Lehrgang Konstruktionsmethodik - · PDF fileals sogenannte Black Box wird in Hinblick auf Neukonstruktionen und Entwick-lungsaufgaben intensiv diskutiert. 2.3 Didaktik

Lehrgang Konstruktionsmethodik

Dieses Projekt ist mit Hilfe der Kommission der Europaischen Gemeinschaften im

Rahmen des Programmes LEONARDO DA VINCI verwirklicht worden.

Johannes Steinschaden

Fachhochschul Studiengange Vorarlberg GmbH

Dornbirn, im Wintersemester 1998/1999

Motivation

Der Markterfolg eines technischen Produktes ist ganz entscheidend vom Innova-tionsgrad abhangig. Die Innovation darf sich dabei nicht auf die Produktidee be-schranken. Vielmehr muß der gesamte Entwicklungs- und Konstruktionsprozeß In-novationen unterstutzen. Der Einsatz von Methoden ermoglicht es der Konstruk-teurin und dem Konstrukteur, ein viel breiteres Losungsspektrum zu erkennen undsystematisch zu bearbeiten.

Dadurch kann der Innovationsgrad von technischen Produkten erhoht werden.Weiteres kann die Qualitat der Konstruktion durch systematisch methodisches Vor-gehen entscheidend verbessert werden.

Didaktik

Didaktisch ist der Lehrgang so aufgebaut, daß ausgehend von einzelnen abgeschlos-senen theoretischen Modulen die Methoden und Vorgehensweisen praktisch erar-beitet werden. Die Lernenden mussen selbstandig die theoretischen Ausarbeitungenumsetzen. Wo es moglich ist, wird in Gruppen anhand von konkreten Aufgaben-stellungen gearbeitet.

Die theoretischen Moduli werden in drei unterschiedlichen Formen angeboten.Fur jeden Modul existiert eine grafische Ubersicht in Form eines Mind Maps, einFoliensatz zur Prasentation und ein Text fur den Vortragenden und zum Selbststu-dium. Alle Daten sind auch mittels eines entsprechenden Internetbrowsers direktvon der CD-ROM darstellbar.

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Inhaltsverzeichnis

1 Allgemeines 1

2 Technische Systeme 22.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22.4 Definition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.5 Elemente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.6 Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.7 Darstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.8 Abstraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.9 Ein- und Ausgangsgroßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.10 Arten von Systemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.10.1 Zielsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.10.2 Sachsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.10.3 Handlungssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.11 Klassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.11.1 Klassifikation nach der Hauptumsatzart . . . . . . . . . . . . 52.11.2 Klassifikation nach den Modellierungsbegriffen technischer Sy-

steme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.11.3 Klassifikation nach weiteren Eigenschaften . . . . . . . . . . . 6

2.12 Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.12.1 Ubung Kaffeemaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.12.2 Ubung Drehmaschine . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3 Grundlagen methodischen Vorgehens 83.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83.4 Denkpsychologische Zusammenhange beim Problemlosen . . . . . . . 9

3.4.1 Kennzeichen von Problemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.4.2 Mittel zum Problemlosen - Denkstrukturen . . . . . . . . . . 10

3.5 Denken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103.6 Gute Problemloser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.7 Allgemeine Arbeitsmethodik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123.8 Allgemein anwendbare Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

3.8.1 Methode des gezielten Fragens . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.8.2 Methode der Negation und Neukonzeption . . . . . . . . . . . 133.8.3 Methode des Vorwartsschreitens . . . . . . . . . . . . . . . . 133.8.4 Methode des Ruckwartsschreitens . . . . . . . . . . . . . . . 133.8.5 Methode des Faktorisierens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.8.6 Methode des Systematisierens . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

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3.9 Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.9.1 Ubung gezieltes Fragen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.9.2 Ubung Systematisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153.9.3 Ubung Kombination von Methoden . . . . . . . . . . . . . . 15

4 Ideenfindung 174.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.4 Methoden zur Losungsfindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174.5 Recherchierende Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.5.1 Literaturrecherche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.5.2 Analyse naturlicher Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.5.3 Analyse analoger technischer Systeme . . . . . . . . . . . . . 184.5.4 Messungen und Modellversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.6 Intuitive Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184.6.1 Brainstorming (nach Osborn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.6.2 Synektik (nach Gordon) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204.6.3 Brainwriting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

4.7 Diskursive Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.7.1 Systematische Untersuchung des physikalischen Geschehens . 234.7.2 Systematische Suche mittels Ordnungsschemata (nach Dreiholz) 234.7.3 Verwendung von Katalogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

4.8 Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.8.1 Ubung Brainstorming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.8.2 Ubung Galeriemethode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254.8.3 Ubung Konstruktionskatalog . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

5 Methoden zur Losungskombination 275.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.4 Notwendigkeit der Kombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275.5 Systematische Kombination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.6 Mathematische Methoden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 285.7 Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

5.7.1 Morphologischer Kasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.7.2 Kombinationsvielfalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

6 Allgemeine Auswahlmethoden 316.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.4 Einschrankung der Losungsvielfalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.5 Ausscheiden und Bevorzugen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316.6 Auswahlliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

7 Allgemeine Bewertungsmethoden 337.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 337.4 Bewerten ausgewahlter Losungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . 337.5 Anforderungen an Bewertungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . 347.6 Bewertungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

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7.7 Nutzwertanalyse und technisch-wirtschaftliche Bewertung . . . . . . 347.7.1 Bewertungskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 347.7.2 Bedeutung fur den Gesamtwert . . . . . . . . . . . . . . . . . 357.7.3 Zusammenstellen der Eigenschaftsgroßen . . . . . . . . . . . . 367.7.4 Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.7.5 Gesamtwert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.7.6 Vergleichen der Losungsvarianten . . . . . . . . . . . . . . . . 367.7.7 Trennung der Wertigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367.7.8 Starke-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.8 Binare Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.9 Abschatzen von Beurteilungsunsicherheiten . . . . . . . . . . . . . . 37

7.9.1 Personenbedingte Fehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 377.9.2 Verfahrensbedingte Fehler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7.10 Suche nach Schwachstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.11 Vergleich von Bewertungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

7.11.1 Nutzwertanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.11.2 VDI 2225 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.11.3 Binarvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

7.12 Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.12.1 Ubung Binarvergleich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387.12.2 Ubung VDI 2225 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397.12.3 Ubung Nutzwertanalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

8 Produktionsprozeß 418.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 418.4 Gesamtprozeß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

9 Konstruktionsprozeß 439.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439.4 Abgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449.5 Gliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449.6 Der Konstruktionsprozeß . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

10 Klaren des Konstruktions- oder Entwicklungsauftrages 4610.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4610.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4610.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4610.4 Arbeitsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4610.5 Analyse der Aufgabenstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4710.6 Anforderungsliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

10.6.1 Bedeutung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4710.6.2 Klassifizierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.6.3 Anforderungen an Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.6.4 Formular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4810.6.5 Leitlinie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

10.7 Uberprufung von Kosten, Ressourcen und Termine . . . . . . . . . . 4910.8 Planung der Konstruktionsablaufs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4910.9 Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

10.9.1 Ubung Auftraggeberrolle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5010.9.2 Ubung Anforderungsliste erstellen . . . . . . . . . . . . . . . 50

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10.9.3 Ubung implizite Anforderungen erkennen . . . . . . . . . . . 5110.9.4 Ubung Konstruktionsablauf planen . . . . . . . . . . . . . . . 51

11 Konzeptphase 5311.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5311.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5311.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5311.4 Arbeitsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5311.5 Abstraktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5411.6 Gesamtfunktion und Teilfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

11.6.1 Funktionsbegriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5411.6.2 Struktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

11.7 Erfullung der Teilfunktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5511.7.1 Wirkprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5511.7.2 Wirkstruktur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5511.7.3 Suche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5511.7.4 Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

11.8 Konkretisieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5611.9 Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5611.10Freigabe zum Entwurf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5611.11Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

11.11.1 Ubung Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

12 Entwurfsphase 5812.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5812.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5812.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5812.4 Arbeitsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5812.5 Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5912.6 Strukturieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5912.7 Gestalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6012.8 Grundregeln der Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

12.8.1 Eindeutig . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6012.8.2 Einfach . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6012.8.3 Sicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

12.9 Gestaltungsprinzipien und -richtlinien . . . . . . . . . . . . . . . . . 6312.10Feingestalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6312.11Bewertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6312.12Vervollstandigen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6312.13Entscheidung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6312.14Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63

12.14.1 Ubung Grundregeln der Gestaltung . . . . . . . . . . . . . . 63

13 Ausarbeitungsphase 6413.1 Ziele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6413.2 Inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6413.3 Didaktik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6413.4 Arbeitsschritte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6413.5 Erzeugnisgliederung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6513.6 Dokumentation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

13.6.1 Virtuelle Modelle und Zeichnungen . . . . . . . . . . . . . . . 6513.7 Stucklisten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66

13.7.1 Strukturstuckliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6713.7.2 Baukasten–Stuckliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

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13.7.3 Mengenubersichtsstuckliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6713.7.4 Variantenstuckliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6713.7.5 Teileverwendungsnachweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

13.8 Datenhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6713.8.1 Stammdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6813.8.2 Strukturdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

13.9 Kennzeichnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6813.9.1 Nummernsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6813.9.2 Sachmerkmale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

13.10Ubungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

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Kapitel 1

Allgemeines

Die Konstruktionswissenschaft bietet Methoden zur Analyse und Synthese von Sy-stemen. Die Konstruktionsmethodik baut auf der Theorie der technischen Systemeund der Theorie der Konstruktionsprozesse auf und bietet Unterstutzung fur dieKonstruktionspraxis (Bild 1.1).

Abbildung 1.1: Konstruktionsmethodik

1

Kapitel 2

Technische Systeme

2.1 Ziele

Dieses Kapitel befaßt sich mit der Betrachtung von technischen Systemen Nachder Bearbeitung dieses Kapitels werden Sie erkannt haben, warum Sie Dinge alstechnisches System betrachten sollen. Sie werden wissen wie ein technisches Systemfestgelegt und beschrieben wird. Anhand unterschiedlicher Beispiele werden Sie dasVorgehen geubt haben. Sie werden bemuht sein bei Problem- und Aufgabenstel-lungen die Betrachtungsweise technischer Systeme anzuwenden. Dies sowohl auf dieAufgabenstellung, als auch auf die Aufgabe.

2.2 Inhalt

Ausgehend von der beispielhaften Darstellung der Probleme, die durch unklare Ab-grenzungen von Problemstellungen und Aufgaben auftreten konnen, wird auf dieBeschreibung von technischen Systemen eingegangen. Die Elemente, die ein techni-sches System beschreiben, werden aufgefuhrt. Ihr Einfluß auf die Betrachtung desSystems wird aufgezeigt. Besonders die abstrakteste Form der Systemdarstellungals sogenannte Black Box wird in Hinblick auf Neukonstruktionen und Entwick-lungsaufgaben intensiv diskutiert.

2.3 Didaktik

Dieses Kapitel sollte grundsatzlich interaktiv im Dialog mit den Lernenden bear-beitet werden. Die oder der Lehrende hat die Aufgabe, die Lernenden auf Zusam-menhange und Abhangigkeiten aufmerksam zu machen. Er muß steuernd eingreifen,um alle wichtigen Aspekte bewußt zu machen. Zur besseren Ubersicht sollten dieDarstellungen von technischen Systemen und deren notwendige Elemente gemein-sam von der oder dem Lehrenden und den Lernenden zusammengefaßt werden. DenLernenden soll durch Beispiele des taglichen Lebens gezeigt werden, wie leicht undsinnvoll diese Betrachtungsweise ist. Die Bedeutung der sauberen und vollstandi-gen Systemabgrenzung kann den Lernenden besonders eindringlich bewußt gemachtwerden, wenn sie selbst unsaubere Abgrenzungen vornehmen und das selbst erken-nen Bewußt allgemein gehaltene Aufgabenstellungen provozieren dies.

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2.4 Definition

Mit Hilfe des Systembegriffes der Systemtechnik werden technische Systeme mitihren Eigenschaften beschrieben. Die Definition des Begriffes System lautet:

Ein System ist ein abgegrenztes Gebilde, das eine bestimmte Funktionerfullt.

Der Systembegriff ist nicht auf physisch vorhandene Dinge eingegrenzt.

2.5 Elemente

Technische Systeme werden durch folgende Elemente definiert

• Systemgrenzen

• Eingangsgroßen mit ihren Eigenschaften

• Ausgangsgroßen mit ihren Eigenschaften

• Elemente des Systems innerhalb seiner Grenzen mit ihren Beziehungen unter-einander

• Systemumwelt

2.6 Funktion

Die Funktion eines technischen Systems ist die Eigenschaftsanderung von Eingangs-zu Ausgangsgroßen.

2.7 Darstellung

Technische Systeme werden ublicherweise entsprechend der Abbildung 2.1 darge-stellt.

Abbildung 2.1: Darstellung

In dieser Darstellung sind, mit Ausnahme der Eigenschaften der Ein- und Aus-gangsgroßen, somit alle notwendigen Elemente eines Systems dargestellt. Die bild-liche Darstellung der Elemente eines Systems wird oft weggelassen.

Die Elemente eines Systems konnen selbst wiederum Systeme sein. Man sprichtdann von Teilsystemen eines Systems. Von grundlegender Bedeutung fur das Ver-stehen eines Systems ist es, die Beziehungen zwischen den Elementen eines Systems

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zu erkennen. Werden diese Beziehungen wiederum als Ein- und Ausgangsgroßen mitEigenschaften des jeweiligen Elementes aufgefaßt, so liegt es nahe, diese Elementeebenfalls als Systeme und damit als Teilsysteme des Gesamtsystems zu betrachten.Umgekehrt ist es moglich eine betrachtetes System in ein ubergeordnetes Systemeinzubetten.

2.8 Abstraktion

Die Betrachtung und Darstellung der Elemente eines technischen Systems erfolgtauf unterschiedlichen Abstraktionsniveaus. Die abstrakteste Form wird als BlackBox bezeichnet und geht auf die Elemente innerhalb des technischen Systems nichtnaher ein. Siehe Abbildung 2.2.

Abbildung 2.2: Black Box

Besonders im Hinblick auf neue Aufgabenstellungen und Neukonstruktionen istdiese Betrachtungsweise sehr wichtig. Da auf die innere Struktur des Systems vor-erst uberhaupt verzichtet wird, bestehen weniger Fixierungen auf bereits bekannteLosungen. Konsequentes behandeln der gesuchten Losung als Black Box zwingtdazu, die Systemabgrenzung sauber vorzunehmen. Auch die uber die Systemgren-zen gehenden Großen mussen umfassend definiert und analysiert werden. Weitersmussen die Eigenschaften dieser Großen eindeutig festgelegt werden.

2.9 Ein- und Ausgangsgroßen

Die Betrachtungsweise technischer Systeme hangt entscheidend von der Qualitat derFestlegungen ab. Die Abgrenzung des Systems bestimmt alle weiteren Betrachtun-gen und Vorgehensweisen. Von gleich großer Bedeutung sind die Ein- und Ausgangs-großen des Systems mit ihren Eigenschaften. Diese Großen konnen grundsatzlich indrei Auspragungsformen auftreten. Man unterscheidet Stoff, Energie und Informa-tion.

2.10 Arten von Systemen

Systeme konnen in verschiedene Arten unterschieden werden.

2.10.1 Zielsysteme

Speziell in Hinsicht auf Produktentwicklung und Konstruktion stellen beispielsweiseAnforderungen und ihre Beziehungen ein Zielsystem dar.

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2.10.2 Sachsysteme

Sachsysteme sind die Objekte der Handlungssysteme. In technischer Hinsicht ver-steht man darunter die Produkte, Teile, Anlagen u. a. Diese Sachsysteme mussenaber nicht unbedingt materieller Natur sein. Beispielsweise kann auch Software einSachsystem sein.

2.10.3 Handlungssysteme

Handlungssysteme beschreiben strukturierte Aktivitaten die beispielsweise notwen-dig sind um in Zielsystemen festgelegte Sachsysteme zu erstellen. Sie betreffen damitinsbesondere die Ressourcen, die Organisation und die Ablaufe. Auch die Konstruk-tionsmethodik kann als Handlungssystem interpretiert werden.

2.11 Klassifikation

Die Klassifikation technischer Systeme ist nach vielfaltigen Gesichtspunkten moglich.Einige der wichtigsten Klassifizierungsarten werden kurz angesprochen.

2.11.1 Klassifikation nach der Hauptumsatzart

Technische Systeme bewirken i. a. eine Zustandsanderung eines Operanden - desUmsatzproduktes - zur Erfullung ihrer Funktion (Zweckerfullung). Man bezeichnetdies als den Hauptumsatz. Meist existieren daneben noch weitere Umsatze, diejeweils als Nebenumsatz bezeichnet werden. Nebenumsatz ist jeder Umsatz der derErfullung der Funktion dient, nicht aber jener Umsatz, der die Funktion erfullt.

Nach DIN-Fachbericht 12 (Beuth 1987) werden die Umsatzarten klassifiziert in

• Stoff (Materie)

• Energie

• Informationen (Signale, Daten)

Bsp. NC - Maschine

Klassifikation nach Komplexitat, Flußstruktur und Baustruktur:

Komplexitat ist abhangig von der Anzahl und Unterschiedlichkeit der Elementeund der Anzahl und Vielfalt der Relationen zwischen den Elementen.

Baustruktur ist die Unterteilung in Bauelemente und Bauteile und deren Zusam-menfassung in Baugruppen. Diese konnen wiederum in Maschinen, Geratenund Aggregaten, sowie in technische Anlagen zusammengefaßt sein.

Flußstruktur ist die Wiedergabe der Flusse von Stoff, Energie und Informationin einem technischen System in Form von Schaltplanen, Funktionsstrukturenund Ahnlichem.

2.11.2 Klassifikation nach den Modellierungsbegriffen tech-nischer Systeme

In der Konstruktionsmethodik werden die folgenden Modellierungsbereiche klassi-fiziert:

Funktion - funktionelle Losung

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Physik - physikalische Losung

Gestalt - gestalterische Losung

2.11.3 Klassifikation nach weiteren Eigenschaften

Weiters kann nach den verschiedensten Gesichtspunkten klassifiziert werden, bei-spielsweise nach:

• Werkstoffart

• Stuckzahl

• Fertigungsart

• Große

• Automatisierungsgrad

• Leistung, Geschwindigkeit

• Gewicht

• Schmierungsart

2.12 Ubungen

2.12.1 Ubung Kaffeemaschine

Aufgabenstellung

Darstellen des Systems Kaffeemaschine als technisches System. Die Systemgrenzenkonnen frei gewahlt werden. Das System ist moglichst vollstandig zu beschreiben.

Gruppengroße

2-6 Personen, die Bearbeitung in der Gruppe soll auch die Teamkompetenz derLernenden fordern.

Zeit

15 Minuten

Ziel

Die Lernenden sollen auf die Problematik unscharfer Aufgabenstellungen aufmerk-sam werden. Andererseits muß deutlich vor Augen gefuhrt werden, daß man dazuneigt konkrete Dinge als vereinbart anzunehmen, die Auftraggeber aber weder an-genommen noch ausgesprochen wurden. Leider gilt der Satz ,,Sie glauben etwasanderes gehort zu haben, als ich glaube Ihnen gesagt zu haben”. Weiters sollenUberlegungen zur Systemdefinition im Team diskutiert werden. Die Teilnehmersollen erkennen, daß dies selbst bei einfach wirkenden Systemen sehr aufwendigsein kann. Sie sollen erkennen, welchen Einfluß das Verschieben der Systemgrenzenhaben kann und wie notwendig das Erkennen der Eigenschaften der Input- undOutputgroßen ist.

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Ablauf

Die Lernenden sollten nach einigen Minuten vom Lehrenden genauere Angaben ver-langen, da sie erkennen sollten, daß die Angaben zu wenig konkret waren. Sollteneinzelne Gruppen nicht von sich aus auf genauere Angaben gedrangt haben, so sindsie speziell darauf hinzuweisen. In der Aufgabenstellung wurde bewußt nur der Be-griff ,,Kaffeemaschine” gewahlt, ohne beispielsweise genauer zwischen Filter- undEspressomaschine oder zwischen Kaffeemaschinen fur den kommerziellen und denprivaten Einsatz zu differenzieren. Es wurde ganz bewußt nicht darauf eingegan-gen, welche Großen uber die Systemgrenzen gehen und welche Eigenschaften siehaben. Vielmehr soll dies die Aufgabe der Lernenden sein. Sobald die Lernendendies erkannt haben, sollten sie Variationen der Systemgrenzen in unterschiedlichenGruppen vornehmen. Es ist darauf zu achten, daß die Großen vollstandig und mitihren Eigenschaften erfaßt werden.

2.12.2 Ubung Drehmaschine

Aufgabenstellung

Beschreiben Sie bitte vollstandig das System Drehmaschine als Black Box.

Gruppengroße

2-6 Personen

Zeit

15 Minuten

Ziel

Primares Ziel dieser Ubung ist, die bereits bekannte Systemdefinition anhand na-heliegender Beispiele zu uben und damit den Lernerfolg zu verbessern.

Ablauf

Besonderer Wert sollte auf die korrekte Abgrenzung gelegt werden. Die Großen,die uber diese Systemgrenzen gehen, sind vollstandig zu erfassen. Ihre jeweiligenEigenschaften sind zu spezifizieren.

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Kapitel 3

Grundlagen methodischenVorgehens

3.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels werden Ihnen die wichtigsten denkpsycholo-gischen Zusammenhange beim Problemlosen bekannt sein und Sie werden sich derBedeutung methodischen Vorgehens bewußt sein.

Sie werden bemuht sein, bei Problemlosungen methodisch vorzugehen und be-wußt einige der sechs aufgezeigten allgemein anwendbaren Methoden, in unter-schiedlicher Kombination und Auspragung, zielgerichtet einzusetzen.

3.2 Inhalt

Das vorliegende Kapitel behandelt allgemein gultige Zusammenhange zwischen Pro-blemen und dem methodischen Vorgehen zu deren Losung.

Ausgehend von der Erklarung, unter welchen Umstanden man von einem Pro-blem spricht, wird auf die denkpsychologischen Zusammenhange beim Problemloseneingegangen. Denkstrukturen werden in ihren Grundzugen vorgestellt und erklart.Aufbauend auf den Erkenntnissen der Denkpsychologie wird aus Untersuchungenuber gute Problemloser ein allgemeines methodisches Vorgehen abgeleitet. Im An-schluß werden die sechs wichtigsten allgemein anwendbaren Arbeitsmethoden an-gefuhrt und kurz erlautert. Zum Abschluß dieses Kapitels wird die allgemeine prak-tische Anwendung der angegebenen Methoden diskutiert.

3.3 Didaktik

Dieses Kapitel ist so aufgebaut, daß grundsatzlich zwei verschiedene Vorgehenswei-sen denkbar sind. Einerseits kann der Theorieblock im Ganzen vorgetragen werdenund anschließend werden die unterschielichen allgemein anwendbaren Arbeitsme-thoden anhand von Aufgabenstellungen in Gruppen umgesetzt. Andererseits kanngerade dieses thema von Beginn an interaktiv mit den Lernenden gemeinsam erar-beitet werden. Die hier vorgestellten Ansatze stellen ja Bekanntes in verstandlichenund anschaulichen Zusammenhang und geben keine grundsatzlich neuen Erkennt-nisse wider. Somit kann, wenn die Gruppe der Lernenden klein genug ist und dieLernenden zur aktiven Mitarbeit motiviert sind, die Definition der Kennzeichen ei-nes Problems gemeinsam erfolgen. Nach der Prasentation der Denkstrukturen durchden Vortragenden konnen die Schlußfolgerungen aus den Untersuchungen uber gute

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Problemloser wiederum in der gruppe erarbeitet werden. Allerdings muß dafur einrelativ großzugiger Zeitrahmen zur Verfugung stehen. Im Anschluß an den theoreti-schen Inhaltwerden die unterschiedlichen allgemein anwendbaren Arbeitsmethodenanhand von Aufgabenstellungen in Gruppen umgesetzt.

3.4 Denkpsychologische Zusammenhange beim Pro-blemlosen

Die im Folgenden angegebenen denkpsychologischen Zusammenhange und methodi-schen Ansatze sind allgemein gultig und nicht speziell auf die Konstruktionstatigkeitbezogen.

Ausgehend von den Kennzeichen von Problemen wird auf Denkstrukturen alsMittel zum Problemlosen eingegangen. Erkenntnisse der Denkpsychologie uber guteProblemloser werden angefuhrt.

3.4.1 Kennzeichen von Problemen

Ein Problem ist durch drei Komponenten gekennzeichnet:

• Unerwunschter Anfangszustand

• Erwunschter Endzustand

• Hindernisse, die eine Transformation vom unerwunschten Anfangszustand zumerwunschten Endzustand im jeweiligen Zeitpunkt verhindern.

Diese drei Komponenten beschreiben ein Problem und unterscheiden es dadurcheindeutig von einer Aufgabe. Bei einer gestellten Aufgabe sind die Mittel und Me-thoden zu deren Bewaltigung eindeutig bekannt.

Die Hindernisse, die kennzeichnend fur ein Problem sind, konnen aus folgendenGrunden bestehen:

• Mittel der Transformation sind unbekannt und mussen noch gefunden werden(Synthese-, Operatorproblem)

• Mittel sind bekannt, aber so zahlreich oder es mussen so viele kombiniertwerden, daß ein systematisches Durchprobieren unmoglich ist. (Interpolations-, Kombinations-, Auswahlproblem)

• Ziele sind nur vage bekannt oder unscharf formuliert. Die Losung entstehtdurch permanentes Abwagen und Beseitigen von Widerspruchen (Dialektisches-, Such-, Anwendungsproblem)

Zusatzliche Merkmale von Problemen:

Komplexitat: viele Komponenten mit unterschiedlich starker Verknupfung, die sichgegenseitig beeinflussen.

Unbestimmtheit: nicht alle Anfangsbedingungen, nicht alle Zielkriterien liegenfest, der Einfluß von Teilllosungen auf andere Teilllosungen und auf die Ge-samtlosung wird erst nach und nach erkannt.

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3.4.2 Mittel zum Problemlosen - Denkstrukturen

Denkprozesse sind Prozesse im Gedachtnis und umfassen auch die Veranderung vonGedachtnisinhalten. Zum Problemlosen sind Faktenwissen (epistemische Struktur)und das Wissen um die Verfahren und Methoden zur Losungsfindung (HeuristischeStruktur) notwendig.

In der Denkpsychologie wird das in Abbildung 3.1 angedeutete Gedachtnismodellverwendet.

Abbildung 3.1: Gedachtnismodell

Langzeitgedachtnis

Epistemische StrukturFaktenwissen wird in Form von schemantischen Netzen gespeichert. Die Kno-ten stellen dabei die Inhalte in Form von Begriffen dar. Die Relationen werdendurch Faden dargestellt. Dorner unterscheidet 3 Gruppen von Relationen:

• Abstraktheitsrelationen (Ober-/Unterbegriff)

• Teil-Ganzes-Relationen (Bestandteile)

• Raum-Zeit-Relationen

Heuristische StrukturReichen die in der epistemischen Struktur gespeicherten Handlungsprogram-me (Operatoren) zur Bewaltigung einer Situation nicht mehr aus, so nimmtdiese Problemcharakter an. Zur Problemlosung werden dann auf einer hoheren(Meta-) Ebene aus einer begrenzten Anzahl von Operatoren neue Operatorengebildet. Dadurch entstehen Heurismen. Dorner sieht das TOTE-Schema alsein Grundschema fur Heurismen an.

Das TOTE–Schema besteht aus zwei Prozessen, einem Prufprozeß ,,Test” undeinem Veranderungsprozeß ,,Operate”. Abbildung 3.2 zeigt das Schema.

3.5 Denken

Denken besteht grundsatzlich im Aufbau und der Umbildung von semantischenNetzen. Man unterscheidet:

Intuitives Denken - einfallsbetont, Denkprozeß ist unbewußt, der ,,plotzliche Ein-fall” benotigt jedoch sicher eine gewisse Zeit des ungestorten unbewußtenDenkens.

Diskursives Denken - Fakten und Relationen werden bewußt analysiert, variiert,neu kombiniert, gepruft, verworfen oder weiter in Betracht gezogen.

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Abbildung 3.2: TOTE–Schema

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3.6 Gute Problemloser

Nach Erkenntnissen der Denkpsychologie zeichnen sich gute Problemloser durch

• gutes, strukturiertes fachliches Wissen,

• situationsbezogen richtiges Maß zwischen Konkretheit und Abstraktion,

• Handlungsfahigkeit auch bei Unscharfe,

• Zielorientierung bei flexiblem Entscheidungsverhalten,

• Aktivierung zielgerichteter Kreativitat,

• erkennen von Wichtigkeit und Dringlichkeit,

• planen, steuern und Kontrolle der eigenen Arbeit

aus.

3.7 Allgemeine Arbeitsmethodik

Beim methodischen Vorgehen sollte man

• Ziele definieren

• Bedingungen aufzeigen

• Vorurteile auflosen

• Varianten suchen

• beurteilen

• Entscheidungen fallen

unter Beachtung von

• Wahl des zweckmaßigen Denkens

• Gliederung der Gesamtaufgabe in Teilaufgaben und Versuch des moglichstbewußten diskursiven Denkens mit Unterstutzung der Intuition

• Analyse zur Informationsgewinnung durch Zerlegen und Aufgliedern, sowiedurch Untersuchen der Eigenschaften einzelner Elemente und der Zusam-menhange zwischen ihnen.Hilfsmittel sind dabei

– Problemanalyse - Trennung von Wesentlichem und Unwesentlichem, Auf-gliedern in Teilprobleme

– Strukturanalyse - hierarchisch, logisch

– Schwachstellenanalyse

• Abstraktion zum Finden von ubergeordneten Zusammenhangen. D.h. allge-mein gultigere Formulierung und Erkennen der wesentlichen Merkmale

• Arbeitsteilung und Zusammenarbeit ist notwendig bei umfangreichen undkomplexen Aufgaben. Sie ermoglicht Spezialisierung und eventuell eine Verkurzungder Bearbeitungszeit. Weiters fuhrt sie zu Interdiszplinaritat und Teamarbeit.Besonders wichtig sind klare Verantwortlichkeiten.

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3.8 Allgemein anwendbare Methoden

Im folgenden werden allgemein anwendbare Methoden charakterisiert.

3.8.1 Methode des gezielten Fragens

Dabei wird versucht, die Problemlosung durch konsequentes Fragen zu finden. DieseFragen konnen selbst gestellt oder vorgegeben sein. Ein typisches Hilfsmittel sindChecklisten.

Das Finden und Stellen der Fragen regt den Denkprozeß und die Intuitionan. Vor allem die bewußten und unbewußten Assoziationen werden gefordert. DieBeschaftigung mit Fragen zum Problem bewirkt zumindest die unbewußte gedank-liche Beschaftigung mit Losungsmoglichkeiten. Somit wird mittels dieser Methodeauch das diskursive Denken unterstutzt.

Zur Anwendung dieser Methode kann, es muß aber nicht, eine mogliche Losungbekannt und vorhanden sein.

3.8.2 Methode der Negation und Neukonzeption

Ausgehend von einer bekannten Losung wird der angewandte Losungsweg systema-tisch bezweifelt. Durch Gliedern und Beschreiben der vorgegebenen Losung kannjede Komponente und jeder Ansatz negiert werden. Dies fuhrt zur, zumindest unbe-wußten, Auseinandersetzung mit alternativen Losungswegen. Man bezeichnet dieseArbeitsweise daher auch als ,,methodisches Zweifeln”.

Zur Anwendung dieser Methode muß eine bekannte Losung vorhanden sein.

3.8.3 Methode des Vorwartsschreitens

Von einem ersten Losungsansatz aus werden moglichst viele Wege eingeschlagen (di-vergentes Denken). Dabei muß nicht zwingend systematisch variiert werden. Auchdas Auseinanderlaufen der Gedanken, ausgehend von einem Losungsansatz, gehortzu dieser Methode. Die systematische Betrachtung von Merkmalen und deren Va-riation kann dieses Vorgehen massiv unterstutzen, doch sollte damit nicht eine Ein-schrankung des Denkprozesses erfolgen. Grafische Darstellungen, wie beispielsweiseMind Maps, unterstutzen dieses Vorgehen.

3.8.4 Methode des Ruckwartsschreitens

Von der Zielsituation ausgehend werden moglichst viele Wege eingeschlagen. Dabeimuß das Ziel eindeutig definiert sein (konvergentes Denken). Dieses Ziel ist meistfix vorgegeben, wie beispielsweise bei der Erstellung von Arbeitsplanen. Es ist auchdenkbar, ein sogenanntes ,,ideales System” als gedankliches Ziel zu definieren. Al-lerdings ist bei komplexen Systemen diese Festlegung problematisch.

3.8.5 Methode des Faktorisierens

Darunter versteht man die Auflosung komplexer Systeme in uberschaubare Teile.Der Vorteil liegt in der besseren Ubersichtlichkeit und Handhabung kleinerer Pro-blemstellungen. Bei klarer Abgrenzung und Definition der Nahtstellen konnen dieTeilprobleme parallel gelost werden. Dabei ist permanent die Sichtweise des Gan-zen beizubehalten. Besonders sind die Abhangigkeiten uber die Teilsystemgrenzenhinweg zu beachten. Diese Methode ermoglicht Simultaneous Engineering (SE) undConcurrent Engineering (CE) in der Produktentwicklung und Konstruktion.

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3.8.6 Methode des Systematisierens

Sind bei Problemstellungen kennzeichnende Merkmale erkennbar, so hilft die sy-stematische Variation der Auspragungen dieser Merkmale ein moglichst breitesLosungsfeld zu erkennen. Die Breite des Losungsfeldes ist abhangig vom Erkennender ubergeordneten Systematik und vom Fachwissen aller dazugehorigen Variati-onsmoglichkeiten.

Die systematische Variation von Wirkprinzipien, Wirkstrukturen, technologi-schen Prinzipien und technischen Prozessen, bei Kenntnis der kennzeichnendenMerkmale, bewirkt eine umfassende Bearbeitung des moglichen Losungsfeldes. Ty-pische Hilfsmittel sind Ordungsschemata und Konstruktionskataloge.

3.9 Ubungen

Dieser Ubungsanteil dient zur Anwendung des in der Theorie gelernten Wissens. Esgeht in diesem Fall vor allem um das Bewußtmachen von methodischen Ansatzen. Essoll dem Lernenden einerseits bewußt werden, daß er alle vorgestellten Methodenkennt und einsetzt, andererseits soll er erkennen, daß der gezielte Einsatz dieserMethoden in der passenden Kombination und Auspragung, zu einer signifikantenVerbesserung des Problemlosungsverhaltens fuhrt.

Die Ubungen werden in mehreren Schritten in Gruppen zu maximal sechs Ler-nenden durchgefuhrt. Der erste Ubungspunkt besteht in der Bearbeitung einer ge-stellten Aufgabe nach einer einzigen Methode. Der Gruppe wird vorgegeben welcheMethode sie anwenden muß. Der Vortragende begleitet die Gruppe bei der An-wendung und versucht beim Abgehen von der vorgegebenen Methode die Gruppezuruckzufuhren. Dadurch soll den Lernenden die Methode selbst vertraut werdenund auch bewußt gemacht werden, daß sie automatisch versuchen verschiedene Me-thoden zu kombinieren.

3.9.1 Ubung gezieltes Fragen

Aufgabenstellung

Finden Sie nur mit Hilfe der Methode des gezielten Fragens Ideen fur eine Dieb-stahlssicherung eines Computers.

Gruppengroße

2-6 Personen, die Bearbeitung in der Gruppe soll auch die Teamkompetenz derLernenden fordern.

Zeit

Maximal 10 Minuten

Ziel

Ein Ziel dieser Ubung ist es, darauf hinzuweisen, daß damit die Effizienz einerMethode stark reduziert werden kann.

Ablauf

Von entscheidender Bedeutung fur den Erfolg der Ubung ist die Rolle des Coaches.Er ist dafur verantwortlich, daß er die Lernenden darauf aufmerksam macht, wennsie die Methodik wechseln. Er muß auch den Zeitrahmen einhalten und gegebenfalls

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vorzeitig abbrechen. Besonders wichtig ist es, daß der Coach ein paar gezielte Fragenvorbereitet.

3.9.2 Ubung Systematisieren

Aufgabenstellung

Finden Sie nur mit Hilfe der Methode des Systematisierens Ideen fur Welle–Nabe–Verbindungen. Gehen Sie dabei von einem Preßverband aus.

Gruppengroße

2-6 Personen

Zeit

Maximal 10 Minuten

Ziel

Gleiche Ziele wie bei der vorhergehenden Ubung, nur anhand der Methode desSystematisierens.

Ablauf

Von entscheidender Bedeutung fur den Erfolg der Ubung ist die Rolle des Coaches.Er ist dafur verantwortlich, daß er die Lernenden darauf aufmerksam macht, wennsie die Methodik wechseln. Er muß auch den Zeitrahmen einhalten und gegebenfallsvorzeitig abbrechen. Besonders wichtig ist es, daß der Coach die Lernenden bei derSystematik unterstutzt. Er konnte beipielsweise behilflich sein, daß die ubergeord-neten Systematiken, wie etwa Kraft-, Form- oder Stoffschluß erkannt werden.

3.9.3 Ubung Kombination von Methoden

Aufgabenstellung

Finden Sie mit Hilfe der Methode des Systematisierens und der Methode des geziel-ten Fragens Ideen fur die Diebstahlssicherung eines Computers.

Gruppengroße

2-6 Personen

Zeit

Maximal 15 Minuten

Ziel

Das Ziel besteht darin, bewußt zu machen, daß gezieltes Kombinieren von Metho-den, wenn diese jeweils konsequent sinnvoll angewandt werden, zu einer deutlichenEffizienzsteigerung fuhren kann.

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Ablauf

Der Coach sollte die Lernenden bei dieser Ubung weniger fuhren mussen, da durchdie beiden vorangegangenen Ubungen die Methoden vertraut sind. Erfahrungs-gemaß ergibt die Kombination von Systematisieren und gezielten Fragen mehr Ideenals die erste Ubung.

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Kapitel 4

Ideenfindung

4.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels sind Ihnen verschiedene Methoden zur Ideen-findung gelaufig. Sie kennen die Vorgehensweisen bei diesen Methoden und konnenbeurteilen, unter welchen Voraussetzungen Sie welche Methoden einsetzen werden.Sie werden bei der Problemlosung methodisch vorgehen.

4.2 Inhalt

Am Beginn erfolgt die Einteilung der Methoden nach grundsatzlichen Vorgehens-weisen. Anschließend werden vorwiegend recherchierende Methoden, vorwiegend in-tuitive Methoden und vorwiegend diskursive Methoden erlautert.

4.3 Didaktik

Dieses Kapitel sollte grundsatzlich theoretisch vorgebracht werden. Es erscheintsinnvoll zu sein einen gewissen Uberblick uber die Methoden zu haben, bevor sieangewandt werden. Idealerweise konnen verschiedene Methoden von den Lernendenvorbereitet und prasentiert werden. Allerdings ist dafur entsprechend Bearbeitungs-zeit vorzusehen.

4.4 Methoden zur Losungsfindung

Grundsatzlich werden im Folgenden einige allgemein einsetzbare Losungsmetho-den beschrieben. Selbstverstandlich ist die Anwendung nicht auf eine einzelne Me-thode beschrankt, sondern die passende Kombination und Auswahl bewirkt dengroßtmoglichen Erfolg.

Die Ideenfindungsmethoden werden, abhangig von der Art der Losungssuche, indrei Gruppen unterteilt

• Recherchierende Methoden

• Intuitive Methoden

• Diskursive Methoden

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4.5 Recherchierende Methoden

Die Informationsbeschaffung, Aufbereitung und Auswertung von Informationen stehtim Mittelpunkt dieser Methoden.

4.5.1 Literaturrecherche

Bei der Literaturrecherche wird mittels systematischer Suche in Fachbuchern, Fach-zeitschriften, Patenten, Normen und in Darstellungen des Wettbewerbs der Standder Technik ermittelt. Die Ideenfindung beschrankt sich dabei auf bekannte Losungs-ansatze.

4.5.2 Analyse naturlicher Systeme

Vor allem Beispiele aus der Biomechanik zeigen auf, daß Zusammenhange zwischenNatur und Technik gefunden und umgesetzt werden konnen.

4.5.3 Analyse analoger technischer Systeme

Uber die schrittweise und nachvollziehbare Analyse analoger Systeme konnen neueund verbesserte Varianten gefunden werden. Dabei werden ausgefuhrte Produk-te gedanklich oder stofflich zerlegt. Die erkannten Strukturen werden in logischer,physikalischer und gestalterischer Hinsicht analysiert und auf ihre Zusammenhangehin untersucht. Elemente der Betrachtungen konnen dabei Produkte des Wettbe-werbs, eigene altere oder verwandte Produkte, aber auch ahnliche Produkte oderBaugruppen mit verwendbaren Teilfunktionen sein.

Diese Methode versucht Bewahrtes und Bekanntes systematisch zu nutzen. Da-durch besteht aber die Gefahr, keine neuen Wege zu finden.

4.5.4 Messungen und Modellversuche

Durch Messungen an ausgefuhrten Systemen wird versucht Losungen fur die ge-stellten Probleme zu finden. Besonders beachtet mussen bei Modellversuchen dieAhnlichkeitsgesetze werden, da eine direkte proportionale Umrechnung der ermit-telten Meßwerte meist unzulassig ist.

4.6 Intuitive Methoden

Diese Methoden versuchen den guten Einfall bzw. die gute Idee zu unterstutzen.Es ist zu beachten, daß meistens eine entsprechende Such- und Uberlegungsphasedavor stattfindet. Die Idee fallt mehr oder weniger ganzheitlich ins Bewußtsein. IhreHerkunft und Entstehung ist nicht nachvollziehbar.

Im Unterbewußtsein ist der Einfall jedoch aufgrund der Fachkenntnis, der Er-fahrung und der bekannten Aufgabenstellung auf seine Eignung hin untersucht undaus verschiedenen Moglichkeiten ausgesondert worden. Besonders unterstutzen dieIntuition Gesprache und kritische Diskussionen mit Fachkollegen. Daraus werdenAnregungen, Verbesserungen und neue Losungen bezogen.

Bei der Anwendung von intuitiven Methoden muß beachtet werden, daß

• der richtige Einfall keinesfalls erzwungen werden kann,

• neue Wege nicht erkannt werden, da Fixierungen bestehen und Konventionenbehindern, und daß

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• aufgrund mangelnder Informationen neue Technologien und Verfahren nichtins Bewußtsein der Konstrukteure eindringen.

4.6.1 Brainstorming (nach Osborn)

Diese Methode versucht mit Hilfe des Gedankenblitzes einen Ideenfluß zu initiie-ren. Das Ziel ist ein konkretes Ergebnis zu erhalten. Die bestehenden Regeln be-schranken sich darauf, die notwendigen Voraussetzungen zu schaffen, damit eineGruppe von aufgeschlossenen Menschen, die aus moglichst vielen unterschiedlichenErfahrungsbereichen stammen sollten, vorurteilsfrei Ideen produziert und sich vonden geaußerten Gedanken wiederum zu weiteren neuen Vorschlagen anregen laßt.

Die Basis ist der unbefangene Einfall, sowie die spontane Assoziation.

Teilnehmer

Die Gruppe sollte aus 5 bis maximal 15 Personen mit einem Leiter bestehen. Sindweniger als 5 Teilnehmer, so besteht die Gefahr, daß ein zu enges Anschauungs- undErfahrungsspektrum besteht und daher zu wenige Anregungen kommen. Bei mehrals 15 Teilnehmern besteht die Gefahr der Passivitat und Absonderung Einzelneroder kleinerer Gruppen. Es sollten keinesfalls nur Fachleute, sondern auch Nicht-techniker aus moglichst vielen Fach- und Tatigkeitsbereichen teilnehmen. Es darfkeinesfalls eine hierarchische Zusammensetzung zugelassen werden, d.h. es solltenmoglichst Gleichgestellte teilnehmen, damit keine Hemmungen zwischen Vorgesetz-ten und ihnen unterstellten Mitarbeitern bestehen.

Aufgaben des Gruppenleiters

Der Gruppenleiter hat folgende Aufgaben zu erfullen

• organisatorische Tatigkeiten

– Zusammensetzung der Gruppe bestimmen

– Protokollfuhrer bestimmen (neutrale Person)

– Termin- und Raumreservierungen organisieren und die Teilnehmer ein-laden

– Auswertung der Ergebnisse initiieren

• wahrend der Brainstorming-Sitzung

– Problemstellung erlautern

– keine Lenkungsrolle bei der Ideenfindung

– Verhinderung von Bewertung und Kritik des Vorgebrachten

– aufgelockerte Atmosphare bewirken

Durchfuhrung

Wahrend eines Brainstormings ist zu beachten:

• Gedankenaußerung frei und spontan

• Uberwindung von Hemmungen

• keine Bewertung und Kritik am Vorgebrachten

• weiterentwickeln, abwandeln, kombinieren des Vorgebrachten zu neuen Ideen

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• alle Ideen oder Gedanken protokollieren (aufschreiben, skizzieren, aufnehmen)

• Quantitat der Einfalle genauso wichtig wie Qualitat

• keine Beurteilung der Realisierungsmoglichkeiten

Dauer

Die Dauer eines Brainstormings sollte zwischen einer halben und maximal einerStunde liegen.

Auswertung

Die Auswertung der Ergebnisse erfolgt durch Fachleute, die die Ergebnisse analy-sieren, systematisch ordnen und die Realisierungsmoglichkeiten untersuchen.

Zusatzliche Arbeitssitzung

Denkbar ist auch eine zusatzliche Arbeitssitzung durchzufuhren, um

• die Ergebnisse in allgemein verstandlichen Losungsvorschlagen zu formulieren,

• die Losungsvorschlage zu ordnen,

• konstruktive Kritik anzubringen,

• die Losungsvorschlage zu beurteilen und um

• konstruktiv weiter zu verfolgende Losungsvorschlage zu bestimmen.

Vorteile

Brainstormings sind vorteilhaft wenn

• noch kein realisierbares Losungsprinzip vorhanden ist,

• das physikalische Geschehen einer Losung nicht erkennbar ist,

• das Gefuhl besteht, mit bekannten Losungen nicht weiterzukommen, und wenn

• die vollige Trennung vom Konventionellen gewunscht wird.

Achtung: keine zu großen Erwartungen in Brainstorming-Sitzungen stecken. Diemeisten Vorschlage sind nicht realisierbar oder den Fachleuten bereits bekannt.

4.6.2 Synektik (nach Gordon)

Das Wort Synektik ist aus dem Griechischen abgeleitet und bedeutet ,,Zusam-menfugen verschiedener und scheinbar voneinander unabhangiger Begriffe”. Es istahnlich dem Brainstorming. Der hauptsachliche Unterschied besteht in der Absicht,sich durch Analogien aus dem nichttechnischen oder dem halbtechnischen Bereichanregen und leiten zu lassen.

Teilnehmer

Die Gruppe der Teilnehmer sollte maximal 7 Personen betragen, da sonst die Gefahrdes Zerfließens der Gedanken besteht. Keinesfalls sollte ein hierarchische Zusammen-setzung der Gruppe zugelassen werden.

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Aufgaben des Gruppenleiters

Der Gruppenleiter hat folgende Aufgaben zu erfullen

• organisatorische Tatigkeiten

– Einladung

– Zusammensetzung

– Dauer

– Auswertung

• wahrend der Sitzung

– Problemstellung erlautern

– Gedankenfluß anhand der geaußerten Analogien steuern

Im Unterschied zum Brainstorming hat der Gruppenleiter eine Lenkungsrolle zuerfullen.

Durchfuhrung

• Darlegen des Problems

• Vertrautmachen/Analyse des Problems

• Das Problem wird von jedem verstanden

• Verfremden - Analogien, Vergleiche aus anderen Lebensbereichen (nicht-, halb-technisch)

• Analyse der geaußerten Analogie

• Vergleich Analogie - Problem

• Entwicklung einer neuen Idee aus Vergleich

• Entwicklung einer moglichen Losung

• u. U. eine andere Analogie etc.

4.6.3 Brainwriting

Die verschiedenen Brainwritingmethoden gehoren auch zu den sog. Konferenzme-thoden. Sie versuchen intuitiv–kreative Denkweise mit systematisch–logischer Denk-weise zu verbinden. Hier werden 3 Varianten kurz erwahnt:

• Methode 635

• Galeriemethode

• Delphi-Methode

Methode 635 (nach Rohrbach)

Bei dieser Methode handelt es sich um eine Weiterentwicklung des Brainstormings.

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Vorgehen

• Bekanntgabe der Problemstellung

• jeder notiert 3 Losungsvorschlage

• Weitergabe an Nachbarn

• jeder notiert 3 zusatzliche Losungsvorschlage

• Weitergabe an Nachbarn, bis alle jedes Papier erganzt haben

Der Name 635 entsteht dadurch, daß 6 Teilnehmer immer je 3 Losungsvorschlagenotieren und das Blatt 5 Mal weitergeben, bis alle Teilnehmer alle Blatter bearbeitethaben.

Vorteile gegenuber Brainstorming Gegenuber dem Brainstorming bestehtder Vorteil, daß eine tragende Idee systematischer erganzt und weiterentwickeltwird. Der Entwicklungsvorgang ist dabei transparent, der Urheber der Idee ist er-mittelbar. Weiters ist keine Gruppenleitung notwendig.

Nachteile Es besteht oftmals eine geringere Kreativitat durch Isolierung und ge-ringere Stimulierung des Einzelnen. Es fehlt der gruppendynamische Effekt weitge-hend.

Galeriemethode (nach Hellfritz)

Die Galeriemethode versucht Einzelarbeit und Gruppenarbeit zu verbinden. Sie eig-net sich gut bei Gestaltungsproblemen durch die Prasentationsmoglichkeit anhandvon Skizzen.

Teilnehmer Grundsatzlich bestehen dieselben Voraussetzungen hinsichtlich derGruppenbildung wie beim Brainstorming.

Durchfuhrung

Einfuhrungsphase: Erlauterung des Problems

Ideenbildungsphase I: ca. 15 Minuten jeder fur sich, intuitive vorurteilsfreie Losungs-suche mittels Skizzen (eventuell mit verbalen Erlauterungen)

Assoziationsphase: Skizzen werden fur ca. 15 Minuten aufgehangt und alle versu-chen die Losungsideen visuell zu erfassen und untereinander zu diskutierendurch Negation und Neukonzeption sollten neue Ideen gefunden werden

Ideenbildungsphase II: neue Einfalle und Erkenntnisse werden von jedem fur sichfestgehalten und weiterentwickelt

Selektionsphase: alle Ideen werden gesichtet, geordnet, vervollstandigt und es er-folgt die Auswahl eines erfolgversprechenden Losungsansatzes

Vorteile Es kommt zum intuitivem Arbeiten in der Gruppe, ohne daß dabei aus-ufernde Diskussionen entstehen. Aufgrund der Skizzen werden die Idden sehr gutvermittelt. Anhand der dokumentierten Skizzen sind individuelle Leistungen er-kennbar. Außerdem entstehen gut auswertbare, dokumentenfahige Unterlagen.

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Delphi-Methode

Bei der Delphi-Methode handelt es sich um die schriftliche Befragung von Fachleu-ten.

Durchfuhrung

1. Runde: Welche Losungsansatze des Problems sehen Sie? Geben sie spontanLosungsansatze an.

2. Runde: Liste von Losungsansatzen; Erganzung durch zusatzliche Losungen

3. Runde: Endauswertung aus den Runden 1 + 2, Auswahl der realisierbarenLosungen

Anwendung Die Anwendung dieser Methode beschrankt sich auf langfristigeEntwicklungen in der Grundsatzdiskussion. Die Delphi-Methode wird dazu ver-wendet, um Aussagen uber zukunftige Trends zu erhalten. Beispielsweise werdenin Japan und Europa wirtschaftspolitische Strategien anhand von Delphistudienentwickelt.

4.7 Diskursive Methoden

Bei den diskursiven Methoden wird das bewußt schrittweise Vorgehen betont. Dasbedeutet jedoch keineswegs, daß die Intuition ausgeschlossen wird.

4.7.1 Systematische Untersuchung des physikalischen Gesche-hens

Physikalische, chemische oder biologische Gleichungen werden untersucht. Dabei sollder Zusammenhang zwischen einer abhangigen und einer unabhangigen Variable,bei konstanten ubrigen Einflußgroßen gefunden werden. Diese Parameterstudienerfolgen also beispielsweise indem bei einer Funktion

y = f(u, v, w)

die einzelnen Variablen constant gehalten werden.

y1(u) = f(u, vconst, wconst)

y2(v) = f(uconst, v, wconst)

y3(w) = f(uconst, vconst, w)

Zum besseren Verstandnis werden die physikalischen Wirkungen in Einzeleffektezerlegt. Beispielsweis kann das Losen einer Schraube durch das Zerlegen in dieverschiedenen Einzeleffekte, wie Reibung und Steigung, besser verstanden werden.

4.7.2 Systematische Suche mittels Ordnungsschemata (nachDreiholz)

Grundlegende Idee ist dabei die Systematisierung und geordnete Darstellung vonInformationen bzw. Daten. In den Zeilen werden ungeordnet Losungsvorschlageeingetragen und in den Spalten wird nach ordnenden Gesichtspunkten strukturiert.Dies erleichtert die Analyse nach kennzeichnenden Merkmalen (z.B. Energieart,Wirkgeometrie, Bewegungsart, . . . )

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Empfehlung

Es ist leichter, Ordnungsschemata schrittweise aufzubauen, zu korrigieren und erstdann zu vervollstandigen. Es sollen gunstige Losungen ausgewahlt und gekennzeich-net werden. Die Schemata sollten moglichst allgemeingultig aufgebaut werden, dabeidarf aber nicht die Systematik zum Selbstzweck entarten.

4.7.3 Verwendung von Katalogen

Bei einem Katalog handelt es sich um eine Sammlung bekannter und bewahrterLosungen fur bestimmte konstruktive Aufgaben oder Teilfunktionen. Sie existierenin unterschiedlichen Konkretisierungsgraden. Die Inhalte sind sehr unterschiedlich,z. B. physikalische Effekte, Wirkprinzipien, prinzipielle Losungen komplexer Aufga-ben, Maschinenelemente, Normteile, Werkstoffe, Zukaufteile, etc. Zusatzlich zu denLosungsvorschlagen konnen Berechnungsverfahren, Losungsmethoden, Konstrukti-onsregeln angegeben sein.

Forderungen an Konstruktionskataloge

• Schneller, aufgabenorientierter Zugriff

• Vollstandigkeit des Losungsspektrums

• Moglichst firmen- und verbraucherunabhangig

• Anwendung sowohl bei herkommlichen Konstruktionsablauf als auch beimRechnereinsatz moglich

• Verwendung einheitlicher und eindeutiger Definitionen und Symbolen

Grundsatzlicher Aufbau (nach Roth)

Der grundsatzliche Aufbau eines Konstruktionskataloges besteht aus Gliederungs-,Haupt- und Zugriffsteil. Meist ist auch ein Anhang vorhanden.

Gliederungsteil: systematischer Aufbau, abhangig vom Konkretisierungsgrad undder Komplexitat der katalogisierten Losungen, sowie von der Konstruktions-phase

• fur Konzeptphase: Funktionen, Art und Merkmale von Energie, Stoffoder Signal, Wirkgeometrie, Wirkbewegung, prinzipielle Stoffeigenschaf-ten

• fur Entwurfphase: Werkstoffeigenschaften, Schlußarten von Verbindung(Kraftschluß, Formschluß), Schaltungsarten bei Kupplungen, Merkmalekonkreter Maschinenelemente

Hauptteil: eigentlicher Inhalt, Objekte dargestellt in Form von Prinzipskizzen undZeichnungen

Zugriffsteil: Eigenschaften der Objekte zur Auswahl

Anhang: Herkunft, Erganzungen

4.8 Ubungen

Die recherchierenden Methoden konnen sehr leicht im Rahmen von Aufgaben undArbeiten geubt werden. Es ist sicherzustellen, daß die Methoden auch tatsachlicheingesetzt wurden.

