Fachschule für Technik

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1 Konstruktionssystematik Konstruktionssystematik methodisches Konstruieren OStR Matthias Grywatsch Lehrmaterial für den Gebrauch in der Mühlhausen Fachgebiet Maschinentechnik Fach Konstruktion/Lehrgebiet Konstruktionssystematik Mühlhausen Sondershäuser Landstraße Mühlhausen/Thüringen

2 Konstruktionssystematik Inhalte Fachrichtung Maschinentechnik Fach Konstruktion Lehrgebiet: Konstruktionssystematik konstruktiver Entwicklungsprozess Konstruktionssystematik - VDI 2222 ff Analyse der Aufgabenstellung Erstellung von Bauprinzipien/Lösungsalternativen Bewertung Erstellung verbessertes Bauprinzip Entwurfsberechnungen I. Entwurf Übung

3 konstruktiver Entwicklungsprozess Prognose / Planung Technische Vorbereitung der Produktion (Verfahrensentwicklung, Konstruktive Entwicklung Fertigungsplanung) Markt, Bedürfnisse, Ziele Aufgaben zur Entwicklung von Erzeugnissen und Verfahren Konstruktive Aufgaben KEP (konstruktiver Entwicklungsprozess) Hinreichende Beschreibung des technischen Gebildes Marktanalyse - Beobachtungen - Umfragen/Trends - Nachfrage Zielformulierung - Anforderungen - Eigenschaften des Produktes

4 konstruktiver Entwicklungsprozess Produktion Dokumentation des Produktes und seiner Fertigung techn. Lösung - Zeichnungen - Arbeitspläne, Produkt Gebrauch KEP konstruktiver Entwicklungsprozess Entwicklung von neuen Produkten Entwicklung neuer Verfahren und/oder Methoden

5 Konstruktionssystematik - Definition Konstruktionssystematik methodisches Konstruieren Zielstellung: - methodisches Verfahren zur Lösung von Aufgaben (beschrieben in den VDI- Richtlinien VDI 2222 ff) - Schaffung eines Ordnungssystems - Schaffung von Transparenz Arbeitsmittel: - Beschreibung von Methoden und Arbeitsabläufen zur Lösungssuche - Konstruktionskataloge Die Konstruktionssystematik methodisches Konstruieren ist ein allgemein gültiges Hilfsmittel zur Lösung von Aufgabenstellungen Konstruktion gedanklicher Lösungsprozess Durch Analyse und Synthese werden Lösungen für die Aufgabenstellung erarbeitet

6 Konstruktionssystematik - Schritte Konstruktionssystematik Schritte 1 Analyse der Aufgabenstellung Kern des Problems? Problem => Aufgabe 2 Entwicklung von Lösungsalternativen (Bauprinzipien) Welche möglichen Lösung sind vorhanden, wären möglich,? 3 Vergleich und Bewertung der Lösungsalternativen Welche Lösung erfüllt die Aufgabenstellung am Besten? 4 Entwicklung einer verbesserten Lösung (verbessertes Bauprinzip) Verbesserung der noch vorhandenen Mängel! 5 Überprüfung der Leistungsfähigkeit und Umsetzbarkeit (Entwurfsberechnung) Berechnung der notwendigen Werte und deren Überprüfung! 7 6 konstruktive Lösung (I. Entwurf) Erstellung der Lösungsunterlagen!

7 Quelle: Conrad, Klaus-Jörg: Grundlagend er Konstruktionslehre, München-Wien: Hanser1998 Quelle: Gerhard, Edmund: Entwickeln und Konstruieren mit System, 3. vollst. neubearb,. und erg. Aufl., Renningen-Malmsheim: expert-verl Konstruktionssystematik - Produktentstehung

8 Informationsgewinnung Aufgabenstellung Analyse der Aufgabenstellung unstrukturierte Aufgabenstellung - es sind keine/nur sehr wenig Informationen zum Sachverhalt vorhanden - Mach mal!, Sieh mal zu! Start teilstrukturierte Aufgabenstellung - es sind vereinzelte/wesentliche Informationen zum Sachverhalt vorhanden - Leistungsdaten, Drehzahl, voll strukturierte Aufgabenstellung - es sind detaillierte/umfangreiche Informationen zum Sachverhalt vorhanden - Aufgabenstellung ist sehr detailliert beschrieben Ziel

9 Aufgabenstellung - Informationsgewinnung Informationsgewinnung - durch Befragung des Auftraggebers Hinweise: keine kleinteiligen Fragen / Zusammenhänge erfragen Fragenkatalog erstellen evtl. Besichtigung vor Ort - durch Recherche/Informationsgewinnung in einschlägigen Medien Hinweise: Informationen erst sammeln, keine Diskussion über Brauchbarkeit bzw. Informationsgehalt führen Sichtung und Auswertung

10 Aufgabenstellung - Anforderungsliste Pflichten-/Lastenheft - Pflichten und Lastenhefte enthalten alle Daten für die Abwicklung des Auftrages Prozesses Termine Verantwortung - Anforderungsliste ist Teil des Pflichten-/Lastenheftes und enthält konkret konstruktive Informationen Anforderungsliste - Die Anforderungsliste ist Teil des Pflichten-/Lastenheftes Inhalte: Organisationsdaten o lfd. Nummer o Verantwortung o Änderungen Prozessdaten o Stufe der Wichtigkeit o Konstruktionsphasenzugehörigkeit Anforderungen Wertdaten

11 Aufgabenstellung - Fragenkatalog Fragenkatalog - Informationsgewinnung beim Kunden muss vorbereitet werden - Fragenkataloge erleichtern und strukturieren die Informationsgewinnung Zusammenhänge darstellen o logische Reihenfolge o Ausschluss von unnötigen Fakten o Dopplungen vermeiden Steuern Informationsgewinnung während Besichtigung von Einsatzorten und Einsatzbedingungen etc. Ergebnis: detaillierte Aufgabe & Grundprinzip - Ein Grundprinzip ist eine schematische Darstellung zur näheren Erläuterung der Aufgabenstellung

12 Entwicklung von Lösungsalternativen Entwicklung von Lösungsalternativen/Bauprinzipien - Darstellung als vereinfachte Skizzen aus denen die Funktion hervorgeht keine Details wie beispielsweise Verbindungselemente - Bauprinzipien sind vollkommen wertfrei keine Diskussion hinsichtlich Verwendbarkeit etc. - alle Ideen werden vorerst notiert jeder Vorschlag ist eine potentielle Lösung - Bauprinzipien werden gekennzeichnet Nummerierung zur späteren Zuordnung Hinweis - Aufgaben/Anforderungen können je nach angewendetem Verfahren zur Lösungsfindung in Teilaufgaben gegliedert und diese einzeln betrachtet werden - Methodenkompetenz ist unabdingbar Methoden: Brainstorming/-writing Methode morphologischer Kasten - Bauprinzipien werden gesammelt und archiviert

13 Bewertung - Bewertungskriterien Bewertung Die gefundenen Lösungsalternativen werden unter dem Gesichtspunkt der Erfüllung der Anforderungen verglichen mit dem Ziel das günstigste Bauprinzip zu ermitteln günstigste Bauprinzip: - Lösung mit den wenigsten Mängel/Schwächen - Lösung welche der Ideallösung am nächsten kommt Bewertungskriterien Bewertungskriterien werden aus den Anforderungen abgeleitet, können in qualitative und quantitive unterschieden werden und müssen objektiv sein - Funktionssicherheit Funktionen gewährleistet - Herstellbarkeit/Fertigungsaufwand sind Bauteile mit den klassischen Verfahren herstellbar welcher Aufwand ist nötig - Handhabung & Bedienung Komplexität für den Arbeitnehmer (Einhandbedienung) welche Werkzeuge, Arbeits- und Hilfsmittel - Arbeitssicherheit Maschinenrichtlinien, - - Design

14 Bewertung - Bewertungsmatrix Bewertungsmaßstab - Symbole ++, +, o, -, -- sehr gut geeignet, gut geeignet, befriedigend, weniger geeignet, nicht geeignet - Punktbewertung 0 4 Punkte (5 Stufen) 0 9 Punkte (10 Stufen) Achtung je detaillierter um so schwieriger die Differenzierung Gewichtung der Kriterien - da nicht alle Kriterien in Ihrer Bedeutung/Wichtigkeit identisch sind, kann man durch Gewichtung noch eine zusätzliche Differenzierung ermöglichen Bewertungsmatrizen/-tabellen Ergebnis: - günstigstes Bauprinzip

15 Entwicklung verbessertes Bauprinzip günstigstes Bauprinzip - höchste Bewertung -> somit geringste Anzahl von Mängeln/Schachstellen, somit geringster Aufwand in der weiteren Entwicklung Verwendung von Lösungsansätzen aus anderen Bauprinzipien Bedingung: es darf keine Beeinträchtigung anderer Kriterien geben Neukonzeption von Lösungsansätzen Bedingung: es darf keine Beeinträchtigung anderer Kriterien geben Akzeptanz der vorhandenen Mängel/Schwachstellen Bedingung: Anforderungen sind im Mindestmaß erfüllt verbessertes Bauprinzip - optimalen/bestmögliche Lösung, kommt der idealen Lösung am nächsten - alle Anforderungen sind erfüllt Achtung: wenn das günstigstes Bauprinzip nicht zu einem verbesserten Bauprinzip weiterentwickelt werden kann müssen neue Bauprinzipien entwickelt werden

16 Entwurfsberechnungen Entwurfsberechnungen Dimensionierung - Ermittlung von Abmaßen in Abhängigkeit von der Hauptbelastung - Vorauswahl von Bauteilen und Baugrößen vereinfachte überschlägige Rechnung Nachrechnung - Überprüfung der verwendeten Bauteile und Baugrößen auf die Funktionssicherheit unter Berücksichtigung aller vorhandenen Einflussgrößen und Belastungen - Festlegung von Bauteilen und Baugrößen ausführliche umfassende Rechnung Entwurfsberechnungen bestehen immer aus Dimensionierung und Nachrechnung

17 I. Entwurf I. Entwurf - erste maßstäbliche Darstellung im Verlauf des Konstruktionsprozesses - Erstellung von techn. Dokumenten Stücklisten Montagepläne Bedienungs-/Arbeitsanweisungen - Einhaltung von Normen und Vorschriften beachten - Unterlagen müssen überprüfbar sein - Forderungen von Prüfstellen (TÜV, Dekra, ) müssen berücksichtigt werden

18 Literatur/Quellenangaben Bücher: 1. Gerhard, Edmund. Entwicklen und Konstruieren mit System, 3. völlig neubearbeitete und ergänzte Auflage. Renningen-Malmsheim : expert-verlag, Conrad, Klaus-Jörg. Grundlagen der Konstrultionslehre. München, Wien : Carl Hanser Verlag, ISBN-10: DIN Projektmanagement - Projektmanagementsysteme - Teil 5 Begriffe. 4. Bürger, Markus, et al., et al. Konstruktionslehre Maschinenbau. Haan-Gruiten : Verlag Europa-Lehrmittel, ISBN-13: Hoenow, Gerhard und Meißner, Thomas. Entwerfen und Gestalten im Maschinenbau 2., aktualisierte Auflage. München : Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, ISBN-13: Pesendorfer, Klaus. Konstruktionsrichtlinien - erstellen, implementieren und anwenden. Aichkirchen : pedo.engineering, ISBN-13: Roth, Karlheinz. Konstruieren mit Konstruktionskatalogen Band 1 Konstruktionslehre 3.Auflage. Berlin : Springer Verlag, ISBN-13: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen Band 2 Katalgoge 3.Auflage. Berlin : Springer Verlag, ISBN-13: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen Band 3 Verbindungen und Verschlüsse Lösungsfindung 2.Auflage. Berlin : Springer Verlag, ISBN-13: Wittel, Herbert, et al., et al. Roloff / Matek Maschinenelemente 20. überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden : Vieweg + Teubner Verlag / Springer Fachmedien, ISBN-13: Homepages: