Entwicklung und Konstruktion technischer Produkte und Systeme (EK)

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1 EK Lektion 2 1 von Entwicklung und Konstruktion technischer Produkte und Systeme (EK) Virtuelle Hochschule Bayern (vhb) Downloadversion der Lektion 2: Konstruktionsmethodik von Prof. Dr. Karl-Werner Jäger Technische Hochschule Nürnberg Georg Simon Ohm

2 EK Lektion 2 2 von 7 L2 Konstruktionsmethodik Unter Konstruktion wird sowohl das Zusammensetzen von Aufbaukomponenten zu Baugruppen, Geräten, Anlagen, etc. als auch die Gestaltung und Dimensionierung der einzelnen Aufbaukomponenten / Bauteile usw. incl. der Wahl der Werkstoffe, Halbzeuge o.ä. verstanden. Konstruieren ist also ein zielorientierter, darstellender Prozess zur Erfüllung von Teilfunktionen und deren Umsetzung zur Gesamtfunktion. D.h., bei der Konstruktion wird die Realisierung des Produkts im Hinblick auf Funktion, Fertigung und Kosten vorausgedacht und dokumentiert. Konstruieren umfasst also mehr, als bisher mit elektronischen Werkzeugen wie CAD/CAE- Systeme unterstützt wird, insbesondere das gedankliche Gestalten, das funktionsgerechte Dimensionieren, die Wahl geeigneter Werkstoffe/Halbzeuge und Fertigungsverfahren sowie Normund Kaufteile, die Überprüfung der Kosten, etc.

3 EK Lektion 2 3 von 7 Planen Auswählen der Aufgabe (Trendstudien, Marktanalyse, Forschungsergebnisse, Kundenanfragen, Vorentwicklungen, Patentlage, Umweltschutz) Festlegen des Entwicklungsauftrages Konzipieren Klären der Aufgabestellung Ausarbeiten der Anforderungsliste Abstrahieren, Aufgliedern der Gesamtfunktion in Teilfunktionen Suchen nach Lösungsprinzipien und Bausteinen zum Erfüllen der Teilfunktionen (Orientierende Berechnungen und oder Versuche) Kombinieren von Lösungsprinzipien zum Erfüllen der Gesamtfunktion (Auswählen geeigneter Prinzipkombinationen) Erarbeiten von Konzeptvarianten für die Prinzipkombinationen (Grobmaßstäbliche Skizzen oder Schemata) Technisch-wirtschaftliches Bewerten der Konzeptvarianten (Auswählen des Lösungskonzeptes) Entwerfen Erstellen eines maßstäblichen Entwurfs Technisch-wirtschaftliches Bewerten des Entwurfs (Ausmerzen der Schwachstellen) Erstellen eines verbesserten Entwurfs (Auswählen der Gestaltungszonen) Optimieren der Gestaltungszonen Festlegen des bereinigten Entwurfs Ausarbeiten Gestalten und Optimieren der Einzelteile Ausarbeiten der Ausführungsunterlagen (Zeichnungen, Stücklisten, Anweisungen) Herstellen und Prüfen eines Prototyps, z.b. bei Serienfertigung Überprüfen der Kosten (Fertigungsfreigabe)

4 EK Lektion 2 4 von 7 Die Strukturierung der Arbeitsschritte des methodischen Konstruieren nach VDI 2222 in die Phasen Planen Konzipieren Entwerfen Ausarbeiten fördert das Erkennen von Teilproblemen, das ganzheitliche Denken durch Offenlegen von Strukturen und Zusammenhängen, den Zwang zur Systematisierung, das Erarbeiten von alternativen Lösungen, das technisch-wirtschaftliche Bewerten, etc. Die derzeit angebotenen CAD-Systeme unterstützen prinzipiell nur die beiden letzt genannten Konstruktionsabschnitte. In den aufeinander folgenden Konstruktionsphasen werden prinzipiell nacheinander die Funktion, Geometrie und Technologie definiert. Hierbei ist im Einzelnen zwischen den Konstruktionsarten Neukonstruktion Variantenkonstruktion Anpassungskonstruktion zu unterscheiden, die einen signifikant unterschiedlichen Konstruktionsaufwand bedingen. Unabhängig vom eingesetzten "Werkzeug" / CAD-System müssen die wesentlichen Konstruktionsziele Funktionsgerechtigkeit Fertigungsgerechtigkeit Kostengerechtigkeit Anwendbarkeit Mensch-Produkt-Beziehung (Ergonomie, Design, etc.) erfüllt werden. L2.1 Technische Produktdokumentation Eine Technische Zeichnung ist ein Dokument, das in grafischer Form alle notwendigen für die Herstellung eines Einzelteils, einer Baugruppe oder eines kompletten Produkts zeigt und als Teil der Technischen Produktdokumentation dient. Gemäß DIN 299 ist eine Technische Zeichnung eine Zeichnung in der für technische Zwecke erforderlichen Art und Verständlichkeit, z. B. durch Einhaltung von Darstellungsregeln, Maßeintragungen, Toleranzangaben, etc. Als Grundelemente von Technischen Zeichnungen sind Linienarten, Ansichten, Schnitte nach DIN ISO 128 Maße nach DIN ISO 128 Allgemeintoleranzen nach DIN ISO 2768 Form- und Lagetoleranzen nach DIN EN ISO 1101 Oberflächenbeschaffenheit nach DIN EN ISO 1302 Kantenzustände an Werkstücken nach DIN ISO 7200 zu beachten, die z.t. im Schriftfeld bzw. in der Stückliste nach DIN EN ISO spezifiziert werden (Anm.: Im Zuge der Harmonisierung gelten nunmehr neuere Normen).