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4.8.1 Ubung Brainstorming

Aufgabenstellung

Finden Sie Losungen dafur, daß Autos ohne Scheibenwischer auskommen.

Gruppengroße

Entsprechend der Methode.

Zeit


Ziel

Die Lernenden sollen selbst die gruppendynamischen Erfahrungen machen. Ein we-sentliches Ziel der Ubung ist es, die Lernenden dafur zu sensibilisieren, wie wichtigdie Einhaltung der wenigen Regeln beim Brainstorming ist.

Ablauf

Entsprechend der Methode. Der Lehrende sollte, nachdem er einen Gruppenleiterbestimmt und entsprechend gefuhrt hat, fur eine gewisse Zeit den Raum verlassen.Unbedingt sind die Erfahrungen der Sitzung unmittelbar anschließend zu reflektie-ren.

4.8.2 Ubung Galeriemethode

Aufgabenstellung

Finden Sie Losungen fur das diebstahlsichere Parken von Fahrradern am Bahnhof.

Gruppengroße


Zeit


Ziel

Zusatzlich zu den Erfahrungen aus dem Brainstorming soll durch diese Ubung ge-zeigt werden, daß die Galeriemethode durch die Skizzen Vorteile bietet.

Ablauf

Entsprechend der Methode. Der Lehrende sollte, nachdem er einen Gruppenleiterbestimmt und entsprechend gefuhrt hat, fur eine gewisse Zeit den Raum verlassen.Unbedingt sind die Erfahrungen der Sitzung unmittelbar anschließend zu reflektie-ren.

4.8.3 Ubung Konstruktionskatalog

Aufgabenstellung

Finden Sie anhand von Konstruktionskatalogen unterschiedliche prinzipielle Losun-gen fur Wagenheber.

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Gruppengroße

Maximal 4 Personen je Katalog

Zeit

10 bis 15 Minuten

Ziel

Das Ziel dieser Ubung ist es, mit Konstruktionskatalogen umgehen zu konnen.

Ablauf

Der Lehrende erklart den Konstruktionskatalog und die Aufgabenstellung. Danachsoll das Team selbstandig Losungen suchen und dokumentieren. Am Ende prasen-tieren sie die gefundenen Losungsansatze.

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Kapitel 5

Methoden zurLosungskombination

5.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels haben Sie einen Uberblick uber Methoden zurKombination von Teillosungen zur Gesamtlosung. Sie kennen die Vorgehensweisen,Anwendungsmoglichkeiten und Vor- und Nachteile der Methoden.

5.2 Inhalt

In diesem Kapitel wird, nachdem begrundet wird warum diese Methoden benotigtwerden, auf die systematische Kombination mittels des morphologischen Kastensund auf mathematische Methoden kurz eingegangen.

5.3 Didaktik

Dieses Kapitel wird in kompakter Form entweder vorgetragen oder im Selbststudiumerarbeitet. Die Anwendung des Morphologischen Kastens wird geubt.

5.4 Notwendigkeit der Kombination

Grundsatzlich sollten Problemstellungen ab einer gewissen Komplexitat in Teilpro-blemen aufgespalten werden. Beispielsweise mit der Methode des Faktorisierens.Daraus ergibt sich zwangsweise das Problem der Kombination der Losungen vonTeilproblemen, Teilaufgaben und Teilfunktionen. Das Hauptproblem stellt dabei dasErkennen der Vertraglichkeiten dar. Es muß beispielsweise der storungsfreie Energie-, Stoff- und Signalfluß garantiert werden. Bei mechanischen Systemen muß Kollisi-onsfreiheit gegeben sein. Und alle Kombinationsmoglichkeiten sind selbstverstand-lich nicht nur von technischen Gesichtspunkten aus zu betrachten, sondern auch vonokonomischer und okologischer Sicht zu untersuchen. Um keine Losungsmoglichkeitin ihrer Kombinationsmoglichkeit zu ubersehen und um andererseits den Uberblickzu wahren, sollte unbedingt systematisch vorgegangen werden. Die wichtigste Me-thode ist die systematische Kombination mit Hilfe eines morphologischen Kastens.In bestimmten Fallen sind auch mathematische Methoden anwendbar.

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5.5 Systematische Kombination

Samtliche Losungsansatze werden in einer Matrix eingetragen. Beispielsweise wer-den in den Spalten die Losungsideen nach Teilfunktionen geordnet eingetragen. JedeZeile der Matrix beinhaltet eine Teilfunktion. Denkbar ist beispielsweise eine Ord-nung nach verschiedenen Wirkprinzipien. Ein derartiges Ordnungsschema wird auchals morphologischer Kasten bezeichnet.

Stehen fur die i-te Teilfunktion mi Losungsansatze zur Verfugung, so ist dieAnzahl der Gesamtlosungsvarianten theoretisch gegeben durch

N =n∏

i=1

mi

Da jedoch nicht alle Kombinationen moglich oder sinnvoll sind, ist die tatsachlicheKombinationsmoglichkeit meist deutlich geringer. Wie gesagt, stellt das Erkennender Vertraglichkeiten das Hauptproblem dar. Daher werden einige Hinweise ange-geben.

• Reihenfolge der Teilfunktionen sinnvoll wahlen, beispielsweise analog zur Funk-tionsstruktur oder entsprechend einer Funktionskette

• Teilfunktionen gegebenenfalls trennen nach Energie-, Stoff- und Informations-fluß

• Losungen nach zusatzlichen Parametern ordnen, beispielsweise nach der Ener-gieart

• Losungen durch Skizzen erlautern

• Losungen durch erkannte wichtige Merkmale und Eigenschaften beschreiben

Bei der Untersuchung der Kombinationsmoglichkeiten sollte unbedingt beachtetwerden, daß

• nur Vertragliches kombiniert wird,

• Nichtvertragliches deutlich gekennzeichnet und begrundet wird,

• nur jene Kombinationen weiterfolgt werden, die den Anforderungen genugenund einen vertretbaren Aufwand erwarten lassen und

• alle Kombinationen analysiert und entsprechend dokumentiert kennzeichnetwerden, damit gunstige und ungunstige Kombinationen sofort erkennbar sind.

5.6 Mathematische Methoden

Nur in wenigen Fallen sind Kombinationen mittels mathematischer Methoden sinn-voll anwendbar. Dazu muß es moglich sein die Merkmale und Eigenschaften derTeillosungen zu quantifizieren. Außerdem mussen sie eindeutig sein. Die Anwendungbeschrankt sich daher auf die Kombination bekannter Elemente und Baugruppenim Sinne von Variantenkonstruktionen. Dieses Thema ist allerdings dann sehr in-teressant, wenn dadurch die Angebotspalette im Sinne von kundenspezifischen An-passungen erweitert werden kann. Besonderes Augenmerk iat auch in diesen Fallenauf die Vertraglichkeiten zu legen. Mit Hilfe von Programmen konnen derartige Va-rianten dann im Bedarfsfall automatisch generiert werden. Sinnvoller Weise wirddie gesamte Auftragsabwicklung gesteuert, was aber eine entsprechende Software

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voraussetzt. Zur Zeit sind meist nur Insellosungen installiert, die beispielsweise dieautomatische Stucklistengenerierung, die Arbeitsvorbereitung etc. betreffen.

Im Falle von elektronischen, pneumatischen oder hydraulischen Schaltungenkann mitunter auch die Boolesche Algebra zur Losungskombination herangezogenwerden. Voraussetzung ist, daß die Verknupfungen mathematisch formulierbar sind.

5.7 Ubungen

5.7.1 Morphologischer Kasten

Aufgabenstellung

Die Aufgabenstellung, die Funktionsstruktur und die Losungsideen sollten moglichstaus vorangegangenen Arbeiten, beispielsweise einer Brainstormingsitzung, entnom-men werden. Denkbar ist es aber auch, aus einem Buch der Standardliteratur uberKonstruktionslehre, die Angaben zu entnehmen.

Beispielsweise konnen die Losungsideen fur unterschiedliche Wagenheber ver-wendet werden.

Gruppengroße

2 bis 6 Personen

Zeit

ca. 30 Minuten

Ziel

Es soll ein Ordnungsschema fur eine Aufgabenstellung aufgestellt und hinsichtlichseiner Kombinationsmoglichkeiten untersucht werden. Ausgehend von einer Funk-tionsstruktur und gegebenen Losungsideen soll gearbeitet werden.

Ablauf

Nach der Erlauterung der Aufgabenstellung sollen die Lernenden vor allem dieVertraglichkeiten erkennen und das systematische Vorgehen uben.

5.7.2 Kombinationsvielfalt

Aufgabenstellung

Zu der vorangegangenen Ubung ist die theoretisch maximal mogliche Zahl an Kom-binationen zu berechnen und mit der gefundenen Anzahl an moglichen Kombina-tionen zu vergleichen.

Gruppengroße

Die selben Gruppe wie bei der vorhergehenden Ubung.

Zeit

5 Minuten

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Ziel

Den Vergleich zwischen theoretisch maximaler Kombinationsvielfalt und realisti-scher Anzahl herstellen.

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Kapitel 6

AllgemeineAuswahlmethoden

6.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels haben Sie einen Uberblick uber Methoden zurAuswahl von Losungsvarianten. Sie kennen die Vorgehensweisen, Anwendungsmoglich-keiten und Vor- und Nachteile der Methoden.

6.2 Inhalt

Am Beginn wird die Notwendigkeit der Einschrankung der Losungsvielfalt begrundetund anschließend auf zwei Methoden eingegangen, die zur schnellen Auswahl dienen.

6.3 Didaktik

Dieses Kapitel wird in kompakter Form entweder vorgetragen oder im Selbststudiumerarbeitet.

6.4 Einschrankung der Losungsvielfalt

Mit Hilfe dieser Auswahlmethoden wird die, durch systematisches und methodi-sches Vorgehen, erhaltene Losungsvielfalt auf einfachem Weg auf sinnvoll erschei-nende Losungsvarianten eingeschrankt. Viele Losungsansatze des moglichst brei-ten Losungsfeldes sind nicht realisierbar. Eine zu fruhzeitige Einschrankung derLosungsansatze kann aber andererseits durchaus zum Verlust von brauchbaren Wirk-prinzipien fuhren, da diese erst im Gesamtkontext als geeignet erscheinen konnen.

In diesem Abschnitt wird nur von Auswahl gesprochen, d. h. in diesem Zusam-menhang, daß nur nach den Mußkriterien ausgewahlt wird. Eine Bewertung dermoglichen Losungsideen wird hier nicht behandelt. Dies erfolgt im nachsten Ab-schnitt.

6.5 Ausscheiden und Bevorzugen

Ungeeignet erscheinende Losungsvarianten werden sofort ausgeschieden. Jene Va-rianten die offenbar besser geeignet sind werden bevorzugt. Die Gefahr derartigenVorgehens liegt vor allem im subjektivem Ausscheiden. Das Vorgehen erfolgt nicht

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unbedingt systematisch und es werden eventuell ungeeignete oder unvollstandigeKriterien angewandt.

6.6 Auswahlliste

Alle Losungsvarianten werden in einer Liste zusammengefaßt und nach den wichtig-sten Auswahlkriterien beurteilt. Die Auswahlkriterien beschranken sich dabei aufreine Mußkriterien, die von einer Variante jedenfalls zu erfullen sind.

• Vertraglichkeit

• Erfullung der Anforderungen

• Realisierbarkeit

• Aufwand

Die Auswahl ist nur abhangig, ob diese Kriterien erfullt sind oder nicht. Gegebenen-falls wird gekennzeichnet, daß zur Auswahl noch nahere Informationen notwendigsind.

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Kapitel 7

AllgemeineBewertungsmethoden

7.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels haben Sie einen Uberblick uber allgemeineBewertungsmethoden. Sie kennen die Vorgehensweisen, Anwendungsmoglichkeitenund Vor- und Nachteile der Methoden.

7.2 Inhalt

Ausgehend von den Anforderungen an Bewertungsverfahren werden die drei wich-tigsten Methoden, die Nutzwertanalyse, die technisch–wirtschaftliche Bewertungnach VDI 2225 und der Binarvergleich erlautert. Weiters wird auf die Problematikder Beurteilungsunsicherheiten eingegangen. Es wird gezeigt, wie die grafische Dar-stellung zur Suche von Schwachstellen verwendet werden kann. Abschließend erfolgtein Vergleich der Verfahren.

7.3 Didaktik

Dieses Kapitel wird in kompakter Form vorgetragen. Idealerweise sollte die Prasen-tation anhand eines durchgearbeiteten Beispiels erfolgen.

7.4 Bewerten ausgewahlter Losungsvarianten

Jene Losungsvarianten, die nach einem Auswahlverfahren ubrig bleiben mussen wei-ter konkretisiert werden. Diese Varianten mussen einer detaillierteren und moglichstquantifizierbaren Bewertung unterzogen werden. Ziel einer Bewertung ist es, denWert einer Losungsvariante hinsichtlich verschiedener Gesichtspunkte zu bestim-men. Beispielsweise wird der technische, sicherheitstechnische, okologische und oko-nomische Wert einer Losung untersucht. Diese Bewertung kann entweder durcheinen Vergleich verschiedener Varianten untereinander oder mit einer gedachtenIdeallosung erfolgen. Meist sollen nicht einzelne Aspekte im Vordergrund stehen,sondern alle Einflusse im passenden Verhaltnis berucksichtigt werden.

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Tabelle 7.1: Leitlinie

Sicherheit Zuverlassigkeit, VerfugbarkeitErgonomie Mensch - Maschine - DesignFertigung Fertigungsart, FertigungsmittelKontrolle wenn notwendigMontage innerhalb, außerhalb der TeilefertigungTransport inner-, außerbetrieblicherGebrauch Betrieb, HandhabungInstandhaltung Wartung, Inspektion, InstandsetzungRecycling Wiederverwendung, Wiederverwertung, Entsorgung, EndlagerungAufwand Kosten, Zeiten, Termine

7.5 Anforderungen an Bewertungsverfahren

An Bewertungsmethoden sind mindestens folgende Anforderungen zu stellen

• Quantitative und qualitative Eigenschaften berucksichtigen

• Geringer Aufwand

• Transparenz

• Reproduzierbarkeit

7.6 Bewertungsverfahren

In der Produktentwicklung und Konstruktion von maschinenbaulichen Strukturenwerden vor allem drei wichtige Methoden eingesetzt.

• Nutzwertanalyse (NWA)

• Technisch-wirtschaftliche Bewertung nach VDI 2225

• Binare Bewertung

Die letzte Methode eignet sich nur fur Grobvergleiche, ist dafur aber schnell durchfuhr-bar. Sie wird erst am Ende des Abschnittes behandelt.

7.7 Nutzwertanalyse und technisch-wirtschaftlicheBewertung

7.7.1 Bewertungskriterien

Die Bewertungskriterien leiten sich aus den Zielen ab. Die Ziele werden aus denAnforderungen an die Losung und zusatzlichen allgemeinen Forderungen formuliert.Die folgende Leitlinie(Tabelle 7.1) kann zur Unterstutzung herangezogen werden.

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Aufstellen der Ziele

Die Anforderungen an das Aufstellen der Ziele sind dadurch gegeben, daß dieZiele alle entscheidungsrelevanten Anforderungen und allgemeinen Bedingungenmoglichst vollstandig erfassen sollen, damit fur die Bewertung keine wesentlichenGesichtspunkte unberucksichtigt bleiben. Die Ziele mussen voneinander unabhangigsein, d.h. Maßnahmen zur Erhohung des Wertes einer Variante hinsichtlich eines Zie-les durfen die Werte hinsichtlich der anderen Ziele nicht beeinflußen. Eigenschaftendes zu bewertenden Systems in Bezug auf die Ziele sollten bei vertretbarem Auf-wand der Informationsbeschaffung moglichst quantitativ, zumindest aber qualitativ(verbal) konkret erfaßbar sein.

Ableiten der Bewertungskriterien

Aus den Zielen leiten sich unmittelbar die Bewertungskriterien ab.

• NWA:

– systematisiertes Aufstellen eines Zielsystems

– vertikal: mehrere Zielstufen abnehmender Komplexitat

– horizontal: Zielbereiche, z. B. technische und wirtschaftliche Ziele oderHaupt- und Nebenziele; hierarchisch gegliedert

– Unabhangigkeit: Teilziele ohne Querverbindungen

– aus Zielstufe mit niedrigster Komplexitat leiten sich die Bewertungskri-terien ab

• VDI 2225:

– keine hierarchische Ordnung

– Bewertungskriterien leiten sich aus den Mindestanforderungen und Wunschen,sowie aus den allgemein technischen Eigenschaften anhand einer Liste ab

– Gewichtung nur bei markant unterschiedlicher Bedeutung

7.7.2 Bedeutung fur den Gesamtwert

Die einzelnen Bewertungskriterien konnen unterschiedliche Bedeutung haben. Umdies zu Berucksichtigen kann eine Gewichtung der Bewertungskriterien mittels Ge-wichtungsfaktoren gi (das sind reelle positive Zahlen) vorgenommen werden.

• NWA:

– Faktoren gi liegen zwischen Null und Eins oder zwischen Null und 100Prozent

– Die Summe der Faktoren aller Bewertungskriterien ist entweder Einsoder 100 %, es liegt somit eine prozentuale Gewichtung der Teilzieleuntereinander vor

– Die Quersumme der Gewichtungsfaktoren je Zielstufe muß stets∑

gi =1.0 bzw.

∑gi = 100% sein

• VDI 2225:

– primar ohne Gewichtung

– es sind annahernd gleich bedeutende Bewertungskriterien aufzustellen

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7.7.3 Zusammenstellen der Eigenschaftsgroßen

Fur die Losungsvarianten mussen die Eigenschaftsgroßen den Bewertungskriterienzugeordnet werden. Dies geschieht beipspielsweise anhand von Bewertungslisten. Eshandelt sich dabei um einen Objektivschritt.

• NWA: Die Eigenschaftsgroßen entsprechen den Zielgroßen und werden in derZielgroßenmatrix zusammengefaßt

• VDI 2225: Es erfolgt eine unmittelbare Bewertung ohne einer Zusammenstel-lung

7.7.4 Bewertung

Die eigentliche Bewertung erfolgt in einem Subjektivschritt durch Zuordnen derWertvorstellungen des Beurteilers an die Eigenschaftsgroßen durch die Vergabe vonPunkten.

• NWA: 0 bis 10 Punkte

• VDI 2225: 0 bis 4 Punkte

7.7.5 Gesamtwert

Durch die Summation der Teilwerte wij erhalt man den Gesamtwert Gj einer Va-riante j

• NWA: Mit den gewichteten Kriterien wird der Gesamtwert

Gg,j =

n∑

i=1

giwij

• VDI 2225: Da hier die Kriterien nicht gewichtet werden, ist der Gesamtwert

Gj =

n∑

i=1

wij

7.7.6 Vergleichen der Losungsvarianten

Damit die einzelnen Varianten leicht verglichen werden konnen, wird die sogenannteWertigkeit berechnet.

