Integrierte Produktentwicklung

Transkript

1 Klaus Ehrlenspiel Integrierte Produktentwicklung Denkabläufe, Methodeneinsatz, Zusammenarbeit 4., aktualisierte Auflage HANSER

2 Vorwort V Einleitung Zielsetzung und möglicher Leserkreis Gliederung des Buches Zur Akzeptanz und Weiterentwicklung der Konstruktionsmethodik Forschungsbedarf 14 Technische Systeme und ihre Eigenschaften Einleitung Der Systembegriff Allgemeingültiges Technische Systeme Eigenschaften und Klassifikation technischer Systeme Allgemeingültiges zu Eigenschaften Klassifikation technischer Systeme Verknüpfung von Sach- und Handlungssystemen Der Lebenslauf technischer Systeme und ihre Planung im Handlungssystem 49 Der Mensch als Problemloser Was ist ein Problem? Allgemeine Probleme Die Konstruktionsaufgabe als Problem Der problemlösende Mensch Gedächtnismodelle Was heißt Denken? Denkschwächen und Denkfehler Maßnahmen zur Lösung von Problemen Das TOTE-Schema Der Problemlösungs- und der Vorgehenszyklus Der Vorgehenszyklus und zugehörige Strategien Beispiel zum Vorgehenszyklus Konstruktionsprozesse von Einzelpersonen Projekt 1: Versuchsbedingungen (nach Dylla 1990) Erkenntnisse aus Projekt Projekt 2: Konstruktionsprozesse von Praktikern (Günther 1998) Zum bildhaften Gedächtnis und Faktenwissen des Konstrukteurs Wodurch zeichnen sich erfolgreiche Einzelkonstrukteure aus? Konstruktionsprozesse von Gruppen in Unternehmen Denk- und Informationsökonomie als ein Haupteinfluss des Verhaltens Fehler - nicht nur beim Konstruieren Die Wirksamkeit von Methoden Überblick über Methoden 142

3 XIV Warum Methoden verwenden? Sind Methoden praktisch wirksam? Welche Lehre? Natürliches oder streng systematisches Konstruieren? Ist Konstruieren Kunst oder Wissenschaft? Methodik der Integrierten Produkterstellung im Unternehmen Konventionelle Produkterstellung Der Prozess der Produkterstellung Einflüsse auf den Prozess der Produkterstellung Arbeitsteilung zur Bewältigung der Komplexität der Produkterstellung Begründung und Arten der Arbeitsteilung Dokumente als Folge der Arbeitsteilung Aufbauorganisation Ablauforganisation und Vorgehenspläne Praxisbeispiel einer Produkterstellung: Heizgerät Probleme heutiger Produkterstellung Gründe für die Probleme aus der Geschichte der Produkterstellung Probleme der konventionellen Produkterstellung am Beispiel Entwicklung und Konstruktion Integrierte Produkterstellung Was heißt integrierte Produkterstellung? Bewusstseinsänderung Entwicklung der Produkterstellung Entwicklung des wissenschaftlichen Weltbildes Begründung integrierter Produkterstellung aus dem Informationsfluss Arten und Organisation des Informationsflusses Folgen der schnittstellenbedingten Informationsverarbeitung Methodensystem für die integrierte Produkterstellung Organisatorische Methoden der integrierten Produkterstellung Produktbezogene Aufbauorganisation Methoden der Ablauforganisation Gruppen- und Teamarbeit Was versteht man unter einer Gruppe, was unter einem Team? Vorteile und Anwendungsbereiche von Gruppenarbeit Probleme bei Teamarbeit Regeln für effektive Teamarbeit Projektmanagement Aufgaben des Projektmanagements Einsatzbereiche des Projektmanagements Methoden und Hilfsmittel des Projektmanagements Integrierende Vorgehensweisen Simultaneous Engineering Idee und Arbeitsweise des Simultaneous Engineering Auswirkungendes Simultaneous Engineering 219

