Idee / Produkt Ware - wi.uni-potsdam.de · Produkte sind stets als Konzepte bzw. als Produktinformationen zu verstehen. Zweck von Produkten ist es, aus ihnen Waren herstellen zu können

Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Electronic Government Universität Potsdam

Chair of Business Information Systemsand Electronic GovernmentUniversity of Potsdam

Univ.-Prof. Dr.–Ing. habil. Norbert Gronau Lehrstuhlinhaber | Chairholder

August-Bebel-Str. 89 | 14482 Potsdam | Germany

Tel +49 331 977 3322Fax +49 331 977 3406

E-Mail [email protected] lswi.de

Produktentwicklung2. Mai 2016

VL Produktionsinformatik Definition und Einordnung in den ProduktlebenszyklusVorgehensmodelleProduktmerkmaleMethoden der Produktentwicklung

Zum Begri! der Produktentwicklung

Idee /Bedürfnis Produkt Ware

Abstrakte Produktanforderung

Produktkonzept(Produktinformationen)

ProduktinstanzReale Umsetzungen

Produkt-entwicklung Produktion

Produkte sind stets als Konzepte bzw. als Produktinformationen zu verstehen.Zweck von Produkten ist es, aus ihnen Waren herstellen zu können.Produktkonzepte basieren auf unterschiedliche Arten von Informationen: z.B. Test-/Prüfberichte, Materialauswahl, Softwarecode, Montageanleitungen, Corporate Design Anforderungen, Anforderungsanalysen, Auswahl von Fertigungsverfahren, Technologieauswahl, Eingabedaten für programmierbare Produktionsanlagen, Kostenanalysen, ...Produktentwicklung ist die systematische Anwendung (vgl. Vorgehensmodelle) von Methoden, um die entsprechenden Produktinformationen zu erzeugen.

„Die integrierte, multidisziplinäre Produktentwicklung umfasst alle Tätigkeiten und Disziplinen, die das Produkt und sein zur Produktion, Betrieb und Entsorgung benötigtes Umfeld (Werkzeuge, Vorrichtungen, Maschinen, Anlagen, ...) über den Produktlebenszyklus, alle beteiligten Disziplinen und die Zuliefererkette beschreiben. Das Ergebnis ist eine vollständige

Produktdefinition („Intellectual Product“), die aus sichten- und phasenorientierten Produktstrukturen und allen zugehörigen Dokumenten und Konfigurationen besteht.“ (Eigner et al. 2014)

Wandeln der Rahmenbedingungen für die Produktentwicklung

Quelle: Baumberger 2016

Die Rahmenbedingungen für die Produktentwicklung haben sich zudem erheblich geänderte

Warum Entwicklungsplanung und -methoden?

Sättigung der angestammten Kernmärkte und Verschiebung der globalen Ansatzschwerpunkte

Neue Produktanforderungen (z. B. Nachhaltigkeit, Services)

Angleichende Leistungs- und Qualitätsstandards

Wertewandel und di!erenzierte Ansprüche der Kunden (Markfragmentierung)

Gestiegene Innovationsdynamik

Systemintegration und Mechatronisierung

Outsourcing und Forschungskooperationen

Beispielhafte Trends im Bezug zur Automobilindustrie

Die Bedeutung der Informatik für die Produktentwicklung

Quelle: Kühnl 2010

Wandlung des Begri!es Mechatronik

Maschinenbau gestern Maschinenbau morgen

Mechatronik

Informatik

Elektronik

Mechanik

Technischer Produktlebenszyklus

Produkt- und Verfahrensinnovation

Vierfelder-Lebenszyklus-Produktportfolio

Wirtschaftlicher Produktlebenszyklus

Einordnung der Produktentwicklung im Produktlebenszyklus

Spezi!zierung

Herstellung

Prüfung Freigabe

Verkauf Nutzen Verbrauch

Entsorgung WiederverwendungWeiterverwendung

Deponie

Thermische Verwertung

technischer Lebenszyklus = zeitliche Abfolge der mit dem Materialkreislauf verknüpften Entwicklungsstadien eines Produktes

Rel

ativ

es M

arkt

wac

hstu

m

Relativer Marktanteil

Fragezeichen, Babies Stars

Cash CowsPoor Dogs

Produktmaximierung

bedarfsinduziert

entwurfsinduziert

Leistungsmaximierung Kostenminimierung

Prozessinnovation

Produktinnovation

Innovationsstufe

Inno

vatio

nsra

te

Technologische Gegebenheiten

Produktentwicklung geht einher mir Verfahrensentwicklung

Entw.- phase

Einfüh- rund

Wachs- tum

Reife- phase

Sätti- gung

Rück- gang Auslauf

Umsatz

Deckungsbeitrag

Wirtschaftlicher Lebenszyklus = zeitliche Abfolge aller Phasen der Marktteilnahme eines Produktes