5 EK Lektion 2 5 von 7 Informationsmerkmale Technologische Werkstoffbezogene -Werkstoff -Härte, Vergütung -Werkstoffbehandlung -Halbzeug Oberflächenbezogene -Oberflächenbehandlung -Überzug -Nachbehandlung -Oberflächenbeschaffenheit Qualitätsbezogene -Technische Spezifikation -Verpackungsart und Transportbedingungen -Teilekennzeichnung -Liefervereinbarungen -Abnahmebedingungen Mitgeldente -Software -Technische Anweisung -Werknorm -Schablone -Modell Darstellung mittels, Linien Bild oder Text -Einzelheit -Abwicklung -Lage der Gegenstände -Symbole (graphische oder Buchstabensymbole) Darstellungsangaben -Zielbezeichnung -Anschlussbezeichnung -Schnittbezeichnung -Ansichtsbezeichnung -Einzelheitsbezeichnung -Projektionsmethode Technische Zeichnung / Stückliste Geometrische Maßangaben und Wortangaben -Maßlinie -Maßhilfslinie -Maßzahl -Einheit -Gewicht -Menge Toleranzangaben -Maßtoleranz -Form und Lagetoleranz -Allgemeintoleranz Organisatorische Unterlagenbezogene Sachbezogene/ teilbezogene -Dokumentennummer -Blattnummer -Freigabevermerk -Unternehmen -Erstellungsdatum -Erstellvermerk -Maßstab -Positionsnummer -Identnummer -Klassifizierungsnummer -Benennung, Titel und Änderungsindex Von den o.a. Spezifikationen werden exemplarisch die Form- und Lagetoleranzen kurz erläutert: Durch Formtoleranzen sind z.b. die Geradheit, Ebenheit, Rundheit, Zylinderform, Linienform und Flächenform zu definieren. Hinsichtlich der Lagetoleranzen sind zu unterscheiden: Richtungstoleranzen (Parallelität, Rechtwinkligkeit, Winkligkeit) Ortstoleranzen (Position, Konzentrizität und Koaxialität, Symmetrie) Lauftoleranzen (Rundlauf, Planlauf) Gesamttoleranzen (Rundlauf, Planlauf)

6 EK Lektion 2 6 von 7 Hierzu ist festzustellen, dass mit keinem der auf dem Markt angebotenen CAD/CAE-Systeme alle relevanten realisiert werden. Vielmehr muss vom Konstrukteur bzw. Technischen Zeichner die Vollständigkeit und Richtigkeit der Technischen Dokumentation kontrolliert werden. L2.2 Lasten-/Pflichtenheft Das Lastenheft (auch Anforderungsspezifikation, Kundenspezifikation o. ä. genannt) beschreibt die Gesamtheit der Forderungen des Auftraggebers an die Lieferungen und Leistungen des Auftragnehmers. Gemäß der einschlägigen VDI-Richtlinie 2519 wird im Lastenheft definiert, WAS und WOFÜR zu lösen ist. Das Lastenheft wird vom Auftraggeber (oder in dessen Auftrag) erstellt. Ein Lastenheft lässt sich auf verschiedene Weise gliedern. Folgende werden typisch berücksichtigt: 1. Einführung 2. Beschreibung der Ist-Analyse 3. Beschreibung des Soll-Konzepts 4. Beschreibung der Schnittstellen 5. Funktionale Anforderungen 6. Nichtfunktionale Anforderungen (Effizienz, Änderbarkeit, Wartbarkeit) 7. Risikoakzeptanz 8. Systemarchitektur 9. Lieferumfang 10.Abnahmekriterien Wurde ein Lastenheft angenommen, folgt mit dem Pflichtenheft die nächste Phase der Auftragsabwicklung. Gemäß der einschlägigen VDI-Richtlinie 2519 wird im Pflichtenheft definiert, WIE und WOMIT die Anforderungen zu realisieren sind. Das Pflichtenheft wird vom Auftragnehmer erstellt. Gemäß der Norm DIN umfasst das Pflichtenheft die vom Auftragnehmer erarbeiteten Realisierungsvorgaben aufgrund der Umsetzung des vom Auftraggeber vorgegebenen Lastenheftes.

7 EK Lektion 2 7 von 7 Pflichtenhefte variieren abhängig vom Projekt, Gerät oder Maschine. Sie enthalten vielfach folgende Gliederungspunkte: 1. Zielbestimmung 2. Produkteinsatz 3. Produktübersicht 4. Produktfunktion 5. Produktdaten 6. Produktleistungen 7. Qualitätsanforderungen 8. Benutzeroberfläche 9. Nichtfunktionale Forderungen 10. Technische Produktumgebung 11. Entwicklungsumgebung 12. Gliederung der Teilprodukte 13. Ergänzungen 14. Glossar Es ist bewährte Praxis, bei der Erstellung eines Pflichtenheftes das Ein- und Ausschlussprinzip zu verwenden, d. h. konkrete Fälle ein- oder auszuschließen. Bei Lieferung wird formell eine Abnahme vollzogen, die häufig über einen Akzeptanztest ausführt wird, der feststellt, ob die Forderungen des Lastenheftes in dem Verständnis des Auftraggebers erfüllt wurden.