PEPG EinfPE.ppt [Kompatibilitätsmodus] - …home.htw-berlin.de/~hentc/Handouts/PEPG_PDF/PEPG_EinfPE.pdf · 2009-11-16 · „kritisch“ Bildschärfe Lichtbündelung Helligkeitsregelung

Inhalt

Einführung in die Produktentwicklung

• Kostenbeeinflussung und Kostenverantwortung• Führung von Entwicklungsteams• VDI-Richtlinie 2221 Methodik zum Entwickeln und Konstruieren• VDI-Richtlinie 2221 „Methodik zum Entwickeln und Konstruieren

technischer Systeme und Produkte“• Produktanforderungen, Produktstruktur, Lösungssuche und -bewertung

K t kti i i i D i f X• Konstruktionsprinzipien, Design for X• VDI-Richtlinie 2243 „Konstruieren recyclinggerechter technischer

Produkte“• IT-Systeme in der Produktentwicklung (CAx, EDM/PDM-Systeme, ...)• Design Review und Design Freeze• Virtuelle ProduktentwicklungVirtuelle Produktentwicklung• Digital Mock-up (DMU)• Fallbeispiele

Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 0

Begriffsabgrenzung: Entdecken, Erfinden, Entwickeln

ErfindenEntdecken Entwickeln

Kombination von naturwissen- Konstruktive Umsetzung einerVon der Natur vorgegebene Kombination von naturwissenschaftlichen Effekten (z.B. Siedepunkt von Wasser) und technischen Prinzipien (z.B. D f l A t i b i )

Konstruktive Umsetzung einer Erfindung in eine praktisch einsetzbare, wirtschaftliche Lösung, z.B. ein industriell h t llb G ät ( B

Von der Natur vorgegebene physikalische, chemische oder biologische Effekte entdecken – oder üb h ( B Dampf als Antriebsenergie) zu

nützlichen Wirkungskettenherstellbares Gerät (z.B. Dampfmaschine, Wasser-kocher, Dampfreinigungs-gerät, ...)

übersehen ... (z.B. Siedepunkt von Wasser)


ge ät, )Nach: Schweizer, P.: Systematisch Lösungen finden. vdf, Zürich.

Hauptphasen des Innovationsprozesses

Produkt-planung

Produkt-realisierung

Markt-einführung

DiffusionProdukt-vorfeld Imitation

arkt

-...

Marketing / Vertrieb

Marktbewährung

scha

ft –

Ma

ProduktionsplanungBeschaffungsplanung

Produktion

Invention

t –G

esel

ls

Entwicklung (u. Konstr.)

g p gAbsatzplanung

Um

wel

Idee(-nfindung)

Forschung (u. Entw.)

Potentialanalyse


Kostenbeeinflussung und Kostenverantwortung der Unternehmensbereiche

Mehr als 70 % der späteren Kosten werden in der Entwicklung und Konstruktion festgelegt!

Festgelegte Kosten(z.T. beeinflussbar)

Verursachte Kosten(entstehende)

100

54%

10%

70%

18%7%

5%

75

28%

50

5%

28%25

03%

EntwicklungKonstruktion

Fertigungs-planung

Material-wirtschaftZulieferer

Fertigung VertriebVerwaltung

0


Nach: Voegele, A.: Handbuch Konstruktions- und Entwicklungsmanagement.

Führung von Entwicklungsteams

Vor-Entwicklungsphase Entwicklungs-/Konstruktionsphase

Oberste Priorität haben- Kreativität- Mitdiskutieren

Mittun

Oberste Priorität haben- Kosten- Termine

- Mittun

Projektleitertyp: Coach Projektleitertyp: „Diktator“


Konstruktionspraktiker und Konstruktionsmethodiker (P- und M-Konstrukteure)

Der P-Konstrukteur Der M-Konstrukteur

- wählen rasch einen Lösungsweg und- setzen ihn schnell um

- für komplexe Aufgabenstellungen- wenn sehr innovative Lösungen gefordert

sind-> wenn rasch eine akzeptable Lösung gefordert ist

sind- bei extrem hohem Kostendruck

-> wenn optimale, sichere und innovative Low Cost Lösungen gefordert sind


Low-Cost Lösungen gefordert sind

Generelle Vorgehensweise beim Entwickeln und Konstruieren nach VDI 2221 (Konstruktionsmethodik)

Aufgabe

Klären und präzisierender Aufgabenstellung

Ermitteln von Funktionenund deren Strukturen

Anforderungsliste

FunktionsstrukturSuchen nach Lösungs-Prinzipien u. deren Struktur

Gliedern in realisierbarePrinzipielle Lösung

Gliedern in realisierbareModule

Gestalten der maßgebendenModule

Modulare Struktur

Module

Gestalten des gesamtenProduktes

Vorentwürfe

Ausarbeiten der Ausführungs--und Nutzungsangaben

Gesamtentwürfe

Produktdokumentation


Realisierung

Kernphasen der Produktentwicklung und -konstruktion

Ausarbeiten

Detailgestaltung

Konzipieren

Entwerfen

- maßstäbliche Entwürfe- Ausgestaltung des

- Detailgestaltung- Zeichnungserstellung- Stücklistenerstellung- Normprüfung

Planen

p

- Teilfunktionen bestimmenLösungsprinzipien

Ausgestaltung desLösungskonzeptes

- Varianten von Gestaltungszonen

- Berechnungen- Aufgaben- Gesamtfunktion- Abgrenzung zu anderen Teilfunktionen

- Lösungsprinzipienfestlegen

- Lösungen bewerten- Prinzipkombinationenfestlegen

e ec u ge- Herstellbarkeitberücksichtigen

- Kostenoptimierunganderen Teilfunktionen festlegen

- Skizzen

Ergebnisse der Erprobung des Funktions- /Fertigungsmusters, NullserieErgebnisse der Erprobung des Funktions- /Fertigungsmusters, Nullserie


Zeit

Modell der Produktanforderungen (nach Kano)

KaufentscheidendeFaktoren

Begeisterung des Kunden

Faktoren

BegeisterungsBegeisterungs-anforderungen Erfüllungsgrad

Leistungs-anforderungen

Wahrnehmung von Anforderungskategorienals kaufentscheidendeFaktoren

Basis-anforderungen


Arten der Entwicklung einer Produktstruktur

Funktionale ProduktstrukturAnforderungsprofil an denLiefer- und Leistungsumfang

FunktionsumfangLeistungsumfang

Funktionen-/Komponenten-

Modell

Darstellung der Funktions- undKomponenten-

struktur zur Reali-

SystemtechnikFunktionsdenken

g gErgonomie

DesignInbetriebsetzung

Service

Modell sierung der Kunden-anforderungen

Darstellung der Wartung

...Wirkungs-

ModellAbhängigkeiten undWechselwirkungenvon Komponenten

und Modulen

Sensitivitäts-analyse


Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung, 1997.

Darstellung der Produktstruktur

1 2 3 Aktiv Element3

Aktivsumme

1 - 3 0

2 1 - 2

3 0 0 -

AktiveElemente

KritischeElemente

summe 3

Element4

0: kein Einfluss1: schwacher Einfluss

PufferndeElemente

PassiveElemente

Passivsumme Element1

2: mittlerer Einfluss3: hoher Einfluss

Element2

Passivsumme

Einflussmatrix Systemgitter Wirkungsnetz


Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.

Funktionale Produktstruktur: Einflussmatrix – Beispiel: Overhead-Projektor

Funktion Komponente / Element mit Einfluss

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Aktiv-summe

Lichtstrahl umlenken

Lichtlenkung 1 - 3 0 0 0 0 0 2 2 0 7umlenken

Lichtstrahl bündeln

Lichtbündelung 2 1 - 1 0 0 0 0 3 1 0 8

Lichtstrahl Lichtquelle 3 0 1 - 1 1 1 3 2 3 1 13erzeugen

Energie leiten Verkabelung 4 0 0 0 - 1 1 0 0 0 0 2

Stromkreis Sicherung 5 0 0 0 1 - 1 0 0 0 0 2sichern

g

Stromkreis schalten

Schalter 6 0 0 0 2 2 - 0 0 0 0 4

Wärme abführen Wärmeabführung 7 0 0 0 1 0 1 - 0 0 0 2Wärme abführen Wärmeabführung 7 0 0 0 1 0 1 0 0 0 2

Scharfeinst. ermöglichen

Bildschärfe 8 2 2 0 0 0 0 0 - 2 2 8

H lli k it H lli k it l 9 0 1 2 0 0 0 1 0 1 5Helligkeits-einst. ermgl.

Helligkeitsregelung 9 0 1 2 0 0 0 1 0 - 1 5

Folie aufnehmen

Folienauflage 10 0 0 0 0 0 0 2 3 1 - 8


Passivsumme 3 7 3 5 4 4 6 10 9 4 55Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.

Funktionale Produktstruktur: Systemgitter – Beispiel: Overhead-Projektor

Aktivsumme13

Lichtquelle

Bildschärfe

AktiveElemente

KritischeElementeElemente Elemente

H lli k it l

Folienauflage

5,5

Puffernde Passive

Helligkeitsregelung

Schalter

Sicherung

ElementePassive

Elemente

Passivsumme


5,5Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.

Funktionale Produktstruktur: Wirkungsnetz– Beispiel: Overhead-Projektor

Helligkeits-regelung

Wärme-abführung

regelung

Folienauflageabführung g

Lichtquelle

Verkabelung Bildschärfe

Lichtquelle

Schalter Sicherung Lichtlenkung Licht-bündelungg g bündelung



Lösungssuche je Funktion mit Hilfe der morphologischen Matrix

Rangreihenfolge aufgrund der systembestimmenden Wirkung

Komponente / Funktion des Produktes

Lösungsmöglichkeiten für Komponenten / Funktionen

Komponente / Funktion übt Einfluss aus

„aktiv“ Lichtquelle

Lichtlenkung

Folienauflageg

„kritisch“ Bildschärfe

Lichtbündelung

Helligkeitsregelung

„puffernd“ Schalter

Sicherung

Komponente /

Sicherung

Verkabelung

„passiv“ Wärmeabführung

MitbewerberproduktePatentrecherchen

TechnologieanalyseFunktion wird beeinflusst

KundenbefragungKreativitätstechniken

...



Lösungsmöglichkeiten bewerten

Komponente / Funktion des Produktes

Lösungsmöglichkeiten für Komponenten / Funktionen

Lichtquelle

Lichtlenkung

Folienauflageg

Bildschärfe

Lichtbündelung Bewertungskriterien

Helligkeitsregelung

Schalter

Sicherung

• Generelle Verfügbarkeit• Technische Realisierung

im eigenen Haus• Zukünftige MarktakzeptanzSicherung

Verkabelung

Wärmeabführung

Zukünftige Marktakzeptanz• Umweltverträglichkeit• Umsetzung der geplanten

Marktpositionierung• Kosten zu anderen Produkten• ...


Konstruktionsprinzipien / Anforderungen an den Konstrukteur / Design for X

aufarbeitungsgerecht

recyclinggerechtqualitätsgerecht

...............gerecht

sicherheitsgerecht

rechtskonform wartungsgerecht

umweltgerechtg

...............gerecht

rechtskonform

ergonomisch

g g

instandhaltungsgerecht...............gerecht

fertigungsgerecht

ästhetisch lebensdauergerecht

verschleißgerechtg g g

kostengerecht verpackungsgerechtmontagegerecht

nutzungsgerechtfunktionsgerecht

transportgerechtprüfgerecht servicegerecht


Recyclingformen nach VDI 2243 „Konstruieren recyclinggerechter technischer Produkte“

Wiederverwendung

Weiterverwendung

Wiederverwertung

Weiter er ert ngWeiterverwertung


Recyclingfreundliche Produktstruktur – Beispiel: Geschirrspüler

1 Gehäuse1. Gehäuse2. Tür3. Kippscharnier4. Laugenpumpe5. Pumpentopf6. Umlaufpumpe7. Montageboden


Quelle: Beitz / VDI 2243.

Recyclinggerechtes Konstruieren – Beispiel: 25 kg nachwachsende Rohstoffe in einem Mercedes S-Klasse


Quelle: DaimlerChrysler AG, Produktionsforschung und Umwelt.

Herstellung von Bildröhren aus Fernsehgeräten und Monitoren (Fa. NOKIA)


Elektronikschrott: Alte Bildröhren – manuell demontieren?


Prinzipielle Funktionsweise einer Farbbildröhre (Fa. NOKIA)


Design Reviews und Design Freeze als Meilensteine im Konstruktionsprozess

Entwicklung Abschluss der Ausführung Eingefrorener Fertigungs-

view

IDR

iew

FD

R

de K

E

F

Entwicklung der tech-nischen Grundkon-zeption mit

Abschluss dertechnischenKonzeption,Beginn derersten

Ausführung derdetailliertenEntwicklungs-zeichnungen

EingefrorenerEntwicklungs-zustand.Änderungen nurmit Termin- und

Fertigungszeichnungenabgeschlossen.Beginn derFertigung

esig

n R

ev

sign

Rev

i

ktio

nsen

d

Free

ze D

Fzeption mitPrinzip-zeichnungenauf Basis desAngebotstextes

erstendetailliertenEntwicklungs-zeichnungen

zeichnungen.Detail-modifikationennoch möglich

mit Termin undKosten-konsequenzenmöglich.Erstellung der

Fertigung(AV-Eingang).Übergabe derverbindlichenPrüfablaufpläne

Initi

al D

e

Fina

l Des

Kon

stru

k

Des

ign

FAngebotstextes Erstellung derFertigungs-zeichnungenund Stücklisten

Prüfablaufplänean die Arbeits-vorbereitung (AV)

ManufacturingInitial Design Final Design Detail Design Manufacturing Design


Nach: Siemens AG, VT.

Design Review Teams

Evt. Advocatus Diaboli

• hat die Aufgabe, das

ZielPrüfung, ob alle für den Meilenstein, bzw. für die

Projekt zu Fall bringen durch Suche nach und geschicktes Hinterfragen von Schwächen im Projekt!

Freigabe des nächsten Projektschrittes erforderlichen Informationen vorhanden sind

• Ist wie der Projektleiter verantwortlich für den Projekterfolg!

Beurteilung der bisherigen Informationen und Ergebnisse...

Ggf Checklist


Ggf. Checklist

Meilensteine im Konstruktionsprozess und Bedarf an Berechnungen

Zwischenberechnung Review-BerechnungFrühester Input Spätester Input

IDR: Initial Design Review

FDR: Final Design Review

DF: Design Freeze

n

fordert Berechnung,liefert Input

liefertZwischen-ergebnisse

liefertformalisiert

KE: Konstruktionsende

Initial Design Final Design Detail Design Manufacturing Designns

truk

tio

ergebnisse formalisiert

Kon

IDR KEDFFDR

reic

he KinematikFEM

ervi

ce-B

er Akustik...Dokumentation


Se Ergebnisse zum Review Nach: Siemens AG, VT.

Systeme innerhalb der virtuellen Produktentwicklung

ProductData

Manage-

ProjectManage- Process

ControlDucu-

mentation

Digital Mock Up (DMU)

Manage-ment ment Control mentation

Digital Mock Up (DMU)

AnalysisTools

SimulationTools

CADModeller

Visuali-sation

ten

ion

ion

FEMSolver ...

Lief

eran

tIn

tegr

ati

ERP

Inte

grat

i

Information Backbone


Quelle: Gedas.

DMU - Beispiel: VW Sharan

Facelift der MotorhaubeFacelift der Motorhaubedes VW Sharan

Quelle: Gedas


Quelle: Gedas.

Open Digital Mock Up (DMU) am Beispiel VW Sharan


Virtuelle Produktentwicklung

Konstruktion

• Virtuelle ProduktentwicklungStückliste

Virtuelle Produktentwicklung mit DMU

• Collaborative e-Business• Effektives Produkt-

f

Dokumentation

informations-Management• Systemintegrationen

F&E- Team

Simulation

F ti


MontageFertigung Quelle: Gedas.

Open DMU Allianz

BeratungProjekt Management Systemintegration / Implementierung

n n ViW SimulationCATIACAD Fluid. Dyn.FEM

Visuali-sierung

Lief

eran

teIn

tegr

atio

n

SA

P R

/3

ViW SimulationCAD Fluid. Dyn.FEM

eMatrix


Quelle: Gedas.

Anlegen des Projektes

• Projekt ManagementProjekt Management innerhalb von eMatrix

• Workflow Stati des ProjektsProjekts

• Einchecken von Dokumenten zu einem Projektordner

• Zusammenführung aller relevanten Daten aus der Produktstruktur des Sharan

• Freigabe des Projekts


Quelle: Gedas.

Design der Motorhaube

• Start von StudioPaint aus eMatrix

• Veränderung durch sketching in einem digitalen 2D Bildg

• Vergleich verschiedener Drafts

• Start von AutoStudio für 3D Daten3D Daten

• Veränderung der 3D Daten

• Rendern der 3D Daten


Quelle: Gedas.

Kollisions- und Nachbarschaftsuntersuchungen

• Überprüfung des Bauraumes aufBauraumes auf Nachbarschaftsteile

• Analyse der Kollisionen Ab t d b h• Abstandsberechnung

• Erzeugung eines Modells auf Basis der Motorhaube und der Trägergruppe


Quelle: Gedas.

FEM-Modell

• Übernahme des VOXSpace Modells aus Matrix

• Aufbringen von Material-, Last-und Randbedingungen

• Aufsetzen der Designziele• Optimierung zu einem• Optimierung zu einem

gewichtsoptimierten Design• MSC/Construct entfernt alle

nicht notwendigen Elemente f d d itt ltaufgrund der ermittelten

Vergleichsspannung• Weiterleitung des neuen

Designvorschlags zur Konstruktion


Quelle: Gedas.

Konstruktion mit CATIA

• Darstellung der veränderten Daten in der Produktstruktur

• Handling beliebiger Formate und Konvertierungen

• Verwalten von CAD• Verwalten von CAD Baugruppenstrukturen

• Checkout der Originalhaube

• Erzeugung einer neuen Revision

• Veränderung des Assemblies bezogen auf gden neuen Designvorschlag

• Review und Freigabe der neuen CAD Strukturneuen CAD Struktur


CATIAQuelle: Gedas.

Simulation der Kinematik

• Dynamische Simulation des Digitalen Prototypen

• Aufbau des Digitalen Prototypen mit allen physikalischen Eigenschaften

• Berechnung von Bewegungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen esc eu gu geund Kräften

• Ermittlung von Kollisionen, FahreigenschaftenFahreigenschaften, ...


Quelle: Gedas.

Anströmen des Vorderwagens

• Übernahme der KonstruktionsdatenKonstruktionsdaten in Fluent

• Erstellung eines Rechennetzes

• Physikalische Randbedingungen

• Berechnung der Außenumströmungg

• Visualisierung der Ergebnisse


Quelle: Gedas.

Das veränderte Fahrzeug in der virtuellen Welt

• Designvergleich: Review des gesamten VW Sharan Modells, vor und nach der Veränderung der Motorhaube

• Nebeneinanderstellung beider Fahrzeuge• Styling Review: Darstellung des neuen Fahrzeugs und Simulation verschiedener Lackierungen und

Interieurs


Quelle: Gedas.

Vorteile des Digital Mock-up

• Offene Systeme bedeuten Vielfalt in der Produktentwicklung• PDM + DMU reduziert die Entwicklungszeit und ermöglicht Durchbruch zum digitalen

Engineering und e-engineeringg g g g• Engineering Sektoren haben die größten Potenziale bei der Produktentwicklung• Neue und bessere Teamarbeit zwischen Produzent und Zulieferer entscheiden über den

Markterfolg

• Dirigiere Entscheidungen heute auf machbare Lösungen, dann werden unmittelbare Wettbewerbsvorteile errungen. Wenn man wartet, wartet man für immer.

• Massive Kostenverbesserung und schnellerer Return On Investment in oft schnelleren Projekten• Use only Best in Class solutions

+ Verringerung des Entwicklungsaufwandes

y

ALSO:

+ Verbesserung der Entwicklungsqualität durch Simulation

+ Verkürzung der Gesamtentwicklungszeit durch Simultaneous Engineering

+ Kostenreduzierung durch Verkürzung der Änderungszyklen

+ Einsparung von Prototypen


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