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2011 | Buch

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Konzeptentwicklung und Gestaltung technischer Produkte

Systematisch von Anforderungen zu Konzepten und Gestaltlösungen

verfasst von: Josef Ponn, Udo Lindemann

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : VDI-Buch

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

Die handlungsorientierte Umsetzung einer systematischen Konzeptentwicklung und Gestaltung technischer Produkte steht im Mittelpunkt dieses Buchs. Aufbauend auf den Grundlagen systematischer Problemlösung und methodischer Produktentwicklung werden Ansätze vorgestellt, die in Abhängigkeit der Entwicklungssituation eine strukturierte Handhabung der Komplexität von Produkt und Prozess ermöglichen.

Das Münchener Produktkonkretisierungsmodell wird in einer für diese 2. Auflage gründlich überarbeiteten Form beschrieben. Darin wird das Vorgehen im Entwicklungsprozess als Interaktion zwischen Anforderungs- und Lösungsraum sowie als Konkretisierung von Produktmodellen auf Funktions-, Wirk- und Bauebene dargestellt. Zudem wird der Umgang mit unterschiedlichen Hauptzielsetzungen im Sinne eines „Design for X" anhand der Themen Sicherheit und Zuverlässigkeit, Gewicht, Montagegerechtheit, Variantenvielfalt und Nachhaltigkeit demonstriert. Zahlreiche Praxisbeispiele unterstützen die Anschaulichkeit für den Leser.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Produktentwicklung und Konstruktion

Zusammenfassaug

Produktentwicklung bezeichnet sowohl eine Organisationseinheit als auch einen Prozess im Unternehmen. Entwickler generieren darin als Individuen oder in Teams Konzepte und Gestaltlösungen für innovative Produkte. Die Situationen in der Produktentwicklung sind dabei geprägt von einer Vielzahl von Einflussfaktoren aus unterschiedlichen Bereichen. Einige dieser Faktoren sind beispielsweise die Art des Produktes, die Entwicklungsaufgabe, die Organisation der Produktentwicklung im Unternehmen sowie die eingesetzten Methoden und Werkzeuge. Externe Einflussfaktoren stammen unter anderem aus den Bereichen Absatzmarkt, Wettbewerb, Gesellschaft und Umwelt.

Josef Ponn, Udo Lindemann

Teil A – Systematische Produktkonkretisierung

2. Anforderungen

Zusammenfassaug

Anforderungen sind geforderte Eigenschaften des zu entwickelnden Produktes. Sie stellen die Maßgabe für die Lösungsfindung und die Basis für die Bewertung von Lösungskonzepten und ausgearbeiteten Gestaltlösungen dar. Werden Anforderungen vergessen oder falsch definiert, kann das gravierende Folgen haben. Werden diese Fehler im Laufe des Projektes erkannt, führt das oft zu einem erhöhten Aufwand im Entwicklungsprozess durch zeit- und kostenintensive Änderungsschleifen und möglicherweise zu einer Verzögerung der Markteinführung. Eine mangelhafte Qualität des Ergebnisses kann sogar den Misserfolg des Produktes im Markt bedeuten.

Josef Ponn, Udo Lindemann

3. Funktionen

Zusammenfassaug

Funktionen beschreiben den Zweck eines Systems oder Systemelements. Konkrete Realisierungs- und Umsetzungsmöglichkeiten werden dabei nicht betrachtet, die Beschreibung des Systemzwecks erfolgt so lösungsneutral wie erforderlich. Bei der Funktionsmodellierung werden die Funktionen eines Produktes oder technischen Systems in einem oder mehreren Modellen dargestellt. Funktionsmodelle werden sowohl zur Analyse bestehender Systeme als auch zur Synthese neuer Lösungen eingesetzt. Das Funktionskonzept definiert das Produkt in seinen wesentlichen funktionalen Eigenschaften und bildet die Grundlage für die weiteren Entwicklungsschritte auf Wirk- und Bauebene.

