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2021 | Buch

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Pahl/Beitz Konstruktionslehre

Methoden und Anwendung erfolgreicher Produktentwicklung

herausgegeben von: Prof. Dr. Beate Bender, Dr. Kilian Gericke

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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

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Über dieses Buch

Seit mehr als 35 Jahren gilt der „Pahl/Beitz: Konstruktionslehre“ unter Maschinenbau-Studenten als das Standardwerk für die Konstruktionsmethodik. Das mittlerweile in acht Sprachen übersetzte Lehrbuch bietet einen aktuellen Überblick über Methoden und Werkzeuge der Produktentwicklung und Produktplanung. Dank der hoch spezialisierten Autoren bleibt das Lehrbuch immer auf dem aktuellen Stand und deckt alle neuen Entwicklungen in der Konstruktionslehre ab.

Das Buch stellt die verschiedenen Phasen der Produktentwicklung in vier großen Abschnitten dar und beginnt mit den Einflüssen und Rahmenbedingungen, die bei der Entwicklung und Konstruktion zu beachten sind. Sowohl anhand von KMU aber auch Großunternehmen beschreiben die Autoren die Besonderheiten und Herausforderungen des Produktentstehungsprozesses (PEP) und seiner Teilprozesse. Der Augenmerk liegt dabei auf der Produktarchitektur, der virtuellen Produktentwicklung sowie dem Rapid Prototyping. Ein weiterer Teil des Lehrbuchs stellt ausführlich verschiedene Lösungsmethoden für Probleme während der Entwicklungsphase vor. Die Autoren unterscheiden zwischen problemorientierten und lösungsorientierten Ansätzen und stellen darüber hinaus verschiedene Bewertungsmethoden, die Feinheiten der Produkt-Dokumentation und die ERP-Systeme vor. Ein dritter Teil betrachtet die Regeln zur Gestaltung von Bauteilen, Baugruppen und des ganzen Produkts – ausgerichtet an den heutigen Fertigungsmöglichkeiten. Abschließend widmen sich die Beiträge der Rationalisierung des technischen Bereichs im Unternehmen. Dafür erläutern die Autoren nicht nur die Engineering-Prozesse im Rahmen der Produktarchitektur, sondern auch Module, Features und Referenzvarianten sowie den Aufbau eines Konfigurationsmanagementsystems.

Auch diese Neuauflage des 2013 völlig neu konzipierten Lehr- und Fachbuch für Studium und Praxis wurde für die Neuauflage überarbeitet und aktualisiert. Die Autoren kommen aus Hochschulen und Industrieunternehmen und garantieren somit, dass der Stand der Technik für Entwicklung und Konstruktion gleichermaßen aus aus theoretischer und praktischer Sicht dargestellt wird.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Einleitung

Zusammenfassung

Produktentwicklung ist ein zentraler Erfolgsfaktor für Unternehmen. Neben produktspezifischen Zielen nehmen Projektpläne, Kostenziele, vertragliche Rahmenbedingungen mit Kooperationspartnern, verfügbare Ressourcen oder auch internationale Handelsvereinbarungen maßgeblichen Einfluss auf die Gestaltungsmöglichkeiten eines zu entwickelnden Produkts. Das Zielsystem für die Entwicklung eines Produkts ist somit gekennzeichnet von Interdisziplinarität und Dynamik.

Beate Bender, Kilian Gericke

Grundlagen

Frontmatter

Kapitel 2. Grundlagen technischer Systeme

Zusammenfassung

Die Lösung technischer Aufgaben wird mithilfe technischer Artefakte erfüllt, die als Anlage, Apparat, Maschine, Gerät, Baugruppe, Maschinenelement oder Einzelteil bezeichnet werden. Diese bekannten Bezeichnungen sind grob nach dem Grad ihrer Komplexität geordnet. Eine Anlage kann aus mehreren Apparaten, Geräten oder Maschinen bestehen.

Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Kilian Gericke, Beate Bender, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Kapitel 3. Grundlagen methodischen Vorgehens in der Produktentwicklung

Zusammenfassung

Produktenwicklung bedeutet, dass neue Lösungen erarbeitet werden müssen. Das Vorgehen des einzelnen Entwicklers oder eines Teams lässt sich dabei aus verschiedenen Perspektiven beschreiben. Nachfolgend wird das Vorgehen als Problemlösung, Informationsverarbeitung, Iteration oder als Koevolution von Problem und Lösung dargestellt.

