Integrierte Produkt- und Prozessgestaltung (eBook)

 Professor Dr.-Ing. Dr.h.c. Dipl.-Wirt.Ing. Walter Eversheim ist seit 1973 Inhaber des Lehrstuhls für Produktionssystematik der RWTH Aachen und Direktor des Laboratoriums für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre. Leiter der Abteilung Planung und Organisation des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT), Aachen; ständiger Gastprofessor und Direktoriumsmitglied des Instituts für Technologiemanagement der Hochschule St. Gallen, Direktor des Forschungsinstituts für Rationalisierung, seit 1992 Honorarprofessor der Tianjin-Universtität, China. 1992 verlieh ihm die Universität Trondheim die Ehrendoktorwürde. Seit 1983 ist Prof. Eversheim Senatsbeauftragter für Technologietransfer der RWTH-Aachen. Prof. Dr. Günther Schuh studierte Maschinenbau und Betriebswirtschaftslehre an der RWTH Aachen. Er promovierte 1988 nach einer Assistentenzeit am WZL bei Prof. Evers-heim, wo er bis 1990 als Oberingenieur tätig war. Von 1990 an war er vollamtlicher Dozent für Fertigungswirtschaft und Industriebetriebslehre an der Universität St. Gallen (HSG). 1993 wurde er dort Professor für betriebswirtschaftliches Produktionsmanagement und zugleich Mitglied des Direktoriums am Institut für Technologiemanagement. Prof. Schuh folgte im September 2002 Prof. Eversheim auf dem Lehrstuhl für Produktionssystematik der RWTH Aachen und im Direktorium des WZL und des Fraunhofer IPT in Aachen nach. Prof. Schuh wurde 1991 die Otto-Kienzle-Gedenkmünze der Wissenschaftlichen Gesell-schaft für Produktionstechnik verliehen. Seine wissenschaftlichen Arbeiten wurden mehrfach im Rahmen des Technologiewettbewerbs Schweiz prämiert. Maßgebliche Me-thoden und Instrumente zum Komplexitätsmanagement, zur ressourcenorientierten Prozesskostenrechnung und zum partizipativen Change Management sowie das Konzept der Virtuellen Fabrik gehören zu seinen wichtigsten Forschungsergebnissen. Er ist Gründer und Hauptgesellschafter des Software- und Beratungsunternehmens GPS Komplexitätsmanagement AG in St. Gallen, Würselen und Atlanta. Prof. Schuh ist Verwaltungsrat, Aufsichtsrat oder Beirat in verschiedenen Maschinenbau-unternehmen und Softwarehäusern.

Vorwort 5
Inhalt 7
Autorenverzeichnis 11
Abkürzungsverzeichnis 17
1 Einleitung 19
1.1 Zielsetzung des Buches 19
1.2 Sonderforschungsbereich 361 “Modelle und Methoden zur integrierten Produkt- und Prozessgestaltung“ 21
Literatur 21
2 Integrierte Produkt- und Prozessgestaltung 23
2.1 Produktentwicklung 23
2.2 Simultaneous Engineering 26
2.3 Befähigung zur integrierten Produkt- und Prozessgestaltung 27
2.4 Rahmenkonzept einer integrierten Produkt- und Prozessgestaltung 29
2.4.1 Organisation und Informationsmanagement 29
2.4.2 Integrierte Produktdefinition und Technologieplanung 31
2.4.3 Integrierte Produkt- und Produktionsprozessgestaltung 33
2.5 Modelle und Methoden 34
Literatur 37
3 Organisation und Informationsmanagement 39
3.1 Management integrierter Produktentstehungen 39
3.1.1 Methoden zum Management von Entwicklungsprojekten 40
3.1.2 Darstellung der entwickelten Methoden 45
3.1.3 Applikationsmöglichkeiten 65
Literatur 69
3.2 Datenmanagement im Entwicklungsprozess 72
3.2.1 Methoden zur Datenmodellierung und Kommunikationsinfrastruktur 73
3.2.2 Methoden zum integrierten Produkt- und Prozessdatenmodell und Produktdatenmanagementsystem 76
3.2.3 Applikationsmöglichkeiten 88
Literatur 90
4 Integrierte Produktdefinition und Technologieplanung 93
4.1 Frühinformationssysteme 93
4.1.1 Konzept für strategische Frühinformationssysteme 95
4.1.2 PROFIS – ein Prozessmodell zum Betrieb eines Frühinformationssystems 98
4.1.3 Ergebnisse und offene Fragen 107
Literatur 109
4.2 Konzipierung markt- und kreislauforientierter Leistungsbündel 111
4.2.1 Die QFD-gestützte Konzeptfindungshilfe ProSerF 112
4.2.2 Beurteilung der Konzeptfindungshilfe ProSerF 130
Literatur 131
4.3 Integrative Qualitätsplanungssystematik 133
4.3.1 Präventive Qualitätsmanagement-Methoden 133
4.3.2 Integrative Qualitätsplanungssystematik 134
4.3.3 Applikationsmöglichkeiten 146
Literatur 148
4.4 Bereichsübergreifende Produktdefinition 150
4.4.1 Entwicklung hin zur simultanen Produktentwicklung 150
4.4.2 Methoden zur bereichsübergreifenden Produktdefinition 151
4.4.3 Bereichsübergreifende Produktdefinition mit Softwareagenten 154
Literatur 168
4.5 Parametrische Konstruktion 169
4.5.1 Methoden zur parametrischen Konstruktion und Restriktionsmanagement 169
4.5.2 Methode für ein integriertes Anforderungs- und Restriktionsmanagement 172
4.5.3 Methode für das Management der Abhängigkeiten in der parametrischen Konstruktion 177
4.5.4 Visualisierung der Abhängigkeiten und Änderungsanalyse 182
4.5.4 Applikationsmöglichkeiten 185
Literatur 186
4.6 Einsatzplanung von Fertigungstechnologien 188
4.6.1 Methoden zur Technologieeinsatzplanung 189
4.6.2 Methoden zur Technologieplanung 191
4.6.3 Referenzprozess für das Technologiemanagement 201
4.6.4 Applikationsmöglichkeiten 205
Literatur 205
5 Integrierte Produkt- und Produktionsprozessgestaltung 209
5.1 Konstruktionsbegleitende Prüfablauf- und Prüfmitteleinsatzplanung 209
5.1.1 Methode zur Modellierung der Prüfplanung 210
5.1.2 Methode zur Modellierung der Prozessabläufe 210
5.1.3 Methode zur Minimumkosten-Tolerierung 211
5.1.4 Effiziente Ausgestaltung der Prüfplanung 212
5.1.5 Die Toleranzkosten-Sensitivitätsanalyse (TKSA) 212
5.1.6 Wissensbasiertes Prüfmittelmanagement-System (WiP) 219
5.1.7 Applikationsmöglichkeiten 223
Literatur 224
5.2 Bewertung von Fertigungsfolgen 226
5.2.1 Methoden zur Bewertung von Fertigungsfolgen und zur Prozesszeitermittlung 227
5.2.2 Methodik zur Generierung und Bewertung von Fertigungsfolgen 228
5.2.3 Methoden zur Prozesszeitermittlung 233
5.2.4 Applikationsmöglichkeiten 239
Literatur 242
5.3 Funktionsbewertung und Prototypenfertigung 244
5.3.1 Materielle Prototypen in der Produktentwicklung 244
5.3.2 RP- & RT-Verfahrensauswahl
5.3.3 IT-Prototyp zur RP- und RT-Verfahrensauswahl 260
Literatur 261
5.4 Arbeits- und Betriebsorganisation in der frühzeitigen Produktionsgestaltung 263
5.4.1 Methoden zur Ablauf- und Strukturplanung 263
5.4.2 Methoden zur prospektiven Gestaltung und Bewertung von Produktionstätigkeiten 264
5.4.3 Integrierte Produkt- und Prozessgestaltung 265
5.4.4 Applikationsmöglichkeiten 278
Literatur 280
5.5 Frühzeitige Gestaltung der Fertigungsleittechnik 282
5.5.1 Einleitung 282
5.5.2 Methoden und Werkzeuge zur Erstellung von Fertigungsleitsoftware 284
5.5.3 Entwicklung agentenorientierter Fertigungsleitsysteme 288
5.5.4 Interaktive Entwicklung von Visualisierungssystemen 295
5.5.5 Zusammenfassung und Ausblick 296
Literatur 297
6 Trends 299
Sachverzeichnis 301

5.2 Bewertung von Fertigungsfolgen (S.208)

Aufgrund einer nach wie vor oftmals unzureichenden Abstimmung von Produktentwicklung und Produktherstellung treten immer wieder zeit- und kostenintensive Abläufe auf. Um dies zu vermeiden, ist im Sinne der integrierten Produkt- und Prozessgestaltung eine enge Verzahnung der Bereiche Produktgestaltung und Prozessgestaltung anzustreben.

Ein Hilfsmittel, um den Austausch zwischen den Bereichen Produkt- und Produktionsprozessgestaltung zu unterstützen, ist die Generierung und Bewertung von Fertigungsfolgen. Diese Methodik stellt das Bindeglied zwischen Konstruktion und Planung dar und ermöglicht durch den frühen Abgleich der Produktanforderungen mit den Möglichkeiten zur Herstellung eines Produkts die optimale Anpassung der Fertigung an eine Produktionsumgebung.

Darüber hinaus kann durch die frühe Bewertung und Optimierung von Fertigungsprozessen konstruktionsbegleitend die Auslegung der Prozesse und die Machbarkeit der Fertigung durch eine Kennwertberechnung unterstützt werden. Zur Generierung und Bewertung von Fertigungsfolgen sind Informationen aus der parametrischen Konstruktion und der Einsatzplanung von Fertigungstechnologien notwendig, welche zum einen die Produktmerkmale entlang der herzustellenden Features beschreiben und zum anderen mögliche Technologien zur Herstellung einzelner Bauteilfeatures definieren.

Dies kann bereits in einer frühen Phase der Konstruktion mit der reinen Betrachtung funktionaler Produktelemente beginnen und wird mit zunehmendem Planungsfortschritt um nichtfunktionale Produktelemente erweitert. Innerhalb der Generierung und Bewertung von Fertigungsfolgen werden die Fertigungstechnologien mit der realen Produktionsumgebung verknüpft und bezüglich ihrer Umsetzbarkeit auf speziellen Maschinen geprüft.

Die nach dieser Bewertung verfügbaren Maschinen werden entlang der herzustellenden Bauteilfeatures zu Fertigungsfolgen verknüpft und um Handhabungs-, Transport- und Lagermittel sowie Prüfschritte erweitert. Zur Bewertung dieser generierten Fertigungsfolgen wird nachfolgend eine multikriterielle Bewertung der Fertigungsfolgen durchgeführt, um eine Aussage über auftretende Zeiten, Kosten, Qualitäten sowie ökologische Aspekte zu bekommen.

In diesem Zusammenhang spielen sowohl die konstruktionsbegleitende Abschätzung der Fertigungszeiten in frühen Phasen der Produktentstehung als auch deren exakte Bestimmung und Optimierung unter Nutzung von Simulationstechniken in späteren Phasen eine wesentliche Rolle. Ergebnis der Bewertung ist ein Nutzwert für jede Fertigungsfolge, über den eine Rangfolge der Fertigungsalternativen ermittelt und die optimale Fertigungsfolge ausgewählt werden kann.

Die mit dieser Auswahl verknüpften Informationen können daraufhin wieder als Feedback zur Konstruktion gegeben werden, um eventuell Anpassungen am Produkt durchführen zu können. Zusätzlich können sie als Eingangsinformationen für die Funktionsbewertung und Prototypenfertigung oder zur frühzeitigen Planung der Arbeits- und Betriebsorganisation dienen.

5.2.1 Methoden zur Bewertung von Fertigungsfolgen und zur Prozesszeitermittlung

Die Analyse industriell angewandter Methoden und Hilfsmittel zur Unterstützung einer integrierten Produkt- und Prozessgestaltung zeigt, dass Methoden zur aufbau- und ablauf-technischen Unterstützung einer integrierten Produktentwicklung sowie Projektmanagementansätze bereits erfolgreich eingesetzt werden (Eversheim 1995).

CAD-Systeme zur Unterstützung der Produktgestaltung und Automatisierungseinrichtungen in der Fertigung weisen heute bereits eine hohe Funktionalität auf: CAD-Daten werden produktseitig mit hoher funktionaler Integration für die bereichs- und unternehmensübergreifende Dokumentation sowie zu Berechnungs- und Simulationszwecken genutzt (Chalmers 1999). Oftmals liegt eine direkte Kopplung von Produktdaten mit Steuerungsdaten von Einzelprozessen vor.

Die Datenverarbeitungssysteme zur Arbeitssteuerung und solche in der operativen Fertigung arbeiten effizient. Aufgrund von Schnittstellenproblemen bei der Integration von CAx-Lösungen und bedingt durch die Explosion der Produktdatenmenge bei zunehmend unternehmensübergreifenden Entwicklungsprojekten, werden ERP- und PDMSysteme häufig lediglich zur „bereichsübergreifenden Dokumentenverwaltung" eingesetzt (Wendenberg 1999, S. 14).

Auch andere rechnergestützte Hilfsmittel zur phasenübergreifenden Unterstützung von Prozessplanungsfunktionen können derzeit noch nicht mit der steigenden Komplexität von Produktentwicklungsprozessen Schritt halten (Kimura 1999).