Entwicklung und Konstruktion Grundlagen

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1 5 Entwicklung und Konstruktion Grundlagen Nach der unternehmensweit aufgefassten Darstellung der Produkterstellung im vorigen Kapitel 4 wird diesem Kapitel versucht, den eigentlichen Prozess des Entwickelns und Konstruierens den Kern der Produkterstellung verständlich zu machen. Im Folgenden werden Angaben zum äußeren, zwischenmenschlichen Prozess gemacht, wie er im betrieblichen Alltag beobachtet werden kann. Voraussetzungen dafür waren die Ausführungen in Kapitel 3.4 über das individuelle Problemlösen als innerem, mentalem Prozess und der Überblick über den Gesamtprozess der konventionellen, wie auch der integrierten Produkterstellung in Kapitel 4.1 und 4.2. Dieser zwischenmenschliche Prozess muss organisiert werden. Dabei sei unter Organisation die Gesamtheit der Regelungen verstanden, welche die Aufgabendurchführung der Mitarbeiter für eine optimale Produkterstellung gewährleisten. In Bild 5-1 sind ohne Anspruch auf Vollständigkeit Einflüsse wiedergegeben, die den Konstruktionsprozess bestimmen, ihn effektiv, schwierig oder komplex, schnell oder träge, erfreulich oder menschlich problematisch gestalten können. Die sechs Einflussgruppen und die aufgeführten Stichworte sprechen soweit für sich, dass sie hier nicht vorab behandelt werden müssen. Zudem sind bei den Stichworten zu den Einflüssen auch die Kapitel angegeben, in denen der jeweilige Sachverhalt besprochen wird.

2 252 5 Entwicklung und Konstruktion Grundlagen Ziele, Aufgabenstellung (Kapitel 5.1 und 7.3) Konstruktionstätigkeiten (Kapitel 5.1.3) Konstruktionsphasen (Kapitel 5.1.3) Konstruktionsarten (Kapitel 5.1.4) Prozesse für unterschiedliche Produkteigenschaften (Kapitel 6.5.2) Komplexitäts-, Größen-, Stückzahlunterschiede der Produkte (Kapitel 2.3) Inhaltliche Verfügbarkeit von Hilfsmitteln, Geräten, EDV Räumliche, klimatische, akustische, beleuchtungsmäßige Mobiliar Materielle Zeitliche Abläufe, Termine, Zeitdruck, Arbeitszeiten (Kapitel 4.1.7, 4.4.1, , und 5.2.3) Konstruktions-, Versuchskosten (Kapitel und 5.2.3) Mitarbeitervergütung Leistungsgrad, Effizienz, Rationalisierung (Kapitel 5.2.2) Zeitliche und kostenmäßige Konstruktionsprozeß Mentale Denkfähigkeiten (Kapitel 3) Methodenwissen und -einsatz (Kapitel 2, 4, 6, 7, 9) Faktenwissen (Kapitel 3.1.1, 8.5.8) Denk- und Handlungsstile, Strategieeinsatz (Kapitel 3 und 6) Informationsbedingungen Art, Umfang und Geschwindigkeit des Informierens (Kapitel 7.10) Normung Bücherei-, Literaturzugang Patent- und Vorschlagswesen Art und Umfang der Dokumentation (Kapitel und ) Softwareverfügbarkeit Menschliche und organisatorische Mitarbeiterzahl, -qualifikation, -struktur (Kapitel 5.2.1) Motivation, Betriebsklima, Wertesystem (Kapitel 4.2.2, 4.3.1, und 6.4.2) Organisation, Führung, Tiefe der Arbeitsteilung (Kapitel 4.1, 4.2 und 5.2.1) Art der Zusammenarbeit sowie des formalen und informellen Informationsaustausches in der Konstruktion (Kap , 5.2) Vernetzung mit anderen betrieblichen Abteilungen, z. B. Produktion, Vertrieb, Materialwirtschaft (Kapitel 4, 5.1.1, 6.2, 6.3 und 9) Kunden-, Zulieferantenkontakte (Kapitel 4, 7.2, 7.3 und 7.4) Weiterbildungsmöglichkeiten BILD 5-1 Sichtweisen und Einflüsse auf den Konstruktionsprozess mit Angabe der entsprechenden Kapitel, in denen diese besprochen werden

3 5.1 Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion Definition und Bedeutung des Entwickelns und Konstruierens Mit der Einführung der Arbeitsteilung zu Anfang des 20. Jahrhunderts trennte sich die Konstruktion zunehmend von der Produktion. (Siehe Kapitel ). Als Schnittstelle wurde die Werkstattzeichnung eingeführt, deren Darstellungsart und Symbole z. B. in DIN 6 [1/5], DIN 15 [2/5], DIN 30 [3/5], DIN 199 [4/5] und DIN 406 [5/5] genormt wurden [6/5]. (Siehe auch Technisches Zeichnen in Hoischen [79/5]). Seither ist die Aufgabe der Abteilung Entwicklung und Konstruktion das Festlegen der Produkteigenschaften ausgehend von der Aufgabenstellung (Eingangspfeil in Bild 5.1-1) in Form von Informationen auf verschiedenen Informationsträgern (Zeichnungen, Stücklisten, Beschreibungen auf papierenen oder elektronischen Medien: Ausgangspfeil in Bild 5.1-1). Das Produkt wird aufgrund dieser Dokumentation dann von der Produktion materiell hergestellt, d. h. das durch die Informationen beschriebene Produkt wird materiell realisiert. Diese Arbeitsteilung hat nicht nur Vorteile, sondern bringt auch die Nachteile, dass oft zu wenig fertigungs-, montage- oder kostengünstig konstruiert wird (Kapitel 4.1.7). Kunden, Verkauf, Projektabteilung, übergeordnete Stellen Aufgabenstellung, Planung, Ziele Fertigung, AV, Montage Berechnung, CAD, DV, WA Normenbüro Konstruktion und Entwicklung Arbeitsmittel, Informationsmittel, Arbeitsmethoden, Personal Zulieferant Patentbüro Fertigung, Kunden, Einkauf Zeichnungen,CAD Modelle, Berechnungen, Versuchsberichte, Stücklisten, techn. Beschreibungen u.a. Werkleitung Versuch Einkauf, Logistik Vor- und Nachkalkulation Werbung, Marketing BILD Abteilung Entwicklung und Konstruktion als Knotenpunkt des Informationsumsatzes

4 254 5 Entwicklung und Konstruktion Grundlagen Wie Bild zeigt, stehen Entwicklung und Konstruktion als informationsumsetzende Abteilungen in engem Austausch mit einer Vielzahl anderer Abteilungen, wovon besonders die Berechnung und Datenverarbeitung sowie der Versuch genannt seien. Dieser Informationsumsatz lässt sich in drei elektronisch unterstützte Phasen einteilen: Informationsgewinnung aus der Aufgabenstellung, dem Auftrag, dem Pflichtenheft, der Spezifikation und aus Berechnungen, Zeichnungen, Stücklisten, Normen, Patentund anderer Literatur, aus Gesprächen mit Experten, Kunden, Vertretern, aus Beobachtungen und Versuchen. Informationsverarbeitung durch Analyse der Information, Abstraktion, kreativer Lösungs suche (Synthese), durch Kombination und Variation von Lösungen, durch Berechnung und Versuche, insbesondere aber durch Erarbeitung von Skizzen, Zeichnungen und Stücklisten. Informationsweitergabe durch die Produktdokumentation: Zeichnungen, Stücklisten, Berechnungen, Tabellen, Handlungsanweisungen und Beschreibungen. Obwohl die Begriffe Entwicklung und Konstruktion oft synonym gebraucht werden, besteht in der Praxis doch eine gewisse Tendenz zur Unterscheidung: Die Entwicklung als Abteilung (Bild ) wird organisatorisch der Konstruktion übergeordnet und umfasst zusätzlich noch die Abteilungen Versuch, Musterbau (Prototyperstellung), Berechnung, u. U. Projektierung sowie als Stabsstellen Normung, CAD-Betreuung, Patentwesen und Wertanalyse. (Dies ist kein Widerspruch zu Bild 5.1-1, da die Zuordnung variabel gehandhabt wird. Siehe Bild 1.2-2). Man kann dementsprechend die Entwicklungstätigkeit definieren als die Tätigkeit, bei der ausgehend von Anforderungen die geometrisch-stofflichen Merkmale eines technischen Produkts mit allen seinen lebenslaufbezogenen Eigenschaften bis zur Entsorgung bzw. Recycling festgelegt werden (life-cycle-engineering). Dabei handelt es sich um einen Optimierungsprozess bei zum Teil widersprüchlichen Zielsetzungen unter enger Einbeziehung von Musterbau, Versuch, Fertigung, Montage und Zulieferern (Siehe das Bild zu den life-cycle-costs). In der Praxis wird auch noch aufgeteilt in Vorentwicklung und Serienentwicklung. (Siehe hierzu Kapitel 5.1.4). Die Konstruktionstätigkeit entspricht der Entwicklungstätigkeit, ohne dass die unmittelbare Einbeziehung von Musterbau und Versuch bei der jeweils anstehenden Aufgabe nötig ist. Es muss noch erwähnt werden, dass unter Produktentwicklung in der Praxis oft auch der ganze Prozess der Produkterstellung gemäß Bild verstanden wird. Als Konstruktion wird ferner nicht nur die oben definierte Tätigkeit bezeichnet, sondern auch die Konstruktionsabteilung und das daraus entstandene Ergebnis, sowohl als Zeichnung, wie auch als gebautes Produkt. Im weiteren Verlauf dieses Buches wird zur Vereinfachung nicht mehr zwischen Entwicklung und Konstruktion unterschieden. Es wird, wie an der Hochschule üblich, der Begriff Konstruktion als Abteilung bzw. Tätigkeit verwendet, sofern die Versuchstätigkeit nicht direkt angesprochen ist.

5 5.1 Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion 255 Die Bedeutung des Entwickelns und Konstruierens ist für ein produzierendes Unternehmen beträchtlich: Der Unternehmenserfolg wird weitgehend durch den Produkterfolg bestimmt, der zu entsprechenden Erlösen bzw. Gewinnen führt. Die Erfolgsverantwortung für das Produkt liegt wiederum wesentlich im Entwicklungs- und Konstruktionsbereich, d. h. in den frühen Phasen der Produkterstellung. Dabei ist aber klar, dass entsprechend dem zur Arbeitsteilung Gesagten praktisch alle Abteilungen eines Unternehmens im Hinblick auf den angestrebten Produkterfolg in dieser Phase zusammenarbeiten müssen. Dies wird auch durch die Devise Lieber höhere Entwicklungskosten als längere Entwicklungszeit deutlich (Kapitel ). Im Endeffekt führt dies zu niedereren Selbstkosten eines Produkts und u. U. auch zu niedereren Gebrauchskosten für den Kunden. Insgesamt werden so die Lebenslaufkosten (life cycle costs) verringert und die Zeiten verkürzt. Die Zukunftsentscheidungen werden eben am Anfang der Produkterstellung getroffen, nicht am Ende bei der Teilefertigung oder der Montage. Über das Ende wird am Anfang entschieden. Dieser Bedeutung wird oft weder die Qualifikation, noch die Zahl, noch die Bezah lung, noch das Prestige der Konstrukteure gerecht. Aber rein zahlenmäßig ist Entwickeln und Konstruieren für Ingenieure zusammen mit der Versuchstätigkeit für mehr als die Hälfte aller Ingenieure die dominierende Sparte. (Bild 5.2-1). Es besteht eine Tendenz zum Wandel, der durch folgende Veränderungen zustande kommt: Die Verschiebung vom Verkäufer- zum Käufermarkt verlangt mehr marktorientierte, kundenangepasste Produkte, deren Innovationszyklus sich immer mehr verkürzt. Die Produkte werden durch die Einbeziehung elektronischer Steuerungs- und Regelungstechnik, durch erhöhte Sicherheits- und Umweltforderungen bei verstärktem Kostendruck immer komplexer. Beide Veränderungen resultieren in komplexeren und deshalb verstärkt methodisch durchzuführenden Konstruktionsprozessen, die nur von qualifizierten Personen beherrscht werden können. Enge Zusammenarbeit und gute Motivation sind Voraussetzung. Ferner verlangt das Vordringen der Datenverarbeitung mehr wissenschaftliche Durchdringung und den Einsatz von Methoden. Nur so können die seit Einführung von CAD steigenden Arbeitsplatzkosten in einen Rationalisierungsgewinn umgewandelt werden. Dementsprechend ist der Ingenieuranteil an der Gesamtbelegschaft von 1950 mit ca. 4 % auf ca. 16,5 % in 2007 gewachsen (Bild a). Die Komplexität von Konstruktionsprozessen kann an Hand Bild abgeschätzt werden. Hier sind in der Art eines morphologischen Schemas die Einflussgrößen auf Konstruktions prozesse mit ihren Ausprägungen angegeben. Je nach den aktuellen Ausprägungen und ihren Verknüpfungen ergibt sich eine sehr große Zahl von unterschiedlichen Konstruktionsprozessen. Es liegt auf der Hand, dass Methoden und Hilfsmittel wenigstens einem Teil dieser Einflussgrößen angepasst ( heruntergebrochen ) werden müssen (Kapitel 6.2.3; 6.4; 6.5) Ziele des Entwickelns und Konstruierens Die Ziele des Entwickelns und Konstruierens im Unternehmen leiten sich von den Unternehmenszielen ab. Ein wesentliches Unternehmensziel ist der Produkterfolg, d. h. dass die Produkte langfristig am Markt mit auskömmlichen Preisen und entsprechendem Gewinn abgesetzt werden können. Dies bedingt, dass die Produkte Eigenschaften aufweisen,

6 256 5 Entwicklung und Konstruktion Grundlagen Einflußgrößen Einflussgrößen auf auf Konstruktionsprozesse Individuelle Einflüsse Arbeitsumgebung Äußere Einflüsse Restriktionen Produkt Produktion Arbeitsmittel verfügbare Informationen Ausbildung Berufserfahrung "Fähigkeiten" Motivation Unternehmensgröße Organisationsstruktur "Teamarbeit" soziale Einbindung Marktattraktivität Wettbewerbssituation Reifegrad d. Marktes Marktposition gesellsch. Akzeptanz Zeitdruck Gesetzgebung spez. Anforderungen Festlegungen Produktart Teilezahl Stückzahl Komplexität Variantenzahl Neuheit Konstruktionsart Fertigungstiefe mögliche Verfahren verfügbare Anlagen Know-how Automatisierungsgrad verfügb. Werkzeuge verfügb. Methoden Versuchsmöglichk. allg. Sachinformation Methodeninformation Vorläuferproduktinfo. bisherige Dokumentat. erfahrene Kollegen Ausprägung der Einflußgrößen Einflussgrößen techn. Zeichner Techniker Ingenieur "Leiter" Kreativität "Theoretiker" Praxiserfahrung < 100 MA MA MA > 5000 MA Ein-Linien-O. Mehr-Linien-O. Stab-Linien-O. Matrix-O. keine zeitweise immer extrem hoch hoch normal unproblematisch Funktion Kosten Teilefertigung Montage Turbinen zersplitterter Markt oligopolistischer M. monopolistischer M. junger Markt wachsender M. reifer Markt rückgängiger M. sehr gut gut mittel schlecht hoch angesehen normal schlechte Akzeptanz sehr restriktiv z. T. restriktiv unproblematisch Kundenspezifikation teilweise Kundenspez. interne Festlegung Lokomot. Getriebe Werkzg.m. Kleingeräte sehr hoch Massenprod. Großserienprod. Serienprod. Einzelprod. hochkomplex komplex normal einfach sehr hoch völlig neu neu eingeführt alt Neukonstruktion Anpassungskonstrukt. Variantenkonstruktion sehr hoch Drehen Gießen Schweißen Biegen Härten Bearb.zentrum X Fräsmasch. Y Montageanlage Z CAD-System Datenbank Teilesuchsystem FMEA Kalkulationsverf. FEM-System umfangreich begrenzt nicht gegeben umfangreich begrenzt nicht verfügbar umfangreich begrenzt nicht verfügbar umfangreich begrenzt nicht verfügbar umfangreich begrenzt nicht vorhanden vorhanden begrenzt vorhanden nicht vorhanden BILD Schema zur Klassifikation von Konstruktionsprozessen an Hand von Einflussgrößen (nach Wach [7/5])

7 5.1 Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion 257 die den Nutzern Geld wert sind (z. B. sichere Funktion, geringe Emissionen, gute Ergonomie... insgesamt hohe Qualität bei nicht zu hohen Preisen und kurzen Lieferzeiten). Dies sind also marktspezifische Ziele, die sich z. T. gegenseitig widersprechen, neutral sind oder gleichsinnig wirken (Bild 7.3-4). (Zum Unterschied von Zielen relativ zu Anforderungen siehe Kapitel b.) Das Konstruieren hat aber auch herstellerspezifische Ziele zu erfüllen, die sich ebenfalls aus obigen Unternehmenszielen ableiten. Ein wesentliches Ziel ist, die unternehmensinternen Kosten gering zu halten, d. h. den Aufwand für den Konstruktionsprozess, für Versuche, Prototypen, Sondermaschinen usw. zu minimieren. Es ist klar, dass dies dem Anspruch nach der Konstruktion qualitativ hochwertiger, sicherer, umwelt freundlicher Produkte widerspricht. Beim Konstruieren muss man hierfür einen Kompromiss finden. Viele markt- und herstellerspezifische Ziele wirken jedoch gleichsinnig. Das wesentliche Ziel des Konstruierens ist also, die Eigenschaften eines Produkts so festzulegen, dass sie den Forderungen und Wünschen des Nutzers sowie des Marktes entsprechen, und zwar so, dass das Produkt eine hohe Qualität erreicht (Kapitel 4.4.2). Dabei wird unter Qualität der Grad der Annäherung der Ist- an die Soll-Eigenschaften verstanden, und es sind alle Eigenschaftsarten gemeint. Es gibt also eine Qualität der Funktionserfüllung, der Sicherheit, der Ergonomie usw. [8/5]. Die Soll-Eigenschaften werden sinnvollerweise von der Stelle vorgegeben, die später von den Ist-Eigenschaften direkt betroffen ist. Im Allgemeinen ist das der Nutzer oder der Markt. Im Unternehmen sind für die Festlegung der Ist-Eigenschaften eines Produkts im Wesentlichen die Stellen maßgebend, die das Produkt definieren, also vornehmlich die Entwicklungs- und Konstruktionsabteilung. Durch diese Festlegungen ist bereits die Qualität des Produkts weitgehend bestimmt. Der direkte Kontakt zwischen festlegender Stelle und betroffener Stelle ist für eine hohe Produktqualität von elementarer Bedeutung. Der Kontakt zwischen Konstrukteur und Nutzer bzw. Markt darf durch den Verkauf, das Marketing oder durch Vertreter nicht abgeschnitten werden (Bild 7.3-2). Dementsprechend müssen Entwickler und Konstrukteure bei der Produktplanung mitarbeiten (Bild 1.1-1, Bereich 1; Kapitel 7.2). Ebenso wichtig ist der Kontakt zur Produktionsabteilung und der Materialwirtschaft (siehe hierzu Bild und Kapitel ). Außer diesen durch das Unternehmen vorgegebenen Zielen des Konstruierens gibt es aber auch die persönlichen Ziele der Konstrukteure. Hesser [9/5] hat einer Befragung entnommen, dass sich Konstrukteure am ehesten mit dem Architekten und Erfinder identifizieren und sich dabei als ideale Tätigkeit eine frei wirkende, aber zielstrebige, konstruktive Kreativität in Unabhängigkeit und Selbstständigkeit vorstellen. Dieses Leitbild steht aber nur selten im Einklang mit der tatsächlichen Arbeitssituation, die oft gekennzeichnet ist durch starke Arbeitsteilung und den Zwang, in kurzer Zeit mit unzureichenden Informationen und zu geringer Mitarbeiterqualifikation zu brauchbaren Lösungen zu kommen. Es kommt hinzu, dass der Konstrukteur mit der Zeichnung eines der wenigen zentralen Dokumente im Unternehmen schafft, das oft willkommenen Anlass zur Kritik bietet, da es für viele andere eine nicht selbst erstellte Arbeitsgrundlage ist. Aber trotzdem bleibt der Reiz des Konstruierens: für ein Problem eine Lösung auszudenken, diese zu gestalten und dann zu erleben, wie sie materiell entsteht und sich schließlich im Gebrauch bewährt. Dies gilt auch für noch so kleine Probleme.

8 258 5 Entwicklung und Konstruktion Grundlagen Tätigkeiten und Konstruktionsphasen Beim Konstruieren wird ausgehend von einer verbalen oder schriftlichen Aufgabenstellung in schrittweisem und z. T. wiederholendem Vorgehen die Dokumentation eines neuen Produkts erarbeitet. Dabei kann man, wie in Bild aufgeführt, laufend durchgeführte Grundtätigkeiten, wie Anforderungen analysieren, Lösungen suchen und gestalten, von begleitenden Tätigkeiten, wie z. B. sich informieren und ordnen, unterscheiden. Grundtätigkeiten sind für das Konstruieren unverzichtbar, während begleitende Tätigkeiten unterstützend wirken und allgemein bei der Informationsverarbeitung nötig sind. Zanker ([42/5] S. 62) formuliert 26 Grundtätigkeiten, die in Methoden enthalten sind, aus denen er auch z.t. neue Methoden aufbaut. Denken ist in Bild nicht als besondere Tätigkeit angegeben, da es bei allen Tätigkeiten selbstverständlich ist. Es gibt natürlich Routinetätigkeiten wie das Darstellen (z. B. CAD-Befehle zum Schraffieren oder Platzieren), bei denen kaum mitgedacht werden muss. Es fällt auf, dass die Grundtätigkeiten dem Vorgehens- oder Problemlösungszyklus entsprechen (Kapitel 3.3.2). Obwohl diese Tätigkeiten im Konstruktionsprozess laufend vorkommen, konzentrieren sie sich in bestimmten Schwerpunkten, den so genannten Konstruktionsphasen [10/5]: Aufgabe klären, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten. Vor der näheren Erläuterung der Konstruktionsphasen (oder nach U. Lindemann: Konkretisierungsebenen) steht ein Überblick über deren zeitliche Häufigkeit. Diese ist mit Prozentzahlen in Bild für verschiedene Tätigkeiten in Konstruktionsabteilungen als Mittelwert aus sieben statistischen Untersuchungen [11/5] bei konventionellem Konstruieren (ohne CAD-Unterstützung) angegeben. Dabei wurden konstruktiv tätige Personen befragt. Ponn und Lindemann verwenden statt Entwerfen und Ausarbeiten den Begriff Baumodell erarbeiten, da seit der 3D-CAD-Arbeitsweise 1 die Schritt für Schritt detaillierende Gestalt- und Werkstofffestlegung wie früher am Zeichenbrett so nicht mehr stattfindet [69/5]. (Zum Begriff Gestalt und Gestaltung siehe Kapitel 7.6). 1 Die Grundtätigkeiten bei Computernutzung werden entsprechend Bild in Kapitel besprochen.

9 BILD Grundtätigkeiten und begleitende Tätigkeiten beim Konstruieren Grundtätigkeiten unterstützende Tätigkeiten Lösungen suchen Analysieren und Lösung auswählen Darstellen Tätigkeiten Anforderungen klären Prinzipielle Lösung suchen Gestalterische Lösung suchen herstellger. gestaltete Lösung suchen Berechnen, Simulieren, Optimieren Experimentieren Beurteilen, Entscheiden Zeichnerisch darstellen Schriftlich darstellen Sich informieren Strukturieren, Ordnen Kontrollieren, Prüfen Korrigieren Organisieren, Planen Korrespondieren Diskutieren, Beraten ähnliche Begriffe Aufgabe klären, Ziele erkennen, Anforderungen, Restriktionen erkennen Konzept, Funktionsprinzip suchen Lösungen gestalten, Lösungen suchen, übernehmen Fertigungs-, montage- und normgerecht fertig gestalten Auslegen, Dimensionieren, Simulieren, Kalkulieren, Abschätzen Probieren, Testen, Simulieren, Versuchen, Modelle erstellen Bewerten, Auswählen, Vergleichen, Festlegen Skizzieren, Zeichnen, Dokumentieren, Darstellen Schreiben, Stücklisten erstellen, Beschriften, Dokumentieren Informationen suchen, auswerten Analysieren, Systematisieren, Gliedern, Reihen, Klassifizieren (Ab-)Messen, Testen, Vergleichen, Prüfen Ausbessern, Optimieren, Iterieren, Ändern Verantwortlich machen, Einteilen, Reihen, Festlegen, Motivieren Nachfragen, Schreiben, Erkunden Erklären, Horchen, Formulieren, Verstehen, Erkennen, Zweifeln Hilfen Checklisten, Bewertungsverfahren, Markt-, Fremderzeugnis-, Schwachstellenanalyse Checklisten, Kreativmethoden, Kataloge, Literatur, Patentliteratur, Diskussionen, Erfahrung Gestaltungsregeln, -vorbilder, -richtlinien, ähnliche Konstruktionen, Literatur, Diskussion, Beratung, CAD Normen, Gestaltungsrichtlinien, Beratung, Diskussionen, ähnliche Vorbilder, CAD; CAD/CAM Berechnungsformeln und -modelle, Simulationssoftware; FEM; FDM; DMU Versuchs- und Meßtechnik, Modelltechnik, Modellwerkstatt, Rapid Prototyping; DMU; VR Erfahrung, Auswahl-, Bewertungstechniken, FMEA, Teamdiskussion Darstellungstechniken, Zeichnungsregeln und -normen, CAD, Graphiksysteme Schreibautomaten, CAD, Textsysteme, ähnliche Stücklisten, PPS; PDM Info-Datenbanken, Kataloge, Normen, Richtlinien, Berichte, Zeichnungen, Zeitschriften, Bücher; PDM Ordnungssysteme, Klassifikationstechniken, Nummernsysteme, Sachmerkmalsleisten; PDM Checklisten, Fragebögen, Softwareprogramme, Qualitätssicherungssysteme, Schwachstellenanalyse, Verfahren von Taguchi, Shainin Löschtaste, Korrekturflüssigkeit, Radiergummi, Erfahrung, Optimierungsprogramme Projektmanagement, Organisationslehre, -psychologie Briefwechsel, Fax, Telefon, Sprachkenntnisse Vortragstechnik, Strukturieren von Besprechungen; Virtuelle Konferenztechnik 5.1 Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion 259

10 260 5 Entwicklung und Konstruktion Grundlagen Phase Tätigkeit (Streubereich) Aufgabe klären Aufgabe analysieren, strukturieren und formulieren? Konzipieren Entwerfen Gestalten 17 % Berechnen 4 % Informieren 8 % Funktionen ermitteln und strukturieren, Lösungsprinzipien suchen und strukturieren Ausarbeiten Zeichnen 30 % Ändern 10 % Stücklisten erstellen 10 % Kontrollieren 6 % 0 10 % % % Sonstiges Schriftwechsel, Verkaufsunterstützung % BILD Zeitliche Häufigkeit von Phasen und Tätigkeiten in Konstruktionsabteilungen (nach [11/5]) BILD Arbeitsaufwand im Konstruktionsbüro (kumuliert). (Siehe auch Bild 1.1-1) Die Zahlen streuen in hohem Maße je nach Unternehmen, Produktart und Konstruktionsart. Von Bedeutung ist jedoch, wie Bild anschaulich zeigt, dass der Arbeitsaufwand zum Ende des Konstruierens hin steil ansteigt. Das ist wohl auch bei anderen Projekten ähnlich und bedeutet, dass man bis zur endgültigen Realisierung eines Projekts einen gegen Ende exponentiell ansteigenden Arbeitsaufwand einplanen muss. Während die ers-

11 5.1 Ziele, Aufgaben und Tätigkeiten in Entwicklung und Konstruktion 261 ten Phasen vornehmlich von Ingenieuren bearbeitet werden, werden später bei zunehmenden Routineanteilen auch CAD-Techniker tätig. Dieser Zuwachs an Routine und algorithmisierbaren Wiederholoperationen ist auch der Grund für die Bearbeitungsmöglichkeit durch den Rechner (CAD und CAD/CAM). Ganz im Gegensatz dazu hat der Beginn der Konstruktionstätigkeit beim Klären der Aufgabe und Konzipieren hohe kreative Anteile. Dieser Abschnitt ist wissenschaftlich intensiv durch die Konstruktionsmethodik bearbeitet worden. Die Pfeile in Bild sollen das Vordringen der Konstruktionsmethodik bzw. des CAD vom Beginn und Ende des Konstruierens her andeuten. BILD Produkterstellungskosten einer Werkzeugmaschine (aus Handelsblatt Nr. 61; 1973; deshalb auch die Skalierung mit DM statt Euro) Einen mit dem benötigten Arbeitsaufwand (Zeit) gekoppelten ähnlich hohen Anstieg der Kosten zeigt Bild am Beispiel der Erstellung einer Werkzeugmaschine in einem Zeitraum von 2,5 Jahren. Man sieht die anfänglich niedrigen Kosten für Systemstudien, im Grunde für Papier- und DV-Arbeit : Die ersten 50 % der Erstellungszeit machen nur 22 % der gesamten Kosten aus. Danach steigen die Kosten und natürlich auch der Arbeitseinsatz stark an. Im Unterschied zu Bild ist hier die Produktion der ersten Maschine mit enthalten. Bevor im Folgenden die einzelnen Phasen des Konstruierens, wie sie in der VDI-Richtlinie 2222 aus dem Jahre 1973 [10/5] definiert wurden, beschrieben werden, soll zur