Konstruktionslehre 2 Vorlesung 1 – Einführung

Konstruktionslehre II – V0
Einführung
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen
7. April 2015
Lageplan und Kontakte
Vorlesungsbetreuung
Dipl.-Ing. Liliane Ngahane Nana
Raum 008 / 54A
0241/80-27587
nana@ikt.rwth-aachen.de
Studienberatung
Dipl.-Ing. Tim Katzwinkel
Steinbachstraße 54B, 52074 Aachen
Raum 006 / 54A
Tel.: 0241/80-27341
0241/80-27346
iktpost@ikt.rwth-aachen.de
katzwinkel@ikt.rwth-aachen.de
www.ikt.rwth-aachen.de
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2
Literatur
Allgemein
• Pahl, G.; Beitz, W.; Feldhusen, J. Grote. K.-H (Hrsg.).: Konstruktionslehre.
8. Auflage, Berlin: Springer 2013
• Ehrlenspiel, K.: Integrierte Produktentwicklung.
4. Auflage, München: Hanser 2009
• Feldhusen, J.; Gebhardt, B.: Product Lifecycle Management für die Praxis.
Berlin: Springer 2008
• Specht, G.; Beckmann, C.; Amelingmeyer, J.: F- & E-Management.
2. Auflage, Stuttgart: Schäffer-Pöschel 2002
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Literatur
Innovationstechnik
• Klein, B.: TRIZ/TIPS – Methodik des erfinderischen Problemlösens,
1. Auflage, München: Oldenbourg Wissenschaftsverlag 2002
• Kramer, F.; Kramer, M: Bausteine der Unternehmensführung,
2. Auflage Berlin: Springer 1997
• Hill, B.: Innovationsquelle Natur, 1. Auflage Aachen: Shaker 1997
• Nachtigall, W.: Bionik: Grundlagen und Beispiele für Ingenieure und
Naturwissenschaftler, 2. Auflage Berlin: Springer 2002
Kosten
• Ehrlenspiel, K.; Kiewert, A.; Lindemann, U.: Kostengünstig Entwickeln und Konstruieren.
6., überarbeitete und korrigierte Auflage, Berlin: Springer 2007
• Fischer, J. O.: Kostenbewusstes Konstruieren. Berlin: Springer 2008
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4
KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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5
Konstruktionsprozess nach VDI 2221
Quelle: VDI 2221
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6
Inhalt Konstruktionslehre
VDI 2221
Konstruktionslehre I
Neukonstruktionen
Varianten-/
(10 %)
Anpasskonstruktionen (90 %)
Bei 90% aller Konstruktionen fängt man nicht mit einem „Weißen Blatt“
Papier an. Das Vorgehen weicht somit von dem der VDI 2221 ab.
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7
Inhalt Konstruktionslehre
VDI 2221
Konstruktionslehre I
Konstruktionslehre II
Konkurrenz
Qualität
Verteilte
Standorte
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§
Patente,
Normen
Kosten
8
Zeit
Konstruktionsarten
Konzipieren
Entwerfen
Ausarbeiten
Neukonstruktion
Anpasskonstruktion
Variantenkonstruktion
Bei Anpassungskonstruktion werden viele der bekannten und bewährten
Lösungsprinzipien beibehalten und die Gestaltung an veränderte Randbedingungen
angepasst.
Aber dabei werden auch einzelne Teile und Baugruppen neu mit neuen Lösungsprinzipien
konstruiert. Die Konstruktion dieser Teile oder Baugruppen könnte somit wieder der VDI
2221 folgen.
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Organisation
Organisation
Aufbauorganisation
Ablauforganisation
Konstruktion
NEIN
Untergestelle
P
Karosserie
Modell
OK?
AVP
entscheidet
NEIN
P
Norm
OK?
Normstelle
entscheidet
Türen
Hauben
Legt die zu erfüllenden
Funktionen und
Verantwortungsinhalte und
-umfänge fest
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Legt die
Bearbeitungsabfolgen fest
Auslösung
Änderung durch
AV, F, etc.
Linienorganisation
Bereich Technik
Bereichsleitung
Abteilungsleitung A
Fahrwerkskonstruktion
Mitarbeiter A
Mitarbeiter B
Mitarbeiter C
Abteilungsleitung B
Karosseriekonstruktion
Mitarbeiter A
Mitarbeiter B
InnenraumKonstruktion
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Jeder Auftrag
durchläuft jede
Abteilung
Matrix-/Zweilinienorganisation
Projektleiter
„Spezial
Schwerlastkran“
Funktionale
Struktur
Abteilungsleiter
Abteilungsleiter
Abteilungsleiter
Abteilungsleiter
Entwicklung
Konstruktion
Detail-Konstr.
Berechnung
Projektleiter
„Minderung des
Geräuschpegels
(komplettes
Modellprogramm)“
Mitarbeiter B
Mitarbeiter G
Mitarbeiter C
Mitarbeiter H
Mitarbeiter D
Mitarbeiter I
Mitarbeiter E
Mitarbeiter J
Grundlegende
Entwicklungstätigkeiten
Konstruktionslösungen für
kommende
Produkte
Gestaltungsänderungen an
aktueller
Produktpalette
Berechnungsdienstleistungen
Projektteam
für Auftrag A
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Projektteam
für Auftrag B
Organisationsformen: Kennzeichen 1
Linienorganisation
• Die jeweilige Leitung ist dauerhaft für ihre
Organisationseinheit verantwortlich
• Die Mitarbeiter sind ihrer Organisationseinheit dauerhaft zugeordnet
• In einer Organisationseinheit werden
mehrere Aufträge gleichzeitig bearbeitet
Projektorganisation
• Der Projektleiter als Auftragsverantwortlicher (bei
großen Projekten auch die Teilprojektleiter und
Arbeitspaketverantwortlichen) ist nur für die
Dauer des Projekts eingesetzt.
• Die Projektmitarbeiter sind nur für die Dauer des
Projekts dem Projektteam zugeordnet
• Ein Projektteam bearbeitet nur einen
Auftrag/Projekt gleichzeitig
Die Leitung hat
grundsätzlich die
volle organisatorische
und disziplinarische
Verantwortung (Urlaub,
Gehalt, …).
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Der Projektleiter hat grundsätzlich die
volle organisatorische Verantwortung
(Urlaub, …).
Die disziplinarische Verantwortung
(Gehalt, …) muss im Einzelfall geklärt
werden.
Organisationsformen: Kennzeichen 2
Linienorganisation
Projektorganisation
Wenn:
• Das Produkt im Know-How-Bereich liegt
Wenn:
• Die Produkt- und Auftragskomplexität hoch ist
• Die Produkt- und Auftragskomplexität im
• Das Produkt einen hohen Neuheitsgrad hat
Know-How-Bereich liegt
+
Eindeutige
• Schnittstellen
+
• Ansprechpartner
• Kann sehr flexibel auf neue Anforderungen reagieren
• Mitarbeiter können ihren Fähigkeiten und Neigungen
entsprechend eingesetzt werden
• Verantwortung
• Breites Tätigkeitsspektrum für Mitarbeiter möglich:
Know-How-Zuwachs für Mitarbeiter
-
• u. U. unflexibel, weil „Instanzen“ durchlaufen
werden müssen
• eingeschränktes Tätigkeitsspektrum für
Mitarbeiter
Sehr effektiv
bei bekannten
Anforderungen
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-
• Informationswege für Mitarbeiter nicht immer
erkennbar
• Sehr aufwendiges Schnittstellenmanagement (hohe
Ansprüche an Projektleiter)
• Nicht jeder Mitarbeiter ist „teamfähig“
Sehr effektiv
bei neuen
Anforderungen
KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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15
Randbedingungen von Unternehmen
Konkurrenz
Zeit
§
Tools und
Methoden
Patente,
Normen
Qualität
Verteilte
Standorte
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Kosten
16
Ausgangssituation
• Die Produktentwicklung ist der „innovative Motor“ eines Unternehmens. Ohne
innovative Produkte ist ein Unternehmen nicht wettbewerbsfähig.
• In der Produktentwicklung werden ca. 75 % der Kosten eines Produktes
festgelegt, aber nur ca. 10 % der Kosten verursacht.
• Trotz dieser hohen Bedeutung der Produktentwicklung wurde der gesamte
Bereich häufig von den Unternehmen gegenüber z. B. den
betriebswirtschaftlichen Prozessen oder der Fertigung vernachlässigt.
• Geänderte Randbedingungen erfordern nun jedoch ein Handeln der
Unternehmen.
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KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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Entwicklung der Produktlebensdauer
Generation I
Generation II
Generation III
Baujahr: 1974 – 1983
Baujahr: 1983 – 1991
Baujahr: 1991 – 1997
Leistung: 50 – 110 PS
Leistung: 55 – 160 PS
Leistung: 60 – 150 PS
Absatz: 6,8 Mio. Exemplare
Absatz: 6,3 Mio. Exemplare
Absatz: 4,8 Mio. Exemplare
Generation IV
Generation V
Generation VI
Baujahr: 1997 – 2003
Baujahr: 2003 – 2008
Baujahr: ab 2008
Leistung: 75 – 241 PS
Leistung: 80 – 250 PS
Leistung: 80 – 270 PS
Absatz: 4,3 Mio. Exemplare
Absatz: 2,4 Mio. Exemplare
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Entwicklung der Produktlebensdauer
VW Golf
Generation V
Generation IV
7
Generation III
Absatzzahlen in Mio.
6
Generation II
5
Generation I
4
3
2
1
0
1
2
3
4
5
6
Marktphase in Jahren
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7
8
9
20
Einfluss der Produktlebensdauer
Gewinn
Marktaustritt des Produkts
0
Zeit
Markteintritt des Produkts
langlebige Produkte
kurzlebige Produkte
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Einfluss der Entwicklungsgeschwindigkeit
Quelle: Kramer
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Kosten pro Stück
Altes Paradigma ► Neues Paradigma
?
Stückzahl
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KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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Randbedingungen von Unternehmen
Konkurrenz
Zeit
§
Tools und
Methoden
Patente,
Normen
Qualität
Verteilte
Standorte
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Kosten
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Der Traum
bezahlen wollen
haben wollen
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Ist-Situation: der Kompromiss
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27
Beeinflussbarkeit
Aspekte des „Design to Customer“
Werk
Funktionen
Leistung
Design
Kunde
Service
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Typische Problemstellung heutiger Produkte
zur Positionierung
am Markt
externe Vielfalt
Korrelation
zur profitablen
Produktherstellung
interne Vielfalt
• Marktgerechte Optimierung der externen Vielfalt
• Entkopplung von externer und interner Vielfalt
• Bewältigung der internen Vielfalt
Ansatz
Adäquate Produktstrategie
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Kosten pro Stück
Altes Paradigma  Neues Paradigma
Unternehmens-
wissen
Stückzahl
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30
Ganzheitlicher Reengineering-Prozess
Produkt-Reengineering
• Baukästen
• Module
• Features
Prozess-Reengineering
• Konfigurationsmanagement
• Simultaneous-Engineering
• Modulare Prozesse
Tool-Reengineering
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• 3D-Modellierer
• CAE
• PDMS
31
KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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Randbedingungen von Unternehmen
Konkurrenz
Zeit
§
Tools und
Methoden
Patente,
Normen
Qualität
Verteilte
Standorte
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Kosten
33
Veränderte Randbedingungen 1
Tendenzen
Time to Market
Globalisierung
Nutzung des Internets
Produktqualität
Produktkomplexität
Fertigungstiefe
Outsourcing
Offshoring
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Veränderte Randbedingungen 2
Resultat
Es entwickeln sich Unternehmensnetzwerke. Dies gilt
insbesondere für die Produktentwicklung. Es bilden sich
globale Engineering-Netze.
Entwicklungstiefe
Unternehmensschnittstelle
„Brand Owner“
Broker
Lieferant
Hersteller
Hersteller
Gestern
Lieferant
Heute
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Sublieferant
Morgen
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Beispiel: Hochgeschwindigkeitszug
Aluminium
Rohbau (Karosserie)
Strangpressprofile
Werk 1
Lieferant 1
Schrauben
Drehgestell
Hersteller 2
Werk 2
Achsen
Elektronische
Lieferant 2
Komponenten zur
Bremssteuerung
Werk 3
Quelle: Siemens
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Bremssystem
Hersteller 1
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Veränderte Randbedingungen 3
• Unternehmensübergreifende
Projektabwicklung
• Unternehmensübergreifende
Prozesse
Unternehmen müssen in
Zukunft zunehmend in der
Lage sein, in sich dynamisch
• Unternehmensübergreifend
verteilte Daten (Bereitstellung
ändernden Netzwerken
flexibel zu agieren.
und Nutzung, z. B. 3D-Mock-Up)
Die Fähigkeit zur „Collaboration“ in globalen Engineering-Netzen
wird damit zum kritischen Erfolgsfaktor!
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37
Collaborative Product Commerce
http-Verbindung
Unternehmensgrenze
.
Entwicklungspartner
Zusammenarbeit mit dem OEM
und anderen Partnern in einem
virtuellen Team
Firewall
http-Verbindung
Unternehmensgrenze
Zulieferer
• Austausch von Produktdaten
• Visualisierung
Kunde
• Öffnen von Claims und/oder Benachrichtigung
• Erstellung von Change Requests
• Modell- und Dokumentenzugriff (Visualisierung)
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.
.
.
38
Collaborative Engineering
Einkauf
anderer
Standort
Vertrieb
Lieferant
Entwicklung
Kunde
Produktion,
Montage
andere
Entwicklungspartner
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Standortgrenze
Unternehmensgrenze
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Randbedingungen von Ingenieurstätigkeiten
Extern:
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40
Randbedingungen von Ingenieurstätigkeiten
Intern:
Vergleich von Tätigkeiten eines typischen Tages früher und heute (in %)
26,18%
Fachliche Aufgaben
Kommunikation
9,78%
46,48%
16,53%
10,70%
10,80%
Information
7,23%
6,25%
Dokumentation
Heute
9,10%
8,63%
Abstimmung
Projektmanagement
9,25%
Früher
16,33%
7,38%
6,08%
Führung
Sonstiges
1,76%
0%
6,88%
10%
20%
30%
40%
50%
Quelle: Eigner/Stelzer
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Aufgaben einer Entwicklungsabteilung
• Entwickeln:
Untersuchungen, Modellversuche, Entwürfe, …
• Konstruieren:
Entwürfe, Zeichnungserstellung, …
• Projektieren:
Erstellung der Projektunterlagen, Projektzeichnungen, …
• Projektmanagement:
Projektplanerstellung und -verfolgung, Termine, Kosten, …
• Einkaufsbetreuung:
Lieferantenauswahl, Teilebegutachtung, Vorbestellungen, …
• Lieferantenbetreuung:
Schnittstellenabstimmung, Anforderungslisten, …
• Fertigungsbetreuung:
Klärung bei Fertigungsproblemen, …
• Vertriebsunterstützung:
Fachliche Beratung, Kundenbetreuung, …
• Inbetriebsetzung:
Erstinbetriebnahme, Klärung von Problemen, …
• Gewährleistung:
Schadensbeurteilung, Maßnahmenerarbeitung, …
• Dokumentation:
Wartungshandbücher, Nutzungsanleitungen, …
• Interne Dienste:
CAx-Betreuung, Standardisierung, Normung, …
• Schulungen:
Vorbereitung, Unterstützung, Durchführung, …
• Qualitätssicherung:
Arbeiten gemäß DIN/ISO 9001, Klärung von Qualitätsmängeln
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42
KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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43
Zusammenfassung
• Aufgrund der Globalisierung verkürzt sich die Dauer der
Marktpräsenz von Produkten ständig bei sinkenden Preisen.
• Die Fähigkeit, in Netzwerken zu arbeiten, hat stark an Bedeutung
gewonnen und ist für den Unternehmenserfolg entscheidend.
• Die Aufgaben der Unternehmensbereiche, insbesondere die des
Engineering, wandeln sich stark. Neue, insbesondere administrative
Aufgaben kommen hinzu.
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44
Fazit
• Die Aufgabenumfänge werden im Unternehmen weiter wachsen:
Know-How-Schutz; Einbinden von Partnern, Tool-Management;
Dokumentation insgesamt.
• Die Komplexität wird eher zu- als abnehmen: externe
Produktvielfalt wird weiter zunehmen; die Anzahl der Partner wird
wachsen.
• Hilfsmittel zur Unterstützung sind unabdingbar: insbesondere
PDM-Systeme werden an Bedeutung gewinnen.
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45
KL II Vorlesung 0 – Inhalt
1. Konstruktionslehre I
2. Situation der Unternehmen
1. Veränderung des Produktlebenszyklus
2. Unternehmensinterne Randbedingungen
3. Unternehmensexterne Randbedingungen
3. Fazit
4. Semesterübersicht
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46
Semesterübersicht
Vortragsübung
Donnerstag 14:15 - 15:00 AH III
Übung
Dienstag 08:30 - 10:00 AH II
07.04.2015
Einführung (AH II, 8:30 - 10:00)
V1
09.04.2015
Planungsprozesse in Unternehmen
VÜ 1
09.04.2015
Produktplanung
Ü1
14.04.2015
Produktplanung
V2
16.04.2015
Produktstruktur/-architektur
VÜ 2
16.04.2015
Produktstruktur/-architektur
Ü2
21.04.2015
Produktstruktur/-architektur
V3
23.04.2015
Rationalisierung: Baureihen
VÜ 3
23.04.2015
Baureihen
Ü3
28.04.2015
Baureihen
V4
30.04.2015
Rationalisierung: Baukästen
VÜ 4
30.04.2015
Baukästen
Ü4
05.05.2015
Baukästen
V5
07.05.2015
Varianten-/Konfigurationsmanagement
VÜ 5
07.05.2015
Stücklisten
Ü5
12.05.2015
Stücklisten
V6
21.05.2015
Process- und Datenmanagement
VÜ 6
21.05.2015
PLM/PDM
Ü6
02.06.2015
PLM/PDM
V7
11.06.2015
Virtuelle Produktentwicklung 1
VÜ 7
11.06.2015
CAD Modellierung
Ü7
16.06.2015
CAD Modellierung
V8
18.06.2015
Virtuelle Produktentwicklung 2
VÜ 8
18.06.2015
FEM
Ü8
23.06.2015
FEM
V9
25.06.2015
Gastvortrag Vaillant
VÜ 9
25.06.2015
Topologieoptimierung
Ü9
30.06.2015
Topologieoptimierung
V 10 02.07.2015
Kostenmanagement
V 11 09.07.2015
Qualitätsmanagement
V 12 16.07.2015
Patente und Normung
VÜ 10 02.07.2015
Kosten
VÜ 11 09.07.2015
Qualitätssicherung
VÜ 12 16.07.2015
Stoffeingrenzung
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Übung
V0
Vortragsübung
Vorlesung
Vorlesung (Prof. Feldhusen)
Donnerstag 12:15 - 13:45 AH III
Ü 10 07.07.2015
Kosten
Ü 11 14.07.2015
Qualitätssicherung
47
Ende der Bildschirmpräsentation
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48