Konzeptentwicklung und Gestaltung technischer Produkte (eBook)

Herr Dr.-Ing. Josef Ponn beschäftigte sich im Rahmen seiner Promotion am Lehrstuhl für Produktentwicklung der TU München mit der situativen Unterstützung der methodischen Konzeptentwicklung technischer Produkte. Seit 2007 ist er in der Industrie tätig. Herr Prof. Dr.-Ing. Udo Lindemann hat nach seiner Promotion viele Jahre in der Industrie gearbeitet. Seit 1995 leitet er den Lehrstuhl für Produktentwicklung der TU München. Lehre und Forschung konzentrieren sich auf die Unterstützung der Prozesse zur Entwicklung erfolgreicher Produkte mit Strategien, Methoden und Werkzeugen.

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
Einführung 12
Welches Ziel verfolgt dieses Buch? 13
An wen richtet sich dieses Buch? 14
Was waren die wichtigsten Einflüsse auf dieses Buch? 14
Wie ist dieses Buch aufgebaut? 16
1 Produktentwicklung und Konstruktion 18
1.1 Entwicklungssituationen 20
1.2 Technische Produkte 23
1.3 Prozesse und Vorgehensmodelle 25
1.4 Methoden, Produktmodelle und Werkzeuge 29
1.5 Navigationsmodell der Produktkonkretisierung 32
1.6 Hauptzielsetzungen und Gerechtheiten 36
1.7 Beispielhafte Entwicklungsszenarios 39
1.8 Zusammenfassung 41
2 Anforderungen 42
2.1 Anforderungsklärung bei der Entwicklung eines medizin-technischen Gerätes 42
2.2 Methoden des Anforderungsmanagements 46
2.2.1 Wie können Anforderungen geklärt werden? 47
2.2.2 Wie können Kundenanforderungen ermittelt werden? 50
2.2.3 Wie können die geklärten Anforderungen strukturiert und priorisiert werden? 55
2.2.4 Wie können Anforderungen über den gesamten Entwicklungsprozess genutzt und erweitert werden? 58
2.3 Entwicklung einer Schablonenvorrichtung für chirurgische Gelenkkorrekturen 60
2.4 Zusammenfassung 63
3 Funktionsmodelle 64
3.1 Funktionale Betrachtung der Energie- und Informationsflüsse im Kraftfahrzeug 65
3.2 Methoden zur Funktionsmodellierung 67
3.2.1 Wie können die Funktionen eines Systems ermittelt und beschrieben werden? 69
3.2.2 Wie können Funktionen dargestellt werden? 71
3.2.3 Wie können Stoff-, Energie- und Signalflüsse eines Systems modelliert werden? 74
3.2.4 Wie können nützliche und schädliche Funktionen eines Systems ermittelt werden? 78
3.3 Beispiele zur Funktionsmodellierung 80
3.3.1 Funktionsanalyse und Entwicklung eines kostengünstigen Reinigungskonzepts für einen Pflanzenölkocher 80
3.3.2 Funktionsmodellierung und Generierung innovativer Lösungsideen für Bahnübergänge 83
3.4 Zusammenfassung 85
4 Wirkprinzipien 86
4.1 Optimierung des Antriebs einer Seilwinde 87
4.2 Methoden zur Entwicklung von Wirkmodellen 90
4.2.1 Wie lassen sich Wirkprinzipien für physikalisch orientierte Probleme ermitteln? 92
4.2.2 Wie lassen sich Wirkprinzipien für technische Widersprüche ermitteln? 97
4.2.3 Wie lassen sich Wirkprinzipien durch Einbezug von Wissen aus anderen Disziplinen ermitteln? 99
4.2.4 Wie lassen sich Wirkprinzipien darstellen? 102
4.3 Beispiele für die Generierung von Wirkprinzipien 103
4.3.1 Konzeptentwicklung für Gelenkbremsen in Industrierobotern 103
4.3.2 Entwicklung eines innovativen Konzepts einer Erdbohrmaschine 105
4.4 Zusammenfassung 107
5 Wirkkonzepte 108
5.1 Entwicklung eines Spenders für Tragetaschen 108
5.2 Methoden zur Erstellung und Auswahl von Wirkkonzepten 111
5.2.1 Wie lässt sich ein Überblick über das Lösungsfeld gewinnen? 113
5.2.2 Wie lassen sich vorhandene Teillösungsideen zu Wirkkonzepten kombinieren? 114
5.2.3 Wie lässt sich eine Flut von Wirkkonzeptalternativen beherrschen? 119
5.2.4 Wie lässt sich aus gewählten Teillösungen ein räumliches Wirkkonzept erstellen? 122
5.2.5 Wie lässt sich ein optimales Wirkkonzept auswählen? 124
5.3 Entwicklung eines Gangschaltungssimulators für Nutzfahrzeuge 126
5.4 Zusammenfassung 130
6 Produktgestalt 131
6.1 Entwicklung einer gestaltoptimierten Staubsaugerdüse 131
6.2 Grundlagen und Methoden zum Erarbeiten der Produktgestalt 133
6.2.1 Wie kann die konkrete Gestalt eines Produktes erarbeitet werden? 137
6.2.2 Wie können Gestaltlösungsalternativen systematisch entwickelt werden? 138
6.2.3 Wie lässt sich ein Spektrum bestehender Gestaltalternativen darstellen und ergänzen? 146
6.3 Erarbeitung der Gestalt eines innovativen Klappradrahmens 147
6.4 Zusammenfassung 151
7 Baukonzepte 152
7.1 Herausforderungen bei der Entwicklung einer Kupplung mit hydraulischer Dämpfung 152
7.2 Methoden, Prinzipien und Richtlinien für die Entwicklung von Baukonzepten 155
7.2.1 Wie lässt sich eine optimale Baustruktur festlegen? 157
7.2.2 Wie lässt sich die Produktgestalt optimieren? 160
7.2.3 Wie lassen sich Schnittstellen des Produktes optimieren? 164
7.2.4 Wie lassen sich Iterationen bei der Erarbeitung von Baukonzepten handhaben? 168
7.2.5 Was ist bei der Ausarbeitung des Produktes zu beachten? 170
7.3 Entwicklung eines Baukonzeptes für eine Kupplung mit hydraulischer Dämpfung 171
7.4 Zusammenfassung 173
8 Sichere und zuverlässige Produkte 174
8.1 Sicherheit und Zuverlässigkeit von Windkraftanlagen 174
8.2 Grundlagen der Sicherheit und Zuverlässigkeit 177
8.2.1 Wie lassen sich die Zuverlässigkeit eines Systems ermitteln sowie Schwachstellen und ihre Auswirkungen analysieren? 180
8.2.2 Wie lassen sich Sicherheits- und Zuverlässigkeits-anforderungen ermitteln? 184
8.2.3 Wie lässt sich die Sicherheit und Zuverlässigkeit mit Hilfe von Funktionsmodellen erhöhen? 187
8.2.4 Wie lassen sich Sicherheit und Zuverlässigkeit bei Wirkmodellen einbeziehen? 189
8.2.5 Wie lässt sich die Sicherheit im Baumodell erhöhen? 193
8.3 Verminderung des Unfallrisikos einer Ringspinnmaschine 196
8.4 Zusammenfassung 199
9 Produktgewicht 200
9.1 Auswirkungen des Gewichts auf eine Hochgeschwindigkeits- Schleifmaschine 201
9.2 Maßnahmen zur Optimierung des Produktgewichts 202
9.2.1 Wie können Gewichtsziele ermittelt werden? 203
9.2.2 Wie kann das Produktgewicht im Funktionsmodell berücksichtigt werden? 204
9.2.3 Wie können gewichtsparende Wirkprinzipien bestimmt werden? 206
9.2.4 Wie können gestalterische Maßnahmen zur Gewichtsoptimierung eingesetzt werden? 207
9.3 Gewichtsoptimierung in der Luftfahrtindustrie 210
9.4 Zusammenfassung 213
10 Montagegerechte Produkte 214
10.1 Montagegerechte Gestaltung eines Reihenschalters 215
10.2 Methoden zur Analyse und Gestaltung montagegerechter Produkte 217
10.2.1 Wie können Anforderungen und Ziele für montagegerechte Produkte ermittelt und festgelegt werden? 221
10.2.2 Wie kann die Produktstruktur montagegerecht gestaltet werden? 222
10.2.3 Wie können Verbindungen und Fügestellen montage-gerecht gestaltet werden? 225
10.2.4 Wie können Bauteile montagegerecht gestaltet werden? 226
10.2.5 Wie lassen sich Produkte bezüglich ihrer Eignung zur Montage bewerten? 228
10.3 Montagegerechte Gestaltung eines Pneumatikventils 231
10.4 Zusammenfassung 234
11 Variantenreiche Produkte 235
11.1 Variantenvielfalt im Automobilbereich 235
11.2 Methoden zur Entwicklung variantenreicher Produkte 236
11.2.1 Wie lässt sich die Variantenvielfalt analysieren? 240
11.2.2 Wie lassen sich Anforderungen bei variantenreichen Produkten handhaben? 243
11.2.3 Wie lassen sich Funktionen bei variantenreichen Produkten modellieren? 246
11.2.4 Wie lassen sich Wirkprinzipien und -konzepte für variantenreiche Produkte ermitteln? 248
11.2.5 Wie lassen sich Gestaltlösungen und Baukonzepte für variantenreiche Produkte ermitteln? 252
11.3 Entwicklung eines variantenreichen Produktprogrammes für Automobilsitze 255
11.4 Zusammenfassung 260
12 Nachhaltige Produkte 261
12.1 Entwicklung eines verwertungsgerechten Toasters 262
12.2 Methoden zur Entwicklung nachhaltiger Produkte 263
12.2.1 Wie lassen sich Umweltbeeinträchtigungen eines Produktes möglichst umfassend erkennen und bewerten? 265
12.2.2 Wie können umweltbeeinflussende Produktaspekte auf Anforderungsebene einfließen? 267
12.2.3 Wie lassen sich Funktionsmodelle in der umweltgerechten Produktentwicklung nutzen? 268
12.2.4 Wie können auf Wirkmodellebene umweltbeeinflussende Produktaspekte berücksichtigt werden? 271
12.2.5 Wie können Aspekte der Umweltverträglichkeit auf Baumodellebene berücksichtigt werden? 273
12.3 Entwicklung eines umweltgerechten PET-Flake-Wäschers 275
12.4 Zusammenfassung 280
13 Optimierte Produkte – systematisch von Anforderungen zu Konzepten 281
Literatur 285
Bildnachweis 297
Anhang A Checklisten und Hilfsmittel 299
A1 Anforderungsmodell 300
A2 Funktionsmodell 303
A3 Wirkmodell 312
A4 Baumodell 364
Anhang B Glossar 392
Sachverzeichnis 415