Methodische Entwicklung technischer Produkte

Transkript

1 Methodische Entwicklung technischer Produkte

2 Udo Lindemann Methodische Entwicklung technischer Produkte Methoden flexibel und situationsgerecht anwenden 3., korrigierte Auflage ABC

3 Prof. Dr.-Ing. Udo Lindemann TU München Lehrstuhl für Produktentwicklung Boltzmannstr Garching Deutschland ISBN e-isbn DOI / Springer Dordrecht Heidelberg London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2004, 2006, 2009 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Vorwort zur 3. Auflage In den letzten drei Jahren gab es eine Reihe wertvoller Rückmeldungen von Studierenden, aus der Industrie und auch aus aktuellen Forschungsprojekten. In dieser Zeit war es auch möglich, durch zwei ergänzende neue Bücher die Inhalte für die Anwender in Lehre, Forschung und Industrie zu ergänzen. Zum einen handelt es sich um das Buch Konzeptentwicklung und Gestaltung technischer Produkte von Josef Ponn und von mir, in dem wir die systematische Entwicklung neuer Produkte mit dem Schwerpunkt der frühen Entwicklungsphasen behandeln. Die Vernetzung beruht in der Anwendung der Methodenbeschreibungen dieses Buches. Während das hier vorliegende Buch sich in seiner Struktur an einem generischen Vorgehensmodell der Problemlösung, dem Münchener Vorgehensmodell, orientiert, haben wir die Struktur des Buchs zur Konzeptentwicklung an dem Münchner Produktkonkretisierungsmodell ausgerichtet. Weiterhin ist im Sinne einer Vertiefung das Buch Structural Complexity Management erschienen, welches gemeinsam mit Maik Maurer und Thomas Braun entstanden ist. Hier sind spezifische Vorgehensweisen und Methoden beschrieben, die die Erfassung, Modellierung und Analyse komplexer Strukturen unterschiedlicher und auch untereinander vernetzter Systeme erlauben. Für Produktentwickler ergeben sich so wertvolle Hinweise zur Gestaltung, Optimierung und Beherrschung von Systemen. In dieser Auflage wurden außerdem Fehler beseitigt und aktuelle Forschungsergebnisse integriert. Besonderer Dank gilt auch bei dieser Ausgabe Stefanie Braun, die die inhaltliche Überarbeitung wie auch den gesamten Prozess bis hin zum Layout in ihren Händen hatte. Die Überarbeitung des Bildmaterials nahm Rainer Hinterberger vor. Allen Beteiligten möchte ich für ihre Hilfe und Unterstützung danken. Die Zusammenarbeit mit dem Verlag und hier besonders Herrn Thomas Lehnert war wieder sehr konstruktiv und angenehm. Garching, im Mai 2009 Udo Lindemann

5 Vorwort zur 2. Auflage Die vergangenen zwei Jahre haben uns die Möglichkeit gegeben, die Inhalte dieses Buchs in seiner ersten Fassung in der Lehre, in Forschungsprojekten und im Sinne des Transfers in Industrieprojekten vielfach und unter unterschiedlichen Randbedingungen einzusetzen. Die daraus resultierenden Erkenntnisse haben wir in Verbindung mit aktueller Literatur genutzt, um in der zweiten Auflage eine Reihe von Verbesserungen zu realisieren. Die Rückmeldungen der Studierenden, der Mitarbeiter aus der Industrie wie auch aus Forschung und Lehre haben uns dabei sehr geholfen. Insgesamt haben wir eine deutliche Bestätigung für unseren Ansatz erhalten. Der besondere Dank gilt aber den Hinweisen auf Möglichkeiten zur Verbesserung in Inhalt und Struktur. Einige der Begriffe sind daher modifiziert worden, um so zu einem besseren Verständnis zu kommen. An einigen Stellen sind Inhalte ergänzt worden, um das Verständnis für die Arbeit mit dem Münchener Vorgehensmodell weiter zu verdeutlichen. Natürlich sind auch aktuelle Forschungsergebnisse mit eingeflossen. Deutlich überarbeitet und klarer strukturiert wurden die Methodenbeschreibungen, um Auswahl, Adaption und Anwendung besser unterstützen zu können. Besonderer Dank gilt vor allem Stefanie Braun, die neben der inhaltlichen Überarbeitung eines Buchteils auch den gesamten Prozess der Überarbeitung bis hin zum Layout in Händen hatte. Josef Ponn hat mit Akribie zur Verbesserung der strukturellen Aspekte im Buch beigetragen, was sowohl grundlegende Fragen in den Einführungskapiteln wie auch die Methodenbeschreibungen im Anhang betrifft. Beim Schreiben und bei den erforderlichen kritischen Diskussionen gab es darüber hinaus von vielen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern Unterstützung. Martin Graebsch, Matthias Kreimeyer und Nadja Pecquet bildeten den Kern der Runde der Unterstützerinnen und Unterstützer. Die Überarbeitung des Bildmaterials übernahm Rainer Hinterberger. Allen Beteiligten gilt mein Dank für die Hilfe und Unterstützung. Die Zusammenarbeit mit dem Verlag und hier besonders Herrn Thomas Lehnert war wieder sehr angenehm. Garching, im Juni 2006 Udo Lindemann

