Produktentwicklung Flashcards
Die Gründe für die Produktentwicklung teilen sich in zwei große gegenläufige Bereiche auf.
Technology push - Erfindung - Wissenschaftliche Entdeckung / Grundlagenforschung - Weiterentwicklung
-> Suche nach einem Problem /
Kundennutzen zur vorhandenen Lösung
Market-pull - Kundenwunsch (Gestaltung, Leistung) - Anonyme Marktbefragung - Technische Problemstellung
Technology forcing
Einhaltung von gesetzlichen
Vorgaben und Standards
-> Suche nach einer LÖSUNG zu gegebenen Problemen/Nachfrage
- Gesetz
- Umwelt, Gesellschaft
PLM-Systeme verwalten digitale Produktmodelle über den PLC und ermöglichen die Fertigung
hochindividualisierter Produkte in der Digitalen Fabrik.
Produktlebenszyklusmanagement (PLM)
- Anforderungen
- Produktplanung
- Entwicklung
- Prozessplanung
- Produktion
- Nutzung
- Entsorgung
Produktdatenmanagement Produktplanung und Entwicklung -Initialphase -Anforderungsphase -Lösungsspezifikation -Realisierung -Inbetriebnahme -Abnahmephase
Ziele der Produktentwicklung
-Merkmale für
Anwendung/Gebrauch
(Funktion, Preis,
Zuverlässigkeit)
- Fertigungsgerechte
Produktauslegung
(Prozesse, Materialien) - Berücksichtigung von
Montageanforderungen
(Handhabung, Fügen) - Logistische
Anforderungen
(Größe, Gewicht,
Verpackung) - Entsorgungsgerechtes
Design (Materialtrennung,
Recycling) - Effizienz im Produktentwicklungsprozess
(Software-Tools,
Wissenstransfer)
Mit dem Ansatz „Design for X“ soll eine ganzheitliche Konstruktion unter Berücksichtigung
diverser disjunkter Aspekte im Produktlebenszyklus erreicht werden.
Die Orientierung der Produktentwicklung
am Produktlebenszyklus wirkt sich auch
auf die Konstruktion aus.
- normgerecht
- beanspruchungsgerecht
- transportgerecht
- recyclinggerecht
- werkstoffgerecht
- ergonomiegerecht
- montagegerecht
- fertigunggerecht
- kostengerecht
- funktionsgerecht
Einflüsse auf den Produktentwicklungsprozess (PEP)
Technische Entwicklung - Zunehmende Funktionsintegration und damit erhöhte Produktkomplexität - Veränderung Disziplinenzusammensetzung im PEP - Individualisierung der Produkte und Fertigungsprozesse
Wirtschaftliche - Rahmenbedingungen Reduktion der Time-to-market - Kürzere Produktlebenszyklen - Erhöhung der Produktivität - Erhöhter Innovationsdruck durch verschärften Wettbewerb - Sinkende Wertschöpfungstiefe - Nachhaltigkeitsbestreben
Organsiatorische Rahmenbedingungen - Dezentrale Entwicklung - Interdisziplinäre Entwicklungsteams mit ggf. Verständigungsproblemen - Globalisierung und kulturelle Barrieren - Übertragung der Lean Prinzipien auf den PEP - Wissensmanagement notwendig
Notwendigkeit für moderne Entwicklungsmethoden
und Softwareunterstützung im PEP
Im System-Engineerung werden die unterschiedlichen mechatronischen Funktionsberecihe integreirt entwickelt und simuliert.
Traditionelles Engineering
Abstimmung Entwicklungsteams: Sequentielles Engineering: Mechanik zuerst, Software spät - Mechanik-Konstruktion - Elektronik-Konstruktion - Software-Engineering
System-Engineering
Systemengineering:
Anforderungen zuerst, Software früh
- Softwareengineering
- Mechanik
- Simulation
- Elektronik
Transformationsorientierte Definition “Produkt”:
Ergebnis eines vom Menschen bewirkten Transformationsprozesses, in dem
Produktionsfaktoren (Material, Arbeit, Informationen, Energie) in einen
Output (Güter, Arbeit, Informationen, Energie, Abfall) umgewandelt werden.