Kilian Gericke, Beate Bender, Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Kapitel 4. Der Produktentwicklungsprozess

Zusammenfassung

Produktentwicklung erfordert Kooperation. Für die Entwicklung komplexer technischer Produkte sind Fachkenntnisse aus unterschiedlichen Disziplinen erforderlich, die die Zerlegung des Problems in Teilprobleme, parallele Bearbeitung und Reintegration in eine Gesamtlösung erfordern.

Kilian Gericke, Beate Bender, Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Klären der Aufgabenstellung

Frontmatter

Kapitel 5. Produktplanung

Zusammenfassung

In der Produktplanung werden die Rahmenbedingungen gesetzt, anhand derer sich die spätere Gestaltung des Produkts ausrichtet – je nach Geschäftsmodell des Unternehmens kann diese ganz unterschiedliche Form haben, vom technologiegetriebenen Innovationsführer im Markt über den spezialisierten Nischenanbieter bis hin zum kostenorientierten Massenproduzenten sind viele Ausprägungen denkbar. Allen gemein ist das Ziel der Produktplanung: Die für das Geschäftsmodell des Unternehmens richtigen Ideen finden, diese aus Sicht der Vermarktbarkeit und Machbarkeit bewerten und die Entwicklung und Detaillierung so aufsetzen, dass sich ein Produkt effizient entwickeln lässt. Das Geschäftsmodell schlägt sich dabei in Form der Strategie des Unternehmens und des angestrebten Produktportfolios nieder, das in der Produktplanung den Kontext aller Entscheidungen bildet.

Matthias Kreimeyer, Werner Seidenschwarz, Matthias Rehfeld

Kapitel 6. Nutzerbedürfnisse

Zusammenfassung

Technische Systeme können dem Menschen helfen, gegebene natürliche Leistungsgrenzen zu überwinden bzw. aufzuheben. Dabei ist es unabhängig davon, wodurch die Leistungsgrenzen bedingt sind (z. B. biologisch, krankheitsbedingt oder altersbedingt). Man denke allein an die Möglichkeit zu fliegen.

Kristin Paetzold

Kapitel 7. Entwickeln der Anforderungsbasis: Requirements Engineering

Zusammenfassung

Produktentwicklungsvorhaben stellen ebenso wie die Produkte selbst komplexe Systeme dar, die aus einer großen Anzahl von untereinander vernetzten Elementen und Teilsystemen bestehen sowie einer hohen Dynamik unterliegen. Im Sinne der Arbeitspsychologie stellt das Entwickeln von Produkten „komplexes Problemlösen“ dar. Aufbauend darauf können zur Klassifikation der Anforderungshöhe von Konstruktionsaufträgen die Kriterien Widersprüchlichkeit der Ziele, Komplexität, Intransparenz, Anzahl der Freiheitsgrade zur Entwicklung der Lösung, Dynamik der gegebenen Rahmenbedingungen sowie dem erforderlichen Wissen herangezogen werden.

Beate Bender, Kilian Gericke

Kapitel 8. Arbeiten mit Anforderungen: Requirements Management

Zusammenfassung

Im vorstehenden Kapitel wurde beschrieben, wie eine initiale Anforderungsbasis über das Ermitteln, Spezifizieren, Analysieren und Strukturieren von Anforderungen entwickelt wird (Requirements Engineering). Diese Anforderungsbasis ist aber keineswegs statisch, sondern unterliegt im weiteren Verlauf des Produktentstehungsprozesses einer ständigen Analyse, Priorisierung, Weiterentwicklung und Verifizierung. Das Entwickeln und das Arbeiten mit Anforderungen müssen, wie in Abb. 8.1 dargestellt, also eng verzahnt und aufeinander abgestimmt erfolgen.

Dietmar Göhlich, Tu-Anh Fay

Konzeptentwicklung

Frontmatter

Kapitel 9. Funktionen und deren Strukturen

Zusammenfassung

Das Konzept eines Produkts lässt die von einem Produkt zu erfüllenden Funktionen erkennen und beschreibt mit welchen Hilfsmitteln, den Funktionsträgern, diese erfüllt werden sollen. Es ist also ein Abbild der Produktarchitektur. Es gibt den prinzipiellen Aufbau und den prinzipiellen Zusammenhang der Haupt- und, wenn notwendig, auch der Nebenelemente des Produkts untereinander wieder.