• NWA: Mit den gewichteten Kriterien wird der Gesamtwert

Wg,j =Gg,j

wmax

∑n

i=1gi

=

∑n

i=1giwij

wmax

∑n

i=1gi

• VDI 2225: Da hier die Kriterien nicht gewichtet werden, ist der Gesamtwert

Wj =Gj

wmaxn=

∑n

i=1wij

wmaxn

Damit konnen die Varianten anschaulich verglichen werden.

7.7.7 Trennung der Wertigkeiten

Sollten konkrete okonomische Aussagen uber die einzelnen Varianten moglich sein,so ist eine Trennung der Wertigkeiten in technische und wirtschaftliche Wertigkeitensinnvoll. Dazu wird die bei der technischen Wertigkeit der Bezug zu einer Ideallosungund bei der wirtschaftlichen Wertigkeit der Bezug zu Vergleichskosten hergestellt.

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7.7.8 Starke-Diagramm

Entsprechend der VDI 2225 kann mit Hilfe der technischen und wirtschaftlichenWertigkeit das sogenannten s- oder Starke-Diagramm gezeichnet werden. Dabei wirdauf der Abszisse die technische Wertigkeit und auf der Ordinate die wirtschaftlicheWertigkeit aufgetragen. Die Ideallosung entspricht dann dem Punkt (1/1) in derrechten oberen Ecke. Erfahrungsgemaß werden sich die verschiedenen Varianten inunterschiedlichen Bereichen befinden. Man versucht bei der Erreichung des Ideal-punktes wenigstens im Bereich der 45-Grad Geraden zu bleiben, was einer etwagleichwertigen technischen und wirtschaftlichen Losung entspricht.

7.8 Binare Bewertung

Eine sehr einfache und schnelle Moglichkeit um Grobvergleiche zwischen Losungs-varianten durchzufuhren ist mit der Methode der binaren Bewertung gegeben. AlleVarianten werden paarweise bezuglich eines Bewertungskriteriums verglichen undeine binare Entscheidung vorgenommen. D. h. es wird die besser bewertete Variantemit einer Eins versehen und die schlechtere Variante mit einer Null. Praktisch kanndas recht einfach mittels einer quadratischen Matrix je Bewertungskriterium erfol-gen. In der Matrix sind sowohl in den Zeilen als auch in den Spalten die einzelnenVarianten eingetragen. Beim Vergleich werden die Nullen und Einsen eingetragen.Nur die Hauptdiagonale bleibt unbesetzt. Dadurch entsteht eine Dominanzmatrixfur jedes Bewertungskriterium. Die Spaltensummen ergeben dabei die Bewertungs-reihenfolge. Die hochste Spaltensumme ist die fur das betrachtete Kriterium amhochsten bewertete Variante. Der Gesamtwert entsteht durch das Zusammenfassenaller Kriterien in einer Gesamtmatrix, in der in den Zeilen die Kriterien und in denSpalten die Varianten eingetragen werden. Die Spaltensumme ergibt die Rangfolgeder Varianten hinsichtlich aller Kriterien.

Der Vorteil dieser Methode liegt vor allem im geringerem Aufwand und schnellenEinsatz. Der Nachteil besteht vor allem in der geringen Aussagequalitat.

7.9 Abschatzen von Beurteilungsunsicherheiten

Grundsatzlich muß zwischen

• personenbedingten und

• verfahrensbedingten

Fehlern unterschieden werden.

7.9.1 Personenbedingte Fehler

Hauptsachlich ist hier die Subjektivitat zu nennen. Um objektivere Bewertungen zuerhalten empfiehlt es sich neutrale Bezeichnungen der Varianten zu bevorzugen. Einweiteres Problem stellen Bewertungskriterien, die nicht fur alle Varianten passen,dar. Oftmals bestehen Abhangigkeiten der Bewertungskriterien untereinander, dienicht erkannt werden, oder es werden ungeeignete Wertfunktionen angenommen.Nicht zuletzt ist darauf zu achten, daß die Bewertungskriterien vollstandig sind.

7.9.2 Verfahrensbedingte Fehler

Zu den verfahrensbedingten Fehlern ist zu zahlen, daß die Eigenschaftsgroßen nichtimmer eindeutig feste Großen sind. Sie sollen nur quantitativ angegeben werden,

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wenn die Werte sicher sind, sonst ist es besser mit qualitativer, verbaler Beschrei-bung zu bewerten.

7.10 Suche nach Schwachstellen

Zum Auffinden von Schwachstellen der Losungen kann das sogenannte Wertpro-fil dienen. Dabei werden die Werte als Balken dargestellt. Die Balkenlange wi-derspiegelt die Werthohe und die Balkendicke die Gewichtung jedes Kriteriums.der Flacheninhalt entspricht daher dem Gesamtwert. Verbesserungswurdig erschei-nen alle Varianten, die kleine Balkenlangen bei großen Balkendicken aufweisen.Grundsatzlich wird versucht einen moglichst großen Gesamtwert bei ausgegliche-nem Profil zu erreichen.

7.11 Vergleich von Bewertungsverfahren

Hier werden nur die drei vorgestellten Verfahren

• Nutzwertanalyse NWA,

• Richtlinie VDI 2225 und

• Binarvergleich – Dominanzanalyse

berachtet.

7.11.1 Nutzwertanalyse

• Arbeitsschritte sind differenziert

• Ergebnisse sind eindeutiger

• Arbeitsaufwand relativ groß

• Gewichtung ist obligatorisch

7.11.2 VDI 2225

• nicht so differenziert, wie die NWA

• besser bei wenigen, annahernd gleichwertigen Kriterien

• keine Gewichtung der Kriterien

7.11.3 Binarvergleich

• sehr schnell

• wenig Aufwand

• geringe Aussagequalitat

7.12 Ubungen

7.12.1 Ubung Binarvergleich

Aufgabenstellung

Die in vorgegangenen Ubungen gefunden Losungen sind zu bewerten.

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Gruppengroße

1 bis 3 Personen

Zeit

30 Minuten

Ziel

Das Ziel der Ubung ist es, dieses effiziente, wenn auch ungenaue, Verfahren schnellanwenden zu konnen.

Ablauf

Die Lernenden sollen selbstandig die Matrizen erstellen und die binaren Bewertun-gen durchfuhren. Bei der Erstellung der Gesamtmatrix und deren Auswertung istgegebenfalls Hilfestellung zu leisten.

7.12.2 Ubung VDI 2225

Aufgabenstellung

Im Rahmen von Konstruktionsubungen sind Bewertungen von Varianten durch-zufuhren.

Gruppengroße

1 bis 6 Personen, je nach Aufgabenstellung

Zeit

Je nach Aufgabenstellung. Da der Zeitaufwand fur diese Methode relativ groß ist,erscheint es wenig sinnvoll diese Methoden in isolierten Ubungen anzuwenden.

Ziel

Im Rahmen von praktischen Arbeiten Bewertungen durchzufuhren. Vor allem solldas Finden der Kriterien geubt werden.

7.12.3 Ubung Nutzwertanalyse

Aufgabenstellung

Im Rahmen von Konstruktionsubungen sind Bewertungen von Varianten durch-zufuhren.

Gruppengroße

1 bis 6 Personen, je nach Aufgabenstellung

Zeit

Je nach Aufgabenstellung. Da der Zeitaufwand fur diese Methoden sehr groß ist,erscheint es wenig sinnvoll diese Methoden in isolierten Ubungen anzuwenden.

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Ziel

Im Rahmen von praktischen Arbeiten Bewertungen durchzufuhren. Vor allem solldas Finden der Kriterien geubt werden.

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Kapitel 8

Produktionsprozeß

8.1 Ziele

Dieses Kapitel gibt einen Uberblick uber den Produktionsprozeß. Nach der Bearbei-tung dieses Kapitels werden Sie einen Uberblick uber die Prozesse gewonnen haben,die wahrend eines Produktionsauftrages ablaufen. Sie werden das Verstandnis diesesProzesses als Maximalprozeß eines Produktionsauftrages haben.

8.2 Inhalt

Dieses Kapitel stellt den Produktionsprozeß dar.

8.3 Didaktik

Dieses Kapitel kann gemeinsam mit dem folgenden Kapitel bearbeitet werden.

8.4 Gesamtprozeß

Der Konstruktionsprozeß ist Teil eines entwicklungstechnischen Gesamtprozesses,des industriellen Produktionsprozesses, der in Abbildung 8.1 angedeutet ist.

Der grundsatzliche Ablauf ist stark vom zu entwickelnden Produkt und derUnternehmensstruktur abhangig. Der dargestellte Prozeß stellt einen Maximalpro-zeß dar und wird individuell angepaßt durchlaufen. Außerdem erfolgt keine reinserielle Abwicklung, vielmehr mussen immer wieder Wiederholungen und Anpas-sungen vorgenommen werden. Die sich immer wiederholenden Zyklen Prufen - Be-werten - Entscheiden sind zur Erhaltung der Ubersichtlichkeit nicht dargestellt. ZurVerkurzung der Produktentwicklungszeiten werden immer mehr Teilprozesse paral-lel abgearbeitet. Im Sinne des Simultaneous Engineerings (SE) und des ConcurrentEngineerings (CE) werden einzelne Phasen der Produktentwicklung moglichst par-allel durchgefuhrt. Der Unterschied zwischen SE und CE besteht vor allem darin,daß SE bewußt auf eine Parallelisierung der Produkt- und Produktionsentwicklungabzielt, wahrend CE eine Parallelisierung in der Produktentwicklung durch inter-disziplinare Teams anstrebt.

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Tabelle 8.1: Industrieller Produktionsprozeß

• VorhabenAm Anfang steht das Vorhaben, das sich entweder aus Erkenntnissen einerMarktanalyse oder eines Auftraggeberwunsches ableitet. Es wird unterschie-den in

– freie Entwicklung bzw.

– Auftragsentwicklung

Das Vorhaben wird abgegrenzt und beschrieben, die Zeit und die Kosten wer-den abgeschatzt und es fuhrt zur

• ProduktplanungDaraus entsteht der

– EntwicklungsauftragDieser beschreibt in Umfang, Zeit und Kosten die durchzufuhrende

• ProduktentwicklungDie Produktentwicklung beginnt mit der Untersuchung auf technologischeRealisierbarkeit. Anschließend erfolgt der Konstruktionsauftrag als Start furden eigentlichen

– KonstruktionsprozeßDer Konstruktionsprozeß liefert alle Informationen in Form von Doku-menten, wie Zeichnungen, Listen, Planen, Beschreibungen, Berechnungenetc., die zur Herstellung des geplanten Produktes notwendig sind. Darananschließend erfolgt die

– FertigungsplanungDie durchzufuhrende

∗ Fertigungsablaufplanung

∗ Fertigungsmittelplanung

∗ Materialplanung

liefern auch alle notwendigen Informationen zur Konstruktion und Ferti-gung der Fertigungsmittel sowie die Erstellung erforderlicher Fertigungs-und Montagevorschriften

• Fertigung und Montagevon Erprobungsmuster und Prototypen. Nach der Bearbeitung bis zur Seri-enreife und der endgultigen Freigabe erfolgt die

• Produktion

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Kapitel 9

Konstruktionsprozeß

9.1 Ziele

Dieses Kapitel gibt einen Uberblick uber den Prozeß der Produktentwicklung. Esbefaßt sich dabei schwerpunktsmAßig mit dem Konstruktionsprozeß. Nach der Be-arbeitung der folgenden Kapitel werden Sie einen Uberblick uber die Prozesse ge-wonnen haben, die wAhrend eines Konstruktionsauftrages ablaufen. Sie werden denAblauf einer konstruktiven TAtigkeit in die 4 Hauptphasen untergliedern konnen.Da Sie die AbhAngigkeiten der einzelnen Schritte verstehen werden, wird es Ihnenmoglich sein, selbst einen Prozeß zu planen und auf die moglichst parallele AbfolgeRucksicht zu nehmen. Sie werden eine Vorstellung daruber haben, welche WerkzeugeSie zu einer parallelen Bearbeitung der gestellten Aufgabe benotigen.

9.2 Inhalt

Der Konstruktionsprozeß wird thematisch abgegrenzt. Der Konstruktionsprozeßwird in seine vier Hauptphasen untergliedert. Diese werden kurz beschrieben. Eswird aufgezeigt, daß diese Phasen nicht stur sequentiell abgearbeitet werden konnen,sondern daß es Iterationen, unterschiedliche AusprAgungen der Phasen und wennmoglich paralleles Abarbeiten geben muß.

9.3 Didaktik

Idealerweise erarbeiten sich die Lernenden in Kleingruppen ihre Vorstellungen uberden Produktentwicklungsprozeß und im speziellen uber den KonstruktionsprozeßselbstAndig. Dies wird je nach Alter, Ausbildungsstand und Erfahrungswelt der Ler-nenden zu unterschiedlich differenzierten Bildern fuhren. Auch die fur diese Arbeitnotwendige Zeit ist nur sehr schwer abzuschAtzen. Nach der Erfahrung des Autorsist fur Gruppen mit vier bis sechs Teilnehmern mit einer heterogenen Erfahrungs-welt und Matura- bzw. Abiturniveau ca. eine Stunde zu veranschlagen. Das Ergebnisderartiger Workshops ist stark vom Eingreifen und Fuhren der Gruppen durch denLehrenden abhAngig. Gelingt es aber, die erarbeiteten Begriffe zur Beschreibungder Prozesse mit der in der Literatur und in diesem Lehrgang verwendeten Termino-logie zu korrelieren, wird es den Lernenden leicht fallen, die phasenweise Betrach-tungsweise dieser Prozesse zu verstehen. Zusammenfassend wird der Produktent-wicklungsprozeß theoretisch vollstAndig dargestellt. Daß der Konstruktionsprozeßein Teilprozeß davon ist und wie er sich abgrenzt, wird explizit erklArt. Nach derStrukturierung in seine vier Hauptphasen - KlArung des Konstruktionsauftrages,

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Konzept, Entwurf und Ausarbeitung - wird mit den Lernenden ein moglicher Pro-zeßablauf anhand zumindest eines Beispiels diskutiert. Hierzu eignet sich besondersein Beispiel einer Neuentwicklung, da hier besonders auf die Wiederholungen undSchleifen im Prozeß eingegangen werden kann. In diesem Zusammenhang wird aufdie unterschiedlichen Arten von Konstruktions- und EntwicklungsauftrAgen hinge-wiesen. Die Auflistung sollte interaktiv zwischen den Lernenden und der oder demLehrenden erarbeitet werden. Es ist nicht bedeutend, eine vollstAndige Liste vor-zugeben, denn die Strukturierung der Auftragsarten ist subjektiv. Vielmehr solltedarauf geachtet werden, die AbhAngigkeiten zwischen den Auftragsarten und demProzeß aufzuzeigen. Die Lernenden sollen das Gefuhl bekommen, welche Phasen beiwelchen AuftrAgen in welcher AusprAgung abzuarbeiten sind. Dabei wird nicht aufdie Methoden, die fur die einzelnen Phasen zur Verfugung stehen, eingegangen.

9.4 Abgrenzung

Es kann keine allgemeingultige scharfe Abgrenzung des Konstruktionsprozesses in-nerhalb der Produktentwicklung angegeben werden. In der Standardliteratur wirddeshalb der Konstruktionsprozeß auch unterschiedlich weit interpretiert. Relativklar kann gegenuber der Fertigungsplanung, auch wenn in deren Rahmen wiederkonstruiert wird, abgegrenzt werden. Hingegen konnen die Untersuchungen dertechnologischen Realisierbarkeit, die theoretischen und empirischen Vorarbeiten imRahmen der Produktentwicklung, je nach Organisation des Betriebes und der be-troffenen Abteilungen, durchaus dem Konstruktionsprozeß zugeordnet werden. Je-denfalls sind die Methoden und Vorgehensweisen identisch.

9.5 Gliederung

Der Konstruktionsprozeß lAßt sich in die vier Hauptphasen

• KlAren des Konstruktionsauftrages

• Konzeptphase

• Entwurfphase und

• Ausarbeitungsphase

grob unterteilen. Jede Phase beginnt nach Vorlage der gepruften, bewerteten undnach getroffener Entscheidung freigegebenen Ergebnisse der vorhergehenden Pha-se. Im Sinne von SE und CE wird dieser streng serielle Ablauf nicht eingehalten.Trotzdem ist das Vorgehen vollig analog, nur werden Arbeiten bereits weitergefuhrt,wenn noch nicht alle Entscheidungen des Gesamtsystems gefallen sind. Fur die ent-sprechenden Arbeiten werden sehr wohl die notwendigen Randbedingungen undVoraussetzungen vereinbart. Der unten angegebene Konstruktionsprozeß verstehtsich als Maximalprozeß und ist je nach Auftrag und Organisationsform der Firmaindividuell anzupassen.

9.6 Der Konstruktionsprozeß

In Tabelle 9.1 ist der prinzipielle Ablauf des Konstruktionsprozesses angedeutet.

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Tabelle 9.1: Konstruktionsprozeß

• KonstruktionsauftragNach Eingang des Konstruktionsauftrages, der intern oder extern erfolgenkann, beginnt die erste Phase, die

• KlArung des KonstruktionsauftragesFolgende Arbeitsschritte sind durchzufuhren

– Analyse der Aufgabenstellung

– Erstellen und Bereinigen der Anforderungsliste

– Uberprufung der Kostenvorgaben

– Uberprufung der Terminvorgaben

– Planung des Konstruktionsablaufs

– Freigabe

Nachdem alle Informationen festgelegt sind folgt die zweite Phase, die

• KonzeptphaseFolgende Arbeitsschritte sind durchzufuhren

– Ermittlung der zu erfullenden Funktionen

– Bestimmung der Funktionsstruktur

– Erstellung der Konzepte

– Ermittlung des optimalen Konzeptes

– Freigabe

Nach der Freigabe folgt die dritte Phase, die

• EntwurfphaseIn dieser Phase erfolgen

– Gestaltung

– Strukturierung

– Vordimensionierung

– Zusammenstellung von Gesamtentwurfen

– Ermittlung des optimalen Gesamtentwurfes

– Freigabe

Nach der Freigabe folgt die vierte und letzte Phase, die

• AusarbeitungsphaseIn dieser Phase sind nun alle notwendigen Fertigungsunterlagen vollstAndigzu erstellen

– Erstellung der Konstruktion

– Dimensionierung

– Erstellung der Fertigungsunterlagen

– Verwaltung der Fertigungsunterlagen

– Freigabe

Damit endet der eigentliche Konstruktionsprozeß.

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Kapitel 10

Klaren des Konstruktions-oder Entwicklungsauftrages

10.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels werden Sie jeden Entwicklungsauftrag auf deneigentlichen Kern hin hinterfragen. Sie finden die Anforderungen an eine gesuchteLosung und stellen sie strukturiert zusammen.