Wertschöpfungsorientierte Definition “Produkt”:
- Resultat eines Wertschöpfungsprozesses (Wirtschaftsgut) sind
Güter mit höherem Geldwert - Produktionsfaktoren und Vorleistungen als Voraussetzungen im
Produktionsprozess sind keine Produkte
Angebotsorientierte “Produkt” Definition:
Marktangebot zum Ge- oder Verbrauch und zur Befriedigung von Bedürfnissen:
- Physische Objekte
- Dienstleistungen
- Ideen
- Grund, Unternehmen, Organisationen etc.
Die Einteilung wirtschaftlicher Güter bzw. Produkte erfolgt
in die Kategorien der materiellen sowie immateriellen Güter
materiell
- diskret
- Verfahrenstechnik
immateriell
- Dienstleistung
- Information
- Energie
Ergänzend zu dem Begriff „Produkt“ existiert das Schalenmodell
zur Erfassung der angegliederten Wertschöpfungs-Objekte.
Kern des Produkts: Erfüllung der gewünschten Produkteigenschaften / Befriedigung des funktionalen Kundenbedürfnisses. Z. B. Tesla Model S als batterieelektrischer PKW
Produktanreicherung Zusätzliche, für den generellen Vertrieb nicht unbedingt notwendige Eigenschaften. Z. B. verschiedene Reichweiten und Motorkombinationen
Dienstleistung
Gestaltung des Produktumfelds und Anbieten
von Dienstleistungen
Z. B. kostenloses Aufladen an
unternehmenseigenen Superchargern entlang
von Fernverkehrsstraßen
Industrie 4.0 eröffnet neue Geschäftsmodelle durch die Verbindung von
Vorgängen der realen und virtuellen Welt im Internet der Dinge.
-Software as a Service (SaaS)
- Modules as a Service (MaaS)
- Infrastructure as a Service (IaaS)
Modules as a Service (MaaS)
- Platforam as a Service
Aufgaben der Produktpolitik sind?
Rechtzeitige Planung zur Entwicklung neuer oder verbesserter Produkte
Produktpolitische Alternativen
- Produktveränderung
- -Produktneueinführung
- –Diversifikation
- –Innovation
- -Produktmodifikation
- –Variantion
- –Differenzierung
- > Programmerweiterung
- -Produkteinstellung
- –Bereinigung
- –Eliminierung
- > Programmbeschränkungen
- Produkterhaltung
- -> Programmerhaltung
Vier Phasen der Produktfindung
… führen zu unternehmensspezifischen und ,arktorientierten Produkten sowie zu passenden Entwicklungsvorschlägen
-Vorbereitungsphase
Abgrenzen geeigneter Suchefelder
-Phase 1. Ideenfindung
- Analyse der unterhemenspotenzials
- -Analyse der marktsituation
- -Abgrenzen geeigneter Betätogungsbereiche
- Festelegen geeigneter Suchfelder
Ermitteln von Produktideen in den Suchfeldern mit Hoilfe geeigneterm auf dem Unternehmenspotenzial basierender Vorgehensweisen
- Phase 2. Bewertung und Auswahl
- Phase 3. Definition der Produktideen
-> Ermitteln vo Produktideen, die die Kreiterien
-Unternehmenspotential und
-Marktsituaion
am besten erfüllen.
Aufstellen der Entwicklungsvorschläge für die Produktentwicklung- und realisierung.
Kombinations- und Entscheidungstechniken ….
