Baureihen - (IKT), RWTH Aachen
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Konstruktionslehre II – V3 Rationalisierung des Entwicklungsund Konstruktionsprozesses Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 30. April 2014 Lernziele dieser Vorlesung • Sie können den Zwang zur Rationalisierung im E/K-Prozess begründen. • Sie kennen die Hauptansätze zur Prozessrationalisierung. • Sie kennen die beiden Hauptansätze zur Rationalisierung in E/K. • Sie können die Wirkung der Rationalisierungsansätze in E/K begründen. • Sie können das Wesen von SE erklären. • Sie können den Top-Down-Prozess und seine Wirkung für die Rationalisierung von E/K erklären. • Sie kennen die Produktarten für eine Rationalisierung in E/K. • Sie können den Begriff „Baureihe“ erläutern. • Sie können die Bestimmung des Stufensprungs erläutern. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 2 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 3 Soll-Kosten-Ermittlung Das Ziel eines Unternehmens ist die Gewinnerzielung. Der Gewinn ergib sich aus: Wertschöpfung = Ergebnis des Gütereinsatzes entstandene Kosten >1 also aus der Differenz zwischen erzieltem Preis und entstandenen Kosten. Der erzielbare Preis hängt von vielen Faktoren ab, im Wesentlichen aber von der Art des Marktes. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 4 Beziehungen: Markttyp - Kosten Beim Verkäufermarkt kann der Lieferant seine Vorstellungen vom Preis durchsetzen: • wenig Konkurrenz • große Nachfrage Kosten nach Anfall, Preis nach angestrebtem Gewinn Beim Käufermarkt muss der Lieferant den Preis den Vorstellungen des Marktes anpassen: • viel Konkurrenz • wenig Nachfrage Preis nach Möglichkeiten des Marktes, Kosten nach angestrebtem Gewinn Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 5 Produktlebenszyklus und Gewinn Der erzielbare Gewinn hängt von verschiedenen Faktoren ab: Einflussfaktor: beeinflusst von: 1. Kosten der Produktentstehungsphase: - Dauer - Ressourceneinsatz Entwicklung / Konstruktion 2. Herstellkosten Konstruktion / Fertigung 3. erzielbarer Preis Markttyp 4. Dauer der Marktpräsenzphase, insbesondere der Wachstumsphase 5. Zeitpunkt der Markteinführung Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen Konkurrenzsituation, Produkttyp (innovatives / konservatives Marktsegment) Entwicklung / Konstruktion 6 Hauptziele der Rationalisierung „In möglichst kurzer Zeit (Time to Market) muss mit möglichst wenigen Ressourcen (Projektkosten) ein kostengünstig zu produzierendes Produkt (Design for X) entwickelt und konstruiert werden“ weniger Zeit weniger Ressourcen Mit immer weniger Menschen in immer kürzerer Zeit immer mehr Produkte entwickeln. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 7 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 8 Ansätze zur Rationalisierung Aus dem VDI 2221 Modellprozess lernen wir: • Wo der größte Aufwand (Ressourcen) steckt • Wo unsere Zeit bleibt • Wo das größte Risiko steckt Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 9 Konstruktionsprozess nach VDI 2221 Zeit Arbeitsergebnisse Phasen Klären und präzisieren der Aufgabenstellung 1 Phase I Anforderungsliste 2 Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen Funktionsstrukturen nach Lösungsprinzipien 3 Suchen und deren Strukturen Prinzipielle Lösungen Gliedern in realisierbare Module 4 Modulare Strukturen 5 Gestalten der maßgebenden Module Vorentwürfe 6 Gestalten des gesamten Produkts Erfüllen und Anpassen der Anforderungen Risiko Iteratives Vor- oder Rückspringen zu einem oder mehreren Arbeitsabschnitten Aufgabe Phase II Phase III Gesamtentwurf 7 Ausarbeiten der Ausführungsund