Kilian Gericke, Beate Bender, Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Kapitel 10. Entwickeln von Wirkstrukturen

Zusammenfassung

Die Entwicklung der prinzipiellen Lösung ist eine anspruchsvolle Tätigkeit im Produktentwicklungsprozess und stellt einen sehr bedeutenden Arbeitsabschnitt dar. Ausgehend vom Funktionsverständnis werden für einzelne Teilfunktionen alternative Teillösungen in Form von Wirkprinzipien entwickelt. Die Integration einzelner Wirkprinzipien zu einer Gesamtlösung wird als Wirkstruktur bezeichnet. Die Konkretisierung der Wirkstruktur resultiert in der prinzipiellen Lösung, bzw. dem Wirkkonzept.

Kilian Gericke, Beate Bender, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Kapitel 11. Auswahl- und Bewertungsmethoden

Zusammenfassung

Im Lösungsfindungsprozess wird eine große Anzahl möglicher Lösungen erarbeitet. Damit wird der Lösungsraum erweitert. Bei der Bewertung hingegen wird eine Fokussierung auf eine oder einige wenige Alternativen herbeigeführt. Entscheidungen über die zu verfolgenden Alternativen, die eine zentrale Bedeutung im Hinblick auf den Fortschritt im Produktentwicklungsprozess einnehmen, müssen systematisch und nachvollziehbar getroffen werden.

Sandro Wartzack

Kapitel 12. Produktarchitektur

Zusammenfassung

Die Gestaltung der Produktarchitektur fokussiert die Analyse und Synthese der Zusammenhänge zwischen der funktionalen und physischen Produktbeschreibung in unterschiedlichen Entwicklungsphasen unterstützen. Ziel dabei ist es, Produkteigenschaften, wie Gewicht, Anpassbarkeit oder Montageaufwand, gezielt zu beeinflussen. Darüber hinaus ist die Gestaltung der Produktarchitektur die Grundlage für die Beherrschung von Variantenvielfalt, indem modulare Produktstrukturen realisiert werden.

Dieter Krause, Thomas Vietor, David Inkermann, Michael Hanna, Timo Richter, Nadine Wortmann

Produktgestaltung

Frontmatter

Kapitel 13. Gestaltung – Prozess und Methoden

Zusammenfassung

Nachdem in der Konzeptphase das Lösungskonzept zur Erfüllung des Entwicklungsauftrags erarbeitet wurde, wird im nächsten Schritt die Produktgestalt durch die Beschreibung ihrer geometrischen und stofflichen Merkmale festgelegt. Dieser Schritt, in dem aus dem Konzept der Entwurf und schließlich das herstellbare Produkt definiert wird, wird als Gestaltung bezeichnet. Zunächst werden in dem hier folgenden Kapitel Aktivitäten in der Gestaltung und Methoden zu ihrer Unterstützung beschrieben. Darauf folgend werden in den nächsten Kapiteln dieses Buchteils dann die Grundregeln der Gestaltung, Prinzipien und Richtlinien beschrieben.

Sven Matthiesen

Kapitel 14. Grundregeln der Gestaltung

Zusammenfassung

Durch die in Kap. 12 beschriebene Vorgehensweise zur Festlegung der Produktarchitektur werden die Hauptschnittstellen der Produktkomponenten, Baugruppen und Bauteile zueinander definiert. Auch die Beziehung der Komponenten untereinander wird entsprechend festgelegt. Die dabei zu beachtenden Anforderungen an das Produkt selbst sowie des wahrscheinlichen Fertigungsverfahrens liefern bereits eine Reihe von Hinweisen bzw. Vorgaben für die Gestaltung des Produkts. Im Rahmen des Entwurfs- und Ausarbeitungsprozesses als Teilschritte des Produktentwicklungsprozesses, vgl. Kap. 4, werden dann durch die Gestaltung die wesentlichen geometrischen Eigenschaften des Produkts festgelegt, sodass anschließend die Grobgestalt des Produkts vorliegt.

Eckhard Kirchner, Alfred Neudörfer

Kapitel 15. Gestaltungsprinzipien

Zusammenfassung

Übergeordnete Prinzipien zur zweckmäßigen Gestaltung sind in der Literatur mehrfach formuliert worden. Kesselring (1954) stellte die Prinzipien der minimalen Herstellkosten, des minimalen Raumbedarfs, des minimalen Gewichts, der minimalen Verluste und der günstigsten Handhabung auf. Leyer spricht u. a. vom Prinzip des Leichtbaus (Leyer 1974) und vom Prinzip der gleichen Wanddicke (Leyer 1963–1978). Es ist einsichtig, dass nicht alle Prinzipien zugleich in einer technischen Lösung verwirklicht werden können oder sollen. Eines der genannten Prinzipien kann wichtig und maßgebend sein, andere wünschenswert. Welches im Einzelnen maßgebend sein soll, lässt sich immer nur aus dem Wesenskern der Aufgabe und aus dem Fertigungshintergrund ableiten. Ihre übergeordnete Bedeutung ist damit gegenüber den Grundregeln in Kap. 11, die immer gelten, eingeschränkt. Durch methodisches Vorgehen und Aufstellen einer Anforderungsliste und durch einen Abstraktionsvorgang zum Erkennen des Wesenskerns der Aufgabe sowie durch Befolgen der Leitlinie werden die o. g. Prinzipien von Kesselring und Leyer in der Regel ohnehin in konkrete, zur Aufgabe in Relation stehende Gestaltungen umgesetzt. Durch die geklärte Aufgabenstellung werden nämlich maximal zulässige Herstellkosten, größter Raumbedarf, zulässiges Gewicht usw. im Allgemeinen angegeben und festgelegt.

Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz

Kapitel 16. Gestaltungsrichtlinien

Zusammenfassung

Die Grundregeln „eindeutig“, „einfach“ und „sicher“ (Kap. 14) sowie die im Kap. 15 beschriebenen Gestaltungsprinzipien sind aus den generellen Zielsetzungen an jedes zu entwickelnde Produkt abgeleitet und daher immer zu berücksichtigen. Darüber hinaus existiert eine Vielzahl spezifischer Gestaltungsrichtlinien, die jeweils auf für einen konkreten Entwicklungskontext geltender Zielsetzungen ausgerichtet sind. Dies können etwa die besondere Bedeutung von Leichtbauprinzipien im Flugzeugentwurf, die Korrosionsbeständigkeit in Anwendungen der Medizintechnik oder auch Prinzipien der modularen Produktgestaltung für ein Zulieferunternehmen in der Automobilbranche sein.

Beate Bender, Kilian Gericke, Jörg Heusel, Thomas Bronnhuber, Olaf Helms, Jens Krzywinski, Fritz Klocke, Klaus Dilger, Rainer Müller, Tobias Ehlers, Roland Lachmayer

Begleitprozesse der Produktentwicklung

Frontmatter

Chapter 17. Projektmanagement

Zusammenfassung

Sie müssen kurzfristig einen Projektplan skizzieren oder überarbeiten, oder eine wichtige Projektbesprechung vorbereiten? Konzentrieren Sie sich auf die folgenden sechs Bereiche und die dazugehörigen Fragen:

Josef Oehmen

Chapter 18. Qualitätssicherung in der Produktentwicklung und Konstruktion

Zusammenfassung

Produktentwicklung und Konstruktion sind für ein Unternehmen von zentraler Bedeutung. Hier werden die Voraussetzungen geschaffen, um Produktideen in herstellbare und vermarktbare Produkte umzusetzen. Fehler in der Entwicklung und Konstruktion können sich deshalb für ein Unternehmen gravierend auswirken.

Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Chapter 19. Produktdokumentation

Zusammenfassung

Die Aufgabe der Produktdokumentation („Technische Produktdokumentation“ gemäß VDI-Richtlinie 4500 (2006)) besteht darin, mit geeigneten Dokumenten ein Produkt über seinen kompletten Lebenszyklus hindurch zu begleiten, um darin alle für das Produkt relevanten Informationen zu speichern (mit der Tendenz zu einer kompletten digitalen Abbildung dieses Produkts, dem sogenannten „Digitalen Zwilling“).

Sándor Vajna, Michael Schabacker

Chapter 20. Technisches Änderungsmanagement

Zusammenfassung

Komplett eigenständige Produktentwicklungen sind heute kaum vorstellbar. Ein Hersteller entwickelt seine Produkte in enger Kooperation mit Lieferanten bzw. Entwicklungspartnern. In der Automobilindustrie ist es üblich, dass Baugruppen wie Bodengruppen, Motoren, Getriebe und Achsen von Lieferanten kommen und in die eigenen Fahrzeugmodelle integriert werden.

Gamal Lashin

Kapitel 21. Kostenmanagement

Zusammenfassung

Auch für den Konstrukteur und Entwickler ist die Auseinandersetzung mit den Produktkosten und deren Optimierung mittlerweile ein wesentlicher Aspekt seiner täglichen Arbeit. Im folgenden Kapitel werden daher grundlegende betriebswirtschaftliche Begriffe und Zusammenhänge, die Zusammensetzung der Produktkosten und deren Beeinflussung durch die Arbeit des Konstrukteurs und Entwicklers erläutert.