ermöglichen eine erfolgreiche Produktauswahl aus den zuvor erarbeiteten Alternativen
Kombinationstechniken
- Morphologischer Kasten
- Zusammenstellung und Kombination verschiedener
Merkmale
- Möglichst umfassende Parameterwahl (Zeilen) mit
vielen Lösungsvorschlägen (Spalten)
- Problemlösungskomponenten (Zeilen): vollständige
Beschreibung einer Lösung und logisch unabhängig
voneinander - Morphologische Matrix
- Beschränkung des Kastens aufzwei Matrix oder drei (Würfel) Parameter
Entscheidungstechniken
1. Nutzwertanalyse (Scoring-Verfahren) Zusammenstellung und Gewichtung von Alternativen - Bewertung mit Punkten - gewichtete Gesamtbewertung - Hohe Güte der Kriterien und Gewichtung notwendig - Auswahl nach größtem Gewicht = höchster Nutzwert
Quantitaive Verfahren
- Operations Research
- Evolutionsstrategien
TRIZ-Methode
Die TRIZ-Methode fördert Kreativität und Innovationen sowohl in
der Problemlösung als auch bei der Produktentwicklung
Drei wesentliche Gesetzmäßigkeiten wurden vom Gründer der TRIZ-Methode
identifiziert:
- Eine große Anzahl von Erfindungen basieren auf einer vergleichsweise kleinen Anzahl
von Lösungsprinzipien
- Erst das Überwinden von Widersprüchen macht innovative Entwicklungen möglich
- Die Evolution technischer Systeme folgt bestimmten Mustern und Gesetzen
Umsetzung:
- Lösung von Widersprüchen statt Eingehen von Kompromissen
- Analyse vergleichbarer technischer Lösungen
- Systematischer Ansatz zur Entwicklung neuer, innovativer Produkte
Umsetzung:
- Lösung von Widersprüchen statt Eingehen von Kompromissen
- Analyse vergleichbarer technischer Lösungen
- Systematischer Ansatz zur Entwicklung neuer, innovativer Produkte
Modellebene
Analyse und Abstraktion
-> Bekannte allgemeine Problemstellung
-> Identifizieren
Analogiebildung und Ideenfindung
Bekannte, allgemeine Lösungsverfahren
-> Interpretieren
Problemebene
-> Ideen generieren
Meine speziellen Lösungskonzepte
Mein spezieles Probelm
- > Analysieren
- > Formulieren
Der Produktentwicklungsprozesses kann aus verschiedenen Blickwinkeln
und unter einem differenzierten Auflösungsgrad betrachtet werden.
- Elemetare Handlungsabläufe
- Plan Do Check Act
- Test Operate Test Exit
Operative Arbeitsschritte
- Problemlösezyklus
- Vorgehenszyklus
Phasen der Arbistsschritte
- VDI 2221
- VDI 2206
- Münchner Vorgehensmodell
Meilensteine im Gesamtprojekt
-Projektmanagement
–> Mikrologik
Mikrozyklen…
..definieren das Vorgehen bei elementaren Denk- und
Handlungsabläufen in der Produktgestaltung
Plan-Do-Check-Act (PDCA)
Plan: Problemanalyse, Ermittlung von Lösungsideen, Maßnahmendefinition
Do: Ausführung der Maßnahmen in begrenztem Umfang
Check: Analyse der Ergebnisse, Überprüfung der Wirksamkeit der Maßnahmen
Act: Implementierung der Maßnahmen in größerem Umfang
Test-Operate-Test-Exit (TOTE)
Test: Vergleich Ist-Zustand mit Soll-Zustand
Operate: Veränderung des Ist-Zustands
Test: Vergleich Ist-Zustand mit Soll-Zustand
Exit: Falls Soll-Zustand erreicht, dann Abbruch der Handlung
Operative Arbeitsschritte….
Operative Arbeitsschritte werden in zyklischen Grundmustern zur Problemlösung dargestellt
und bilden einen Leitfaden für ein zielgerichtetes Vorgehen.
Vorgehenszyklus (nach Ehrenspiel) Problem -> Problem klären - Problem formulieren - Problem analysieren - Problem strukturieren
Lösungen suchen - Vorhandene Lösungen suchen und neue Lösungen generieren - Lösungen systematisieren und ergänzen
Lösung auswählen
- Lösungen analysieren
- Lösungen bewerten
- Eine Lösung festlegen
- -> Lösungen
Problemlösezyklus (nach Daenzer) Anstoß Situationsanalyse -Situationskenntnis Zielformulierung - Ziele -Situaionskenntnis Synthese - Analyse -->Bewerungskriterien -Bewertung -->Vorschlag, Empfehlung - Entscheidung
Richtlinie VDI 2221
Die Richtlinie VDI 2221 zum Entwickeln technischer Systeme orientiert
sich an der stetig verfeinerten Darstellung der Arbeitsergebnisse.
Aufagbe /Problem
- Klären und Präzisieren der Aufgaben- / Problemstellung
- > Anforderungsliste - Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen
- > Funktionsstruktur - Suche nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen
- > Prinzipielle Lösung - Gliedern in realisierbare Moduke
- > Modulare Struktur - Gestalten der maßgebenden Modeuke
- > Vorentwürfe - Gestalten des gesmaten Produkts
- > Gesmatentwurd - Ausarbeiten der Ausführungs- und Nutzungsangaben
- > Produktdokumentation
–> Weitere Realisierung
Das Vorgehensmodell nach VDI 2206….
… ist ein Entwicklungskreislauf für
mechatronische Systeme zur schrittweisen Entwicklung und Absicherung.
Merkmale: - Ursprung im V-Modell für die Software-Entwicklung - Domänenübergreifendes Lösungskonzept - Beschreibung der physikalischen und logischen Wirkungsweisen des Produkts - Vereinigen der Ergebnisse aus domänenspezifischen Entwicklungszweigen - Eigenschaftsabsicherung des Gesamtsystems
Kritikpunkte / Herausforderungen des V-Modells:
- Trennung von Funktion und Gestalt
- domänenspezifischer Entwurf
- Schwierig, konkrete Anforderungen am Projektbeginn zu
definieren (hohe Unsicherheiten)
- Fehlende Zuordnung der Verantwortlichkeiten
- Validierung erst gegen Ende des Zyklus (Gesamtsystem)
vorgesehen
- Anforderungen
- Sysrementwurf
- -Maschinenbau
-Elektrotechnik
-Informationstechnik - Systemintegration
Produkt
–> Modellbildung und -analyse
Eine zunehmende Konkretisierung des Produkts…..
wird
durch mehrere Iterationen des V-Modells erreicht.
Ergebnis…
- Labormuster
- Funktionsmuster
- Vorserienprodukt
- > Spezifikation und Zerlegung
- > Realsierung und Integration
- Systementwurf
Durch den Systementwurf soll das Wesentliche und Allgemeingültige der Problemstellung herausgearbeitet werden
Planen und Klären der Aufgabe
-> Anforderungsliste
SYSTEMENTWURF
Abstraktion zum Erkennen wesentlicher Probleme
• Aufstellen der Funktionsstruktur
Gesamtfunktion – Teilfunktion
• Suche nach Wirkprinzipien/ Lösungselementen für die
Teilfunktionen
• Differenzierung Wirkstruktur – Baustruktur
• Konkretisieren zu prinzipiellen Lösungsvarianten
• Bewerten und Auswählen
• Festlegung des domänenübergreifenden Lösungskonzepts
–> Lösungskonzept
-> domänenspezifischer Entwurf
Systemintegration
Die Systemintegration fügt die Ergebnisse der einzelnen
Domänen zu einem Gesamtsystem zusammen
domänenspezifischer Entwurf
-> Komponentenentwurf
Systemintegration
• Zusammenführung der Teillösungen zum Gesamtsystem
• Erkennen von Inkompatibilitäten der Teillösungen
• Eliminieren von Unverträglichkeiten
• Finden der optimalen Gesamtlösung
-> Gesamtentwurf
-> Eigenschaftsabsicherung
Aus der VDI 2206 Richtlinie entsteht das Vorgehensmodell zur modellbasierten virtuellen
Produktentwicklung (MVPE) durch Berücksichtigung des durchgängigen Engineerings.
M-CAD-Modelle
Computer Aided
Design in der
Mechanik
E-CAD-Modelle
Computer Aided
Design in der
Elektronik
CASE-Modelle
Computer Aided
Software
Engineering
Simulationsmodelle
Konfigurations und Änderungsmanagement
Die Inhalte des Quality Gate Modells werden mittels AFLP-Ansatz modellbasiert
in PLM-Software abgebildet.
Stage Gate Prozesse (allgemein)
Unterteilen Innovationsprojekte in Phasen (Stages)
- Überprüfen Phasen-Deliverables durch Gates
(Qualitätskontrolle)
- Können durch Management vor jeder Phase gesteuert und
kontrolliert werden: Go, Kill, Hold oder Repeat
Quality-Gate-Konzept (Pfeifer)
- Vorgehen für softwareintensive Systeme
- Basis für VDMA-Leitfaden für mechatronischen PEP
- Bänder repräsentieren: Mechanik, Elektronik, Software
- Sechs typische Projektphasen
(individuell anpassbar auf Unternehmen)
6 Projektphasen
- Initialsphase
- Anforderungsspezifikation
- Lösungspezifikation
- Realisierung
- Systemintegration
- Abnahmephase
Vorteile
- Transparenz durch vorabdefinierte Quality Gate Kriterien; explizite Forderung von Tests
- Frühzeitige Integration interdisziplinärer Unternehmensbereiche (Marketing, Einkauf, Vertrieb)
- Höhere Qualität, bessere Zielerreichung, mehr Innovationen durch kontinuierliches Monitoring
Grundlagenede Idee des Quality-Gate-Ansatzes
Grundlegende Idee
Quality-Gate-Ansatzes ist, dass am Ende einer Phase abgeprüft wird,
ob vorher definierte Aktivitäten auch wirklich durchgeführt wurden.
Forderung nach Lösung 1. Initialphase Durchführung von Machbarkeitsstudien und Evaluierung der Konzepte -> Märkte und potentiellen Kunden 2. Anforderungsspezifikation Eindeutige Spezifikation der Anforderung en an ein Entwicklungsvorhaben -> Lastenheft 3. Lösungsspezifikation Technische Umsetzung der Kundenanforderungen -> Pflichtenheft 4. Realisierung - Softwareentwicklung - Elektronikentwicklung - Mechanikkonstruktion - Festlegen des Testkonzepts -> Domänenspezifische Systementwürfe 5. Systemintegration Zusammensetzung des Systems mit Integration von Software- & Hardwaresubsystemen -> Systemtest 6. Abnahmephase Validierung des Ergebnis mit Blick auf die Anforderung -> Bestätigung des Kunden Produkt
Vom V-Modell zum Quality-Gate-Modell und Abbildung in Teamcenter
-> FAZIT
- Kontrollierbarkeit durch QualityGates
- Schaffung von
Rahmenbedingungen durch die
Initialphase - Durchlaufen zyklischer
Anforderungs- und
Lösungsspezifikationsphasen - Erstellen eines
disziplinübergreifenden und
modellbasierten Systementwurfs - Absicherung der
domänenspezifischen Entwürfe
durch Simulationen
Formulierung der Anforderungen an das zukünfitge Produkt….
muss
unmissverständlich sein, um die Zielerreichung überprüfen zu können.
Muss-Kriterien
- Absolute Forderungen an Ergebnis
- Nichterfüllung führt zu Abbruch
Soll-Kriterien
- Entscheidungsrelevante
Anforderungen unterschiedlicher
Priorität
Kann-Kriterien - Positive Bewertung der Einhaltung durch Kunden - Entscheidungshilfe für ähnlich gute Lösungen
Quantifizierung von Kosten, Zeitaufwand,
Produktnutzen und Kundenanforderungen
Notwendige Eigenschaften der Anforderungen:
- Klare Formulierung (Begriffe, Modelle)
- Ganzheitliche Beschreibung des Kundenwunsches
- Vermeidung von Widersprüchen und
unmöglichen Zielen
- Keine Redundanz
- Lösungsneutral (kein Vorgriff der Entwicklung)
- Überprüfbarkeit und Quantifizierung
- Begründet und bewertet
Der Problemlösungsprozess mit Findung und Synthese von Alternativen
wird durch den Einsatz von Kreativitätstechniken unterstützt.
Brainstorming - Freie und spontane Äußerung von Ideen - Gruppenarbeit zur gegenseitigen Ergänzung von Gedankenspielen - Verbot von Kritik bei Ideensammlung - Abschließende analytischkritische Bewertung der Vorschläge
Kreativitätstechniken („Innovation braucht Kreativität“) - Brainstorming - Metaplan-Technik - Brainwriting – Methode 635 - Assoziationstechniken und Spornfragen - Mind Maps
Brainwriting (Methode 635)
- Gruppenarbeit mit 6 Personen
- Notieren von drei Ideen innerhalb von fünf Minuten
- Weitergabe des Zettels an Nachbarn zur
Weiterentwicklung der Ideen
- Ergebnis: 108 Ideen innerhalb von 30 Minuten
Mind Maps
- Kreativitätsförderung oder Problemstrukturierung
- Kernbegriff als Wurzelknoten eines verzweigten Graphen
- Ableitung von verschiedenen Aspekten
- Hierarchische Feingliederung der neu entstandenen
Knoten
Beim domänenspezifischen Entwurf innerhalb der Realisierung erfolgt eine Partitionierung
der Funktionserfüllung unter den beteiligten Domänen.
Mechanik
- Einsatzgebiet: Konstruktion und Eigenschaftsabsicherung
- Datentypen: Geometrie- und
Simulationsmodelle
- Sprachen: STEP, JT, COLLADA und proprietäre
Datenformate
Informatik
- Einsatzgebiet: Spezifikation und Implementierung von
Software
- Datentypen: Strukturdiagramme, Quellcode in Plaintext
- Sprachen: UML, SysML
Elektronik
- Einsatzgebiet: Logikentwurf und Layoutsynthese
- Datentypen: Netzlisten, Schaltungslayout,
Simulationsmodelle
- Sprachen: VHDL, VHDL–AMS
Zur Bearbeitung eines Produkts in den Software-Tools ist eine jeweils
angepasste Darstellung als Produktmodell notwendig.
Eigenschaften:
- Formales Abbild realer Produkteigenschaften
- Abstraktion komplexer Sachverhalte
- Aufgabenspezifisch
Zweck:
- Generierung eines besseren Systemverständnisses
- Spezifikation von Systemstruktur und -verhalten
- Dokumentation relevanter Systemmerkmale
Regeln für den Umgang:
- Berücksichtigung der Einschränkungen eines Modells (nur
Modellierung relevanter Merkmale)
- Mehrere Modelle für verschiedene Aufgabengebiete notwendig
- Zusammenfassung von Partialmodellen zu einem Gesamtmodell oft
schwierig und nicht zweckdienlich
Das Stufenmodell zur Integration rechnergestützter Elektronik- und
Mechanik-Konstruktion stellt die Evolution der betroffenen Tools dar.
Kollisionscheck - Einlesen der 3D Geometrie und Layout Information - Kollisionschecks - Problemlösung - Rückspielen der Daten in E+MCAD
3D-ECAD - Einlesen der 3D-Daten aus MCAD - Netzliste einlesen aus Schematics - Bauelemente platzieren - Leiterbild entflechten Design Rules anwenden - Simulationsdaten vernetzen - Fertigungsdaten ausgeben
Integriertes M/E-ECAD - Logik für Elektronik und Mechanik entwickeln - Mechanik konstruieren - Leiterbild layouten - Mechanische und elektronische Design Rules anwenden - Simulation berechnen - Fertigungsdaten simulieren und ausgeben - Konsistente Daten verwalten
Scrum ist ein Framework für agile „Software“-Projekte
und legt den Fokus auf die Reduktion von Komplexität.
ROLLEN
- Product Owner
- Scrum Master
- Team
Artefakte:
Product Backlog
Aktivitäten: Backlog Refinement Meeting zur Pflege des Backlog - Erweitern von Epics - Erstellen und Verfeinern von User Storys
Aktivität: Sprint Planning Was kann im kommenden Sprint entwickelt werden? Wie wird die Arbeit im kommenden Sprint erledigt
Artefakte:
Sprint Backlog
Sprint
täglich:
Aktivität
Daily-Scrum
Aktivität: Sprint Review Am Ende des Sprint präsentiert das Team dem Product Owner die neue Funktionalität
Aktivität:
Sprint Retrospektive
Was haben wir gelernt?
Was lässt sich verbessern
Artefakte:
Produkt
Mit den Schnittstellen des CAD-Systems erfolgt die anwendungsspezifische
Ableitung des internen Datenmodells für nachfolgende Anwendungen
CAD Obefläche
- Gemometrie
- Standardteile
- Erzeugung von NC-Programme
- Expertensysteme
- Prozesssimulation
- Dokumentation
Innerhalb der Systemintegration werden die drei Disziplinen Mechanik, Elektrik und Software
verknüpft und mittels virtueller Inbetriebnahme das SPS-Programm getestet.
Model in the Loop
Simulationsinterne Logiksteuerung
(Sequenzielle Steuerung innerhalb des
Tools)
Software in the Loop
Simulierte SPS*
(Steuerung durch das reale Programm
auf einer simulierten Steuerung)
Hardware in the Loop
Reale SPS*
(Steuerung durch das reale Programm
auf der realen Steuerung)
Durchgängige Datennutzung
- Konsistenz von digitaler und realer Anlage
- Die Digitale Fabrik für Optimierung und Service während des Betriebs
- Virtuelle Inbetriebnahme: Test der Anlagensteuerung mithilfe eines Simulationsmodells
Die virtuelle Inbetriebnahme dient der Absicherung der Steuerungsfunktionalität
unter Nutzung einer Simulation der realen Anlage.
Defintion:
Der Begriff virtuelle Inbetriebnahme beschreibt den
abschließenden Steuerungstest anhand eines
Simulationsmodells, das in der Kopplung von realer oder
virtueller Steuerung mit dem Simulationsmodell eine
ausreichende Abtastrate für alle Steuerungssignale
gewährleistet.
Vorteile:
- Verkürzung der realen Inbetriebnahme durch Parallelisierung
- Prüfung kritischer Funktionen ohne reale Gefährdung
- Senkung der Kosten für Nachbesserungen
- Ausgereiftere Steuerungsprogramme durch geringeren
Zeitdruck
Nachteil:
-Zusätzlicher Modellierungsaufwand
In der Produktplanung und -entwicklung wird ein Großteil der Produktkosten
festgelegt, allerdings entstehen diese erst im Laufe des Lifecycles.
10er Regel
Produktplanung Projektierung
Entwicklung
Produktion
Nutzung
Entsorgung
Kostenentstehung kumuliert steigen und Möglichkeit der Kostenbeeinflussung sinkt
Life-Cycle-Costs (LCC): Das größte Kosten- und Einsparungspotential liegt beim
E-Motor im Verbrauch, bei der Autokarossiere jedoch in der Herstellung.
Elektromotor: Energieverbrauch Wartung
Autokarosserie
Elektolyse (Bauxit) Umformen
Die Möglichkeiten der Kostenbeeinflussung weisen der Qualitätssicherung
im Produktentwicklungsprozess eine hohe Verantwortung zu.
Beginn der Qualitätssicherung in der Produktplanung sowie
entscheidende Beeinflussung in der Produktentwicklung:
- Konstruktionsmethodische Arbeitsschritte bereits im Produktentstehungsprozess
- Durchgängige Beachtung von Kundenanforderungen
- Ausgewogene Beurteilung/Entscheidungsfindung durch interdisziplinäre Projektteams
- Total Quality Management (TQM)
Produktbezogene Fehler
Geometrie
- Bauraumverletzung
- fehlerhafte Schnittstellenkonfiguration
Funktion
- mangelnde Funktionserfüllung
- kein definiertes Verhalten bei Versagen
Auslegung
- Festigkeit
- Kinematik
Einzelmethoden zur Qualitätssicherung
- Einsatz 3D-Modellierer
- Durchführung von Design-Reviews
- Fehlerbaumanalyse
- Fehlermöglichkeiten und Effekt Analyse (FMEA)
- Prüfstandversuche
- Simulation (Finite Elemente, Mehrkörper)
Einige wichtige Einzelmethoden zur Qualitätssicherung lassen sich
graphisch darstellen und somit leichter und schneller anwenden.
Fehlerbaumanalyse - Quantitative Abschätzung von Fehlern, Fehlerfolgen und Fehlerursachen - Jedes Ereignis (Störfall) hat mindestens eine Ursache
Fehlermöglichkeiten und Einfluss
Analyse (FMEA)
- Analytische, systematische Erfassung
möglicher Fehler um Risiken zu vermindern
- Unmittelbare Betrachtung von Fehlern und
Ursachen
- Produkt-FMEA zeigt geforderte Funktionen
auf
- Prozess-FMEA zeigt Prozesseignung an die
geforderten Produkt-eigenschaften
Quality Function Deployment (QFD) - Systematische Kundenorientierung der Produkt- und Prozessplanung - Gezielte Gegenüberstellung der Kundenanforderungen zu den Betriebsabläufen und Produktionsanforderungen - Prüfung, ob aus Sicht des Kunden alle Funktionen realisiert werden können
Die Fehler-Möglichkeiten- und Einfluss-Analyse dient zur frühzeitigen
Erkennung von Fehlern in Produkten und Prozessen
-Produkt-FMEA?
- Grundlage: Pflichtenheft
- Auslegung von Systemen und Produkten bis zur
Auslegungsebene der Eigenschaften/ Merkmale - Werden im Pflichtenheft geforderte Funktionen erfüllt?
Gibt es Abweichungen der geforderten Funktionen? - Anwendung innerhalb des Entwicklungsprozesses
ganzer Produkte
Die Fehler-Möglichkeiten- und Einfluss-Analyse dient zur frühzeitigen
Erkennung von Fehlern in Produkten und Prozessen
-Prozess-FMEA?
Grundlage: Prozessablaufpläne
- Eignet sich der Herstellungsprozess um die geforderten
Produkteigenschaften zu erreichen?
- Anwendung während des gesamten
Produktionsplanungsprozesses
- Betrachtung von Mensch, Maschine, Material und
Umwelt
FMEA
Die FMEA strukturiert das zu untersuchende System in Systemelemente
und leitet mögliche Fehlfunktionen der Systemelemente ab
Strukturanalyse/ Funktionsanalyse
- Zu betrachtende
Systemelemente erfassen
- Systemstruktur erstellen
- Funktionen definieren und den Systemelementen zuordnen - Funktionen zu Funktionsnetz verknüpfen
Fehleanalyse - Mögliche Fehler den Funktionen zuordnen - Fehlfunktionen zu Fehlernetz verknüpfen
Maßnahmenanalyse Bewertung - Derzeitigen Maßnahmenstand mit Verantwortlichen und Termin dokumentieren - Aktuellen Stand bewerten
Optimierung - Optimierende Maßnahmen bestimmen, bewerten und nach Erledigung neu bewerten
Die Fehler- Möglichkeits- und Einfluss- Analyse (engl. FailureMode andEffectsAnalysis) ist ein Werkzeug,
- um entwicklungs- und planungsbegleitend
- frühzeitig mögliche Fehler zu erkennen
- und deren Entstehung für Produkte und Prozesse zu vermeiden
Zweck der FMEA Zweck der FMEA ist,
- Risiken zu erkennen,
- Risiken zu bewerten und
- Risiken zu vermeiden
Formelle Anforderungen an eine FMEA
- klare, Unmissverständliche, technisch-präzise Formulierungen
- Vermeidung von dehnbaren oder emotional-besetzten Begriffen (z.B.: gefährlich, untragbar, etc.)
- Darstellung der ungeschönten Wahrheit
- Vollständigkeit (keine Unterschlagung von potenziellen Fehlern)
- Keine Verharmlosung von Fehlern
Systematischer Vorlauf der FMEA
- Systemstrukturierung
- Zu betrchtende Systemelemente erfassen
- Systemstruktur erstellen - Funktionszuordnung
- Funktionen definieren und den Sytsemelementen zuroden
- Finktionen zu Funktionenetz verknüpfen - Risiko/Fehleranalyse
- Mögliche Fehler den Funktionen zuordnen
- Fehlfunktionen zu Fehlernetz verknüpfen
- Abhängigkeiten zeigen - Risikobewertung
Risikobewertung
RPZ (Risikoprioritätszahl)
Annahme:
Fehler tritt beim Kunden auf
Berücksichtigung:
-Maßnahmen zur Auswirkungsbegrenzung
Bewertung:
Bedeutung des Fehlers für den Kunden
RPZ von 1-10 bewerten
Bewertungstabelle FMEA
Bedeutung x Auftretenswahrscheinlichkeit x Entdeckungswahrscheinlichkeit
Vermeidungsmaßnahmen
-Verhindern des Auftretens on Fehlern in der Entwicklung
(Toleranzberechung..)
-Verhindert das Auftreten von Fehlern im Prozess ( Einstellparameter, Vorrichtungen, Arbeitanswiesungen…)
Entdeckungsmaßnahmen
- Entdeckt Fehler in der Entwicklung nachdem sie aufgetreten sind ( Crashtest, Dauerlauftest)
- Entdeckt Fehler des Prozesses, nachdem sie auftreten sind ( Teileprüfung, Montage, Funktionstest…)
System-FMEA
Produkt-FMEA
Prozess-FMEA
Entdeckung durch “Lieferant”
- Entwicklung
- Konstruktion
- Prosuktion
Entdeckung durch “Kunde”
- Konstruktion
- Produktionsplanung
- Endnutzer