Josef Ponn, Udo Lindemann

4. Wirkprinzipien

Zusammenfassaug

Josef Ponn, Udo Lindemann

5. Wirkkonzepte

Zusammenfassaug

Im Rahmen der Anforderungsklärung und Funktionsmodellierung wird die technische Problemstellung in Teilprobleme zerlegt. Hierdurch wird die Komplexität der Aufgabenstellung für die Bearbeitung reduziert und eine gezielte Lösungssuche ermöglicht. Bei der Lösungssuche werden wiederum für einzelne Teilprobleme und Teilfunktionen Lösungsideen ermittelt. Durch die Anwendung geeigneter Methoden, die eine systematische oder intuitive Ideengenerierung unterstützen, wird dabei häufig eine große Vielzahl an Lösungsideen erarbeitet. Diese befinden sich meist auf unterschiedlichem Konkretisierungs- und Detaillierungsgrad.

Josef Ponn, Udo Lindemann

6. Produktgestalt

Zusammenfassaug

Die Gestalt eines technischen Produktes umfasst die Menge aller geometrischen und werkstofflichen Eigenschaften seiner Bestandteile. Geometrische Eigenschaften beschreiben beispielsweise die Form, Lage, Größe und Zahl von Gestaltungselementen. Werkstoffliche Eigenschaften beschreiben unter anderem die Werkstoffart, die Werkstoffbehandlung und die Werkstoffoberfläche. Gestaltungselemente lassen sich hierarchisch gliedern und können Bauteilflächen, Bauteile, Baugruppen oder das Gesamtprodukt sein.

Josef Ponn, Udo Lindemann

7. Baumodelle

Zusammenfassaug

Als Baumodell wird die Darstellungsform oder Repräsentation eines technischen Produktes auf der Ebene konkreter Bauelemente, wie sie anschließend gefertigt und montiert werden, bezeichnet. Bauelement wird hier als Überbegriff für die Bestandteile des Gesamtproduktes gebraucht, also für einzelne Bauteile, Baugruppen oder Module. Neben Fertigung und Montage existieren weitere Phasen im Produktlebenslauf, für die Baumodelle von Bedeutung sind, beispielsweise Transport, Nutzung, Instandhaltung und Recycling.

Josef Ponn, Udo Lindemann

Teil B – Produktgestaltung mit Fokus auf Hauptzielsetzungen (Design for X)

8. Sichere und zuverlässige Produkte

Zusammenfassaug

Der Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit und vor allem der Sicherheit eines Produktes wird vom Markt eine sehr hohe Bedeutung beigemessen. Die Produktentwicklung leistet einen wesentlichen Beitrag zur Gewährleistung dieser Produkteigenschaften. Der gezielte Einsatz geeigneter Methoden und Modelle auf den verschiedenen Ebenen der Produktkonkretisierung unterstützt den Entwickler dabei.

Josef Ponn, Udo Lindemann

9. Gewichtsoptimierte Produkte

Zusammenfassaug

Das Gewicht beziehungsweise die Masse eines Produktes ist im Hinblick auf seine Nutzung, aber auch über alle Phasen im Produktlebenszyklus hinweg ein wichtiger Faktor. In der Nutzungsphase haben das Gewicht und dessen Verteilung Auswirkungen auf den Energieverbrauch und die Handhabung des Produktes. Durch eine höhere zu beschleunigende Masse steigt beispielsweise der Energieverbrauch bei Kraftfahrzeugen. Ebenso wirken sich höhere zu beschleunigende Massen negativ auf Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten von dynamischen Systemen aus. Eine ungünstige Massenverteilung innerhalb eines Produktes kann aber ebenfalls zu höherem Energieverbrauch führen, da hierdurch hohe Momente entstehen. Auch Eigenfrequenzen und Eigenformen eines Produktes ändern sich bei veränderter Massenverteilung.

