfluss fließt

• Leitstützstruktur (LSS): Volumina, die zwei Wirkflächenpaare verbinden und eine Leitung des Hauptflusses ermöglichen

• Tragstruktur (TS): Menge aller möglichen Leitstützstrukturen

• Funktionskontakt (FK): Teil des Wirkflächenpaares, in dem die Wechselwirkung stattfindet

• Wirkstruktur (WS): Menge aller Wirkflächen und Leitstützstrukturen

• Restkonturfläche (KF): Konturfläche eines Körpers nach Abzug der Wirkflächen

• 1: Die Funktion eines Grundelementes wird stets durch Wechselwirkung mit mindestens einem anderen Element erfüllt (→ Wirkflächenpaare)

• 2: Die Funktion wird grundsätzlich über mindestens zwei Wirkflächenpaare und eine sie verbindene Leitstützstruktur verwirklicht

• 3: Jedes System besteht aus den Grundelementen Wirkflächenpaar und Leitstützstruktur in beliebiger Anzahl und Anordnung

• für das Qualitative Gestalten:

  • geforderte Funktionen

  • Prinziplösung

• für das quantitative Gestalten:

  • geometrische Restriktionen (u.a. Bauraum, geforderte Schnittstellen, …)

  • geforderte Leistung (u.a. Drehmoment, Volumenstrom, Stück/h, …)

  • allg. Restriktionen (u.a. Herstellprozess, Transport, …)

• tolerant gegenüber schwankenden Einsatzbedingungen

• tolerant gegenüber Schwankungen in der Fertigungsqualität

• einfache Wirkflächengeometrie

• Prinzip der Kaftleitung

• Prinzip der Stabilität und Bistabilität

• Prinzip der fehlerarmen Gestaltung

• Prinzip der Selbsthilfe

• Prinzip der Aufgabenteilung

• mehr als eine LSS pro Wirkfläche (Bsp. axiale und radiale Kraft gehen beide in die selbe Wirkfläche, anstatt in zwei unterschiedliche)

• Montage: Montagereihenfolge ist durch Gestaltung ersichtlich

• Sicherheit: Sicherheitsschalter

• Ergonomie: Kennzeichen der Stellung von An-/Ausschaltern

• Eindeutige Zuordnung der Teilfunktionen mit zugehörigen Eingangs /Ausgangsgrößen

• Mathematisch definierbare Zustände erzwingen

• Richtige Bedienung erzwingen, Irrtümer ausschließen

• Vollständige Dokumentation

• Wartung, Inspektion festlegen

• Werkstoffkennzeichnung, Trennung von unverträglichen Stoffen

• Wenig Teile (Änderung, Ersatz, Montage, Service)

• Einfache Gestaltung unter Ausnutzung der Möglichkeiten

• häufig Kompromisse

• Montage: schnelle Montage, leicht zu erkennende Teile

• Gebrauch: ohne komplizierte Einweisung

• Kosten: Reduzierung der Teilevielfalt u. -anzahl

• Sicherheit: eine Sachlage, bei der das Risiko kleiner als das Grenzrisiko ist

• Grenzrisiko: das größte noch vertretbare anlagenspezifische Risiko eines bestimmten technischen Vorgangs oder Zustands

• Risiko: durch Häufigkeit (Wahrscheinlichkeit) und den zu erwartenden Schadensumfang (Tragweite) beschrieben -

• Schutz: Verringerung des Risikos durch geeignete Vorkehrung (entweder Wahrscheinlichkeit oder Tragweite)

• Betriebssicherheit: Gefährdung beim Betrieb technischer Systeme

• Arbeitssicherheit: Gefährdung des Menschen bei Arbeit, Benutzung von technischen System

• Umweltsicherheit: Schädigung im Umfeld technischer

• Unmittelbare: Gefährdung von vornherein ausgeschlossen (bevorzugt)

• Mittelbare: Schutzsysteme / Schutzeinrichtungen zum Isolieren der Gefahr

• Hinweisende: Kenntlich machen (nur als zusätzliche Maßnahme)

• Sicheres Bestehen: alle möglichen Vorkommnisse ohne Versagen / Störung

• Beschränktes Versagen: keine schwerwiegenden Fehler bei Störung / Bruch #

• Redundante Anordnung: Erhöhung der Sicherheit durch Mehrfachanordnung

• Schutzsysteme: lösen Schutzreaktion aus (bspw. Laserüberwachung)

• Schutzorgane: lösen ohne Signalumsatz eine Schutzfunktion aus (bspw. Sicherheitsventil)

• Schutzeinrichtung: passive Trennung (bspw. Zaun

• Kraftfluss stets geschlossen und so kurz wie möglich

• vermeiden von Kraftumlenkungen, Querschnittsänderungen und Kerben

• Ziel: gleichmäßige Werkstoffausnutzung

• durch gleichgerichtete Verformung

• Zweck: System ist nach außen Kräftefrei

• symmetrischer Aufbau hinsichtlich des Kraftflusses

• Stabilität: Resultierende Wirkung der Störung wirkt dieser entgegen

• Bistabilität: Nach Grenzzustand tritt neuer, deutlich verschiedener Zustand ein

• Reduktion der Fehlerwahrscheinlichkeit durch gestalterische Maßnahmen

• Bsp. Pendelrollenlager gleichen Winkelfehler aus, Spannhülsen gleichen Toleranzen aus

• Aufgabe wird in Funktionen zerlegt und jede Funktion einem Funktionsträger zugeordnet

• Durch die Aufgabenteilung wird die Eindeutigkeit verstärkt, aber zeitgleich die Einfachheit geschwächt

• Es ist also anhand einer Funktionsanalyse ein Kompromiss zu finden

• gewollte Wirkung durch Beanspruchung verstärken

• schützender Effekt bei Überbeanspruchung

• Selbstverstärkend: bspw. Innendruck verstärkt Dichtwirkung

• Selbstausgleichend: resultierende Beanspruchung hebt sich möglichst auf

• Selbstschützend: anderer Kraftleit

• Kürzere Innvoationszyklen

• steigende Komplexität

• Sicherheit, Qualität und Zuverlässigkeit immer wichtiger

• Standortflexibilität

• Nachhaltigkeit

• Variantenflut

• Käufermarkt

• Globalisierung

• Losgröße 1

• Das Lastenheft beschreibt die vom Auftraggeber festgelegte Gesamtheit der Forderungen an die Lieferungen und Leistungen eines Auftragnehmers innerhalb eines Auftrages.

• Das Pflichtenheft beschreibt die Realisierungsmöglichkeiten aller Anforderungen des Auftragge bers aus Sicht des Unternehmens (Auftragnehmers).

• Während das Lastenheft die Interessen des Kunden thematisiert, werden im Pflichtenheft die In teressen des eigenen Unternehmens dokumentiert.

• Zeitprobleme: spontane Ideen und Einfälle können nicht stets rechtzeitig erzwungen werden

• Erfahrungsbedingte Resultate seitens des Entwicklers

• Scheuklappenblick: Expertise des Entwicklers kann durch Vorfixierungen geprägt sein