10.2 Inhalt

Am Beginn werden die Arbeitsschritte bei der Aufgabenklarung angefuhrt. DasVorgehen und die Probleme bei der Analyse der Aufgabenstellung werden ange-deutet. Fur das Aufstellen und Strukturieren der Anforderungen werden Hinweiseangegeben. Deutlich wird auf die Notwendigkeit des Uberprufens der Kosten, Res-sourcen und Termine hingewiesen und das Vorgehen bei der Prozeßplanung mittelsMethoden des Projektmanagement angedeutet.

10.3 Didaktik

Nach der Ansicht des Autors wird die erste Phase des Konstruktionsprozesses inder betrieblichen Praxis vielfach vernachlassigt. Den Lernenden soll die Bedeutungder Aufgabenklarung bewußt gemacht werden. Es durfte keinem Lehrenden schwerfallen, von eigenen Erfahrungen und Beispielen aus der Wirtschaft zu berichten, beidenen mangelnde Aufgabenklarung zu unnotig schlechten Erfolgen fuhrten.

Der Lehrende sollte die Lernenden veranlassen, selbstandig die Analogie zurSystemdefinition und -abgrenzung herzustellen.

Beispielsweise kann bei der Bearbeitung dieses Kapitels laufend auf die sicheraufgetretenen Schwierigkeiten bei den vorangegangenen Ubungen eingegangen wer-den.

10.4 Arbeitsschritte

Diese erste und sehr wichtige Phase des Prozesses wird oftmals vernachlassigt. Indieser Phase ist die Aufgabenstellung zu analysieren, die Anforderungsliste zu er-stellen, die Kosten- und Terminvorgaben sind zu uberprufen und der Konstrukti-onsablauf ist zu planen.

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• Analyse der Aufgabenstellung

• Anforderungsliste erstellen

• Termine, Ressourcen und Kosten uberprufen

• Konstruktionsprozeß planen

10.5 Analyse der Aufgabenstellung

Es ist sicherzustellen, daß der Auftraggeber und der Auftragnehmer die selbe Sicht-weise uber das zu entwickelnde Produkt haben. Durch die Abstraktion auf dasWesentliche wird sichergestellt, daß die gewunschten Hauptfunktionen erkannt undverstanden werden. Es sind die entsprechenden Randbedingungen, Einschrankungenund Gegebenheiten abzuklaren. Besonders wichtig ist es die bestehenden Freiheitenhinsichtlich der Losungen zu erkennen. Unnotige Einschrankungen und Fixierun-gen auf Bekanntes sind zu vermeiden. Entscheidenden Einfluß auf den Erfolg derEntwicklung hat die Kommunikation zwischen dem Auftraggeber und dem Auftrag-nehmer. In der Praxis bestehen hier vielschichtige und verschiedene Problemfelder.Hier sei nur auf ein paar Probleme hingewiesen. Je nach Organisationsstruktur undKultur der beteiligten Firmen ist es schwer die kompetenten Ansprechpartner zufinden. Dabei ist sowohl auf die Entscheidungskompetenz als auch auf die fachlicheKompetenz zu achten. Meist werden diese Kompetenzen jedoch von verschiedenenPersonen wahrgenommen. Die Sprache der Vertragspartner ist meist sehr unter-schiedlich. Zu Fremdsprachenproblemen kommen besonders auch die unterschiedli-chen Fachsprachen.

10.6 Anforderungsliste

Die bestehenden Anforderungen an die gesuchte Losung und die einschrankendenRandbedingungen werden in unterschiedlichen Dokumenten verwaltet. Mit Lasten-heft, Pflichtenheft, Anforderungsliste und Spezifikationen werden derartige Doku-mente bezeichnet. Das Lastenheft beschreibt die Anforderungen und Randbedingun-gen, die zwischen Auftraggeber und Auftragnehmer vereinbart werden. Das Pflich-tenheft oder die Anforderungsliste umfaßt moglichst vollstandig die an die Losunggestellten Anforderungen. Im weiteren wird die Bezeichnung Anforderungsliste be-vorzugt verwendet.

10.6.1 Bedeutung

Die Anforderungsliste ist das wichtigste Dokument eines Konstruktions- und Ent-wicklungsauftrages. Es beschreibt unter welchen Bedingungen die in der Aufga-benstellung geforderte Losung funktions- und betriebssicher sein muß. Sie umfaßtsomit alle Anforderungen, die an das gesuchte System gestellt werden. Im Sinneder Wirtschaftlichkeit darf aber keine Anforderung aufgenommen werden, die nichtnotwendig ist. Der Grundsatz des VDI (Verein deutscher Ingenieure)

,,Nicht so gut als moglich, sondern so gut wie notig”

sollte immer eingehalten werden. Die Anforderungsliste begleitet die gesamte Pro-duktentwicklung und dient auch als Grundlage fur alle Bewertungen und Entschei-dungen. Auch die Abnahme der Entwicklung durch den Auftraggeber basiert aufder Anforderungsliste.

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10.6.2 Klassifizierung

Die Anforderungen konnen in explizite und implizite Anforderungen klassifiziertwerden.

Explizite Anforderungen

Die expliziten Anforderungen werden vom Auftraggeber gestellt und konnen Fest-forderungen oder tolerierte Anforderungen sein. Auch Wunsche konnen in die An-forderungsliste aufgenommen werden.

Implizite Anforderungen

Die impliziten Anforderungen beinhalten hingegen das Wissen um die Mittel, mitdenen die Zielvorstellungen erreicht werden konnen und alle Folgen, die sich aus derHerstellung, Verteilung, dem Betrieb und der Entsorgung des technischen Systemsergeben. Das Wissen um die Mittel zur Zielerreichung ist zusammengefaßt in dereigentlichen Gestaltungslehre und umfaßt auch die Maschinenelemente, Fertigungs-verfahren etc. Die Folgen, die das System uber seinen Lebenszyklus hinweg bewirkt,sind sehr viel schwerer abzuschatzen. Besonders beachten sollte man Auswirkungenauf den Betriebsort, den Betriebsbereich, die energie- und umweltschonende Ent-sorgung, Wiederverwertung oder Beseitigung, eventuelle technologische Spatfolgen,sowohl unmittelbare als auch mittelbare Folgen (Secondary and Tertiary Effects).Implizite Anforderungen ergeben sich erst im Laufe der Entwicklung und sind oftnicht leicht erkennbar. Das Verantwortungsbewußtsein des Konstrukteurs ist hierbesonders gefordert.

10.6.3 Anforderungen an Anforderungen

Die Anforderungen selbst mussen bestimmten Anforderungen genugen. Sie mussenerfullbar, prazise formuliert und im Einklang mit dem Auftrag sein. QuantitativeAnforderungen sind qualitativen vorzuziehen. Quantifizierte Anforderungen mussenuberpruft werden konnen. Tolerierte Anforderungen sollten einen oberen und einenunteren Grenzwert besitzen oder zumindest durch ausreichende Gegenforderungeneingegrenzt sein.

10.6.4 Formular

Die Verwendung von Formularen bewahrt sich i. a. recht gut. Beachtet sollte dabeiwerden, daß gut strukturiert wird, daß gekennzeichnet wird ob es sich um Fest-forderungen oder Wunsche handelt und daß Verantwortlichkeiten definiert werden.Besonders wichtig ist die Kennzeichnung der Liste hinsichtlich ihrer Version undGultigkeit. Dies kann z. B. durch Versionsnummern und vor allem durch das Datumund den Namen des Bearbeiters geschehen. Die Liste kann nach unterschiedlichenGesichtspunkten strukturiert werden. Je nach gesuchtem System kann beispielsweisenach Systemen, Funktionsgruppem, Baugruppen oder Hauptmerkmalen unterschie-den werden.

10.6.5 Leitlinie

Das Aufstellen und Bearbeiten der Anforderungsliste wird durch die Leitlinie un-terstutzt. Diese Leitlinie versteht sich nur als Hilfsmittel zur Erstellung und legtkeinerlei Reihenfolge oder Wertigkeit fest. Sie erhebt auch keinesfalls den Anspruchauf Vollstandigkeit, sondern versteht sich als reines Hilfsmittel. Sie ist in Tabelle10.1 widergegeben.

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Tabelle 10.1: Leitlinie

Hauptmerkmal BeispieleGeometrie Große, Hohe, Breite, DurchmesserKinematik Bewegungsart, -richtung, Geschwindigkeit, BeschleunigungKrafte Kraftgroße, -richtung, Gewicht, LastEnergie Leistung, Wirkungsgrad, VerlustStoff Eingangs-, Ausgangsgroßen, HilfsstoffeSignal Eingangs-, AusgangssignaleSicherheit Unmittelbare Sicherheitstechnik, SchutzsystemeErgonomie Mensch - Maschine - Beziehung, BedienungFertigung Fertigungsverfahren, FertigungsmittelKontrolle Maß- und Prufmoglichkeit, VorschriftenMontage Vorschriften, Zusammenbau, Einbau, BaustellenmontageTransport Hebezeuge, DurchfahrtsprofileGebrauch Gerauscharmut, Verschleißrate, EinsatzortInstandhaltung Wartung, Inspektion, InstandsetzungRecycling Wiederverwendung, Wiederverwertung, Entsorgung, EndlagerungKosten Zielkosten, Werkzeugkosten, InvestitionenTermin Ende der Entwicklung, Lieferzeit

Nachdem die Anforderungsliste erstellt und vervollstandigt ist, wird sie als gultigvereinbart.

10.7 Uberprufung von Kosten, Ressourcen und Ter-mine

Anhand der Anforderungsliste sind die im Rahmen der Angebotslegung geschatztenKosten und Termine zu uberprufen. Da sich die Randbedingungen und auch die Auf-gabenstellung selbst gegenuber der Anfrage geandert haben konnen, sind gegebenen-falls mit dem Auftraggeber die Termine und Kosten neu zu verhandeln. Eine volligeNeuentwicklung ist kaum hinsichtlich Kosten und Terminen abzuschatzen. Erfah-rungswerte aus vergleichbaren fruheren Auftragen sind meist der einzige brauchbareAnhaltspunkt fur diese Schatzungen. Gegebenenfalls sollten daher Meilensteine inder Entwicklung fix vereinbart werden um den Erfolg und den Aufwand rechtzeitigabschatzen zu konnen.

10.8 Planung der Konstruktionsablaufs

Der Ablauf der Entwicklung ist nicht immer vorhersehbar. Trotzdem ist es beson-ders wichtig den Prozeß zu planen. Nur so kann verhindert werden, daß eine Ent-wicklung an Details und Nebensachlichkeiten hangen bleibt. Zur Planung konnendie Hilfsmittel und Methoden des Projektmanagement eingesetzt werden. Je nachKomplexitat der gestellten Aufgabe und der Große des Entwicklungsteams wer-den unterschiedliche Methoden angewandt. Im weiteren werden nicht die Methodendes Projektmanagement detailliert erarbeitet, sondern nur beispielhafte Hinweiseangebracht.

Die Konstruktions- oder Entwicklungsaufgabe kann sachlich, zeitlich und sozi-al abgegrenzt werden und im sachlichen, zeitlichen und sozialen Kontext betrach-

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tet werden. Dabei werden die unterschiedlichen Einflusse auf die Aufgabenstellungerkannt und dokumentiert. Der Auftrag kann mittels eines Objektstrukturplanes(OSP) und eines Projektstrukturplanes (PSP) strukturiert werden. Im OSP spie-gelt sich beispielsweise die Struktur der Anforderungsliste wider. Mittels des PSPwerden Arbeitspakete gebildet. Fur die terminliche Planung des Prozesses stehenverschiedene Hilfsmittel, wie Terminliste, Balkenplan und Netzplan zur Verfugung.

Nachdem die Arbeitsschritte zur Aufgabenklarung durchgefuhrt sind, die An-forderungsliste und die Konstrukionsplanung vereinbart sind, erfolgt die Freigabezur Konzeption.

10.9 Ubungen

10.9.1 Ubung Auftraggeberrolle

Aufgabenstellung

Stellen Sie an Ihre Kollegen einen selbst erfundenen Entwicklungsauftrag. StehenSie Rede und Antwort.

Gruppengroße

2 bis 4 Personen

Zeit

15 Minuten

Ziel

Ein Ziel dieser Ubung ist die eigene Erfahrung der Auftraggeberrolle. Weiters sollbewußt gemacht werden, wie schwer es ist, eine gemeinsame Sichtweise und Sprachezu finden.

Ablauf

Nach den Erfahrungen des Autors bewahrt es sich, wenn die Rolle des Auftragge-bers von allen Gruppenteilnehmern der Reihe nach ubernommen wird. Von Vorteilist es auch, die Teilnehmer zumindest einige Stunden vor der Ubung uber die Auf-gabenstellung zu informieren, da sie dann ihre eigenen Ideen konkreter formulierenkonnen.

10.9.2 Ubung Anforderungsliste erstellen

Aufgabenstellung

Im Rahmen von Konstruktionsubungen sind Anforderungslisten zu erstellen undauf ihre Vollstandigkeit hin zu uberprufen. Die Anforderungen sind in einer Listezu dokumentieren. Nutzen Sie dabei die angegebene Leitlinie als Hilfsmittel.

Gruppengroße

2 bis 6 Personen

Zeit

Abhamgig von der Aufgabenstellung. Zumindest eine Stunde sollte vorgesehen wer-den konnen.

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Ziel

Das Ziel dieser Ubung ist es, den Lernenden das Hilfsmittel der Leitlinie naher zubringen.

Ablauf

Die Lernenden sollen selbstandig die Anforderungen erarbeiten. Der Lehrende sollteeinige Male Hilfestellung in Form von weiterfuhrende Fragen geben. Diese Fragensollen das erkannte Problemfeld erweitern.

10.9.3 Ubung implizite Anforderungen erkennen

Aufgabenstellung

Im Rahmen von Konstruktionsubungen sind auf der Basis bereits ertellter Anfor-derungslisten die nicht formulierten impliziten Aforderungen zu dokumentieren.

Gruppengroße

2 bis 6 Personen

Zeit


Ziel

Das Ziel dieser Ubung ist es, den Lernenden bewußt zu machen, wie groß die Zahlder nicht explizit angegebenen Anforderungen bei realen Aufgabenstellungen ist. Essoll dadurch vor allem das Verantwortungsbewußtsein geschaffen werden.

Ablauf

Die Lernenden sollen selbstandig die Anforderungen erarbeiten. Der Lehrende sollteeinige Male Hilfestellung in Form von weiterfuhrende Fragen geben. Diese Fragensollen dazu beitragen, daß auch selbstverstandlich erscheinende Anforderungen zu-mindest einmal formuliert werden.

10.9.4 Ubung Konstruktionsablauf planen

Aufgabenstellung

Im Rahmen von Konstruktionsubungen ist der zu erwartende Ablauf zu planen.Legen Sie dabei auch Wert auf die Ressourcenplanung.

Gruppengroße

2 bis 3 Personen

Zeit


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Ziel

Das Ziel dieser Ubung ist es, zu erreichen, daß die Lernenden den zu erwartendenAufwand erkennen und abschatzen mussen. Insbesondere im Falle von Teamarbeitenkann der Vergleich zwischen dokumentierter Planung und tatsachlichem Projekta-blauf lehrreich sein.

Ablauf

Die Lernenden sollen im Team den zu erwartenden Prozeß strukturieren und denBedarf abschatzen.

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Kapitel 11

Konzeptphase

11.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels sind Sie befahigt im Rahmen eines Entwick-lungsauftrages bei der Konzepterstellung strukturiert vorzugehen. Sie werden dienotwendigen Arbeitsschritte auftragsspezifisch planen. Sie werden bemuht sein, furdie gewunschte Losung die Funktionsstruktur zu erstellen. Sie werden passendeMethoden einsetzen, um zur Erfullung der Funktionsstruktur ein breites Losungs-spektrum erkennen zu konnen.

11.2 Inhalt

In diesem Kapitel sind die Arbeitsschritte in der Konzeptphase engegeben. Es wirdein Vorgehen zum Erkennen der wesentlichen Probleme vorgeschlagen. Weiters wirddas Aufstellen und Strukturieren von Funktionen angesprochen.

11.3 Didaktik

Dieses Kapitel kann in kompakter Form vorgetragen werden. Das Thema Funktio-nen, physikalische Effekte und Wirkprinzip ist fur innovative Losungen von großerBedeutung und sollte daher von den Lernenden intensiv geubt werden. Erfahrungs-gemaß tragt zum Verstandnis dieses Abschnittes eine laufende Diskussion uber be-kannte Losungen des taglichen Gebrauchs bei. Die Lernenden konnen selbst dieFunktionen bestimmen und die angewandten physikalischen Prinzipien und Wirk-strukturen erkennen. Anhand unterschiedlicher Losungen fur gleiche Funktionenwerden sie dafur sensibilisiert unterschiedliche Losungswege einzuschlagen und sichnicht zu fruh auf einen Ansatz zu fixieren.


In der Konzeptphase erfolgt nach dem Erkennen der wesentlichen Probleme unddem Aufstellen der Gesamtfunktion die eigentliche Losungssuche. In dieser Phasewerden fur den aktuellen Auftrag aus allen zur Verfugung stehenden Hilfsmittelnund Methoden die passenden ausgewahlt und angewandt. Entscheidend in dieserPhase ist es, ein moglichst breites Losungsspektrum unabhangig von bestehendenund bekannten Losungsansatzen zu finden. Eine weitere Herausforderung stellt dievertragliche Kombination der gefundenen Teillosungsvarianten zu Gesamtlosungendar.

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Tabelle 11.1: Arbeitsschritte

• Abstraktion

• Funktionsstruktur erarbeiten

• Wirkprinzipien zur Erfullung der Teilfunktionen suchen

• Kombinieren der Wirkprinzipien zur Wirkstruktur

• Auswahl von geeignet erscheinenden Varianten

• Konkretisieren damit bewertet werden kann

• Bewertung der Varianten

• Entscheidung

• Freigabe

Um sich von Fixierungen und Konventionen zu befreien wird mittels Abstrak-tion versucht das Wesentliche der Problemstellung zu erkennen. Anschließend wirddie zur Erfullung der Gesamtfunktion notwendige Funktionsstruktur erarbeitet. Furdie gefundenen Teilfunktionen werden Wirkprinzipien gesucht. Die Wirkprinzipienwerden zu Wirkstrukturen kombiniert. Aus den moglichen Kombination werden ge-eignete Wirkstrukturen ausgewahlt und zu prinzipiellen Losungsvarianten konkre-tisiert. Nach einer passenden Bewertung wird das Konzept vereinbart und es erfolgtdie Freigabe zum Entwurf. In Tabelle 11.1 sind die Arbeitsschritte zusammengefaßt.

11.5 Abstraktion

Die Abstraktion der Aufgabenstellung dient dem Erkennen der wesentlichen Pro-bleme. Beispielsweise kann ein schrittweises Vorgehen erfolgen.

• Gedanklich Wunsche weglassen

• Nur noch Forderungen die die Funktionen und wesentliche Bedingungen be-treffen zulassen

• Quantitative Anforderungen in qualitative Anforderungen uberfuhren

• Erkanntes sinnvoll erweitern

• Problem losungsneutral formulieren

Analog zum Vorgehen bei der Auftragsklarung wird versucht durch Abstrahie-ren den Kern zu erkennen. Im Gegensatz zum Aufstellen der Anforderungen wirdvom Konkreten zum Allgemeinen gedacht. Dieses mehrmalige Abstrahieren undKonkretisieren sollte mithelfen in der Losungsfindung flexibel zu bleiben.

11.6 Gesamtfunktion und Teilfunktionen

11.6.1 Funktionsbegriff

Im technischen Sprachgebrauch wird eine Funktion dadurch definiert, daß sie dasallgemeine Verhalten eines technischen Systems, das sind die Zustandsanderungen

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Tabelle 11.2: Stammfunktionen

Abhangig von . . . StammfunktionenEntstehung Erzeugen VernichtenZeit Speichern EntleerenOrt Leiten SperrenGroße Andern (Ruck) AndernArt Wandeln (Ruck) WandelnMenge Verknupfen Verzweigen

der Eingangsgroßen zu den Ausgangsgroßen, beschreibt. Die Funktionen selbst las-sen sich in 12 Stammfunktionen klassifizieren. Siehe Tabelle 11.2.

11.6.2 Struktur

Es ist die Gesamtfunktion der gesuchten Losung zu erkennen. Eventuell sind auchmehrere Hauptfunktionen parallel moglich. Beispielsweise haben Ruttelsiebe dieHauptfunktionen Trennen und Transportieren zu erfullen. Abhangig von der ge-stellten Aufgabe kann die Hauptfunktion in serielle oder parallele Teilfunktionenuntergliedert werden. Dadurch kann eine weitgehend unabhangige Losungssuchefur die Erfullung der Teilfunktionen erfolgen. Die Schnittstellen und Abhangigkei-ten sind dabei sauber zu definieren.

11.7 Erfullung der Teilfunktion

Zur Erfullung der Teilfunktionen werden Wirkprinzipien gesucht.

11.7.1 Wirkprinzip

Die Umsetzung einer Funktion erfolgt durch verfugbare und verantwortbare Tech-nologien. Das sind Vorgange beruhend auf physikalischen, chemischen und biologi-schen Gesetzen. Diese physikalischen Effekte alleine genugen jedoch noch nicht, umdas Prinzip der Losung zu verdeutlichen. Der Zusammenhang des physikalischenPrinzips mit den stofflichen und geometrischen Merkmalen stellt das Wirkprinzipdar. Damit ist die erste konkrete Vorstellung des Losungswegs erkennbar. Wie schonbei der Definition von technischen Systemen angegeben, sind drei Grundoperanden,namlich Energie, Stoff und Information, zu unterscheiden. Deren Auspragungenkonnen sehr verschieden sein. Siehe Tabelle 11.3.

11.7.2 Wirkstruktur

Analog zur Funktionsstruktur wird die Wirkstruktur durch Kombination der Wirk-prinzipien gewonnen. Besondere Beachtung muß auf die Vertraglichkeit der Wirk-prinzipien im Gesamtzusammenhang gelegt werden.

11.7.3 Suche

Die Suche nach passenden Wirkprinzipien wird durch die in fruheren Kapiteln an-gegebenen Methoden unterstutzt. Dabei sollte auf eine moglichst breite Methoden-wahl geachtet werden. Die Anwendung der allgemeinen Vorgehensmethoden sollteselbstverstandlich sein. Speziell bei der Suche nach Wirkprinzipien sollten sowohl

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Tabelle 11.3: Stammfunktionen

Energie Stoff Information / Signalmechanisch fest optischhydraulisch amorph schriftlichpneumatisch kristallin graphischmagnetisch zellular plastischthermisch sprode laseroptischoptisch elastisch akustischakustisch plastisch magnetischelektrisch flussig elektrischelektromagnetisch gasformig elektromagnetischnuklear plasmaformig elektronisch. . . . . . . . .

recherchierende, intuitive als auch diskursive Methoden eingesetzt werden. Die sy-stematische Variation von Merkmalen mittels Ordnungsschemata sollte unbedingterfolgen. Der Gebrauch von entsprechenden Konstruktionskatalogen und passenderSoftware sollte ebenso selbstverstandlich sein. Bei der Kombination der Wirkprinzi-pien zur Wirkstruktur bewahrt sich besonders die Anwendung des morphologischeKastens.

11.7.4 Auswahl

Die hoffentlich gefundene Vielzahl an Wirkstrukturen muß mittels moglichst einfa-cher Auswahlverfahren auf eine vertretbare Anzahl reduziert werden.

11.8 Konkretisieren

Um die gefundenen Losungsansatze in Form der Wirkstrukturen einer Bewertungunterziehen zu konnen, ist es meist notwendig diese noch weiter zu konkretisieren.Damit ist aber noch keine konkrete Dimensionierung der geometrischen Großengemeint.

11.9 Bewertung

Um festlegen zu konnen, welche Konzepte im weiteren Prozeß bearbeitet werden, isteine Bewertung durchzufuhren. Wunschenswert ist eine technische und wirtschaft-liche Bewertung. Einige mogliche Methoden wurden bereits angegeben.

11.10 Freigabe zum Entwurf

Basierend auf der Bewertung erfolgt die Festlegung der in Frage kommenden Kon-zepte und die Freigabe zum Entwurf. Wichtig ist die dokumentierte Entscheidungdamit die gewonnenen Erfahrungen in anderen Projekten genutzt werden konnen.

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11.11 Ubungen

11.11.1 Ubung Funktion

Aufgabenstellung

Stellen Sie die vollstandige Funktionsstruktur eines Wagenhebers auf.

Gruppengroße

2 bis 6 Personen

Zeit

15 Minuten

Ziel

Die Lernenden sollen mit dem Funktionsbegriff vertraut werden.

Ablauf

Der Aufbau der Funktionsstruktur sollte systematisch vorgenommen werden. Aus-gehend von der Hauptfunktion und abhangig von einer betrachteten Losung soll dieStruktur erstellt werden. Dies ermoglicht es auch, die Abhangigkeit der Funktions-struktur von der Losung aufzuzeigen.

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Kapitel 12

Entwurfsphase

12.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels werden Sie bemuht sein beim Gestalten struk-turiert vorzugehen. Sie werden die dazu notwendigen Arbeitsschritte planen und diedrei Grundregeln beim Gestalten anwenden.

12.2 Inhalt

Dieses Kapitel beinhaltet die Arbeitsschritte in der Konzeptphase des Konstrukti-onsprozesses. Es geht auf die drei Grundregeln der Gestaltung, namlich

• Eindeutig,

• Einfach und

• Sicher

ein. Im Zusammenhang mit der dritten Grundregel wird kurz die Sicherheitstechnikangerissen.

12.3 Didaktik

Dieses Kapitel kann in kompakter Form vorgetragen werden. Die drei Grundregelnder Gestaltung lassen sich beliebig ausbauen. Abhangig vom zur Verfugung stehen-den Zweitrahmen konnen Beispiele des taglichen Lebens oder aber aus der konkre-ten betrieblichen Situation eingebracht werden, anhand derer die drei Grundregelndiskutiert werden.


In dieser Phase des Konstruktionsprozesses erfolgt die eigentliche Gestaltung.Die notwendigen Arbeitsschritte beginnen mit dem Erkennen der gestaltungs-

bestimmenden Anforderungen und dem Klaren der raumlichen Bedingungen. DieFunktionstrager werden in gestaltungsbestimmende und andere unterschieden. Da-von ausgehend werden zuerst die gestaltungsbestimmenden Hauptfunktionstragergrob gestaltet. Ungeeignete Varianten werden ausgeschieden und anschließend dieanderen Hauptfunktionstrager grobgestaltet. Erst dann werden fur die Nebenfunk-tionen Losungen gesucht. Die weitere Feingestaltung der Hauptfunktionstrager er-folgt unter Berucksichtigung der Nebenfunktionstrager. Abschließend werden auch

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Tabelle 12.1: Arbeitsschritte

• Gestaltungsbestimmende Anforderungen erkennen

• Raumliche Bedingungen klaren

• Funktionstrager in gestaltungsbestimmende und andere unterscheiden

• Gestaltungsbestimmende Hauptfunktionstrager grob gestalten

• Losungen fur die Nebenfunktionen suchen

• Hauptfunktionstrager feingestalten

• Nebenfunktionstrager feingestalten

• Bewertung der Varianten

• Fehlerkontrolle und Storgroßeneinfluß untersuchen

• Vorlauufige Stucklisten, Fertigungs- und Montageanweisungen erstellen

• Entscheidung

• Freigabe

die Nebenfunktionstrager feingestaltet. Nach der technischen und wirtschaftlichenBewertung der feingestalteten Losungsvarianten wird ein vorlaufiger Gesamtent-wurf vereinbart. Gegebenenfalls konnen einige wenige Entwurfe parallel weiterver-folgt werden. Beim abschließenden Gestalten wird vor allem auf Fehler kontrolliertund der Einfluß von Storgroßen untersucht. So weit es bereits moglich ist werden,zusatzlich zu der vorlaufigen Stuckliste, auch vorlaufige Fertigungs- und Monta-geanweisungen erarbeitet. Nach Abschluß dieser Arbeiten wird der Gesamtentwurffestgelegt und zum Ausarbeiten freigegeben. In Tabelle 12.1 sind die Arbeitsschrittezusammengefaßt.

12.5 Information

Um rechtzeitig die bestimmenden Bedingungen zu berucksichtigen und nicht imNachhinein andern zu mussen, ist es unumganglich sich uber die gestaltungsbestim-menden Anforderungen und die raumlichen Bedingungen Klarheit zu verschaffen.Im Wesentlichen kann unterschieden werden in

• Abmessungsbestimmende Anforderungen wie Leistung, Belastung, Anschluß-maße etc.

• Anordnungsbestimmende Anforderungen wie Fluß- und Bewegungsrichtung,Lage etc.

• Werkstoffbestimmende Anforderungen wie Korrosionsbestandigkeit, Dauerfe-stigkeit etc.

12.6 Strukturieren

Entsprechend der Wirkstrukturen sind die Funktionstrager in Haupt- und Neben-funktionstrager und die Hauptfunktionstrager weiter in gestaltungsbestimmende

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und andere zu unterscheiden.

12.7 Gestalten

Ausgehend von den gestaltungsbestimmenden Hauptfunktionstragern beginnt dieGrobgestaltung. Aus der Vielzahl an moglichen Varianten sind geeignete auszuwahlenund nicht geeignete auszuschließen. Anschließend werden die anderen Hauptfunkti-onstrager grob gestaltet.

Beim Gestalten ist eine Fulle von unterschiedlichen und sich oftmals widerspre-chenden Forderungen zu erfullen. Aus der Erfahrung haben sich daraus eine Vielzahlan Regeln, Prinzipien und Richtlinien entwickelt.

12.8 Grundregeln der Gestaltung

Aus den allgemeingultigen Zielsetzungen, daß gesuchte technische Systeme einetechnische Funktion erfullen mussen, wirtschaftlich realisierbar sein mussen und dieSicherheit fur Mensch und Umwelt gegeben sein muß, leiten sich die drei Grundre-geln der Gestaltung ab

• Eindeutig

• Einfach

• Sicher

Neben diesen Grundregeln bestehen noch Gestaltungsprinzipien und Gestal-tungsrichtlinien. Im Folgenden wird nur auf die drei Grundregeln eingegangen.

12.8.1 Eindeutig

Diese Grundregel betrifft den gesamten Produktlebenszyklus und beginnt bei dereindeutigen Zuordnung der Funktionen zu Funktionstragern und reicht bis zur ein-deutigen Entsorgung nach dem Gebrauch.

Besonderes Augenmerk sollte auf eine eindeutige Kenntnis der Lastzustandegerichtet werden. Die Lasten sollten nach Große, Art, Richtung, Haufigkeit undZeit eindeutig bekannt sein. Meist ist dies nicht moglich. Es mussen jedenfalls dieangenommenen und den Dimensionierungen zugrunde liegenden Lastannahmen do-kumentiert und vereinbart sein.

Die Betriebszustande eines Systems mussen immer eindeutig erkennbar sein.Bei der Fertigung und Montage ist darauf zu achten, daß der Ablauf und die

Positionen eindeutig sind. Die gedachte Verwendung der Systeme muß eindeutigerkennbar sein.

12.8.2 Einfach

Grundsatzlich sollte einfach konstruiert werden. Das betrifft sowohl die Komple-xitat der Systeme und ihrer Teile, als auch die Herstellung, Montage und Recyclingderselben. Besonders die gewahlten Wirkprinzipien sollten dieser Grundregel ent-sprechen.

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12.8.3 Sicher

Die Grundregel Sicher umfaßt einerseits die Gefahrenminderung fur Mensch undUmwelt, anderseits aber auch die zuverlassige Erfullung der technischen Funktion.

In der Norm DIN 31004 Teil 1 werden einige Begriffe definiert

Sicherheit ist eine Sachlage, bei der das Risiko kleiner als das Grenzrisiko ist

Grenzrisiko ist das großte noch vertretbare anlagenspezifische Risiko eines be-stimmten Vorganges oder Zustandes

Schutz ist die Verringerung des Risikos durch geeignete Vorkehrungen, die entwederdie Eintrittshaufigkeit oder den Umfang des Schadens verringern

Zuverlassigkeit ist die Fahigkeit eines technischen Systems, innerhalb vorgegebe-ner Grenzen und wahrend einer bestimmten Zeitdauer den durch den Verwen-dungszweck bedingten Anforderungen zu genugen

Verfugbarkeit ist ein Maß der Zuverlassigkeit

Die Bauteil- und Funktionssicherheit ist Voraussetzung fur die Betriebssicher-heit. Zusatzlich muß die Arbeitssicherheit und weiters die Umweltsicherheit betrach-tet werden.

In der Norm DIN 31000 werden 3 Stufen der Sicherheitstechnik definiert

Unmittelbare Sicherheitstechnik

• Gestaltung derart, daß keine Gefahrdung besteht

Mittelbare Sicherheitstechnik

• Schutzsysteme

• Schutzeinrichtungen

Hinweisende Sicherheitstechnik

• Warnung vor Gefahren

• Hinweis auf Gefahren

Unmittelbare Sicherheitstechnik

In der unmittelbaren Sicherheitstechnik wird die Sicherheit durch entsprechendeGestaltung und Anordnung der beteiligten Systeme und Bauteile erreicht. Es stehendie drei Sicherheitsprinzipien

,,Sicheres Bestehen” oder safe-life,

,,Beschranktes Versagen” oder fail-safe und

,,Redundante Anordnung”

zur Auswahl.

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Prinzip des sicheren Bestehens Die Sicherheit wird dadurch erreicht, daßwahrend der Verwendungszeit alle wahrscheinlichen und eventuell alle moglichenBetriebszustande ertragen werden konnen. Dies setzt voraus, daß alle wahrscheinli-chen oder moglichen Belastungen und Vorkommnisse erkannt werden mussen. DerAufwand fur die Abklarungen und Untersuchungen ist meist recht hoch. Weiterssind bei der Auslegung und Dimensionierung bewahrte Hypothesen und Rechen-verfahren einzusetzen und die Sicherheiten entsprechend hoch anzusetzen. Die Aus-gangsmaterialien, die Fertigung und Montage sind in ihrer Qualitat sicherzustel-len. Der Anwendungsbereich des technischen Systems ist so einzuschranken, daßer außerhalb des Streubereichs moglicher Versagensfalle liegt. Nicht zu letzt ist ei-ne laufende Kontrolle und Inspektion vorzusehen und zu garantieren. Alle dieseVoraussetzungen und Randbedingungen kosten Zeit und Geld.

Prinzip des beschrankten Versagens Diese Prinzip laßt das Versagen einesBauteils oder Systems zu, aber unter der Voraussetzung, daß die Auswirkungenbeschrankt sein mussen. Im Versagensfall darf es zu keiner gefahrlichen Situationkommen, die Funktion muß so weit erhalten bleiben, oder von anderen Teilen uber-nommen werden, daß die Anlage oder Maschine gefahrlos außer Betrieb genommenwerden kann. Das Versagen muß erkennbar sein.

Redundante Anordnung Grundsatzlich wird durch Redundanz die Sicherheitund Zuverlassigkeit von Systemen erhoht. Man unterscheidet je nach Anordnungder mehrfach vorhandenen Systemteile in aktive und passive Redundanz.

• Aktive Redundanz bedeutet, daß alle Systemteile im Normalfall aktiv sind undim Falle des Versagens eines Systemteils die anderen bei reduzierter Funktio-nalitat oder Leistungsfahigkeit die Funktion weiter erfullen.

• Passive Redundanz liegt vor, wenn redundante Systeme fur den Versagensfallbereitgehalten werden und erst durch einen entsprechenden Schaltvorgang dieFunktion ubernehmen.

In dem Fall, in dem die redundanten Systeme nicht gleichartig ausgefuhrt werden,sondern mit verschiedenen Wirkstrukturen gleiche Funktion erfullen sollen, sprichtman von Prinzipredundanz.

Zu beachten ist, daß auch die redundanten Systemkomponenten entweder nachdem Safe-life- oder dem Fail-safe-Prinzip ausgefuhrt werden mussen, um tatsachlichdie Sicherheit eines Systems zu erhohen.

Mittelbare Sicherheitstechnik

In der mittelbaren Sicherheitstechnik werden Schutzsysteme, Schutzorgane und Si-cherheitseinrichtungen eingesetzt.

• Schutzsysteme losen bei Gefahrdung, die durch ein entsprechendes Eingangs-signal erkannt wird, eine Schutzreaktion aus

• Schutzorgane uben eine Schutzfunktion ohne Signalumsatz aus

• Schutzeinrichtungen schutzen ohne Schutzreaktion

Hinweisende Sicherheitstechnik

Die Sicherheit wird durch Warnungen vor Gefahren und durch Hinweise auf dieseerreicht.

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12.9 Gestaltungsprinzipien und -richtlinien

Des weiteren sind sowohl beim Grobgestalten als auch beim Feingestalten weite-re Prinzipien und Richtlinien bekannt, deren Anwendung eine moglichst optimaleLosung bei geringem Aufwand erreichen sollen. In diesem Kapitel wird darauf nichtnaher eingegangen.

12.10 Feingestalten

Nachdem auch fur die Nebenfunktionen Losungen gefunden wurden, erfolgt dieFeingestaltung. Wiederum zuerst die Haupt- und anschließend die Nebenfunktions-trager.

12.11 Bewertung

Die Bewertung der gestalteten Varianten geschieht unter Zuhilfenahme der bereitsfruher angegebenen Methoden. Wunschenswert ist eine Bewertung nach technischenund wirtschaftlichen Kriterien.

12.12 Vervollstandigen

Abhangig von der Aufgabenstellung und der Komplexitat der gesuchten Losungenist es notwendig die bereits bewerteten Varianten noch zu vervollstandigen. Nebendiverser Kontrollen wird gegebenenfalls eine vorlaufige Stuckliste erstellt und bereitsabsehbare Fertigungs- und Montageanweisungen werden dokumentiert.

12.13 Entscheidung

Gegebenenfalls wird aus mehreren Entwurfen der optimale ausgewahlt und festge-legt. Zuletzt muß die Freigabe zur Ausarbeitung erfolgen.

12.14 Ubungen

Die Ubungen zu diesem Kapitel sind sinnvoller Weise im Rahmen von konkretenKonstruktionsaufgaben durchzufuhren.

12.14.1 Ubung Grundregeln der Gestaltung

Aufgabenstellung

Im Rahmen von Konstruktionsubungen ist dokumentiert nachzuweisen, daß bei derGestaltung der Losungsansatze die Grundregeln beachtet wurden.

Ziel

Im Rahmen von praktischen Arbeiten sollen die Grundregeln ganz bewußt eingesetztund bei ausgefuhrten Losungen deren Anwendung hinterfragt werden.

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Kapitel 13

Ausarbeitungsphase

13.1 Ziele

Nach der Bearbeitung dieses Kapitels werden Sie die notwendigen Arbeitsschrittefur die Ausarbeitung und die fur die Fertigung des Produktes notwendigen Doku-mente festlegen konen. Sie werden sich der Problematik der passenden Erzeugnis-gliederung bewußt sein und unterschiedliche Sichtweisen auf die Erzeugnisstrukturin Form von Stucklisten widergeben. Bei der Festlegung eines Sachnummernsystembegrunden Sie sachlich Ihre Entscheidung.

13.2 Inhalt

Dieses Kapitel beinhaltet die notwendigen Arbeitsschritte in der Ausarbeitungspha-se des Konstruktionsprozesses. Es befaßt sich mit der Problematik der passendenErzeugnisgliederung. Weiters werden verschieden Arten von Dokumenten zur Pro-duktbeschreibung, wie virtuelle Modelle, Zeichnungen, Stucklisten und Simulatio-nen, angesprochen. Das Thema der Sachnummernsysteme wird aus der Sicht derKonstruktion und Entwicklung kurz beleuchtet und auf Sachmerkmalleisten wirdkurz eingegangen.

13.3 Didaktik


In dieser Phase des Konstruktionsprozesses werden die Fertigungsunterlagen vollstandigerstellt. Die Arbeitsschritte umfassen folgenden Ablauf

• Detaillieren und Festlegen der Einzelteile, Einzelteilzeichnungen

• Zusammenstellen der Stucklisten

• Zusammenfassen in Gruppenzeichnungen und einer Gesamtzeichnung

• Vervollstandigen durch Fertigungs-, Montage- und Transportanweisungen

• Erstellen der Betriebsanleitungen

• Prufen der Fertigungsunterlagen auf Richtigkeit, Vollstandigkeit und Norm-gerechtigkeit

• Festlegen der Produktdokumentation und Freigabe zum Fertigen

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Um die notwendigen Arbeiten effizient ausfuhren zu konnen und um den Bedurf-nissen der weiteren Entstehung der Produkte und der Prozesse des Betriebes zugenugen, sind einige wichtige Methoden zu beachten.

13.5 Erzeugnisgliederung

Von besonderer Bedeutung fur die betrieblichen Ablaufe ist die vereinbarte Erzeug-nisstruktur. Da ab einer gewissen Komplexitat des Produktes der Uberblick uberdie Einzelteile, deren Beschaffung bzw. Fertigung und den Zusammenbau zum Ge-samterzeugnis verloren geht, ist eine passend gewahlte Struktur des Erzeugnisses furdie innerbetrieblichen Ablaufe von immenser Bedeutung. Grundsatzlich kann funk-tionsorientiert, fertigungsorientiert oder montageorientiert gegliedert werden. Es istnicht moglich eine allgemeingultige Struktur anzugeben. Vielmehr ist sie produkt-und firmenspezifisch zu erstellen. Erfahrungsgemaß sollten bei der Festlegung derProduktstruktur alle betroffenen Bereiche, z.B. Konstruktion, Normung, Arbeits-vorbereitung, Fertigung, Montage und Einkauf, eingebunden werden. Im Sinne vonSimultaneous Engineering bzw. Concurrent Engineering sollten bei der Erzeugnis-gliederung auch Aspekte der parallelen Produktentwicklung berucksichtigt werden.Wird die Erzeugnisstruktur so vorgenommen, daß einzelne Baugruppen bzw. Ein-zelteile nach genauer Abgrenzung und Festlegung der Nahtstellen, unabhangig von-einander entwickelt werden konnen, so lassen sich zeitliche Einsparungspotentialenutzbar machen. Naturlich ist der erhohte Abstimmungsaufwand zu berucksichti-gen. Ebenso ist darauf bedacht zu nehmen, daß es durch vorzeitige Entwicklungenzu Ruckschlagen im Konstruktionsprozeß kommen kann. Diese sind dadurch be-grundet, daß teilweise von Randbedingungen ausgegangen werden muß, die nochnicht hundertprozentig festgelegt sind. Von besonderer Bedeutung ist in diesem Zu-sammenhang die moglichst vollstandige digitale Reprasentation des Produktes. Amvirtuellen Modell sind notwendige Anderungen kostengunstiger realisierbar als anphysischen Modellen. Dies setzt voraus, daß ein entsprechend machtiges Softwa-repaket zur Verfugung steht. Je mehr das Verhalten des Produktes virtuell simu-liert werden kann, umso geringer ist die Wahrscheinlichkeit von Fehlern. Zusatzlichsind Anderungen am virtuellen Modell schneller realisierbar. Besonders die Moglich-keit zur Parametrisierung bietet hier Vorteile. Allerdings darf nicht ubersehen wer-den, daß die Vergabe von Parametern und Zwangsbedingungen, sogenannten Cons-traints, die spateren Anderungsmoglichkeiten stark beeinflußt. Die Erfahrung unddas Wissen des Benutzers spielt dabei eine entscheidende Rolle. Die Erzeugnisglie-derung kann entweder Top-Down oder Bottom-Up vorgenommen werden. Im erstenFalle wird vom Erzeugnis ausgehend strukturiert. Im zweiten Falle geht man vonden Einzelteilen aus und fugt diese zu Baugruppen zusammen bis das Gesamtpro-dukt entsteht. Es ist nicht moglich allgemeingultig eines der beiden Verfahren zubevorzugen. Vielmehr ist firmen- und produktspezifisch zu entscheiden. Unabhangigvom Vorgehen darf jedenfalls die gesamtheitliche Sichtweise nicht verloren gehen.

13.6 Dokumentation

13.6.1 Virtuelle Modelle und Zeichnungen

Wie oben angedeutet, ist in der heutigen Produktentwicklung der Einsatz von CAD,und hier im besonderen 3D-CAD, nicht mehr weg zudenken. Wenn auch das er-wartete papierlose Buro in den Konstruktionsabteilungen bis heute nicht Realitatgeworden ist, so mussen doch, zusatzlich zu den nahezu uberall noch vorhandenenPapierzeichnungen, virtuelle Modelle, Berechnungsergebnisse, Einbaustudien und

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vieles andere mehr verwaltet werden. Die Anforderungen an sogenannte Produkte-datenmanagementsysteme (PDM) bestehen daher in der Forderung beliebige Do-kumente verwalten zu konnen. Hierzu gehoren neben den erwahnten Dokumentenauch Skizzen, Bilder und Videos. Eine weitere wichtige Forderung ist die Abbildungvon Prozessen. Besonders der Anderungsdienst stellt durch die gewunschte Transpa-renz und Nachvollziehbarkeit hohe Anforderungen an PDM-Systeme. Im Sinne vonQualitatssicherungsnormen werden durch derartige Systeme die Prozeßablaufe, diezugeordneten Berechtigungen und die Verwaltung der Dokumente unterstutzt undvor allem auch dokumentiert. Somit sind die Prozesse nachvollziehbar und transpa-rent. Neben PDM Systemen werden auch Engineering Data Management Systeme(EDM) eingesetzt. Diese Systeme sind starker auf die konstruktiven Prozesse foku-siert und verwalten nicht alle produktrelevanten Daten.

Im Hinblick auf die zu erstellende Produktdokumentation sind die unterschied-lichen Zeichnungstypen von Bedeutung. Sie haben sich im Laufe der Zeit ent-wickelt um den unterschiedlichen Anforderungen in unterschiedlichen betrieblichenAblaufen gerecht zu werden.

Je nach Darstellungsart spricht man von

Skizzen keine Regeln, freihandig, kein MaßstabZeichnungen Regeln, MaßstabMaßbildern vereinfachte DarstellungPlanen abstrakte Darstellung von Teilsystemen, z.B. LageplanDiagrammen Darstellung von Zusammenhangen, etc.

Abhangig vom Inhalt der Zeichnung wird von

• Gesamtzeichnungen fur Erzeugnisse

• Gruppenzeichnungen fur Baugruppen

• Einzelteilzeichnungen

• Rohteilzeichnungen

• Anordnungsplane

• Modellzeichnungen

• Schemazeichnungen

gesprochen. Alle Zeichnungen fur ein Erzeugnis werden als Zeichnungssatz bezeich-net.

13.7 Stucklisten

Die Struktur eines Produktes spiegelt sich in der Stuckliste wider. Es gibt vieleunterschiedliche Stucklistenformen. Je nach Sichtweise werden unterschiedliche In-formationen benotigt und angegeben. Gegebenfalls werden Stucklisten auch direktauf Gesamt- oder Gruppenzeichnungen angebracht.

Im klassischen Sinne besteht eine Stuckliste aus einem Schriftfeld und einemStucklistenfeld. Im Stucklistenfeld werden fur samtliche Teile oder BaugruppenMenge, Einheit der Menge, Werkstoff, Benennung, Sachnummer, gegebenfalls Normund weitere Informationen eingetragen. Die Positionsnummern stellen die Verbin-dung zur zeichnerischen Darstellung her.

In den verschiedenen Stucklistenarten werden die Erzeugnisgliederung und dieFertigungsstufen unterschiedlich berucksichtigt. Im Folgenden werden nur ein paarStucklistenarten erwahnt.

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13.7.1 Strukturstuckliste

In der Strukturstuckliste wird die gesamte Struktur, ausgehend von einer belie-big gewahlten Baugruppe aus, mit allen beinhalteten Bauteilen und Baugruppensichtbar. Die Struktur entspricht dabei der Erzeugnisstruktur, gegebenfalls einerTeilmenge des Erzeugnisses.

13.7.2 Baukasten–Stuckliste

Die Baukastenstuckliste beinhaltet nur die Teile und Baugruppen einer Baugrup-peneinheit. Sie stellt also die einstufige Auflosung einer Strukturstuckliste dar. Dasich aus ihr direkt und mittels EDV-Unterstutzung sehr schnell nahezu alle an-deren Sichtweisen auf die Erzeugnisstruktur ableiten lassen, ist sie die wichtigsteStucklistenart.

Vor allem im Bereich der CAD–Modellierung wird mit diesem modularen Stuck-listenkonzept gearbeitet. Damit braucht eine Baugruppe, die in der Gesamtstrukturan unterschiedlichen Stellen vorkommen kann, nur einmal definiert und abgespei-chert werden. Die Baugruppe wird dabei als logische Gruppierung interpretiert unddie geographische Anordnung ihrer Teile wird in weiteren Datentypen verwaltet.Damit kann ein und dieselbe Baugruppe an unterschiedlichen Stellen der Struk-tur in unterschiedlicher Anordnung eingebaut werden. Als simples Beispiel dieneeine Baugruppe ,,Schraubenverbindung”, die aus einer bestimmten Schraube mitdazu passender Mutter bestehe. Dies Baugruppe kann nun mit unterschiedlicherKlemmlange eingebaut werden, ohne daß verschiedene Baugruppen definiert wer-den mussen.

13.7.3 Mengenubersichtsstuckliste

In der Mengenubersichtsstuckliste werden alle Teile mit ihren Informationen auf-geuhrt, wobei gleiche Teile nur einmal erscheinen und uber die Menge definiertwerden.

13.7.4 Variantenstuckliste

In Variantenstucklisten werden mehrere Varianten von Erzeugnissen und damit ei-gentlich mehrere Stucklisten in einer einzigen Sonderform der Stuckliste zusammen-gefaßt. Gleichbleibende Teile konnen in Grundstucklisten angeordnet werden.

13.7.5 Teileverwendungsnachweis

Der Teileverwendungsnachweis stellt die umgekehrte Form der Stuckliste dar undgibt an, in welchen Baugruppen ein Teil vorkommt. Diese Informationen sind vorallem fur den Anderungsdienst von entscheidender Bedeutung.

13.8 Datenhaltung

Im Sinne moderner Softwarekonzepte erscheint es wenig sinnvoll Daten an unter-schiedlichen Orten redundant zu halten. Damit sei jedoch keinesfalls das Thema derDatensicherheit mittels redundanter Ansatze gemeint, vielmehr geht es darum dieInformationen konsistent zu halten. Aus diesem Grund werden Daten in teilebezo-gene Daten, den Stammdaten, und in erzeugnisbezogene Daten, den Strukturdaten,unterschieden.

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Die Daten werden im Sinne von Baukastenstucklisten strukturiert einstufig ab-gelegt. Daraus konnen mittels sogenannter Stucklistenauflosung die gewunschtenInformationen automatisch abgeleitet werden.

13.8.1 Stammdaten

Stammdaten sind jene Daten, die teilebezogen sind. Beispielsweise zahlen Zeich-nungsnummern und Sachnummern zur Identifizierung der Bauteile, Werkstoffanga-ben, Mengenangaben und Teileart dazu.

13.8.2 Strukturdaten

Strukturdaten stellen die Beziehungen zwischen Teilen und zum Erzeugnis her. Bei-spielsweise zahlen Positionsnummern, Anderungsvermerke und Auftragsnummerndazu.

13.9 Kennzeichnung

Samtliche Dinge eines Betriebes mussen verwaltet werden. Dies betrifft naturlichnicht nur die Erzeugnisse, auch alle Betriebsmittel und Anlagen mussen verwaltetwerden. Dadurch ergibt sich die grundsatzliche Problematik der allgemeinen Kenn-zeichnung. Dies betrifft sowohl materielle als auch immaterielle Dinge.

Die Kennzeichnung erfolgt heute ublicherweise mittels verschiedener Nummern-systeme.

13.9.1 Nummernsysteme

Grundsatzlich haben Nummernsystem zwei Hauptaufgaben zu erfullen.

• Identifizieren

• Klassifizieren

Die Identifikation eines Gegenstandes muß eindeutig und unverwechselbar erfol-gen. Andererseits ist es notwendig die Teile zu klassifizieren um eine entsprechendeOrdnung herstellen zu konnen. Die Klassifizierung gruppiert also Dinge hinsichtlicheiner oder mehrer Eigenschaften. Die Dinge einer Klasse besitzen somit bestimmtegleiche Eigenschaften.

Grundsatzlich werden daher Sachnnummernsysteme und Klassifikationsnum-mernsysteme unterschieden.

Sachnnummernsysteme

Eine Sachnnummer identifiziert eine Sache eindeutig. Daruberhinaus kann sie auchklassifizieren, was meistens der Fall ist. Eine derartige Sachnummer kann entwederals Verbundnummer oder als Parallelnummer definiert sein.

Verbundnummer Eine Verbundnummer ist so aufgebaut, daß die Identifizie-rung durch alle Stellen der Nummer erfolgt. Die Klassifizierung erfolgt durch eineTeilmenge der Stellen. Somit kann beispielsweise eine nachtragliche Anderung derKlassifizierung nicht ohne einer Anderung der Identifizierung vorgenommen werden.Diese Abhangigkeit ist moglichst zu vermeiden. Aus diesem Grund wird empfohlen,derartige Verbundnummern nicht einzusetzen.

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Parallelnummer Eine Parallelnummer besteht eigentlich aus zwei unabhangigenNummernteilen. Ein Teil der Nummer dient der eindeutigen Identifizierung undein zweiter Teil der Nummer dient der Klassifizierung. Somit kann jederzeit dieKlassifizierung eines Teiles geandert oder erweitert werden, ohne daß sich dadurchdie Identifikation andert. Auch eine Erweiterung der Nummern durch eine Erhohungder zulassigen Stellen ist jederzeit moglich. Diese Art der Nummer ist unbedingt zubevorzugen.

Hingewiesen soll noch darauf werden, daß in manchen Fallen die BezeichnungParallelnummernsystem in einem anderen Zusammenhang verwendet wird. Verwal-tet ein Betrieb parallel zur eigenen Sachnummer auch noch eine oder mehrer Sach-nnummern von Lieferanten oder Kunden, so spricht man ebenfalls von Parallelnum-mernsystem.

13.9.2 Sachmerkmale

Gerade in der Konstruktion und Entwicklung ist das Wiederfinden von Teilen eingroßes Problem. Braucht der Konstrukteur zu lange, um ein bereits entwickeltesoder konstruiertes Teil aufzufinden, so ist er dazu geneigt dieses Teil wieder zukonstruieren. Im Normalfall wird dieses Teil dann zwar ahnlich, aber eben nichtgleich, ausgefuhrt werden. Dies fuhrt zu einer unuberschaubaren Fulle an Teilen.Die Kosten in der Fertigung gar nicht berucksichtigt. Um das Finden von Teilenzu erleichtern, ist es notwendig diese uber ihre Merkmale und Eigenschaften zubeschreiben. Diese Merkmale werden daher als Sachmerkmale bezeichnet und sindbeispielsweise nach DIN 4000 genormt. Fur Schrauben und andere Maschinenele-mente sind sogenannte Sachmerkmalsleisten genormt.

In CAD–System versucht man diese Sachmerkmale grafisch unterstutzt bei derStandardteilsuche einzusetzen. Damit soll dem Konstrukteur die Suche nach bereitsbestehenden Teilen wesentlich erleichtert werden. Zu bechten ist, daß die Effizienz ei-nes derartigen Systems entscheident von der passenden Auswahl und Einschrankungder Sachmerkmale abhangig ist. Ohne firmenspezifische und aufgabenspezifische An-passungen kommen heutige Systeme nicht aus.

13.10 Ubungen

Wie auch bei den beiden vorangegangenen Kapiteln erscheint es auch fur die hier be-arbeitete Problematik am sinnvollsten keine isolierten Ubungen vorzunehmen, don-dern diese Thematik im Rahmen von anderen Aufgaben und Konstruktionsubungenverstarkt zu berucksichtigen.

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Literaturverzeichnis

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Documents

Lehrgang Konstruktionsmethodik - · PDF fileals sogenannte Black Box wird in Hinblick auf Neukonstruktionen und Entwick-lungsaufgaben intensiv diskutiert. 2.3 Didaktik