Josef Ponn, Udo Lindemann

10. Montagegerechte Produkte

Zusammenfassaug

Unter der Montage eines Produktes wird der Zusammenbau von Bauteilen oder Baugruppen nach der Teilefertigung mit allen notwendigen Hilfsarbeiten verstanden [Stoll 1995]. Die Montage beeinflusst in starkem Maße Qualität, Kosten und Time-to-Market eines Produktes. So beansprucht die Montage 15 bis 70 Prozent der Gesamtfertigungszeit. Für den Maschinenbau im Allgemeinen ergeben sich – je nach Komplexität des Produktes und in Abhängigkeit von der jeweiligen Fertigungstiefe – Montagezeitanteile zwischen 20 und 45 Prozent, in der Elektro- und Feinwerktechnik zwischen 40 und 70 Prozent [Lotter et al. 2006]. Neben den hohen Zeitanteilen werden große Anteile der Herstellkosten eines Produktes in der Montage verursacht. Dies sind bei Produkten aus dem Maschinenbau bis zu 70 Prozent [Grunwald 2001, Ehrlenspiel et al. 2007], bei elektromechanischen Bauteilen sogar bis zu knapp 90 Prozent [Schmidt 1992]. Die Verantwortung und Einflussnahme auf die Kosten dagegen liegt nur zu einem sehr geringen Anteil bei der Montage, der höchste Anteil der Kosten wird in der Entwicklung sowie in der Fertigungs- und Montageplanung verantwortet.

Josef Ponn, Udo Lindemann

11. Variantengerechte Produkte

Zusammenfassaug

In den vergangenen Jahrzehnten ist bei vielen Unternehmen die Variantenvielfalt kontinuierlich angestiegen, sowohl auf Produkt- als auch auf Teileebene. Ursachen sind beispielsweise im gehobenen Anspruchsniveau der Kunden zu finden. Kundenanforderungen sind heute wesentlich differenzierter, Kunden verlangen häufig Produkte, die auf ihre individuellen Bedürfnisse hin angepasst sind. Hinzu kommen eine erhöhte Innovations- und Technologiedynamik, massiv verkürzte Entwicklungszeiten und Produktlebenszyklen sowie die Auswirkungen der Informations- und Wissensgesellschaft. Die Gefahren einer explodierenden Variantenvielfalt sind unter anderem intransparente Entwicklungs- und Herstellungskosten und ein gestiegenes Entwicklungs- und Innovationsrisiko. Außerdem werden die Produkte und Prozesse anfälliger gegenüber Einflüssen wie zum Beispiel Nachfrageschwankungen oder technischen Änderungen. Daher kommt dem Variantenmanagement im Unternehmen, also der Beherrschung und gezielten Beeinflussung der Variantenvielfalt, eine hohe Bedeutung zu.

Josef Ponn, Udo Lindemann

12. Nachhaltige Produkte

Zusammenfassaug

Das stetige Bevölkerungswachstum und die fortschreitende Industrialisierung führen zu einer kontinuierlich größer werdenden Belastung für die Umwelt, was seit geraumer Zeit in einem erhöhten Stellenwert von Umweltfragen in der Gesellschaft und damit auch in neuen Gesetzgebungen resultiert.

Josef Ponn, Udo Lindemann

13. Systematisch von Anforderungen zu Konzepten und Gestaltlösungen

Zusammenfassaug

Die Konzeptentwicklung als Teil der Produktentwicklung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen bezüglich des angestrebten Produktes noch vorläufig sind. Das Handeln der Entwickler ist hier von Unsicherheit und Risiko geprägt. In der Konzeptphase sind Entscheidungen zu treffen, die weitreichende Konsequenzen für den gesamten Produktlebenslauf haben, hier wird der Grundstein für den späteren Erfolg des Produktes am Markt gelegt. Daher kommt der Konzeptentwicklung eine hohe Bedeutung im Entwicklungsprozess zu.

Josef Ponn, Udo Lindemann

14. Literatur

Josef Ponn, Udo Lindemann

15. Bildnachweis

Josef Ponn, Udo Lindemann

16. Anhang A Checklisten und Hilfsmittel

Josef Ponn, Udo Lindemann

Backmatter

Titel: Konzeptentwicklung und Gestaltung technischer Produkte
verfasst von: Josef Ponn
Udo Lindemann
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-642-20580-4
Print ISBN: 978-3-642-20579-8
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-20580-4

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