Florian Kauf

Kapitel 22. Ökodesign

Entwicklung von Produkten mit verbesserter Ökobilanz

Zusammenfassung

Jedes Produkt hat über seinen gesamten Lebenszyklus hinweg Auswirkungen auf die Umwelt (z.Bs. durch den Verbrauch von Ressourcen und die Entstehung von Abfällen). Es wird zunehmend anerkannt, dass Hersteller und Verbraucher eine gemeinsame Verantwortung tragen, dafür zu sorgen, dass die negativen Umweltauswirkungen, die durch die Herstellung und den Konsum von Produkten und Systemen entstehen, so gering wie möglich sind, oder dass wir sicherstellen können, dass wir positive (oder netto-neutrale) Auswirkungen aus unserer Nutzung der Ressourcen des Planeten ziehen. Ökodesign ist ein Weg, um den Produktentwickler durch einen strukturierten Ansatz zur Verbesserung der Umwelt in jeder Phase des Produktentwicklungsprozesses und unter Berücksichtigung aller Phasen des Produktlebenszyklus zu unterstützen. Dieses Kapitel stellt eine kurze Geschichte und den aktuellen Stand der Praxis des Ökodesigns vor und führt einen strukturierten Ansatz für das Ökodesign ein, der sich auf zwei komplementäre Ansichten konzentriert: top-down, den designgetriebenen Ansatz und bottom-up, den ökologischen Lebenszyklusansatz. Verwandte Praktiken, Strategien, Richtlinien und Werkzeuge werden vorgestellt, um zu veranschaulichen, wie Ökodesign in den Entwicklungsprozess integriert werden kann.

Tim C. McAloone, Daniela C. A. Pigosso

Chapter 23. Umgang mit Normen und Normung

Zusammenfassung

In einer Studie (DIN e. V. 2009) zeigte sich, dass weniger als 10 % der befragten Unternehmen ihren Normenbestand IT-gestützt organisieren. Daneben wurde festgestellt, dass knapp 40 % nicht wissen, welche für ihr Unternehmen relevanten Normen gesetzlich bindende Kraft haben. Diese Zahlen dokumentierten auf bedenkliche Weise, dass das Wissenspotenzial, das in Normen und Standards – im Folgenden allgemein technische Regeln genannt – steckt, nur in geringem Maße genutzt wurde.

Albert Hövel, Mario Schacht

Kapitel 24. Patente und gewerbliche Schutzrechte

Zusammenfassung

Die Bedeutung von Patenten für den Schutz neu entwickelter Produkte zeigt sich in seit Jahren international kontinuierlich steigenden Anmeldezahlen. Doch nicht nur Patente, sondern auch die übrigen gewerblichen Schutzrechte – Gebrauchsmuster, Geschmacksmuster und Marken – können helfen, Innovationen gegen Nachahmer zu schützen. Die gewerblichen Schutzrechte ergänzen und unterstützen weitere unternehmerische Maßnahmen wie die Geheimhaltung von Know-how oder eine schnelle Marktreife und -einführung neuer Technologien.

Patrick Erk

Chapter 25. Virtuelle Produktentwicklung

Zusammenfassung

Die Virtuelle Produktentstehung versteht sich als vollständige Digitalisierung des Produktentstehungs-prozesses – von der Planung über die Konstruktion bis zur Validierung der gefundenen Lösung anhand von Simulationen und Testen der Produkteigenschaften. Die Voraussetzungen dafür sind simulationsfähige digitale Produktmodelle, die idealerweise sämtliche Merkmale, Eigenschaften und zunehmend auch Interaktionen des Produktes – idealerweise auch mit der Umgebung (z. B. Digitale Fabrik) – abbilden. Die virtuelle Produktentstehung verortet sich zunächst in den initialen Phasen des Produktentstehungsprozesses und des Produktlebenszyklus (Abb. 25.1), also beginnend von der Planung und Konzeptionierung bis hin zur digitalen Fertigungsplanung und -absicherung.

Gamal Lashin, Rainer Stark

Backmatter

Titel: Pahl/Beitz Konstruktionslehre
herausgegeben von: Prof. Dr. Beate Bender
Dr. Kilian Gericke
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-57303-7
Print ISBN: 978-3-662-57302-0
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-57303-7

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