02Produktentwicklung Flashcards
Vorgehensweise in der Produktentwicklung (PE)
(Was ist es? Wie anwenden? Wie unterscheidbar?)
- enthält Vorgab zum systematisch strukturierten Entwickeln
- Situationsspezifische und kontextsensitive Anwendungen stehen im Vordergrund
- Andwendung mit Verstand
- Vorgehensweisen unterscheiden sich im Auflösungsgrad (Mikrologie, Problemlösung, Makrologie)
VDI 2221: Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte
Was beinhaltet die VDI?
Ihre Ziele?
beinhaltet allgemeingültige, branchenunabhängige Grundlagen der MPE
Ziele:
- Zwang zur Teamarbeit
- organisatorische Ausrichtung der Entwicklungs- und Konstruktionsablaufs
- Integration der IT
- einheitliche Definition von Begriffen
VDI 2221: Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte
Wovon leitet sich die Vorgehensweise ab/ Auf welchen Grundlagen baut die VDI auf?
Problemlösungsmethodik: (Problemanalyse, Problemformulierung, Systemsynthese, Systemanalyse, Beurteilung, Entscheidung)
denkpsychologischen Erkenntnisse
VDI 2221 Schritt 1: Klären und Präzesieren der Aufgabenstellung
detaillierter Aufbau
(Ablauf, Ergebnis)
Überprüfen und Ergänzen von Informationen, Anforderungen, Formulierung der Aufgabenstellung
-> Anforderungsliste
(ist eine “mitwachsende” Informationsunterlage)
VDI 2221 Schritt 2: Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen
detaillierter Aufbau
(Ablauf, Ergebnis)
zunächst Hauptfunktionen definieren, dann Nebenfunktionen Ableiten
Verbinden der Funktionen mit Energie-, Signal-, und Stoffflüssen
-> Funktionsstruktur
Stoff ->| Gesamt | -> Stoff’
Energie ->| Funk- | -> Energie’
Signal ->| tion | -> Signal’
VDI 2221 Schritt 3: Suchen nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen
detaillierter Aufbau
(Ablauf)
- Zuordnung je eines Lösungsprinzips zu einer Funktion
- Auswählen von physikalischen, chemischen oder anderen Effekten
- Zusammenfassung zu einer Wirkstruktur
VDI 2221 Schritt 4: Gliederung in realisierbare Module
detaillierter Aufbau
(Grundlage? Wozu? in welcher Form?)
Wirkstruktur ist Ausgangsunterlage für die Erarbeitung einer modularen Struktur
lässt wesentliche reale Gruppen und deren Elementre einschließlich deren Verknüpfung erkennen
(als Anordnungsskizze, Strukturgramm, Logikpläne, Graphen, Flussdiagramm)
VDI 2221 Schritt 5: Gestalten der maßgebenden Module
detaillierter Aufbau
(Was ist es? Was wird gemacht? Ergebnis?)
Konkretisierungs- und Realisierungssprung
Festlegung der geometrischen, stofflichen und programmtechnischen Eigenschaften des Produkts
->Vorentwürfe/Grobgestaltung
VDI 2221 Schritt 6: Gestalten des gesamten Produkts
detaillierter Aufbau
(Ablauf, Ergebnis)
Endgültige Festlegung und Komplettierung der Teilangaben und Gestalt
-> Gesamtentwurf / Feingestaltung
VDI 2221 Schritt 7: Ausarbeitung der Ausführungs- und Nutzungsangaben
detaillierter Aufbau
(Beispiele, Endergebnis)
für nachgelagerte Phasen:
- Einzelteil-, Gruppen-, Gesamtzeichnung
- Montrage-, Prüf-, Transportvorschrift
für den Kunden
- Betriebsanleitung / Handbuch
- >Produktdokumentation
VDI 2206: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme
Übersicht (Eigenarten)
- wenig / keine radikalen Innovationen (wegen Kosten- und Wettbewerbsdruck, Produkte mit rein mechanischen Wirkprinzipien)
- Möglichkeit: Miniaturisierung durch Mikrosystemtechnik (Lösungsraum monodisziplinär)
- neue Wirkprinzipien durch Integration der Elektrotechnik und Informationstechnik
Aufbau mechantronischer Systeme? (4)
- Grundsystem
- Sensoren
- Aktoren
- Informationsverarbeitung
Nutzungspotenzial der Mechatronik
(Innovationspotential + Folgen)
- Innovationspotential durch hohe Entwicklungsdynamik elektronischer und softwaretechnischer Komponenten (substitution von mechanischen Komponenten)
- Innovationspotential durch neuartige Kombination bekannter Produkttechnologien
-> Komplexität und Interdisziplinarität
Allgemeine Bestandteile der VDI 2206: Entwicklungsmethodik für mechatronische Systeme
- Allgemeiner Problemslösezyklus auf Mikroebene
- V-Modell als Makrozyklus
- Prozessbausteine
Vorgehen muss hochgradig flexibel sein.
VDI 2206: V-Modell als Makrozyklus
Inhalt/Ablauf
- Ausgangspunkt: Anforderungen (Präzisiert nach VDI 2221)
- Systementwurf: Festlegung eines domänenübergreifenden Lösungskonzepts
- Domänenspezifischer Entwurf: Konkretisierung des Systementwurfs in einzelnen Domänen
- Systemintegration: Zusammenfassung der Ergebnisse und Analyse des Zusammenwirkens
ständige Eigenschaftsabsicherung des Lösungskonzepts mit den Anforderungen
ständige Modellbildung und Modellanalyse
-> Produkt, das den Anforderungen entspricht
Diagramm im Skript anschauen (2-16)
VDI 2206: V-Modell als Makrozyklus
(Variationen im Ablauf)
- Arbeitsschritte nicht starr nacheinander, sondern an Aufgaben angepasst
- Intensität der einzelnen Schritte variiert
- Iterationsschleifen dienen zur weiteren Fokusierung
Merkmale/Definiton eines Modells nach Stachowiak (3)
- Verkürzungsmerkmal: Fehlen von Eigenschaften, die der Modellerschaffer als nicht relevant erachtet
- Abbildungsmerkmal: Repräsentaton natürlicher oder künstlerischer Orginale
- Pragmatisches Merkmal: Kennzeichnung durch einen Nutzen/Zweck (Für wen ist das Modell? wozu dient es? Warum wurde es erschaffen?)
Modelle in der Produktentwicklung (4)
- CAD-Modell
- Funktionsstruktur
- Wirkstruktur
- Wirkprinzip
Definition eines technischen Systems (5)
- von Menschen gemacht
- physisch greifbar
- erfüllen nützliche Funktion
- transformieren Eingangsparameter in Ausgangsparameter (Stoff, Energie, Signal)
- in technischen Prozess als Operator eingebunden
Aus welchen Strukturen besteht ein technisches System? (3)
- Prozessstruktur: Prozesse innerhalb eines technischen Systems
- Funktionsstruktur: Funktionen eines technischen Systems
- Baustruktur: Baugruppen/Bauelemente
Welche Eigenschaften unterscheidet man bei einem technischen System?
- Verhalten
- Betriebseigenschaften
- Fertigungseigenschaften
- Vertriebseigenschaften
- Lieferungs- und Planungseigenschaften
Auf welche Arten können technische Systeme modelliert werden? (2)
- Verhaltensmodell (CAD)
- Strukturmodell (Schema)
Definition des Elementmodells
(wozu dient es / was wird gemacht?)
- um ein technisches System auf verschiedenen Abstraktionsniveaus zu untersuchen (Analyse)
- um ein technisches System zu verbessern (Synthese)
- nur für die Verbesserung von Konstruktionen (Varianten- und Wiederholkonstruktion) nicht für Neukonstruktion!
- verbindet Gestalt und Funktion eines Produkts
Aus welchen Elementen setzt sich das Elementmodell zusammen? (6)
- Wirkflächen
- Wirkflächenpaare
- Begrenzungsflächen
- Leitstützstruktur
- Tragstruktur
- Reststruktur
Definition: Wirkflächen (3)
- sind feste Oberflächen oder Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten, Gasen und Feldern
- müssen dauernd oder zeitweise mit anderen Wirkflächen in Kontakt stehen
- beteiligt an Eenergie-, Signal-, Stoffaustausch
Bauteilebene
Definition: Begrenzungsflächen (3)
- sind feste Oberflächen oder Grenzflächen zwischen Flüssigkeiten, Gasen und Feldern
- stehen NIE mit anderen Wirkflächen in Kontakt
- sind NICHT am Energie-, Signal-, oder Stoffaustausch beteiligt
Bauteilebene
Definition: Wirkflächenpaare (4)
- besteht aus genau zwei Wirkflächen
- steht zeitweise, ganz oder teilweise in Kontakt
- zwischen den Wirkflächen wird Energie, Stoff und/oder Singale übertragen (Funktionskontakt)
- existiert nicht mehr wenn Wirkflächen voneinander getrennt werden.
Systemebene
Definition: Leitstützstruktur (4)
- Volumina von Körpern, Flüssigkeiten, Gasen und feddurchsetzten Raum
- verbindet genau zwei Wirkflächenpaare
- ermöglicht die Leitung von Energie, Stoff und Signal zwischen zwei Wirkflächen
- wird keine Energi, Stoff oder Signal geleitet existiert keine Leitstützstruktur
Bauteilebene
Definition: Tragstruktur (1)
- ist die Menge aller Leitstützstrukturen
Systemebene
Definition: Reststruktur (4)
- Volumina von Körpern, Flüssigkeiten, Gasen oder felddurchsetzten Räumen, die nie Tragstrukturen werden
- sind wie Begrenzungsflächen funktionslos
- werden bei Topologieoptimierung entfernt oder aus fertigungstechnischen Gründen am Bauteil belassen
Bauteilebene
Grundhypothesen des Elementemodells
- Jedes Gundelement erfüllt seine Funktion durch Wechselwirkung mit min. einem anderen Grundelement
- Funktion erst durch Kontakt zweier Flächen möglich
- Flächen sind Wirkflächen (WF) bzw zusammen Wirkflächenpaare (WFP)
- Funktion eines techn. Systems besteht aus mindestens 2 Wirkflächenpaaren und 1 sie verbindende Leitstützstruktur (LSS)
- Funktionsbestimmend: Eigenschaften und Wechselwirkungen der WFP und LSS
- im Falle von Feldern: Wechselwirkung der LSS des Feldes mit mindestens 2 weiteren LSS zusätzlich funktionserfüllend
- jedes funktionserfüllende System besteht aus Wirkflächenpaar und Leitsstützstruktur (beliebige Form und Anordnung)
- jedes WFP besteht aus genau 2 WF
Ablauf der Anwendung des Elementemodells (4)
- Systemgrenze definieren
- Ort der Funktionserfüllung ermitteln
- Beschreibung dynamischer Systeme mit dem Sequenzenmodell
- Fraktalen Charakter erkennen und Auflösung anpassen (Kammvorgehen) - genau genug betrachten
Andwendung des Elementmodells:
- Systemgrenzen definieren
- Definition des Gesamtsystems (geometrisch, funktional, Ein- / Ausgangsgrößen, Elemente)
- Identifikation von Wirkflächenpaaren und Leitstützstrukturen
- Systemgrenzen einzeichnen (alle Problemrelevanten Teilsysteme innerhalb)
- Wirkflächenpaare und Leitstützstruktur einzeichnen
- Eigenschaften von WFP und LSS durch Symbole kennzeichnen
- dabei Wechselwirkung mit Umgebung beachten
- Ein- und Ausgänge nur über Wirkflächenpaare (Freischneiden)
Andwendung des Elementmodells:
- Ort der Funktionserfüllung ermitteln
- Zuordnung von WFP, LSS, Gestalt und Funktion des Systems
- Ort der Funktionserfüllung innerhalb der Systemgrenzen
- es ist nicht geklärt:
- wie das System funktioniert
- oder
- wo die bekannte Funktion erfüllt wird.
- wie das System funktioniert
Gestalt bekannt: Zuweisen eines Effektes eines WFP zu einem Ort -> Benennung der für diesen Effekt erforderlichen WFP + LSS
Funktion bekannt: Zuweisung der bekannten Funktion zu einem Ort (Funktion kann nur durch Wechselwirkung mehrerer Elemente / Teilsysteme erfüllt werden)
Andwendung des Elementmodells:
- Beschreiben dynamischer Systeme
- Beschreiben von Hinzukommen/Wegfallen von WFP und LSS über die Zeit
- Unterteilung in Sequenzen und Zustände
- Zustand: Beginnt mit Wegfall/Hinzukommen eines WFP
- Sequenz: Zeitliche Abfolge von 2 Zuständen
Andwendung des Elementmodells:
Fraktalen Charakter erkennen - Kammvorgehen
- Beschreibt die Erhöhung des Detaillierungsgrades im Ort der Funktionserfüllung (ranzoomend)
- > exakte Bestimmung aller relevanten WFP
- Vorliegen mehrerer maßgeblicher Orte
- Die neu bestimmten Orte müssen mit einer eigenen Systemgrenze versehen werden
Elementmodell: Synthese
(Vorraussetzung, Möglichkeiten)
- Vorraussetzung: umfassende Analyse
- ->kreative und systematische Lösungsfindung
Möglichkeiten:
- WFP/LSS hinzufügen
- WFP/LSS entfernen
- Eigenschaften von WFP/LSS ändern
Modellierung mit Produktmerkmalen und Eigenschaften
Definition
(basierend auf?)
- Basiert auf Unterscheidung zwischen Merkmalen und Eigenschaften eines Produkts
- Merkmale erfassen Gestalt (Abmessungen, Werkstoffe…), direkt beeinflussbar
- Eigenschaften beschreiben Verhalten (Funktion, Sicherheit…), nur indirekt beeinflussbar
Modellierung mit Produktmerkmalen und Eigenschaften
Ralation zwischen Eig. und Merkmal
- Einem Merkmal wird ein Wert zugeweisen
- Merkmal mit Wert bestimmt Eigenschaften
- Ein Merkmal+Wert kann auch mehrere Eigenschaften beeinflussen
Modellierung mit Produktmerkmalen und Eigenschaften
Ablauf
- Analyse: Bestimmung des Verhaltens/Eigenschaften auf Basis der Merkmale
- Synthese: Bestimmung von Merkmalen (und Werten) auf Basis von Eigenschaften
- läuft wiederholt hintereinander ab (schleife)
- Einführung der Relation als Bindeglied zwischen Merkmalen und Eigenschaften
Partialmodelle nach Gausemeier
Übersicht
- Prinziplösung beinhaltet mehrere Aspekte, die durch Partialmodelle repräsentiert werden.
- Führt insgesamt zu umfassnder domänenübergreifender Produktarchitektur
- Produktarchitektur ist umfassende Modellierung VOR der domänenspezifischen (/fachlichen) Entwicklung
- Aufgreifen der einzelnen Partialmodelle in der domänenspez. Entwicklung
- Problem: Partialmodelle müssen im Wechselspiel bearbeitet werden und besistzen viele Abhängigkeiten.
Partialmodelle nach Gausemeier
Welche Partialmodelle existieren? (8)
- Umfeld: Einflüsse auf System
- Andwendungsszenarien: Soll-Verhalten im realen Umfeld
- Anforderungen: Anforderungsliste
- Funktionen: Haupt- und Nebenfunktionen
- Wirkstruktur: Systemmerkmale im Zusammenhang
- Verhalten: Systemzustände und Zustandsübergänge
- Ziele: Optimierungsziele
- Gestalt: Wirkflächen, -ort, Stützstruktur, Hüllflächen
VDI 2221: Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme
Übersicht des Ablaufs der einzelnen Schritte (7)
- Klären und präzisieren der Aufgabenstellung
- Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen
- Suchen nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen
- Gliederung in realisierbare Module
- Gestalten der maßgebenden Module
- Gestalten des gesamten Produkts
- Ausarbeiten der Ausführungs- und Nutzungsangaben
Grundhypothese I des Elementmodells technischer Systeme
(Wie werden Funktionen erfüllt?)
- Grundelemente erfüllen ihre Funktion durch WW mit mind. 1 weiterem Grundelement
- gewünschte Funktion wird erst durch Kontakt 2er Flächen möglich
- Diese Flächen sind Wirkflächen und bilden ein Wirkflächenpaar
Grundhypothese II des Elemtmodells technischer Systeme
(Wie funktioniert ein techn. System?)
- Funktion eines tech. Systems über: mind. 2 WFP und 1 LSS
- Funktionsbestimmend: Eigenschaften und WW der WFP und der LSS
- sind Felder beteiligt: WW der LSS des Feldes mit mind. 2 weiteren LSS funktionserfüllend
Grundhypothese III des Elementmodells technischer Systeme
(Woraus bestehen Systeme)
- ein Funktionserfüllendes System besteht aus den Grundelementen Wirkflächenpaar und LSS die beliebig oft und beliebig angeordnet vorkommen können
- Ein Wirkflächenpaar besteht aus GENAU 2 Wirkflächen