Nutzungsangaben Phase IV Produktdokumentation Aufwand Weitere Realisierung Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 10 Ansätze zur Rationalisierung Welches sind die Ursachen für • den Aufwand (Ressourcen)? • den Zeitverbrauch? • die Risiken? Im Wesentlichen sind dies: • der Neuheitsgrad • der Dokumentationsaufwand (Wird bei „Prozess- und Datenmanagement“ behandelt) Komplexität und Umfang des technischen Gebildes, Terminvorgaben, … spielen ebenfalls eine Rolle Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 11 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 12 Daten und Modelle im Konstruktionsprozess Ausführungsunterlagen Entwurf Feingestalt Grobgestalt Bauzusammenhang Konzept Prinziplösung Merkmale Geometrische u. stoffliche Physikal. Effekte Wirkzusammenhang Funktionsstruktur Funktionszusammenhang Anforderungsliste Anforderungen Modelle: Abstraktionsgrad Daten: Konkretisierungsgrad Geometrie, Kinematik, Kräfte, Energie, Stoff, Signal, Sicherheit, Ergonomie, Kontrolle, Fertigung,… Funktionsart, Verknüpfungsart Hauptfluss: Energie, Stoff, Signal Energieart, Stoffart, Signalart Wirkgeometrie (prinzipiell): Art, Form, Lage Wirkbewegung (prinz.): Art, Form, Richtung Stoffart (prinz.): Zustand… Funktionsbestimmende Einund Ausgangsgrößen an der Systemgrenze Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen Wirkgeometrie: Hauptform, Komplexität; Hauptabmessungen; Anordnung der Fügestellen; Werkstoffgruppen. Wirkgeometrie: Detailfestlegun, Fügeverfahren. Sonstige Geometrie:Detailfestlegungen Systemgrenze: Anschlussmaße, Anschlussbelastungen, Gebrauchsdaten 13 Einzelteile: Abmessungen mit Qualitätsangaben, Werkstoff mit Behandlungszustand, Halbzeuge, Rohteile, Normdaten Der Konstruktionsprozess Konstruktionsarbeitsschritt n Produktmodell n Produktmodell n+1 Methode / Arbeitsschritt n Produktdaten n Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen Methodenebene Produktdaten n+1 Modellebene Methode / Arbeitsschritt n+1 Datenebene 14 Ansätze zur Rationalisierung 1 Erkenntnis I Vermeide iteratives Zurückspringen in vorgelagerte Prozessschritte Durch die Wahl der richtigen/geeigneten • Modelle • Daten • Methoden Sie beeinflusst die Dauer des Entwicklungs-/ Konstruktionsprozesses stark (Iteration) Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 15 Ansätze zur Rationalisierung 2 Erkenntnis II Ersetze nicht planbare Denkarbeit durch planbare Routinearbeit! 1. Routinearbeiten dauern prinzipiell kürzer als ständig neu auszuführende Tätigkeiten (Denkarbeit) 2. Routinearbeiten können geplant werden Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 16 Ansätze zur Rationalisierung 3 Risiko Aufwand Entwicklung (Denkarbeit) Abwicklung (Routinearbeit) Entwicklung (Denkarbeit) Abwicklung (Routinearbeit) Rationalisierungspotenzial • Nimm nur, was Du kennst • Tue nur, was Du kannst Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 17 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 18 Rationalisierung des Konstruktionsprozesses Aufgabe Iteration innerhalb Arbeitsschritt 1 eines Arbeitsschritts vermeiden: (innere Iteration) Wiederholung von Arbeitsschritten vermeiden: (äußere Iteration) Arbeitsschritt 2 Arbeitsschritt weglassen Arbeitsschritt 3 Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 19 Effizienzsteigerungen eines Prozesses Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 20 Durchlaufzeitverkürzung: prinzipieller Ansatz Vermeidung der inneren Iteration Die iterative Wiederholung von Arbeitsschritten innerhalb eines Hauptarbeitsschritts wird vermieden. Beispiel: Optimierende Auslegung und Gestaltung eines Bauteils erfolgt iterativ Weglassen von Arbeitsschritten Aufgrund entsprechender Maßnahmen kann einer oder mehrere Arbeitsschritte entfallen. Beispiel: Bei Produkten einer Baureihen sind keine Arbeitsschritte zum Konzipieren erforderlich. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 21 Durchlaufzeitverkürzung: prinzipieller Ansatz Vermeidung der äußeren Iteration Der Rücksprung zu vorhergehenden Prozesshauptschritten wird vermieden. Beispiel: Bei einem eingeführten Baukasten ist bei einer Neukonfiguration eines Produkts aus dem Baukasten der Rücksprung aus dem Arbeitsschritt „Gestalten“ in den Arbeitsschritt „Konzipieren“ ausgeschlossen. Arbeitsschritten parallel durchführen Durch entsprechende Produktgestaltung und Definition der Systemschnittstellen wird eine parallele Bearbeitung der Aufgaben möglich. Beispiel: Bei Produkten, die aus Modulen gebildet werden, können die einzelnen Module parallel bearbeitet werden, wenn die Module untereinander jeweils eindeutige Schnittstellen haben und die Funktionen und zulässigen Bauräume eindeutig festgelegt sind. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 22 Der parallele Konstruktionsprozess Modellebene Konstruktions -schritt n+1 Methodenebene Datenebene Methode / Arbeitsschritt n+1 Produktmodell n+1 Produktdaten n+1 Methode / Arbeitsschritt n Zeitachse Produktmodell n Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen Produktdaten n 23 Forderungen Forderungen zur: • Vermeidung von Iterationsschritten im Konstruktionsprozess • Parallelisierung der Arbeitsschritte im Konstruktionsprozess Forderung 1: Die Eigenschaften des Systems, seiner Subsysteme sowie Systemelemente müssen für jeden Prozessschritt exakt und eindeutig modellierbar sein Forderung 2: Die Subsysteme sowie Systemelemente müssen unabhängig von einander beschreibbar und entwickelbar sein Forderung 3: Die Schnittstellen zwischen den Prozessschritten müssen exakt und eindeutig definiert sein. Forderung 4: Die Prozessschritten müssen unabhängig voneinander sein. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 24 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 25 Konventioneller/KM-Prozess Alt: klassischer Anlagen-Prozess • Konzept-Entwicklung • Konstruktion • Fertigungsunterlagen d. h. Schwerpunkt: • Abwicklung Konstruktion • Erstellung Fertigungsunterlagen Neu: Konfigurations-Management • Standard-Module • Komponenten d. h. Schwerpunkt: • Produktkonfiguration • Konzeptverifikation Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 26 Simultaneous Engineering Alle Maßnahmen führen zum: Simultaneous Engineering (SE) • paralleles Arbeiten • interdisziplinäre Teams SE bedeutet die Integration von Wissen aller am PEP Beteiligten von Beginn an Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 27 Kennzeichen von SE Simultaneous Engineering: Zielgerichtete, interdisziplinäre Zusammenarbeit in parallelen Arbeitsschritten bei der Vertriebsstrategie sowie der Produkt- und Produktionsentwicklung Ziele: Kennzeichen: • kürzere Entwicklungszeiten • Parallele Aktivitäten • kürzere Konstruktionszeiten • Arbeiten in interdisziplinären Teams • Schnellere Produkterstellung • Einbeziehung von Zulieferer und Kunden • Kostenreduktion • hoher Aufwand für Informationsmanagement • Qualitätserhöhung: • hohe Eigenverantwortung in den Teams - Entwicklungsergebnisse • sehr kurze Entscheidungswege - Konstruktionsergebnisse • konsequente Anwendung von des - Produkteigenschaften Projektmanagements und der entsprechenden Tools: • Netzplan • Kostenplan • Teamarbeit und -management Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 28 Voraussetzungen für SE Simultaneous Engineering Ablauforganisation Aufbauorganisation Entwicklungsmethoden Entwicklungs-Tools Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen • definierte Projektphasen • Reviews • Projektplanung und -controlling • Ressourcenmanagement • eingesetzter Projektleiter • Projektteam • geregelte Verantwortungen • Know-How • notwendige Schulungen • Quality Function Deployment • „Design for“-Techniken • FMEA • Rapid Prototyping • LCC-Betrachtungen • CAD • CAE • Simulation 29 Top-Down-Prozess Wesentliche Voraussetzung für den Einsatz des Simultaneous Engineering ist: • der Top-Down-Prozess: - Funktions-/Produktstruktur - Bauraumfestlegung: Gesamtprodukt/Module - Schnittstellenfestlegung • Einsatz adäquater Tools: - 3D-CAD - PDM-Systeme Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 30 Zunehmende Konkretisierung Top-Down-Prozess (Produktarchitektur) Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 31 Top-Down-Prozess: Beispiel Fahrzeug Strukturebene Rohbau kompl. Innenausbau E-Ausrüstung Traktion Baugruppenebene Kopfmodul Mittelmodul Antriebsmodul Bauteilebene Haltewinkel Querstrebe Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 32 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 33 Standardisierte Produkte 1 Rationalisierungsmaßnahmen beeinflussen die Aufbau- und Ablauforganisation sehr stark: Es gibt zwei Hauptbereiche: Grundlagen- und Modulentwicklung Abwicklung von Kundenprojekten Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 34 Standardisierte Produkte 2 Kundengewinnung R Auftrag QS PM EK S Großprojekte Projekte Auftragsabwicklung/Projektmanagement Engineeringdatabase Standardkomponenten Basisprodukte interner Auftrag „Entwicklung“ Modellpflege Produktentwicklung und -pflege Systemengineering interner Auftrag „Konstruktion“ Kundenprojekt B Kundenprojekt A Standards R: Ressourcen QS: Qualitätssicherung PM: Projektmanagement EK: Einkauf S: Service • Standardkomponenten • Basisprodukte • Standards • technische Lösungen auftragsspezifisch Projektengineering Fertigungsstufe B Fertigungsstufe A Fertigung Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen Engineering 35 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 36 Produktarten für die Rationalisierung Arbeitsschritte Konstruktion Subsystem 1 Bauteil A Bauteil B • Serieller/sequentieller Prozess Subsystem 2 Bauteil G Bauteil H • Subsystem n • Standardisierung ? • Normung • Vorzugsreihen • Baureihen Subsystem 1 • Baukasten Bauteil A Bauteil B • • Module • Plattformen • Features • Multilife-Produkte Konstruktion Subsystem 2 Bauteil G Bauteil H • Paralleler Prozess Subsystem n Bauteil G Bauteil H • Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 37 Bauweisen zur Rationalisierung in E/K Plattformbauweise Baureihenbauweise Modularbauweise Featurebauweise Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 38 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 39 Getriebebaureihe Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 40 Baureihe Baureihe: funktionsgleiche technische Gebilde (Maschinen, Apparate, Geräte), die der Größe nach systematisch gestuft sind Bei einer Baureihe sind gleich: unterschiedlich: • die Funktion • die Leistungsdaten • die konstruktive Lösung • die Abmessungen und davon • möglichst der Werkstoff abhängige Größen • möglichst die Fertigung/Fertigungsverfahren Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 41 Baureihe: Auswirkungen Vorteile: Hersteller: Anwender: • einmaliger Konstruktionsaufwand • preisgünstiges, qualitativ gutes Produkt • umfangreichere Produkterfahrung • kurze Lieferzeiten • höhere Losgrößen in der Fertigung • Besserer Service: Ersatzteilverfügbarkeit, • einmalige „Lernkurven“ führen zu höherer Ersatzteilpreise, Produkt-Know-How Qualität Nachteile: • Produktschwächen/Entwicklungsfehler wirken sich in der gesamten Baureihe aus • Größenstufung deckt die Marktbedürfnisse nicht immer optimal ab Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 42 Hauptgesichtspunkte von Baureihen Hersteller: Wenige Mitglieder, große Abstände in der Größe Wider- spruch Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen Kunde: Viele Mitglieder, kleine Abstände in der Größe 43 Hauptgesichtspunkte von Baureihen Hauptgesichtspunkte: Stufensprung: Welchen Größenabstand haben die Mitglieder der Baureihe voneinander? Wachstumsgesetz: Wie verhalten sich die Dimensionen der Bauteile einer Baureihe? ? Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen ? 44 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 45 Wahl des Stufensprungs Der Stufensprung beeinflusst: • Einmalkosten: Vorrichtungen, Gussformen, … • Betriebskosten: Maschine zu groß für Kunden, … • Life-Cycle-Costs: Maschine zu klein: häufige Überlastung und Reparaturen, … Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 46 Wahl des Stufensprungs Die Festlegung des Stufensprungs erfolgt in 2 Stufen: Stufe 1: Gesetz zur Beschreibung der Größenstufung der Mitglieder einer Baureihe (Stufensprung) • linearer Abstand • nicht linearer Abstand (z. B. Normzahlreihen) Stufe 2: Ermittlung des umzusetzenden Stufensprungs • Marktanalysen • Konkurrenzanalysen • etc. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 47 Wahl des Stufensprungs Normzahlreihen sind dezimalgeometrische Reihen Sie entstehen durch Vervielfachung mit einem konstanten Faktor (Stufensprung) Sie werden innerhalb einer Dekade entwickelt: n an a0 n 10 an ̂ höchstes Glied der Reihe a0 ̂ 1. Glied n ̂ Stufenzahl innerhalb einer Dekade Beispiel: R10 – 10 Stufen in der Reihe 10 10 1,25 ˆ R10 Beispiel: R20 – 20 Stufen in der Reihe 20 10 1,12 ˆ R 20 Gliederzahl: z = n + 1 Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 48 Normzahlreihe, DIN 323 Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 49 Veränderlicher Stufensprung Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 50 Normzahlreihe, DIN 323 Ausblenden von Stufen Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 51 Wahl des Stufensprungs Marktanalysen durch z. B. : • Kundenbefragungen • Verkaufsanalysen der bisherigen Produkte • Analyse der Produkte der Wettbewerber •… Die Wahl des Stufensprungs beeinflusst auch die Stückzahl pro Größensprung. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 52 Baureihe als „Klassiergerät“ 100 KW 200 KW 325 KW Anlagenleistung Kundenwunsch: 17 unterschiedliche Leistungen Baureihe: „Klassiergerät“ R10/2 5 mal 125 KW 6 mal 200 KW Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 6 mal 315 KW Lieferung des Herstellers: drei Maschinentypen in größeren Stückzahlen 53 Rationalisierung in E/K 1. Notwendigkeiten zur Rationalisierung in E/K 2. Ansätze zur Rationalisierung 3. Einfluss des Neuheitsgrades 4. Einflussmöglichkeiten der Rationalisierung 1. Einfluss auf die Prozessgestaltung 2. Einfluss auf die Organisation 3. Einfluss auf die Produkte 5. Baureihen 1. Wahl des Stufensprungs 2. Wachstumsgesetz Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 54 Wachstumsgesetz Ähnlichkeitsgesetze hier: Gesetz zur Beschreibung des Wachstums anderer, abhängiger Größen und zur Kontrolle der Umsetzbarkeit des gewählten Stufensprungs. Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 55 Ähnlichkeitsgesetze Ähnlichkeitsgesetze: geometrische Ähnlichkeit „Schön wäre es, wenn man nur einmal zeichnen müsste und alle anderen Größen sich aus diesen Entwurf ableiten ließen.“ Lösung: fast alle technischen Beziehungen lassen sich darstellen: y c xP in logarithmischer Form: lg( y ) P lg( x ) lg( c ) Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 56 Normzahlen Jede Normzahl (NZ) kann geschrieben werden: NZ = 10m/n (NZ der m-ten Stufe aus Rn) oder: lg(NZ) = m/n lg φ(n) = 1/n Beispiel: 3-te Stufe R10: m = 3 (m = Stufe der NZ-Reihe); n = 10 (Stufenzahl einer Dekade) NZ = 103/10 ≈ 2 technische Beziehungen können geschrieben werden: my/n = mc/n + p*mx/n (dies ist eine Geradengleichung) Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 57 Grundentwurf und Folgeentwürfe Ähnlichkeitsgesetze: geometrische Ähnlichkeit „Schön wäre es, wenn man nur einmal zeichnen müsste und alle anderen Größen sich aus diesen Entwurf ableiten ließen.“ Den ersten Entwurf, aus dem sich alle anderen ableiten nennt man: Grundentwurf (sollte die mittlere Größe repräsentieren) Ableitung der Folgeentwürfe: • Alle Abhängigkeiten können als Gerade im lg/lg-Diagramm dargestellt werden • Die Steigung der Geraden = dem Exponenten „p“ der technischen Beziehung Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 58 Beziehungen im NZ-Diagramm Index „0“ = Grundentwurf Index „1“ = Folgeentwurf Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 59 Ähnlichkeitsmechanik 1 Ähnlichkeitsgesetze: geometrische Ähnlichkeit „Schön wäre es, wenn man nur einmal zeichnen müsste und alle anderen Größen sich aus diesen Entwurf ableiten ließen.“ Mit Hilfe der geometrischen Ähnlichkeit können ausgehend vom Grundentwurf alle geometrischen Beziehungen zwischen Grundentwurf und den Folgeentwürfen abgeleitet werden. Frage: wie verhält sich die • Festigkeit? • Beschleunigungen? • Kräfte? • … Diese Fragen beantwortet die Ähnlichkeitsmechanik Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 60 Ähnlichkeitsmechanik 2 Phys. Verhalten des Modells Modellgesetze Phys. Verhalten der Hauptausführung Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 61 Grundähnlichkeiten Ziele bei der Anwendung von Ähnlichkeitsgesetzen: • gleich hohe Werkstoffausnutzung • möglichst gleiche Werkstoffe • möglichst gleiche Technologie für Modell und Ausführung Grundähnlichkeiten: Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 62 Spezielle Ähnlichkeitsbeziehungen „ „ „ „ Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 63 Parameterverhalten bei dyn. Ähnlichkeit (betrachtete Größe verhält sich in Abhängigkeit von der Länge) Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 64 Ähnlichkeitsgesetze: Beispiel Turm Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 65 Typengruppen Grenzen geometrische ähnlicher Baureihen ergeben sich durch: • übergeordnete Ähnlichkeitsgesetze: z. B. Einfluss der Schwerkraft, thermische Vorgänge, ... • übergeordnete Aufgabenstellungen: ergonomische Gesichtspunkte wie Greifräume usw. • übergeordnete wirtschaftliche Gesichtspunkte: z. B. gleich große Ölschaugläser an Getrieben unterschiedlicher Baugröße erhöht die Stückzahl. • Einsatz nicht geometrisch ähnlich gestufter Bauteile, Werkzeuge: Zahnradfräser sind nicht geometrisch ähnlich gestuft, Wandstärken bei Gussteilen können nicht geometrische ähnlich wachsen. • Forderung nach kostengünstiger Gestaltung: Fußgestaltung von geschweißten Getriebegehäusen ist abhängig von der Größe Typengruppen: Produktgruppen bei denen qualitative Parameter variiert werden Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 66 Übergeordnete Aufgabenstellung Beachte: H1/H0 = b1/b0 = 1 Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen 67 Ende der Bildschirmpräsentation Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen
