Methoden in der Produktentwicklung

Transkript

1 Methoden in der Produktentwicklung Übung 2 - Funktionsbetrachtung J. Schönwald

2 Projekt- bzw. Masterarbeitsthemen Absicherungsmanagement in der Produktentwicklung Im Rahmen des Projektes AbsManPE gibt es diverse Themen für studentische Arbeiten (z.b. Aufnahme der IST-Prozesse in der Entwicklungsabteilung von BMW Motorrad oder Dräxlmeier, Messbarkeit von Prozesseffizienz, Ansätze zur Optimierung existierender Prozesse, Schnittstellenmanagement, Vergleich von Methoden zur Prozessaufnahme, ). Nähere Informationen erhalten Sie von Dipl.-Ing. Julian Schönwald Gebäude 42, Raum 12 Telefon: 089/ Schönwald 1

3 Aufgabe 3 Eine Kundenumfrage hinsichtlich Qualitätsmerkmale für PKW-Reifen liefert folgende Ergebnisse: Regentauglichkeit ist wichtiger als Geräuscharmut und geringer Benzinverbrauch sowie alle anderen Kundenanforderungen die Notlaufeigenschaften sind genauso wichtig wie Hochgeschwindigkeitstauglichkeit und ein sportliches Handling, aber unwichtiger als hohe Haltbarkeit nur die Regentauglichkeit ist wichtiger als geringer Benzinverbrauch, alles andere unwichtiger Geräuscharmut ist wichtiger als Notlaufeigenschaften, ein sportliches Handling und die Hochgeschwindigkeitstauglichkeit aber weniger wichtig als die anderen Merkmale eine hohe Haltbarkeit ist genauso wichtig wie sportliches Handling und wichtiger als die Hochgeschwindigkeitstauglichkeit sportliches Handling ist wichtiger als Hochgeschwindigkeitstauglichkeit Ermitteln Sie die Gewichtung der Kundenanforderungen mittels paarweisem Vergleich! Quelle: WZL/Fraunhofer IPT Schönwald 2

4 Aufgabe 3 - Lösungsvorschlag Schönwald 3

5 Aufgabe 3 - Lösungsvorschlag Regentauglichkeit gute Notlaufeigenschaften Geräuscharm geringer Benzinverbrauch Hochgeschwindigkeitstauglichkeit hohe Haltbarkeit sportliches Handling Summe Gewichtung Regentauglichkeit gute Notlaufeigenschaften Geräuscharm geringer Benzinverbrauch Hochgeschwindigkeitstauglichkeit hohe Haltbarkeit sportliches Handling Quelle: WZL/Fraunhofer IPT Schönwald 4

6 Priorisierung technischer Merkmale Merkmal 1 (M 1 ) M 2 M 3 Anforderung 1 (A 1 ) Beziehung B 11 B 12 B 13 Gewicht G 1 A 2 B 21 B 22 B 23 G 2 A 3 B 31 B 32 B 33 G 3 absolute techn. Bedeutung relative techn. Bedeutung atb M 1 = (B i1 G i ) atb M 2 = (B i1 G i ) atb M 3 = (B i1 G i ) rtb M 1 = rtb M 2 = rtb M 3 = atb M 1 / atb M j atb M 2 / atb M j atb M 3 / atb M j Schönwald 5

7 Aufgabe 4 Berechnen Sie die absolute und relative Bedeutung der Reifenmerkmale! Laufstreifen Wulstkern Gewebelage Wulstverstärker Innenschicht Gewichtung Regentauglichkeit 5 gute Notlaufeigenschaften 1 Geräuscharm 3 geringer Benzinverbrauch 4 Hochgeschwindigkeitstauglichkeit 1 hohe Haltbarkeit 3 starke Beziehung (9) mittlere Beziehung (3) schwache Beziehung (1) sportliches Handling 2 absolute Bedeutung relative Bedeutung Quelle: WZL/Fraunhofer IPT Schönwald 6

8 Aufgabe 4 - Lösungsvorschlag Laufstreifen Wulstkern Gewebelage Wulstverstärker Innenschicht Gewichtung Regentauglichkeit 9 5 gute Notlaufeigenschaften Geräuscharm geringer Benzinverbrauch 9 4 Hochgeschwindigkeitstauglichkeit hohe Haltbarkeit sportliches Handling absolute Bedeutung relative Bedeutung 53,8% 15,7% 8,9% 8,9% 12,7% Schönwald 7

9 Definition der technischen Funktion Definition einer technischen Funktion: am Zweck eines Systems orientiert lösungsneutrale Beschreibung zur Generierung von Lösungsprinzipien Operation mit Ein-und Ausgangszustand Beschreibung mit Substantiv und Verb Güter transportieren Quelle: oberwiesenthal.de Quelle: lufthansa-cargo.com Zerlegung der Gesamtfunktion: Beschreibung und Abbildung der Funktionen eines Systems in einem Modell Zweck: Analyse und Verständnis der Funktionsweise technischer Systeme, Grundlage für die Suche nach Lösungsprinzipien, Erkennen gegenseitiger Einflüsse Quelle: Lindemann Schönwald 8

10 Systembegriff funktionale Betrachtung Black-Box-Ansatz Störgrößen (Stoff, Energie, Signal) INPUT STOFF (e) ENERGIE (e) INFORMATION (e) technisches SYSTEM (Gesamtfunktion) OUTPUT STOFF (a) ENERGIE (a) INFORMATION (a) Restriktionen (Menge, Qualität) Schönwald 9

11 Beispiel: Orangensaftpresse Black-Box-Ansatz Störgrößen (schadhafte Früchte, Stromausfall, Abnutzung) Stoff: ungepresste Orangen Energie: elektrische Energie Information: Ein/Aus Stoff: Orangensaft, Fruchtreste Energie: kin. Energie, Wärme Signal: Bereit/Betrieb/Fertig/Störung Restriktionen Fassungsvermögen Vorratsbehälter Fassungsvermögen Saftbehälter Fassungsvermögen Abfallbehälter Schönwald 10

12 Aufgabe 1 Stellen Sie den Stoff-, Energie- und Signalumsatz inklusive Störgrößen und Restriktionen für einen akkubetriebenen Rasenmäher auf! Schönwald 11

13 Aufgabe 1 - Lösungsvorschlag Black-Box-Ansatz Störgrößen (Steine, defekter Akku, stumpfe Messer, unebener Boden) Stoff: ungeschn. Rasenfläche Energie: elektrische Energie Information: Ein/Aus Stoff: geschn. Rasenfläche, Gras Energie: kin. Energie, Wärme, Luftstrom Signal: Bereit/Betrieb/Störung Restriktionen: Fassungsvermögen Grasbehälter Kapazität Akku Breite Rasenmäher Schönwald 12

14 Bedeutung der Funktionsmodellierung Basis/Grundlage für das konkrete Produkt: Definition des Produkts in seinem funktionalen Aufbau (Funktionskonzept, bestehend aus Funktionen) Einsatz/Bedeutung bei der Lösungssuche: Aufbrechen von eingefahrenen Denkmustern und Vorfixierungen durch abstrakte Betrachtung der Problem- und Aufgabenstellung Basis für die interdisziplinäre Lösungssuche (Suche nach ähnlichen Funktionen in anderen Wissensgebieten (z. B. Biologie)) Entwicklung in Teams: Förderung des gemeinsamen Systemverständnisses Quelle: Lindemann Schönwald 13

15 Darstellungsformen der Funktionszerlegung Funktionsbaum (Hierarchisch): anwendbar in Fällen, in denen Teilfunktionen relativ unabhängig voneinander zu betrachten sind Sammlung von Funktionen im Vorfeld eines Funktionsnetzes Funktionsstruktur: Verknüpfung der Funktionen zu einem Funktionsnetz Logik und Funktionsweise schematisch dargestellt Relationale Darstellung der Beziehungen: beschreibt ebenfalls Input/Output-Zusammenhänge gibt den Relationen zusätzliche Wichtung Schönwald 14

16 Funktionsbaum Ausgangspunkt: Gesamtfunktion des Systems, Teilfunktionen sowie ihre Gliederung und Kombination zu Strukturen bilden die Grundlage für die Suche nach Lösungen Zuordnung von Teilfunktionen, welche zum Generieren der Gesamtfunktion erforderlich sind schneller Überblick über Funktionseinheiten Gut transportieren Arbeitsenergie bereitstellen Gut schützen Arbeitsenergie zuführen Arbeitsenergie wandeln Ziel Quelle: Lindemann Übersicht über das technische System verschaffen lösungsneutrale Darstellung des Systems Unterscheidung der wesentlichen und weniger wichtigen Funktionen im System Schönwald 15

17 Beispiel: Nussknacker Nuss öffnen Nusskern gewinnen Schale öffnen Nuss fixieren Kraft einleiten Nussschale zertrümmern Nusskern von Schale trennen Weg beschränken Kraft anpassen Kern u. Schale unterscheiden Kern trennen Quelle: Lindemann Schönwald 16

18 Funktionsstruktur Gesamtfunktion des technischen Systems in Teilfunktionen aufgliedern lösungsneutrale Darstellung des Systems Unterscheidung Haupt- und Nebenfunktionen zweckmäßig Ziel Übersicht über das technische System verschaffen Analyse von Wirkungen, Zwecken und Konzepten Unterstützung der Suche nach Lösungen Schönwald 17

19 Beispiel: Nussknacker Nuss fixieren Schale auffangen Schale öffnen Nusskern von Schale trennen Nusskern gewinnen Kraft aufbringen Schönwald 18

20 Aufgabe 2 Erstellen Sie einen Funktionsbaum und eine Funktionsstruktur für einen (akkubetriebenen) Rasenmäher! Schönwald 19

21 Aufgabe 2 - Lösungsvorschlag Funktionsbaum Rasen mähen Drehmoment erzeugen Gras entfernen Gras schneiden Luftstrom erzeugen Gras bewegen Gras sammeln Funktionsstruktur Gras schneiden Gras sammeln Drehmoment erzeugen Luftstrom erzeugen Gras bewegen Schönwald 20

22 Relationale Darstellung der Beziehungen Ziel der Relationsorientierten Funktionsmodellierung Durchdringung der technischen Problemstellung Ableitung von Problemformulierungen aus dem Funktionsmodell heraus Impulse für die Lösungssuche Entwicklung erster Lösungsansätze bereits durch den Aufbau des Funktionsmodells und die Ableitung von Problemformulierungen Problemformulierungen als Input für weitere Lösungssuche bereits Hinweise durch die Art der Problemformulierungen, wie das jeweilige Problem bearbeitet werden sollte Quelle: Lindemann Schönwald 21

23 Relationale Darstellung der Beziehungen Beschreibung einer technischen Funktion durch Substantiv und Verb Elektrische Energie wandeln Unterscheidung von zwei Arten von technischen Funktionen: schädliche Funktionen nützliche Funktionen Nutzer verbrennen Gehäuse isolieren Bildung des Relationsorientierten Funktionsmodells durch die sinnvolle Verknüpfung unterschiedlicher technischer Funktionen wird benötigt für verursacht wurde eingeführt, um zu vermeiden Quelle: Lindemann Schönwald 22

24 Beispiel: Nussknacker Kern und Schalenteile vermengen Bruchstücke verstreuen Bruchstücke auffangen Nuss fixieren Schale öffnen Nusskern gewinnen Nusskern von Schale trennen Kraft aufbringen Nusskern beschädigen Quelle: Lindemann Schönwald 23

25 Fragen an nützliche/ schädliche Funktionen Nützliche Funktionen Wird diese nützliche Funktion für die Erfüllung einer weiteren nützlichen Funktion benötigt? Verursacht diese nützliche Funktion irgendwelche schädlichen Funktionen? Wurde diese nützliche Funktion eingeführt, um schädliche Funktionen zu unterdrücken? Setzt diese Funktion die Erfüllung weiterer nützlicher Funktionen voraus? Schädliche Funktionen Wird diese schädliche Funktion durch eine andere schädliche Funktion verursacht? Verursacht diese schädliche Funktion weitere schädliche Funktionen? Wird diese schädliche Funktion durch eine nützliche Funktion verursacht? Wurde eine nützliche Funktion eingeführt, um diese schädliche Funktion zu unterdrücken? Quelle: Lindemann Schönwald 24

26 Vorgehen beim Aufbau eines relationsorientierten Funktionsmodells Fragen Sie sich: Was ist die wesentliche nützliche Funktion des betrachteten Systems? und zeichnen Sie diese auf. Fragen Sie sich: Was ist die wesentliche schädliche Funktion des betrachteten Systems? und zeichnen Sie diese auf. Ergänzen Sie das Funktionsmodell um zusätzliche Funktionen und ihre Verknüpfungen (4 Fragen an die wesentliche nützliche Funktion) Ergänzen Sie das Funktionsmodell um zusätzliche Funktionen und ihre Verknüpfungen (4 Fragen an die wesentliche schädliche Funktion) Alle nützlichen/schädlichen Funktionen des Systems betrachtet? Ja Nein Quelle: Lindemann Schönwald 25

27 Aufgabe 3 Die Entwicklungsabteilung bekommt den Auftrag einen vorhandenen Rasenmäher zu verbessern. Hauptfunktion des Rasenmähers ist es das Gras (mit einem Messer) zu schneiden. Das geschnittene Gras verschmutzt allerdings den Rasen. Um dies zu vermeiden, muss das Gras entfernt werden. Dazu wird das Gras in einem Behälter gesammelt. Zu diesem Zweck wird ein Drehmoment erzeugt, das sowohl das Messer antreibt als auch einen Luftstrom erzeugt. Mit diesem Luftstrom wird das Gras in einem Behälter gesammelt. Die Vertriebsabteilung hat eine Liste von Anmerkungen und Beschwerden von Kunden gesammelt. Um Möglichkeiten für Verbesserungen zu identifizieren soll ein relationsorientiertes Funktionsmodell aufgestellt werden. Folgende Aspekte stören den Nutzer und wurden vom Vertrieb gesammelt: hoher Energieverbrauch Lärm Ausleeren des Behälters (um zu verhindern, dass er verstopft) Verletzungsgefahr (Messer) hohes Gewicht (weil das Gras gesammelt wird) Quelle: Lindemann Schönwald 26

28 Aufgabe 3 - Lösungsvorschlag Drehmoment erzeugen Gras (mit Messer) schneiden Luftstrom erzeugen Gras vom Rasen entfernen Rasen verschmutzen Energie verbrauchen Lärm erzeugen Behälter ausleeren Gras (in Behälter) sammeln Behälter verstopfen Gewicht erhöhen Nutzer stören Verletzungsgefahr darstellen Quelle: Lindemann Schönwald 27