4 Praxisbeispiel zu Simultaneous Engineering: Entwicklungeines digitalen Manometers Realisierung des Simultaneous Engineering (SE) in der Praxis Qualitätsmanagement Qualitätssteigerung mit QFD Auswirkung der Integration: Merkmale erfolgreicher Unternehmen 234 Entwicklung und Konstruktion - Istzustand Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion Definition und Bedeutung des Entwickeins und Konstruierens Ziele des Entwickeins und Konstruierens Tätigkeiten und Konstruktionsphasen Klären der Aufgabenstellung Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten Arten des Konstruierens Konstruktionen unterschiedlicher Bearbeitungstiefe: Konstruktionsarten Konstruktionen mit unterschiedlicher Eigenschaftsermittlung durch Berechnung und Versuche Korrigierendes und generierendes Vorgehen Konstruktionen höherer Komplexität - mechatronische Produkte Konstruktionen unterschiedlicher Art der Hauptforderung - Design to X Kundengebundene und kundenoffene Konstruktion Konstruktionen mit unterschiedlichen Konstruktionszeiten und-kosten Wie arbeitet man sich in ein neues Produktspektrum ein? Management in Entwicklung und Konstruktion Organisation und Führungsanforderungen Die Mitarbeiterstruktur Berufsbilder in Konstruktion und Fertigungsvorbereitung Organisation Führungsanforderungen Leistungssteigerung, Durchlaufzeitverkürzung und Effizienzmessung in Entwicklung und Konstruktion Was heißt Leistungssteigerung in Entwicklung und Konstruktion? Vorgehensweise bei der Rationalisierung und Durchlaufzeitverkürzung Leistungsmessung in Entwicklung und Konstruktion Kosten der Konstruktionsabteilung Computereinsatz beim Entwickeln und Konstruieren Termin- und Kapazitätsplanung Zur Begründung der Termin- und Kapazitätsplanung Durchführung der Termin- und Kapazitätsplanung Erfahrungswerte für Planzeiten 308

5 XVI Einführung einer Termin- und Kapazitätsplanung Methodik der integrierten Produkterstellung IPE in Entwicklung und Konstruktion Einleitung und Zielsetzung Darstellung der IPE-Methodik e Elemente der IPE-Methodik und ihr Zusammenwirken VDI-Richtlinie 2221 und flexibler Einsatz der IPE-Methodik Anwendung der IPE-Methodik in unterschiedlichen Bereichen Vergleich der Methodikelemente in drei Unternehmensbereichen Einsatz von Vorgehensplänen Aufteilung in unterschiedliche Teilprozesse am Beispiel der Produktion Aufteilung in unterschiedliche Teilprozesse und Teilobjekte am Beispiel Konstruktion Beispiele für einen Vorgehensplan bei integrierter Produkterstellung Unternehmens- und produktspezifische Anpassung und Einführung der IPE-Methodik Vorgehensweise Personenbezogene Voraussetzungen Anwendung für das Vorgehen beim Entwickeln und Konstruieren Vorgehenspläne für die Hauptforderung Funktion Vorgehen für beliebige Hauptforderungen - Design to X Sachgebundene Methoden für die Entwicklung und Konstruktion Methodenbaukasten Struktur und Anwendung des Methodenbaukastens Auswahl von Methoden Beispiel für eine Methodenauswahl Methoden zu Produktplanung und Innovation Produktstrategien und Innovation Ermitteln des Unternehmenspotentials Ermitteln des Produktpotentials Finden von Produktbereichen und Produktideen Organisatorische Maßnahmen zur Förderung der Innovationsfähigkeit Praxisbeispiel: Müllgroßbehälter Methoden zur Aufgabenklärung Zweck und Gültigkeitsbereich der Methoden Systematisches Finden von Anforderungen Arten von Anforderungen Hilfsmittel für das Ermitteln von Anforderungen Aufgabenklärung und Systemabgrenzung mittels Black-Box Problemanalyse durch Systemgrenzenverschiebung Aufgabenanalyse durch Abstraktion Erstellen einer Anforderungsliste 390

6 XVII Aufgabenklärung und Vorgehensstrukturierung Kreative Klärung" 391 Methoden zur Aufgabenstrukturierung Organisatorische Strukturierung Strukturieren nach Modulen Strukturieren nach der Bearbeitungsreihenfolge von Modulen liche Strukturierung nach Funktionen Zweck und Begründung der Methode Begriffe Definition der Elemente und Symbole einer Funktionsstruktur Funktionsstruktur für Geräte mit zentraler Steuerung (Mechatronik) Methoden zur (prinzipiellen) Lösungssuche Grundlagen zur Lösungssuche Strategien zur Lösungssuche Konventionelle Lösungssuche Lösungssuche mit Kreativitätstechniken (Intuitives Vorgehen) Lösungssuche mit Systematiken (Diskursives Vorgehen) Ordnungsschemata Konstruktionskataloge Ordnungsschemata für physikalische Effekte Ordnungsschemata zur Lösung technischer Widersprüche (Altschuller; TRIZ) Checklisten Kombination von Lösungsprinzipien: morphologischer Kasten Zweck und Begründung der Methode Beispiele für die Verwendung des morphologischen Kastens 439 Methoden zum Gestalten - Variation der Gestalt Direkte Variation der Gestalt Variation der Flächen und Körper Variation der Flächen- und Körperbeziehungen Variation der Stoffart Indirekte Variation der Gestalt Variation der stofflichen Eigenschaften im Einzelnen Variation des Fertigungs- und Montageverfahrens Variation der Bewegungen Variation der Kraftübertragung Variation der Getriebeart Umkehrung als negierendes Variationsmerkmal Vorgehen beim zeichnerischen Gestalten und Variieren von Lösungen Variationsbeispiel Wellenkupplung 471 Methoden zum Gestalten - Gestaltungsprinzipien Prinzip der Funktionsvereinigung/-trennung Prinzip der IntegraL/Differentialbauweise Prinzip des Kraftflusses Prinzip des Lastausgleichs Prinzip der Selbsthilfe 490

7 XVIII 7.8 Analysemethoden für Produkteigenschaften Überlegung und Diskussion als Analysemethode Methoden zur Schwachstellenanalyse Methode der Schadensanalyse Rechen- und Simulationsmethoden, Optimierung, Kennzahlenmethoden Berechnungsarten technischer Sicherheiten Weitere rechnerische Analysemethoden Versuchsmethoden Methoden zum Beurteilen und Entscheiden Zweck und Gültigkeitsbereich der Methoden Eigenheiten und Schwachstellen realer Bewertungs-und EntScheidungsprozesse Hilfen zur Verbesserung der Entscheidungssicherheit Auswahl von Bewertungsmethoden Methoden für die einfache Bewertung Methoden für die intensive Bewertung, Nutzwertanalyse Methoden zur Informations-und Wissensverarbeitung Zweck und Begründung Informationsgewinnung - Informationsquellen Informationsverarbeitung - Informationsfluss Informationsweitergabe - Dokumentation - Plagiatschutz Formen individueller Informationsverarbeitung und Kommunikation Entwicklungs- und Konstruktionsbeispiele Entwicklung einer Fischentgrätungsmaschine Was zeigt das Beispiel? Aufgabe klären Aufgabe analysieren Aufgabe formulieren (Anforderungsliste erarbeiten) Funktionen ermitteln Gesamtfunktion/Teilfunktionen formulieren Funktionsstruktur erarbeiten Lösungsprinzipien suchen Physikalische Effekte suchen Wirkflächen, Wirkbewegungen, Stoffarten suchen Konzept erarbeiten Lösungsprinzipien zu Konzeptvarianten kombinieren Orientierende, entwicklungsbegleitende Versuche Prototyp gestalten, bauen und testen Versuchsergebnisse und Probleme Was kann man daraus lernen? Neukonstruktion eines Tragetaschenspenders (Dispenser), der ein Marktflop wurde Was zeigt das Beispiel? Ausgangssituation Aufgabe klären 545

8 XIX Lösungen suchen Lösungen auswählen und verwirklichen Was kann man daraus lernen? Die Konstruktion einer Wandhalterung - ein nicht optimaler Prozess Was zeigt das Beispiel? Die Konstruktionsaufgabe Versuchsdurchführung Der Konstruktionsprozess der Versuchsperson Otto" Analyse des Prozesses Was kann man daraus lernen? Einfacherer Lastausgleich für Planetengetriebe Was zeigt das Beispiel? Ausgangssituation Aufgabe klären Lösungen suchen Lösungen auswählen und verwirklichen Das Entstehen einer Erfindung Das Risiko der Werkstoffwahl Was kann man daraus lernen? Geräuschgünstiger Unterdruckstellantrieb Was zeigt das Beispiel? Technische Aufgabenstellung Struktur der Beispieldarstellung Aufgabenklärung und erste Lösungsideen Entscheidung zwischen korrigierendem und generierendem Vorgehen Suche nach weiteren Lösungen Lösungsanalyse zur Lösungsauswahl Was kann man daraus lernen? Montagegünstige Konstruktion eines Reihenschalters Was zeigt das Beispiel? Ausgangssituation Konstruktionsablauf Lösung LI (Iteration 1) Lösung L2 (Iteration 2) Lösung L3 (Iteration 3) Lösung L4 (Iteration 4) Was kann man daraus lernen? Entwicklung einer Pkw-Kennzeichenhalterung Was zeigt das Beispiel? Aufgabe klären Lösungen suchen Lösungen auswählen Lösung Was kann man daraus lernen? 602

9 XX 9 Kostengünstig Entwickeln und Konstruieren Kosten konstruieren? Kostensenken aus der Nutzersicht (Lebenslaufkosten, life-cycle-costs) Kostensenken aus Herstellersicht Kostenverantwortung der Konstruktion Probleme beim Kostengünstigen Konstruieren Einflussgrößen auf die Herstellkosten eines Produkts Vorgehen beim kostengünstigen Konstruieren - zielkostengesteuertes Konstruieren (Target Costing) Ermittlung und Aufspalten des Kostenzieles Suche kostengünstiger Lösungen Konstruktionsbegleitende Kalkulation - Kostenermittlung beim Konstruieren Beispiel für Kostengünstiges Konstruieren: Gehäuse einer Zentrifuge Integrierend wirkende Methoden und Organisationsformen Fertigungs- und Kostenberatung Wertanalyse Target Costing Grundsätzliches Vorgehen beim Target Costing Beispiel für Target Costing: Betonmischer in Einzel-und Kleinserienfertigung Kostengünstig Konstruieren mit integrierten Rechnerwerkzeugen Kosteninformationssysteme Anwendungeines Kosteninformationssystems Variantenmanagement Ursachen von Produkt- und Teilevielfalt Auswirkungen der Produkt- und Teilevielfalt auf Herstellkosten Analyse der Teilevielfalt Verringerung der Produkt- und Teilevielfalt Technische Maßnahmen Organisatorische Maßnahmen Baureihenkonstruktion Normzahlreihen als Hilfsmittel zur Baureihenkonstruktion Grundsätzliches Vorgehen Ähnlichkeitsgesetze als Hilfsmittel zur Baureihenkonstruktion Beispiel für eine Baureihe Baukastenkonstruktion Grundsätzliches Aufbau von Baukästen - Begriffe Entwickeln von Baukästen Begriffe 689 Anhang des gedruckten Buches 699 Al Erstellen von Funktionsstrukturen 699

10 XXI ALI Elemente und Symbole 699 Al.1.1 Die logischen Operationen 699 Al.1.2 Arten von Relationen 700 Al.2 Formale Regeln zum Umgang mit den Elementen 701 Al.2.1 Die Reihenfolgeregel 701 Al.2.2 Die Vollständigkeitsregel 701 Al.2.3 Die Strukturartenregel 702 Al.2.4 Die dynamische Regel 702 Al.2.5 Die Strukturierungsregel 703 A1.3 liche Regeln zum Umgang mit den Elementen 704 Al.3.1 Die Flussregel 704 Al.3.2 Die Umsatzartenregel 704 Al.3.3 Die Umsatztypregel 704 Al.3.4 Die Verknüpfungsregeln 705 Al.3.5 Zustandsänderungen mit elementaren Operationen 708 Al.3.6 Verwendung technischer Operationen 710 A1.4 Erstellen von Funktionsstrukturen 711 Al.4.1 Analyse bestehender technischer Systeme 711 Al.4.2 Synthese neuer technischer Systeme 712 Al.4.3 Aufbau von Nebenumsätzen 713 A.2 Verfügbare Konstruktionskataloge 714 A.3 Strukturierte Methodensammlung (Methodenbaukasten) 715 Anhang im Internet (sangabe) (Adresse im Vorwort) 716 Literatur 717 Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zu Kapitel Literatur zum Anhang 756 Sachwortverzeichnis 758