Einführung in das Methodische Konstruieren

Transkript

1 Einführung in das Methodische Konstruieren

2 Paul Naefe Einführung in das Methodische Konstruieren Für Studium und Praxis 2., überarbeitete und erweiterte Auflage Mit 121 Abbildungen und 32 Tabellen

3 Prof. Dr.-Ing. Paul Naefe Aachen, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden 2009, 2012 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. 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. Lektorat: Thomas Zipsner / Imke Zander Bilder: Graphik & Text Studio, Dr. Wolfgang Zettlmeier, Barbing Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier Springer Vieweg ist eine Marke von Springer DE. Springer DE ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media.

4 V Vorwort zur 1. Auflage Das vorliegende Buch verdankt seine Entstehung der so genannten Bologna Konferenz. Die politisch bedingte Entscheidung, den bewährten Diplom Ingenieur zugunsten von Bachelor und Master abzuschaffen, führte zu der Einsicht, dass es sinnvoll sein könnte, den bereits bestehenden Lehrbüchern zum Thema Konstruktionsmethodik ein Buch hinzuzufügen, dass besonders für Studenten und Studentinnen des Bachelor-Studienganges geeignet ist. Durch die Verkürzung der Studienzeit kann der früher mögliche Aufwand, die Studenten in die Methodik des Konstruierens einzuführen, nicht mehr betrieben werden, dieses Buch soll dem Rechnung tragen und den Studierenden den Einstieg in dieses Fach erleichtern. Aber nicht nur für Studierende kann dieses Buch eine Hilfe sein, den Zugang zum methodischen Konstruieren zu finden. Auch bereits in der Praxis tätige Ingenieure, denen das Fach Konstruktionsmethodik in ihrem Studium nicht angeboten wurde oder denen die Hektik des Alltags nicht die Zeit lässt, sich mit Hilfe umfangreicherer Lehrbücher über methodisches Konstruieren zu informieren, soll es Unterstützung bieten. Dieses Buch orientiert sich natürlich an den VDI-Richtlinien 2221 und 2222, in denen die Vorgehensweise beim Konstruieren beschrieben wird und die auch zahlreiche Hinweise auf methodische Unterstützung enthalten. Um den Umfang des Buches überschaubar zu halten, bleibt aber die Beschreibung anzuwendender Methoden auf die wesentlichsten beschränkt. Schwerpunkte wurden an Stellen gesetzt, die mir durch Erkenntnisse aus meiner Praxis als Konstruktionsleiter und die Lehrtätigkeit an der FH-Köln als besonders wichtig erschienen. Um den jungen Ingenieuren und Ingenieurinnen beim Einstieg in den Beruf Enttäuschungen zu ersparen, wird kurz auf die Einordnung der Konstruktion in den betrieblichen Ablauf eingegangen. Die verschiedenen Möglichkeiten, eine Funktionenstruktur darzustellen, werden besonders ausführlich behandelt und auf das kostengerechte Konstruieren wird ebenfalls intensiv eingegangen. Letzteres hat ja, insbesondere in den letzten Jahren, immer größere Bedeutung erlangt, weil die wirtschaftliche Situation der Unternehmen oft angespannt ist. Der Aufbau des Buches entspricht im Wesentlichen dem Vorlesungsskript, das für das Fach Konstruktionsmethodik im Studiengang Maschinenbau an der FH-Köln entstanden ist. Durch die Betreuung zahlreicher Diplomarbeiten, die ausschließlich in Zusammenarbeit mit Industrieunternehmen durchgeführt wurden aber auch in der Seminar- und Gruppenarbeit mit den Studierenden, entstanden viele zusätzliche Einsichten zum Vorgehen bei der Vermittlung des manchmal schwer verständlichen Stoffes. Diese Erkenntnisse sind in das vorliegende Buch eingeflossen so dass, wie ich hoffe, die Leser und Leserinnen einen etwas leichteren Zugang zum methodischen Konstruieren finden können, dabei sollen vor allem die zahlreichen Abbildungen helfen. Mein Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. Michael Goworek, der mich in seiner Tätigkeit als Assistent am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik an der FH-Köln tatkräftig unterstützt hat. Er gab mir zahlreiche Hinweise, die mir beim Erarbeiten des Unterrichtmaterials und dieses Buches geholfen haben. Auch Herrn Thomas Zipsner vom Verlag Vieweg+Teubner danke ich für die Mühe, der er aufgewendet hat, mein Manuskript zu korrigieren und mit mancher Anregung didaktisch zu verbessern. Aachen, im September 2008 Paul Naefe

