KM - Zusammenfassung PDF

Preview

Summary

Zusammenfassung...

Description

Konstruktionsmethodik 1 Grundlegendes

Phase I Planen: Es werden die Voraussetzungen für eine erfolgreiche Projektbearbeitung geschaffen. Wichtige Arbeitspunkte in dieser Phase sind das Klären und Präzisieren der Aufgabenstellung, die in der Anforderungsliste dokumentiert wird und die Planung des Projekts. Phase II Konzipieren: Stehen die Anforderungen fest, so ist die Zielsetzung der Phase II die Suche nach einer geeigneten Prinziplösung. Phase III Entwerfen: Dort wird die Prinziplösung gestaltet. Begonnen wird der Teil mit dem größten Risikofaktor (Zeit, Kosten, Technik). Phase IV Ausarbeiten: Es wird die technische Dokumentation erstellt, die neben Fertigungs- und Montageunterlagen typischerweise verschiedene weitere Dokumente, wie z. B. Betriebsanleitungen, Prüfanweisungen, Serviceunterlagen umfassen kann.

Technische Lösung immer nur so gut wie nötig nicht optimal !

Ablauf in der Praxis

Simultaneous Engineering richtet sich auf eine zielgerichtete, interdisziplinäre Zusammen- und Parallelarbeit über den gesamten Produktlebenslauf. Wichtig: Die Parallelisierung von Entwicklungsarbeiten erfordert die Modularisierung des Produktes und die Definition eindeutiger Schnittstellen. Beispiel: Modularisierung eines 3D Druckers Sie arbeiten mit einem interdisziplinären Team an der umfassenden Optimierung eines 3D-Druckers. - Lassen sich Entwicklungsarbeiten parallelisieren? - In welche Hauptmodule würden Sie das Gerät gliedern?

Abhängigkeiten zwischen den Modulen klären und darstellen:

Projektarbeit

Durch die zielorientierte Zusammenarbeit von produkt-, produktions- und vertriebsorientierten Bereichen können erhebliche Zeit-, Kosten. und Qualitätsvorteile erreicht werden.

2 Methoden und Hilfen Es können zwei grundsätzlich unterschiedliche Denkprozesse unterschieden werden: intuitiv und rational

 

Normalbetrieb bevorzugen (hohe Effizienz) Bei Problemsituation auf Rationalbetrieb „umschalten“

Iteratives Vorgehen

Ein iteratives Vorgehen ist mit einem geregelten Prozess zu vergleichen. Ein alternativer Prozess hierzu ist ein gesteuerter Prozess – ihm fehlt die Rückkoppelung. Ein gesteuerter Prozess ist daher für das methodische Konstruieren i.allg. ungeeignet. Die Anzahl der Iterationsschleifen wegen Kosten und Zeit begrenzen !

Abstraktion Mit Hilfe der Abstraktion können neue Lösungsansätze leichter gefunden werden. Wichtig dabei das Allgemeingültige und Wesentliche zu erkennen.

Als ganz wesentliches Hilfsmittel zur Abstraktion nutzen wird die Systemtechnik (Black Box).

Produktentwicklungs planung und Anforderungsermittlung Die technisch präzise Spezifikation und Beschreibung einer Konstruktionsaufgabe erfolgt im Rahmen der Entwicklung idealerweise mittels einer Anforderungsliste. In dieser werden, systematisch gegliedert, die bei der Entwicklung zu berücksichtigenden Anforderungen niedergeschrieben. Prüfen Sie, ob Sie auf bewährte Lösungen zurückgreifen können !

I Planen 1. Informationsbeschaffung und Einarbeitung  Stand der Technik. Konkurrenzbetrachtungen, Literatur, Patente  Gesetzliche Randbedingungen, Normen und Richtlinien  Unternehmensinterne Vorgaben und Richtlinien. Werknormen Verwendung von firmeneigenen Maschinenmodulen bzw. - elementen, Fertigungs- und Montagemöglichkeiten, u.v.m. 2. Präzisierung der Aufgabenstellung und Erarbeitung der Anforderungsliste • Klären der internen und externe Anforderungen an das Entwicklungsergebnis • Lastenheft, Pflichtenheft, Produktspezifikation • Erarbeitung und Abstimmung der initialen Anforderungsliste 3. Analyse der Aufgabenstellung • Initiale Strukturierung des erwarteten Entwicklungsergebnisses Produktstrukturplan

• Neukonstruktion, Anpassungskonstruktion, Variantenkonstruktion 4. Projektplanung  Auflistung aller Arbeitspakete und Dokumentation im Projektstrukturplan  Zeit- und Terminplanung. Meilensteine – Projektablaufplan  Abschätzung der Kosten, notwendigen Ressourcen und Kapazitäten  Verteilung der Verantwortlichkeiten und Aufgabenbereiche. VMI-Matrix

Planungsunterlagen

Unabhängig von der Herkunft der Aufgabenstellung werden die Anforderungen intern immer in einer Anforderungsliste festgehalten. Lastenheft -

beschreibt die Gesamtheit der Forderungen des Auftraggebers an die Lieferungen und Leistungen eines Auftragnehmers. klare Vorgaben bezüglich der Zielsetzung machen Möglichkeiten optimale Lösungen zu erarbeiten darf nicht eingeschränkt werden wird aus Anwendersicht geschrieben und beschreibt vornehmlich die Funktionalität „statisches“ (eingefrorenes) Dokument und kann Vertragsbestandteil sein

Inhalt:         

Auftraggeber Ausgangszustand (IST-Zustand) Zielsetzung (SOLL-Zustand) Produkteinsatz Produktfunktionen Qualitätsanforderungen Randbedingungen Termin Kosten

WAS und WOFÜR entwickelt werden soll! Beispiel Lastenheft: „Verletzungen des Bedienpersonals durch das rotierende Fräswerkzeug müssen sicher verhindert werden. Pflichtenheft -

beschreibt in konkreter Form, wie der Auftragnehmer die Forderungen des Auftraggebers erfüllen will auf Basis des Lastenhefts erarbeitet beschreibt neben der Funktionalität auch möglichst vollständig und konsistent die Produktspezifikationen „statisches“ (eingefrorenes) Dokument und kann Vertragsbestandteil sein

Beispiel Pfilchtenheft: „Der Fräsraum ist allseitig geschlossen und wird durch eine Klappe verschlossen. Der Öffnungszustand der Klappe wird kontinuierlich durch einen induktiven Näherungsschalter überwacht. Bei geöffneter Klappe kann die Frässpindel nicht gestartet werden.“ Anforderungsliste -

-

ist die Zusammenstellung aller Daten und Informationen durch die Konstruktion für die Produktentwicklung weiter detailliertes und spezifiziertes Pflichtenheft „dynamisches“ Dokument kann jederzeit ergänzt und geändert werden (anfangs nie vollständig  initiale Anforderungsliste - im Laufe der Entwicklung korrigierbar ergänzungsbedürftig) ist DAS zentrale unternehmensinterne Arbeitsdokument im Entwicklungsprozess

Als Grundlage zur Erarbeitung der Anforderungsliste dienen die folgenden Fragen: • • •

welchem Zweck muss die Lösung dienen? welche Eigenschaften muss sie haben? welche Eigenschaften darf sie nicht haben?

Beispiel Anforderungsliste: Bei den Anforderungen wird zwischen Forderungen “F“ und Wünschen „W“ unterschieden. Beispiele: -

-

Festforderung: Motorleistung 10kW +- 1 kW Mindestforderung: Motorleistung min. 10 kW Maximalforderung: Geräusch max. 80 dbA

Explizite Anforderungen: Diese stehen im Vertrag, Pflichtenheft oder werden vom Kunden genannt. Implizite Anforderungen: Diese werden vom Kunden nicht genannt oder aufgeschrieben, da er sie häufig selbst nicht kennt. Wir müssen sie entdecken. Hilfsmittel zur Erstellung einer Anforderungsliste:  

 

Checklisten, in denen über längere Zeit bestehenbleibende Standardforderungen „abgehakt“ werden Leitlinien, in denen technische Merkmale abgefragt werden

Fragelisten (intern) oder Fragebögen (extern), die dazu dienen, in Gesprächen einen Leitfaden zu haben Szenariotechnik: Analyse des Produkts für den Herstellungs-, Transport- und Betriebszustand. Berücksichtigung von Recycling.

Bsp: Anforderungsliste 3D -Drucker

Produktarchitektur  

Funktionsstruktur: beschreibt funktional und lösungsneutral das Produkt Produktstruktur: beschreibt physisch und lösungseinschränkend das Produkt

Produktstrukturplan beschreibt alle Bestandteile, Komponenten bzw. Softwaremodule, die am Ende des Projekts vorliegen bzw. ausgeliefert werden müssen in strukturierter Form. Grafische Darstellung

Projektstrukturlpan Der Projektstrukturplan stellt alle in einem Projekt notwendigen Arbeiten in einer hierarchisch strukturierten Liste zusammen.

Der Projektstrukturplan wird nach Phasen gegliedert:

Wünsche  Lösungsfindung  Pflichten  Arbeitspakete Bsp: Konzipieren 

Bewegungsachse o X-Achse  Mech. Element: Axiale Sicherung und verbessern der Befestigung

Der Projektablaufplan basiert auf dem Projektstrukturplan und stellt u.a. den zeitlichen Ablauf des Projektes dar.  Gantt-Diagramm. Die VMI-Matrix stellt Verantwortlichkeit, Mitarbeit und Informationspflicht der Projektbeteiligten dar:

II Konzipieren Ziel der Phase “Konzipieren” ist es eine prinzipielle Lösung für eine gegebene Aufgabenstellung unter Berücksichtigung von Randbedingungen zu finden.

Arbeitsschritte beim Konzipieren: (Anforderungsliste muss vorher vollständig sein)

(nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien)

Gesamtfunktion: dient dazu die Aufgabenstellung zu abstrahieren und lösungsneutral zu formulieren Teilfunktion: Zerlegung der Gesamtfunktion in Teilfunktionen und die Erstellung der Funktionsstruktur dient dazu ein komplexes Problem in überschaubare Einzelprobleme zu zerlegen Funtionsstruktur: zeigt die logischen Zusammenhänge auf.

Wichtig: Die Gesamt- und Teilfunktionen sowie die Funtionsstruktur sind lösungsneutral!

Funktionsstruktur:

1. Erstellen der Funktionsstruktur (die Beschreibung des Zwecks des Produkts) Verwendung eines „Black-Box-Modell“ zu Abstraktion.



Der Zweck beschreibt lösungsneutral die Aufgabe eines Produkts Produktart = f (Zweck)

Bsp:

2. Aufstellen der Funktionsstruktur nach Hauptfluss: Beispiele: Heizkörper  Energiefluss  Maschine Luftpumpe  Stofffluss  Apparat Telefon  Signalfluss  Gerät

Beispiel Funktionsstruktur: Sie sollen eine neuartige Waschmaschine entwickeln. In einem ersten Schritt analysieren Sie vorhandene Systeme.

Beispiel: Deckel ausrichten, vereinzeln und zu einem definierten Zeitpunkt zuführen

Nach der Erstellung der Funktionsstruktur gilt es nun Wirkprinzipien für die Teilfunktionen zu suchen und zu bewerten.

Methoden zur Ideenfindung („Rationalbetrieb“) 1. Konventionelle Methoden 

Analyse der Stand der Technik (Literatur, Patente)  Konkurrenzanalyse  Patente sind eine der wichtigsten Quellen technischer Informationen Patent: o Ein Patent ist ein hoheitlich erteiltes gewerbliches Schutzrecht o werden für Erfindungen erteilt, die neu sind, auf einer erfinderischen Tätigkeit beruhen und gewerblich anwendbar sind o technische Lehren zum planmäßigen Handeln



Analogiebetrachtung  Analyse natürlicher Systeme (Bionik) Lösungen aus anderen Technikbereichen

2. Intuitiv betonte Methoden







Brainstorming o seinen Gedanken freien Lauf zu lassen und in alle Richtungen zu denken o Ideen von anderen Teilnehmern aufgreifen und weiterentwickeln o Erfolgreiches Brainstormings basiert auf festen Grundregeln o Brainstorming liefert in kurzer Zeit viele Ideen und das Wissen mehrerer Personen wird genutzt Mind-Mapping o visuelle Darstellung eines Themengebietes o Übersicht wird verbessert und die Hauptidee deutlich herausgestellt o Gut geeignet für Ideensammlung und Brainstorming o Nachteile: Lesbarkeit für andere Personen, ab einer bestimmten Informationsmenge unübersichtlich Diskursiv betonte Methoden  systematisch-methodische Lösungsfindung auf Basis der Erkenntnisse der Naturwissenschaften o Analyse des physikalischen Zusammenhangs  Prinzipkatalog o Kataloge (konventionelle Kataloge, Sammlungen technischer Lösungsprinzipien oder physikalischer Effekte, Konstruktionskataloge  bieten einen direkten Zugriff auf Prinziplösungen) o Morphologische Methode  Finden von Lösungskombinationen.  Morphologischer Kasten: dient dazu komplexe Problembereiche vollständig zu erfassen und alle möglichen Lösungen zu betrachten.

Auswahl und Bewertung geeigneter Lösungsvarianten

Auswahlliste

Die Anzahl der Lösungsvarianten sollte durch ein einfaches Verfahren wie eine Auswahlliste vor einer detaillierten Bewertung reduziert werden. Die bei einer Auswahlliste verwendeten Kriterien sind variabel, sollten aber immer diese grundsätzlichen Punkte enthalten.

Bewertungsverfahren

1. Binäre Bewertung / Dominanzmatrix 1. einfaches, schnelles Verfahren, um eine vor allem qualitative Bewertung durchzuführen  wenn sich die Eigenschaften der Lösungsvarianten eher qualitativ als quantitativ beschreiben lassen  Man vergleicht eine Eigenschaft der jeweiligen Variante mit den anderen und bewertet sie mit: besser als = 1 schlechter als = 0  Aus der Quersumme der Punkte ergibt sich dann die Rangfolge  Das Ergebnis hängt ganz entscheidend von der bzw. den bewertenden Personen ab

2. Nutzwertanalyse 2. mehreren, miteinander schwer vergleichbaren Alternativen soll eine Lösung ausgewählt werden Vorgehensweise: • Zerlegung des Gesamtzieles in Einzelziele • Berechnen der Einzelnutzwerte für jede ermittelte Lösungsalternative • Berechnung der Rangfolge der Alternativen Ergebnis: • Rangfolge der Alternativen

III Entwerfen In der Entwurfsphase gestalten wir die ausgewählte Lösung.        

Anordnung, Gestalt und Dimensionen vorläufig festlegen Konstruktionselemente und Zukaufteile auswählen Auslegung und Berechnung Kostenabschätzung Anordnung, Gestalt, Dimensionen und Toleranzen endgültig festlegen Zeichnung erstellen (3D Modell, 2D Ableitungen) Stückliste, Dateneingabe in PDM System Werkstofffestlegung

 Ergebnis: der maßstäbliche Entwurf sowie eine erste, initiale Stückliste mit allen wesentlichen Komponenten

wichtig ! :

o o

Die „Machbarkeit“ ihrer Lösungen muss immer wieder abgesichert werden Designdominierte Produkte werden von außen nach innen gestaltet

Gestaltung 3.

Durch die Gestaltung wird die Geometrie eines Produkts, einer Baugruppe oder eines Bauteils in allen ihren Ausprägungen festgelegt

Zur Gestaltsoptimierung können Gestaltselemente auf den unterschiedlichen Komplexitätsstufen verändert werden. (z.B. Bauteile, Baugruppen, Anlagen)

Gestaltvariation 4. bei vorhandenem Konzept Alternativ Lösungen finden Variationsmethode:

Arbeitsschritte beim Entwerfen:

Grundregeln der Gestaltung

1. eindeutig:  

Fließt mehr als ein Kraftfluss über eine Fläche, so deutet das auf eine nicht-eindeutige Gestaltung hin Lagern Sie Wellen so, dass keine Überbestimmung (= nicht eindeutig) entsteht

Beispiel:

2. einfach:  Einfachheit verbessert die Übersichtlichkeit und fast immer auch die Wirtschaftlichkeit Beispiel:

3. sicher:  Produkte sollen haltbar, zuverlässig und unfallfrei betrieben werden können.

Es werden drei Stufen in der Sicherheitstechnik unterschieden:



Die unmittelbare Sicherheitstechnik kennt 3 Ansätze: o Sicheres Bestehen  Versagen kann ausgeschlossen werden o Beschränktes Versagen  trotz Ausfall sicher o Redundanz  Bei Ausfall eines Systems bleibt die Gesamtfunktion (eingeschränkt) erhalten Beispiel:



Die Sicherheitstechnik schützt gegen nicht zu beseitigende Gefahren Beispiel: Schutzabtrennungen/ Verkleidungen (Abtrennung Roboter)



Die hinweisende Sicherheitstechnik unterrichtet den Anwender über nicht zu vermeidende Restgefahren

mittelbare

Anforderungen der EU Sicherheitsrichtline an den Produktentwickler:  

Gefahren müssen durch eine Gefahrenanalyse/ Risikobeurteilung ermittelt werden Integration der Sicherheit und Bereitstellung einer Betriebsanleitung

Risiko beurteilung mittels Risikograph:

Bsp: Schneidemaschine

4. Wirtschaftlich     

Kosten senken ist (fast) immer möglich Die Entwicklung und Konstruktion hat einen großen Einfluss auf alle Kosten im Produktlebenslauf! Kosten sind betriebsabhängig und für jeden Einzelfall zu betrachten Zusammenarbeit ist eine notwendige Voraussetzung, um Produktkosten optimieren zu können Auch Entwicklungs- und Konstruktionsarbeiten erzeugen Kosten, die zu berücksichtigen sind

 Aus dem vollen gefertigt:

 Zweiteilig:

Gestaltungsprinzipien  Gestaltungsprinzipien stellen Grundsätze zur optimalen Ausprägung von Produkten dar. Ihre Anwendbarkeit muss für jede Anwendung geprüft werden  

Gestaltungsprinzipien stellen Grundsätze zur optimalen Ausprägung von Produkten dar. Ihre Anwendbarkeit muss für jede Anwendung geprüft werden Spannungsüberhöhungen sollen durch optimierte Gestaltung vermieden werden

1. Prinzip der Krafteinleitung  „Leite Kräfte auf kurzen und direkten Wegen“  Zug ist die ökonomischste Beanspruchungsart

 Wähle den Materialquerschnitt aus, der bei geringstem Aufwand (Material, Fertigungsaufwand, Kosten) eine ausreichende Belastbarkeit liefert 2. Prinzip der Aufgabenteilung Nach dem Prinzip der Aufgabenteilung wird jeder Funktion ein Funktionsträger zugeordnet  ermöglicht eine für jede Teilfunktion angepasste optimale Gestaltung und eindeutige Berechnung

3. Prinzip der Selbsthilfe Das Prinzip der Selbsthilfe versucht durch passende Anordnung bzw. Gestaltung der Systemelemente eine sich selbst unterstützende Wirkung zu erreichen  Ziel ist die sichere Funktionserfüllung des System auch bei Überlast durch zweckentsprechende Anordnung der Systemelemente

Gestaltungsrichtlinien

 Kriterien, die zu einer anwendungs/ auftrags- oder unternehmensspezifischen Gestaltung führen.

Ausdehnungsgerechte Konstruktion  Konstruktionsziel: Sichere Funktionserfüllung des Systems auch bei Ausdehnung (Temperatur, Kraft) einzelner Systemelemente



Erfolgt die Anordnung der Führung auf der Ausdehnungsachse, so können ungewollte Bewegungen vermieden werden

IV Ausarbeiten

Stücklisten

Unstrukturierte Stücklisten: 1. Mengenübersichtsstückliste:  Auflistung der Teile mit Sachnummern und der Anzahl.  Keine Gliederung in Erzeugnisstufen  Einfachste Art der Stückliste, Teile erscheinen nur einmal Strukturierte Stücklisten 1.   

Strukturstückliste: Entspricht der Erzeugnisstruktur und deren Ebenen nach Gesichtspunkten der Fertigung Gleiche Teile erscheinen mehrmals, den Gruppen zugeordnet Vorteil: Struktur des Erzeugnisses in allen Teilen erkennbar ist  unabdingbar für z.B. Montage 2. Baukastenstückliste:  enthält die Gruppen, Eigen- und Fremdteile nur in der jeweils nächst tieferen Ebene eines Erzeugnisses oder einer Gruppe, welche unmittelbar für ihren Zusammenbau benötigt werden

Variantenstückliste:  

Fasst Gleichteile verschiedener Ausführungsformen eines Erzeugnisses zusammen Weist nur noch die unterschiedlichen Teile einzeln aus

Die technische Zeichnung

Wichtig: Man kann nur das fertigen, was man auch messen bzw. prüfen kann (Toleranzen) Alle Toleranzen nur so genau wie nötig, nicht so genau wie möglich.  Die Fertigungskosten steigen stark an, wenn kleinere Toleranzen realisiert werden müssen....