6 Vorwort zur 1. Auflage Methoden in und für die Produktentwicklung sind seit vielen Jahren ein wichtiger Schwerpunkt wissenschaftlicher Forschungsarbeiten. Auch in der Ausbildung der Studierenden des Maschinenbaus ist das Thema inzwischen etabliert. Dennoch gibt es offensichtlich erhebliche Defizite in der Anwendung in der Industrie. Die Zwänge der Gesetze zum Beispiel zur Produkthaftung oder das Maschinengesetz wie auch die Normen zur Qualitätssicherung haben zum Einsatz von bestimmten Arbeitsmethoden geführt, jedoch ist noch immer die Frage nach dem Verhältnis von Aufwand und Nutzen unbeantwortet. Im Rahmen der Ausbildung wird der Nutzen sinnvoll eingesetzter Arbeitsmethoden genauso wie in Verbundprojekten mit der Industrie sichtbar. Daher beschäftigen wir uns seit vielen Jahren mit der Problemstellung der sinnvollen Vermittlung von Methodenwissen. Es gibt eine kaum überschaubare Zahl von Methoden. Einige Methoden werden bei nur sehr geringen Unterschieden auch unter unterschiedlichen Bezeichnungen am Markt angeboten. Häufig werden auch Argumente gegen den Methodeneinsatz angeführt, wie zum Beispiel der enorme Zeitdruck oder der Hinweis auf die bisherigen Leistungen ohne explizites methodisches Arbeiten. Die Diskrepanz zwischen persönlicher Erfahrung und Überzeugung sowie der üblichen Industriepraxis hinsichtlich des Nutzens von gezielt und flexibel eingesetzten Arbeitsmethoden war eine wesentliche Motivation für dieses Buch. Eine Reihe von Dissertationen und Erfahrungen in und mit der Industrie sowie viele Diskussionen mit Mitarbeitern, Industrievertretern, Kollegen in Forschung und Lehre sowie Unternehmensberatern haben mich zu der Überzeugung gebracht, dass eine gegenüber dem üblichen Methodeneinsatz deutlich modifizierte Form der Vermittlung und Anwendung erforderlich ist. Im Kernteam haben mich Christoph Jung, Jens Gramann sowie Alexandra Nißl durch organisatorische Tätigkeiten und besonders durch Korrekturen und Überarbeitungen unterstützt. Beim Schreiben und bei den erforderlichen kritischen Diskussionen gab es darüber hinaus von vielen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern Unterstützung. Christoph Baumberger, Thomas Braun, Birgit Dick, Holger Diehl, Elmar Erdell, Luc Felgen, Michael Förster, Daniel Fuchs, Andreas Gahr, Jöran Grieb, Ulrich Herfeld, Thomas Heßling, Philipp Hutterer, Bernd Jokele, Alfons Kiewert, Maik Maurer, Franz Müller, Nadja Pecquet, Josef Ponn, Udo Pulm, Ingo Renner, Sebastian Schneider und Hans Stricker bildeten die große Runde der Unterstützerinnen und Unterstützer. Josef Ponn steuerte zusätzlich zahlreiche Grafiken bei. Die Rea-

7 VIII Vorwort lisierung des Bildmaterials übernahm Rainer Hinterberger. Allen Beteiligten gilt mein Dank für die Hilfe und Unterstützung. Besonders danke ich meiner Frau Edeltraut, die besonders in den letzten Monaten vor der Fertigstellung des Buchs viel Geduld aufbringen musste. Dem Verlag und hier besonders Herrn Thomas Lehnert gilt mein Dank für die stets hervorragende Zusammenarbeit. Mit dem Ziel der besseren Lesbarkeit wurde im weiteren Verlauf des Buchs auf eine Differenzierung zwischen weiblichen und männlichen Formen verzichtet. Auf Abkürzungen wurde weitgehend verzichtet. Begriffe aus dem englischen Wortschatz wurden ebenfalls nur mit Zurückhaltung benutzt, an einigen Stellen erschienen sie mir aber klarer als die jeweiligen deutschen Umschreibungen. Ich hoffe, dass dieses Buch einen Beitrag leistet, um Arbeitsmethoden besser in der Aus- und Weiterbildung auf dem Gebiet der Produktentwicklung sowie besonders im industriellen Alltag der technischen Disziplinen zu verankern. Garching, im Mai 2004 Udo Lindemann

8 Inhalt 1 Einführung Welches Ziel verfolgt dieses Buch? An wen richtet sich dieses Buch? Was waren die wichtigsten Einflüsse auf dieses Buch? Wie ist dieses Buch aufgebaut? Produktentwicklung Produkte: Komplexität, Systeme, Modelle Produktentwicklung organisieren Verantwortung in der Produktentwicklung Strategien in der Produktentwicklung Prozesse in der Produktentwicklung Menschen als Handelnde in der Produktentwicklung Mitarbeiter als Individuum Teams und Gruppen in der Produktentwicklung Unternehmenskultur Kreativität Situationen in der Produktentwicklung Zusammenfassung Vorgehensmodelle, Grundprinzipien und Methoden Das Drei-Ebenen Modell für Entwicklungsprozesse Vorgehensmodelle Bedeutung eines situationsangepassten Vorgehens Vorgehensmodelle der Produktentwicklung Modelle des natürlichen Vorgehens bei der Problemlösung Vorgehensmodelle zur operativen Problemlösung Phasenmodelle der Produktentwicklung Das Münchener Produktkonkretisierungsmodell (MKM) Das Münchener Vorgehensmodell (MVM) Arbeiten mit dem Münchener Vorgehensmodell Grundprinzipien des Handelns Methoden Klärung des Methodenbegriffes Gründe für den Einsatz von Methoden...58

9 X Inhalt Modell des Methodeneinsatzes Struktur und Inhalte der Methodenbeschreibung Werkzeuge zur Unterstützung von Methoden Zusammenfassung Ziel planen Folgen unzureichender Zielplanung Methoden zur Zielplanung Wie können Situationen analysiert werden? Wie können Analyseergebnisse strukturiert und Wechselbeziehungen abgebildet werden? Wie können Veränderungen der Merkmale abgeschätzt und Ergebnisse vorweggenommen werden? Wie können alternative Zukunfts- und Ergebnismodelle erarbeitet werden? Wie können konkrete Maßnahmen abgeleitet werden? Zielplanung in der Praxis Zusammenfassung Ziel analysieren Folgen unzureichender Zielanalyse Methoden zur Analyse von Zielen Wie können Zielgrößen ermittelt werden? Wie können Zielkonflikte ermittelt werden? Wie können Zielgrößen strukturiert und gewichtet werden? Wie können Ziele dokumentiert werden? Zielanalyse für ein Produktbeispiel Zusammenfassung Problem strukturieren Erfolgreiche Problemstrukturierung im Anlagenbau Methoden zur Problemstrukturierung Wie können Systeme auf abstrahiertem Niveau beschrieben werden? Wie lassen sich Ziele mit Lösungsmerkmalen verknüpfen? Wie lassen sich Stärken und Schwächen ermitteln? Wie können Freiheitsgrade für die Entwicklung ermittelt werden? Wie können Handlungsempfehlungen für die Entwicklung abgeleitet werden? Ermittlung von Entwicklungsschwerpunkten Tischstaubsauger Siebanlage Zusammenfassung Lösungsideen ermitteln Konzeptentwicklung für eine Snowboardbindung

10 Inhalt XI 7.2 Methoden für die Lösungssuche Wie lassen sich verfügbare Lösungen finden? Wie können neue Lösungsideen generiert werden? Wie lassen sich Widersprüche auflösen? Wie können vorhandene Lösungsideen geordnet und das Ideenfeld noch erweitert werden? Wie können Lösungsideen verschiedener Teilprobleme zu Gesamtkonzeptideen kombiniert werden? Lösungsalternativen für ein Tischstaubsauggerät Zusammenfassung Eigenschaften ermitteln Eigenschaftsanalyse bei einer Produktionsmaschine Methoden zur Eigenschaftsanalyse Wie können zu analysierende Merkmale ermittelt werden? Wie können Eigenschaftsanalysen vorbereitet werden? Wie können Eigenschaftsanalysen durchgeführt werden? Wie können Analyseergebnisse ausgewertet werden? Eigenschaftsanalyse eines Höhenleitwerks Zusammenfassung Entscheidungen herbeiführen Ein operativer Entscheidungsprozess im Fahrzeugbau Methoden zur Entscheidungsfindung Wie können geeignete Lösungsideen vorausgewählt werden? Wie kann eine Bewertung vorbereitet werden? Wie können Alternativen bewertet werden? Wie können Bewertungsergebnisse interpretiert werden? Wie können Entscheidungsprozesse dokumentiert werden? Entscheidung für ein Werkzeugmaschinenkonzept Zusammenfassung Zielerreichung absichern Folgen eines Denkfehlers in der Produktentwicklung Methoden zur Absicherung der Zielerreichung Wie können mögliche Zielabweichungen und deren Ursachen identifiziert werden? Wie können Ursachen, Fehler und Wirkungen in einen Zusammenhang gebracht werden? Wie kann das Risiko bewertet werden? Wie kann das Risiko reduziert werden? Zielabsicherung für ein Beschriftungsgerät Zusammenfassung Krisen bewältigen Krisensituationen...213

11 XII Inhalt 11.2 Methoden zur Bewältigung von Krisen Wie können die Auswirkungen einer Krise ermittelt werden? Wie können Handlungsmöglichkeiten in einer Krise entwickelt werden? Wie kann die Umsetzung von Maßnahmen in einer Krise geplant werden? Wie können Maßnahmen in einer Krise umgesetzt werden? Wie können ähnliche Krisen in Zukunft vermieden werden? Ausfall der Steuerung einer Anlage Zusammenfassung Arbeitsmethoden in der industriellen Praxis Literatur Anhang A1 Methodenbeschreibungen ABC-Analyse Abstraktion Ähnlichkeitsanalyse Analyseplanung Anforderungsliste Balanced Scorecard Benchmarking Berechnung Bionik Black Box Brainstorming Checkliste nach Osborn Checkliste Clusteranalyse Delphianalyse Effektsammlung Eigenschaftsliste Einflussmatrix Entscheidungstabelle Fehlerbaumanalyse FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) Fragebogen Fragetechnik Freiheitsgradanalyse Funktionsmodellierung Gefährdungsanalyse Gewichtete Punktbewertung Gewichtung Handlungsplanungsblatt

12 Inhalt XIII Hardware-in-the-Loop (HIL) Interview Kano-Modell Konsistenzmatrix Konstruktionskatalog Methode Mind Mapping Moderation mit Karten Morphologischer Kasten Negation Numerische Simulation Nutzerorientierte Funktionsmodellierung Nutzwertanalyse Ordnungsschema Orientierender Versuch Paarweiser Vergleich Plausibilitätsanalyse Portfolio Potenzialanalyse Prinzipien zur Überwindung technischer Widersprüche Problemformulierung Prognose Punktbewertung Punkten QFD (Quality Function Deployment) Recherche Reizwortanalyse Relationsorientierte Funktionsmodellierung Reverse Engineering Schätzen Schwachstellenanalyse Sensibilitätsanalyse Storytelling Stufenweise Konsistenz SWOT-Analyse (Strength-Weakness-Opportunities-Threats-Analyse) Synektik Systematische Variation Szenariotechnik Target Costing Technische Evolution Textanalyse Trendanalyse TRIZ Umsatzorientierte Funktionsmodellierung Ursache-Wirkungsanalysen Vergleich...321

13 XIV Inhalt Verknüpfungsmatrix Versuch Vorauswahl Vorteil-Nachteil-Vergleich Wertfunktion Wirkungsnetz Zielpräferenzmatrix A2 Glossar Sachverzeichnis