5 VI Vorwort Vorwort zur 2. Auflage Zunächst möchte ich den Leserinnen und Lesern danken, die mir durch ihre konstruktive Kritik Anregungen zur Verbesserung dieses Buches gegeben haben. Die wichtigste und umfangreichste Ergänzung für die zweite Auflage ist das Kapitel 10, in dem sich Übungsaufgaben und die entsprechenden Musterlösungen befinden. Hierzu sei angemerkt, dass es sich bei den Lösungen zum Teil um Vorschläge handelt, die nicht als absolut gültig anzusehen sind, sondern Variationen zulassen. Auf mehrfach geäußerten Wunsch wird die Methode der Wertanalyse etwas ausführlicher behandelt, in diesem Zusammenhang wurde besonderer Wert auf die Vermittlung von Erfahrungen aus der Praxis gelegt. Die Methode des TRIZ, die zunehmende Beachtung findet, wurde dagegen nicht aufgenommen. Für ein Buch, das nur eine Einführung in die methodische Konstruktion geben soll, ist dieses Thema zu umfangreich. Außer auf die spezielle Literatur zu TRIZ sei an dieser Stelle auf die neueren Auflagen der Lehrbücher von Pahl/Beitz und Conrad hingewiesen. Aachen, im Juli 2012 Paul Naefe

6 VII Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Historische Entwicklung Einordnung der Konstruktion in die betriebliche Organisation Methodische und technische Hilfen für die Konstruktion Normen und Verbände Notwendigkeit des methodischen Konstruierens Produktlebenslauf Integrierte Produktentwicklung Herkunft und Bewältigung der Aufgabenstellung Konstruktionsarten Aufgabe oder Problem? Prinzipielle Vorgehensweise Systemtechnik Der Systembegriff Klassifikation technischer Systeme Systematisches Konstruieren Arbeitsschritte des Konstruktionsprozesses Konstruieren als Informationsumsatz Arbeitsfluss beim Konstruieren VDI-Richtlinien Wertanalyse Methodenauswahl Allgemein einsetzbare Methoden Spezielle Methoden (Methodenbaukasten) Aufgabenstellung Produktplanung Anforderungsliste Restriktionen Konzipieren Abstraktion Funktionenbeschreibung Funktionenstruktur Funktionenbaum Das FAST-Diagramm Erstellen von Funktionenstrukturen... 71

7 VIII Inhaltsverzeichnis 6.4 Ermittlung von Lösungsprinzipien Lösungssuche mit Kreativitätstechniken Systematische Suche und Auswahl möglicher Varianten Auswahl geeigneter Lösungsvarianten Bewertung von Lösungsvarianten Nutzwertanalyse Vereinfachtes Bewertungsverfahren Entwerfen und Gestalten Gestaltung Begriff der Gestalt und ihrer Variation Grundregeln der Gestaltung Prinzipien der Gestaltung Richtlinien zur Gestaltung Kostengünstig konstruieren Entstehung und Eigenschaften der Produktkosten Kostenziele und -beeinflussung Kostenermittlung Ausarbeitung Vorgehensweise und Hilfsmittel Erzeugnisgliederung Zeichnungssysteme und Stücklisten Kennzeichnungssysteme Nummerungstechnik Sachmerkmale Rationalisierung durch Variantenmanagement Baureihen Normzahlenreihen Baureihen nach Ähnlichkeitsgesetzen Baukästen Übungsaufgaben Aufgabenstellungen Lösungen Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis