Pahl/Beitz Konstruktion

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1 Gerhard Pahl Wolfgang Beitz Jörg Feldhusen Karl-Heinrich Grote Pahl/Beitz Konstruktion Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung 6. Auflage Mit 445 Abbildungen ** -] Springer

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Der Entwickler und Konstrukteur Aufgaben und Tätigkeiten Stellung im Unternehmen Künftige Aspekte Methodisches Vorgehen bei der Produktentwicklung Anforderungen und Bedarf Historische Entwicklung Heutige Methoden Systemtechnik Wertanalyse Konstruktionsmethoden Zielsetzung vorliegender methodischer Konstruktionslehre Literatur 29 2 Grundlagen Grundlagen technischer Systeme System, Anlage, Apparat, Maschine, Gerät, Baugruppe, Einzelteil Energie-, Stoff-und Signalumsatz Funktionszusammenhang Aufgabenspezifische Beschreibung Allgemein anwendbare Beschreibung Logische Beschreibung Wirkzusammenhang Physikalische Effekte Geometrische und stoffliche Merkmale Bauzusammenhang Systemzusammenhang Resultierende methodische Leitlinie...., Grundlagen methodischen Vorgehens Vorgang des Problemlösens Kennzeichen guter Problemloser Intelligenz und Kreativität Entscheidungsverhalten 63

3 X Inhaltsverzeichnis Lösungsprozess als Informationsumsatz Allgemeine Arbeitsmethodik Wahl des zweckmäßigen Denkens Individuelle Arbeitsstile Allgemein wiederkehrende Methoden Analysieren Abstrahieren Synthese Methode des gezielten Fragens Methode der Negation und Neukonzeption Methode des Vorwärtsschreitens Methode des Rückwärtsschreitens Methode der Faktorisierung Methode des Systematisierens Arbeitsteilung und Zusammenarbeit Grundlagen integrierter Rechnerunterstützung Der Konstruktionsarbeitsplatz Rechnerinterne Beschreibung von Produktmodellen Mentale Modelle Informationsmodelle Produktmodelle Datenverwaltung 84 Literatur 87 3 Methoden zur Produktplanung, Lösungssuche und Beurteilung Produktplanung Neuheitsgrad eines Produkts (Innovation) Produktlebenszyklus Unternehmensziele und ihre Auswirkungen Durchführung der Produktplanung Aufgabe und Vorgehen Analysieren der Situation Aufstellen von Suchstrategien Finden von Produktideen Auswählen von Produktideen Definieren von Produkten Praxis der Produktplanung Lösungssuche Konventionelle Methoden und Hilfsmittel Kollektionsverfahren Analyse natürlicher Systeme Analyse bekannter technischer Systeme Analogiebetrachtungen Messungen, Modellversuche Intuitiv betonte Methoden 112

4 Inhaltsverzeichnis XI 1. Brainstorming Methode Galeriemethode Delphi-Methode Synektik Kombinierte Anwendung Diskursiv betonte Methoden Systematische Untersuchung des physikalischen Zusammenhangs Systematische Suche mit Hilfe von Ordnungsschemata Verwendung von Katalogen Methoden zur Lösungskombination Systematische Kombination Kombinieren mit Hilfe mathematischer Methoden Auswahl- und Bewertungsmethoden Auswählen geeigneter Lösungsvarianten Bewerten von Lösungsvarianten Grundlagen von Bewertungsverfahren Vergleich von Bewertungsverfahren 158 Literatur Der Produktentwicklungsprozess Allgemeiner Lösungsprozess Arbeitsfluss beim Entwickeln Inhaltliche Planung Zeitliche und terminliche Planung : Kostenplanung des Projekts des Produkts Effektive Organisationsformen Interdisziplinäre Zusammenarbeit Führung und Teamverhalten 184 Literatur Methodisches Klären und Präzisieren der Aufgabenstellung Bedeutung einer geklärten Aufgabenstellung ; Erarbeiten der Anforderungsliste Inhalt Aufbau Erkennen und Aufstellen von Anforderungen Grundlegende Anforderungen Technisch-kundenspezifische Anforderungen Attraktivitätsanforderungen Ergänzen/Erweitern der Anforderungen Festlegen der Forderungen und Wünsche Beispiele Anwenden von Anforderungslisten 198

5 XII Inhaltsverzeichnis Fortschreibung Anfangssituation Zeitliche Abhängigkeit Partielle Anforderungslisten Weitere Verwendung Praxis der Anforderungsliste 201 Literatur Methodisches Konzipieren Arbeitsschritte beim Konzipieren Abstrahieren zum Erkennen der wesentlichen Probleme Ziel der Abstraktion Systematische Erweiterung der Problemformulierung Problem erkennen aus der Anforderungsliste Aufstellen von Funktionsstrukturen Gesamtfunktion Aufgliedern in Teilfunktionen Praxis der Funktionsstruktur Entwickeln von Wirkstrukturen Suche nach Wirkprinzipien Kombinieren von Wirkprinzipien Auswählen geeigneter Wirkstrukturen Praxis der Wirkstruktur Entwickeln von Konzepten Konkretisieren zu prinzipiellen Lösungsvarianten Bewerten von prinzipiellen Lösungsvarianten Praxis der Konzeptfindung Beispiele zum Konzipieren Eingriff-Mischbatterie für Haushalte Prüfstand zum Aufbringen von stoßartiger Lasten 260 Literatur Methodisches Entwerfen Arbeitsschritte beim Entwerfen Leitlinie beim Gestalten Grundregeln zur Gestaltung Eindeutig Einfach Sicher Begriffe, Art und Bereiche der Sicherheitstechnik Prinzipien der unmittelbaren Sicherheitstechnik Prinzipien der mittelbaren Sicherheitstechnik Sicherheitstechnische Auslegung und Kontrolle Gestaltungsprinzipien Prinzipien der Kraftleitung 326

6 Inhaltsverzeichnis XIII 1. Kraftfluss und Prinzip der gleichen Gestaltfestigkeit Prinzip der direkten und kurzen Kraftleitung Prinzip der abgestimmten Verformungen Prinzip des Kraftausgleichs Praxis der Kraftleitung Prinzip der Aufgabenteilung Zuordnung der Teilfunktionen Aufgabenteilung bei unterschiedlichen Funktionen Aufgabenteilung bei gleicher Funktion Prinzip der Selbsthilfe Begriffe und Definitionen Selbstverstärkende Lösungen Selbstausgleichende Lösungen Selbstschützende Lösungen Prinzip der Stabilität und Bistabilität Prinzip der Stabilität Prinzip der Bistabilität Prinzip der fehlerarmen Gestaltung Gestaltungsrichtlinien Zuordnung und Übersicht Ausdehnungsgerecht Erscheinung der Ausdehnung Ausdehnung von Bauteilen Relativausdehnung zwischen Bauteilen Kriech- und relaxationsgerecht Werkstoffverhalten unter Temperatur Kriechen Relaxation Konstruktive Maßnahmen Korrosionsgerecht Ursachen und Erscheinungen Korrosion freier Oberflächen Berührungsabhängige Korrosion Beanspruchungsabhängige Korrosion Beispiele korrosionsgerechter Gestaltung Verschleißgerecht Ursachen und Erscheinungen Konstruktive Maßnahmen Ergonomiegerecht Ergonomische Grundlagen Tätigkeiten des Menschen und ergonomische Bedingungen. : Erkennen ergonomischer Anforderungen Formgebungsgerecht Aufgabe und Zielsetzung

7 XIV Inhaltsverzeichnis 2. Formgebungsrechte Kennzeichen Richtlinien zur Formgebung Fertigungsgerecht Beziehung Konstruktion - Fertigung Fertigungsgerechte Baustruktur Fertigungsgerechte Gestaltung von Werkstücken Fertigungsgerechte Werkstoff- und Halbzeugwahl Einsatz von Standard- und Fremdteilen Fertigungsgerechte Fertigungsunterlagen Montagegerecht Montageoperationen 441 2/ Montagegerechte Baustruktur Montagegerechte Gestaltung der Fügestellen Montagegerechte Gestaltung der Fügeteile Leitlinie zur Anwendung und Auswahl Instandhaltungsgerecht Zielsetzung und Begriffe Instandhaltungsgerechte Gestaltung Recyclinggerecht Zielsetzungen und Begriffe Verfahren zum Recycling Recyclinggerechte Gestaltung Beispiele recyclinggerechter Gestaltung Bewerten hinsichtlich Recyclingfähigkeit Risikogerecht Risikobegegnung Beispiele risikogerechter Gestaltung Normengerecht Zielsetzung der Normung Normenarten Bereitstellung von Normen Normengerechtes Gestalten Normen entwickeln Bewerten von Entwürfen Beispiel zum Entwerfen 489 Literatur Methodisches Ausarbeiten Arbeitsschritte beim methodischen Ausarbeiten Systematik der Fertigungsunterlagen Erzeugnisgliederung Zeichnungssysteme Stücklistensysteme Aspekte des Rechnereinsatzes Kennzeichnung von Gegenständen 540

8 Inhaltsverzeichnis XV Nummerungstechnik Sachnummernsysteme Klassifikationsnummernsysteme Sachmerkmale 545 Literatur Lösungsfelder Schlussarten bei mechanischen Verbindungen Funktionen und generelle Wirkungen Stoffschluss Formschluss Kraftschluss 557 " 1. Reibkraftschluss Feldkraftschluss Elastischer Kraftschluss Anwendungsrichtlinien Maschinenelemente und Getriebe Antriebe und Steuerungen Antriebe, Motoren Funktionen Elektrische Antriebe Fluidische Antriebe Anwendungsrichtlinien Steuerungen Funktionen und Wirkprinzipien Mechanische Steuerungsmittel Fluidische Steuerungsmittel Elektrische Steuerungsmittel Speicherprogrammierbare Steuerungen Numerische Steuerungen Anwendungsrichtlinien Verbundbauweisen Allgemeines Anwendungen und Grenzen Bauarten Faserverbundbauweisen Sandwichbauweisen Hybride Bauweisen Mechatronik Allgemeine Struktur und Begriffe Ziele und Grenzen Entwicklung mechatronischer Lösungen Beispiele Adaptronik Allgemeines und Begriffe 590

9 XVI Inhaltsverzeichnis Ziele und Grenzen Entwicklung adaptronischer Baustrukturen Beispiele 594 Literatur Entwickeln von Baureihen und Baukästen Baureihen Ähnlichkeitsgesetze Dezimalgeometrische Normzahlreihen Darstellung und Größenstufung Normzahldiagramm Wahl der Größenstufung Geometrisch ähnliche Baureihen Halbähnliche Baureihen Übergeordnete Ähnlichkeitsgesetze Übergeordnete Aufgabenstellung Übergeordnete wirtschaftliche Forderungen der Fertigung Anpassen mit Hilfe von Exponentengleichungen Beispiele Entwickeln von Baureihen Baukästen Baukastensystematik Vorgehen beim Entwickeln von Baukästen Vorteile und Grenzen von Baukastensystemen Beispiele Neuere Rationalisierungsansätze Modularisierung und Produktarchitektur Plattformbauweise 657 Literatur Methoden zur qualitätssichernden Produktentwicklung Nutzung methodischen Vorgehens Fehler und Störgrößen Fehlerbaumanalyse Fehler-Möglichkeits-und Einfluss-Analyse (FMEA) Methode QFD 677 Literatur Kostenerkennung Beeinflussbare Kosten Grundlagen der Kostenrechnung Methoden der Kostenerkennung Vergleich mit Relativkosten Schätzen über Materialkostenanteil 692

10 Inhaltsverzeichnis XVII Schätzen mit Regressionsrechnungen Hochrechnen mit Ähnlichkeitsbeziehungen Grundentwurf als Basis Operationselement als Basis Kostenstrukturen Kostenzielvorgabe Regeln zur Kostenminimierung 710 Literatur Rechnerunterstützung Übersicht Ausgewählte Beispiele Durchgängige Rechnerunterstützung Programme für Einzelaufgaben Sonstige CAD-Anwendungen Arbeitstechnik mit CAD-Systemen Erzeugen eines Produktmodells Notwendige Partialmodelle Arbeitstechnik beim Konzipieren Arbeitstechnik beim Entwerfen Generelle Modellierungsstrategie Beispiele Möglichkeiten und Grenzen der CAD-Technik CAD-Einführung 735 Literatur Übersicht und verwendete Begriffe Einsatz der Methoden Erfahrungen in der Praxis Verwendete Begriffe 748 Literatur Sachverzeichnis 753