Konstruktionslehre II V2 Produktarchitektur / Produktstruktur. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 16. April 2015

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1 Konstruktionslehre II V2 Produktarchitektur / Produktstruktur Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 16. April 2015

2 Lernziele Sie können die verschiedenen Perspektiven eines Produkts erläutern. Sie können den Aufbau und Zweck der Produktarchitektur erläutern. Sie können den Aufbau der Produktstruktur erklären. Sie können Gliederungsaspekte für eine Produktstruktur nennen und erläutern. Sie können den Unterscheid zwischen der Produktstruktur und der Baustruktur eines Produkts erklären. Sie können Analysemethoden für die Baustruktur eines Produkts und deren Anwendung erklären. 2

3 Produktarchitektur; Produktstruktur 1. Allgemeine Betrachtungen 2. Die Produktarchitektur 1. Definition 2. Methode zum Aufstellen der Produktarchitektur 3. Beispiel einer Produktarchitektur 3. Produktstruktur 1. Definition 2. Problematik der Produktstruktur 3. Praxis der Produktstruktur 4. Baustruktur 1. Definition und Beispiele 5. Analysemethoden (DSM; DMM) 3

4 Beispiel: Bienenstock 4

5 Flüsse im Unternehmen Rechnungswesen/ Buchhaltung Entwicklung EDV? Vertrieb Fertigung Kunde Einkauf 5

6 Einbindung der Entwicklung/Konstruktion Kunde Markt Vertrieb, Verkauf, Werbung Produktplanung Labor, Versuch Entwicklung und Konstruktion Werknormung, Datenverarbeitung Einkauf, Lager Arbeitsvorbereitung Fertigungsplanung, Kalkulation Fertigungssteuerung Betriebsmittel-konstruktion? Teilefertigung Montage Qualitätssteuerung und - kontrolle Prüfung, Abnahme Versand Fertigproduktelager Kunde, Verkauf, ggf. Montage nach Pahl/Beitz 6

7 Die Perspektiven eines Produkts: Gesamt 7

8 Perspektive: Entwicklung (E) Funktionaler Zusammenhang Komponenten Definition 8

9 Perspektive: Konstruktion (K) Baulicher Zusammenhang Gestalterischer Zusammenhang Montage Zusammenhang 9

10 Vernetzung der Perspektiven : E/K 10

12 Die Produktarchitektur als Ordnungsrahmen Es wird ein Ordnungsrahmen benötigt, um ein Produkt überhaupt erstellen (entwickeln, konstruieren, fertigen ) zu können. Der Übergeordnete Ordnungsrahmen ist die Produktarchitektur. Die Produktarchitektur stellt den Zusammenhang zwischen der Markt-/Kundensicht (Funktion) und der Unternehmenssicht (Produktstruktur)dar. 12

13 Produktarchitektur Produktstruktur (bauliche Zusammenhänge) Funktionsstruktur (funktionale Zusammenhänge) Produktarchitektur Mit der Produktarchitektur wird festgelegt, welche Funktion durch welchen Funktionsträger (Baugruppe, Komponente) erfüllt werden soll. 13

14 Produktarchitektur Die Produktarchitektur beschreibt das Beziehungsschema zwischen der Funktionsstruktur eines Produktes und seiner physischen Baustruktur. Nach Ulrich; Hohnen 14

16 Gestaltung der Produktarchitektur Technische Gestaltung der Produktarchitektur: Welche Anforderungen und Funktionen soll das Produkt erfüllen? Welche Lösungsprinzipien werden eingesetzt? Aus welchen Komponenten und Modulen soll das Produkt bestehen? Wie lässt sich der Herstellungs- und Montageprozess optimieren Varianten gerechte Gestaltung der Produktarchitektur: Welche Varianz soll durch die Produktarchitektur abgedeckt werden? Wie kann diese Varianz möglichst einfach realisiert werden? Welche Komponenten und Module werden standardisiert oder wiederverwendet? Organisatorische Gestaltung der Produktarchitektur: Nach Göpfert Wie verteilen sich Entwicklungs- und Fertigungsumfänge auf die beteiligten organisatorischen Einheiten (Personen, Teams, Abteilungen, Lieferanten)? Wie kann der Koordinationsaufwand minimiert werden? Welche Umfänge werden intern entwickelt und produziert? Welche werden von externen Lieferanten zugekauft? 16

17 Erstellung der Produktarchitektur f Teil,1 f Haupt f Gesamt f Neben f Teil,2? Produktarchitektur f Haupt : Umwandlung elektr. Energie Stoffumsatz Luft f Teil,1 : Umwandlung Rotation Stoffumsatz Luft f Teil,2 : Umwandlung elektr. Energie Rotation 17

18 Wie bilde ich diese Funktionen ab? Mein Nachbar soll mich beneiden. Das Automobil soll schön aussehen. Das Automobil soll hochwertig sein. Der Motor soll sich sportlich anhören. Quelle: Volkswagen, url:

19 Erweiterte Produktarchitektur Marktsicht Funktionsstruktur Verknüpfungen Ausprägungstruktur Verknüpfungen Produktstruktur Unternehmenssicht 19

20 Ausprägungen in der Produktarchitektur Ausprägungen eines Merkmales sind vom Kunden gewünschte Eigenschaften eines Produktes. Merkmale sind z. B. Objektiv physikalische Merkmale, z. B. der Hubraum eines Verbrennungsmotors Subjektiv wahrnehmbare Merkmale, z. B. das Design Vorhandene Produktfeatures, z. B. Memory-Funktion für eine elektrische Sitzverstellung Das Produkt realisiert die Merkmale und Ausprägungen. 20

22 Produktstruktur Um den gesamten Produktentstehungsprozess planen und steuern zu können und den beteiligten Unternehmenseinheiten die benötigten Produktdaten in geeigneter Form zur Verfügung stellen zu können, werden Strukturen zur Produktgliederung benötigt. Definition Produktstruktur: Die Produktstruktur (mechatronische Produkte) bildet die Struktur und damit den Zusammenhang der nach festgelegten Strukturierungskriterien gegliederten physikalischen Produktelemente wie Bauteile und Baugruppen ab. 22

23 Ziel einer Produktstruktur Ziele einer Produktstruktur: Einfache Fertigung Hoher Anteil wieder verwendbarer Elemente Möglichst kundenneutrale Fertigung bis in die oberen Strukturebenen Abbildung des Produktes im Unternehmen (PDM- und ERP-Systems) Die Produktstruktur ist die Hauptplanungsbasis eines Unternehmens 23

24 Beispiel zur Produktstruktur Gehäuse Scharnierzapfen Sicherungselement groß Tür Sicherungselement klein Schlitz- Schraube Schloss Schlüssel Innensechskantschraube Scharnierbuchse 24

25 Beispiel 1 zur Produktstruktur Produkt Schrank Gehäuse Tür Scharnierbuchse Scharnierzapfen Schlitzschraube Sicherungselement groß Schloss Eine Zeichnung: Schrank Innensechskantschraube Sicherungselement klein Schlüssel 25

26 Beispiel 1 zur Produktstruktur Gehäuse Scharnierzapfen Sicherungselement groß Tür Sicherungselement klein Schlitz- Schraube Schloss Schlüssel Innensechskantschraube Scharnierbuchse 26

27 Beispiel 2 zur Produktstruktur Produkt Schrank Gehäuse Tür komplett Zeichnungen: Baugruppe: Schrank Baugruppe: Gehäuse Tür Schloss Innensechskantschraube Sicherungselement klein Scharnierzapfen Scharnierbuchse Baugruppe: Tür komplett Schlitzschraube Sicherungselement groß Schlüssel 27

28 Beispiel 2 zur Produktstruktur Gehäuse Tür komplett Einzelteile Einzelteile 28

29 Beispiel 3 zur Produktstruktur Produkt Schrank Gehäuse komplett Tür komplett Schlitzschraube Sicherungselement groß Scharnierbuchse Tür Schloss Innensechskantschraube Sicherungselement klein Scharnierzapfen Schlitzschraube Sicherungselement groß Schlüssel Zeichnungen: Baugruppe: Schrank Baugruppe: Gehäuse komplett Baugruppe: Tür komplett 29

30 Beispiel 3 zur Produktstruktur Gehäuse Tür komplett Einzelteile Einzelteile 30

32 Sichten auf ein Produkt (Planungsbedürfnisse) Je nach Aufgabe im Unternehmen interessieren den Betrachter unterschiedliche Eigenschaften (Sichten) des Produkts: Entwicklung/Konstruktion: Welche Funktionen müssen erfüllt werden? Einkauf: Welche Bauteile, Komponenten, Halbzeuge müssen eingekauft werden? Fertigung: Welche Fertigungsoperationen (Maschinen/Kostenstellen) werden zur Produktion der Bauteile benötigt? Montage: In welcher Reihenfolge müssen welche Teile montiert werden? Welche Zwischenzustände müssen beachtet werden, z. B. Lackierung? Jeder Bereich bräuchte eine spezielle Produktstruktur 32

33 Sichten auf ein Produkt Entwicklung (Mechanik) Entwicklung (Elektrik, Elektronik) Einkauf Fertigung Montage 33

34 Festlegung der Produktstruktur Konstruktionsstruktur Fertigungsstruktur Bedruckung 34

35 Festlegung der aktiven Produktstruktur Konstruktionsstruktur Fertigungsstruktur Widerspruch gegliedert nach: funktionalen Gesichtspunkten inhaltlichen Gesichtspunkten Baugruppen Hauptfunktionsträgern gegliedert nach: fertigungstechnischen Gesichtspunkten Montagebaugruppen Montagestufen Fertigungsverfahren Kostenstellen Eigenfertigung / Fremdfertigung Bedruckung 35

36 Bsp.: Getriebe + Kupplung Getriebegehäuse mit Kupplungsglocke 36

37 Bsp.: PKW Interieur Automobiltür Konstruktion: eine funktionale Einheit in einer Baugruppenstückliste Fertigung: Bearbeitung in Kostenstelle: Blechbearbeitung Kunststoffverarbeitung Glas Folgen: braucht je einen Zeichnungssatz für eine Kostenstelle: Blech- und Kunststoffteile, Glas braucht je Montagestufe einen Zeichnungssatz hat Steuerungsaufwand für die Montage Einkauf: muss die Stückliste zerlegen nach Beschaffung (make/buy) evtl. 3 Lieferanten aussteuern mit Stücklisten und Zeichnungen. Lieferant: braucht Schnittstellenzeichnungen, um zu liefernde Bauteile richtig auslegen zu können. 37

38 Produktstruktur im ERP In der Praxis entsteht die aktive Produktstruktur in enger Kooperation zwischen Konstruktion und Fertigung. Sie stellt normalerweise einen Kompromiss zwischen den Interessen der Konstruktion, wenig Dokumentationsaufwand, und denen der Fertigung, einfache Fertigungssteuerung, dar. 38

40 Sicht des Engineerings Auftrag 4711: Sicht des Engineerings Produktkonzept Produktidee Konstruktion PDM-System ERP-System 40

41 Produktstruktur im Unternehmen Auftrag 4711: Sicht des Engineerings Produktkonzept Produktidee Konstruktion PDM-System ERP-System 41

42 Sicht des Einkaufs/Technologie/Produktion PDM-System Auftrag 4711: Sicht des Einkaufs/Technologie/Produktion ERP-System Langläufer Fertigungsstraße für Baugruppe Einkaufprozess Fertigungsplanungsprozess Produktion 42

43 Bedeutung der Produktstruktur Was passiert, wenn Sie nach Verankerung der Produktstruktur im ERP/PPS diese ändern? 43

44 Die Strukturstückliste 44

46 Baustruktur Die Baustruktur ist eine Abbildung eines Produktes und beschreibt die physische Beziehung der Bestandteile (Komponenten, Baugruppen) eines Produktes. Beispiele: 46

47 Bsp.: Käseverpackung Funktionsstruktur <Hauptfunktion> Informationsübermittlung Preis Haltbarkeit Zutaten Produkt Trennen von Inhalt und Umgebung Baustruktur 47

49 Design Structure Matrix (DSM) Die Design Structure Matrix, im deutschen auch als Einflussmatrix bekannt, dient zur Erfassung und Analyse von Netzwerken. 1 Im Rahmen der Produktentwicklung wird die DSM eingesetzt, um die Abhängigkeiten von Komponenten (Baustruktur) aufzuzeigen.² DSM können die Einflussrichtung und Einflussgewichtung berücksichtigen. 1. Lindemann, Mauer 2006; 2. Pimmler

50 ungerichtet gerichtet Beispiel: DSM-Arten ungewichtet gewichtet Baustruktur K 1 K 2 K 4 K 3 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K K K K K K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K K K K K K 5 K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K K K K K K 1 K 2 K 3 K 4 K 5 K K K K K

51 DSM nach Pimmler Pimmler unterteilt die Abhängigkeiten zwischen den Komponenten in die Kategorien Raum, Material, Energie und Information. Er unterscheidet die Komponentenabhängigkeiten mit ganzzahligen Werten von 2 (schädlich) bis 2 (erforderlich) 51

52 Einsatz der DSM Durch Vertauschen oder Verschieben der Komponenten können mithilfe der Design Structure Matrix das Produkt in Baugruppen (Kästen) gegliedert werden. Pimmler

53 Domain Mapping Matrix (DMM) Vergleichbar zur Design Structure Matrix wird die DMM in der Produktentwicklung eingesetzt, um Abhängigkeiten von Funktionen und Komponenten (Produktarchitektur) aufzuzeigen. Produktarchitektur K 1 F 1 F 2 K 2 F 3 K 3 K 1 K 2 K 3 K 4 F F F K 4 Mit Hilfe der DMM kann die Definition von Modulen unterstützt werden. 53

54 Ende der Bildschirmpräsentation 54