Einordnung/Abgrenzung

Quelle: Gausemeier 2009

…zum Serienanlauf

Erfolgspotentiale

Handlungsoptionen der Zukunft

Potential!ndung

Von der Geschäftsidee…

Veri!ziertes ProduktsystemProduktionssystemintegration

Strategiekonforme tanzeinheitliche Produktkonzeption

Produktsystemkonzipierung

Arbeitsplanung

Produkt- und Dienstleistungsideen

Anforderungen

Produkt!ndung


Anforderungen

ProduktkonzipierungStrategiekonforme tanzeinheitliche Produktkonzeption

Geschäftsplanung

Geschäftsstrategie

Geschäftsmodell

Produktstrategie

Entwurf und Ausarbeitung


Anforderungen Produktintegration

Veri!ziertes Gesamtsystem

Strategische Produktplanung

Produktions-systementwicklung

Produkt- entwicklung

Definition und Einordnung in den ProduktlebenszyklusVorgehensmodelleProduktmerkmaleMethoden der Produktentwicklung

VDI 2221

Quelle: VDI 2221 1993

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Klären und präzisieren der Aufgabenstellung

Ermitteln von Funktionen und der Strukturen

Suchen nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen

Gestalten der maßgebenden Module

Gliedern in realisierbare Module

Gestalten des gesamten Produktes

Ausarbeiten der Ausführungs- und Nutzungsangaben

Erfü

llen

und

Anpa

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der

Anf

orde

rung

en

Anforderungsliste

Funktionsstruktur

Prinzipielle Lösungen

Modulare Strukturen

Vorentwürfe

Gesamtentwurf

Produktdokumentation

weitere Realisierung

Phasenmodell

Quelle: aus Babick 2014

Phasenmodell durch alternierende Perspektiven (Bewerten und Gestalten)

I. Ideen!ndung

IX. Markteinführung

VIII. Markttest

VII. Nullserie

VI. Produktbewertung

V. Produktentwicklung

IV. Konzeptbewertung

III. Konzeptentwicklung

II. Screening

0. Situationsanalyse

Ges

taltu

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hase

n Bewertungsphasen

Ideen

Vorplanung/Feasibility

Produktentwicklungund

Anlagenplanung

Realisierung

V-Modell der VDI Richtlinie 2206 3-Ebenen Vorgehensmodell

Quelle: Bender 2004

Modellbasierte Produktentwicklung

Quelle: Eigner et al. 2014

Multidisziplinäre HerangehensweiseEinsatz von entwicklungsphasenspezi!schen, digitalen SystemmodellenIntegration der Modelle in gesamten ProduktentwicklungsprozessEinsatz von Modellierung in verschiedenen Phasen des ProduktentwicklungsprozessesKonsequente Abkehr vom papier- und dokumentenbasierten Vorgehen

Digitalisierung der Produktentwicklung

Quelle: Ebert 2015

Produktentwicklung

System Engineering

Evolution

Validierung und Akzeptanz

Engineering

Integration Veri!zierung

Requirements Engineering

Produktion und Wartung

System-entwurf Integration

Test

Implemen- tierung

Design

Lange Korrekturschleifen bei Anpassungen und

Optimierungen

Validierung und Integration aus der Ebene realer

Artefakte

Anforderungen und Architekturen werden zu

früh separiert


Quelle: Ebert 2015

Produktentwicklung

System Engineering

Evolution

Validierung und Akzeptanz

Physisches Engineering

Requirements Engineering

Wartung

Integration

Test

Implemen- tierung

Produktion

Virtuelle Integration

Virtuelle Validieren

Veri"kation

Design

System-entwurf

Simulation Optimierung

Virtuelles Engineering

Virtuelle Validieren und Integration verkürzt Korrekturschleifen

Anforderungen und Architektur werden früh

entwickelt

Veri"kation

NachteileVorteile


Quelle: Braess 2001

Die Daten sind mathematisch genau und können vielseitig eingesetzt werden (Feasibility-Untersuchung, Simulation, Animation, Rapid Prototypen, Virtual Reality)Der Datentransfer weltweit an andere Abteilungen und Lieferanten ist unkompliziert und schnell.Die Konstruktionsabteilung kann viel früher mit der Feasibility (Beurteilung) beginnen —> kürzere Entwicklungszeiten Der digitale Design-Prozess erlaubt zusätzliche digitale Modelle und dadurch mehr Auswahl und Variationsmöglichkeiten, die im Computer schneller dargestellt werden können.Höhere E"zienz, das heißt jeder Designer, der am Computer netwirft, produziert in der gleichen Zeit mehr als ein Designer, der nach klassischer Methode entwirft.

Die Beurteilung von digitalen Modellen ist schwieriger als von konventionellen Tonmodellen, weil auf dem Bildschirm nur ein kleiner Maßstab abgebildet wird, zudem der Kontext und die Informationen aus der Umgebung fehlen, z. B. alle Licht-/ Schattene#ekte. Die für den digitalen Design-Prozesse notwendige Infrastruktur ist teuer und aufwendig. Die Entwicklung eines Designs am Bildschirm erfolgt weitgehend isoliert, d.h. der Designer ist dem ständigen Feedback des Teams entzogen.Bis heute steckt der digitale Design-Prozess noch im Versuchsstadium, verlässliche Erfahrungswerte über einen längeren Zeitraum fehlen.

Design Thinking

Quelle: Brown 2008, Plattner et al. 2009

Ansatz zur nutzerorientierten Sichtweise in der ProduktentwicklungPrinzipien: Haptik, Empathie, Kreativität, Ideen-Sozialisation, Selbst-Re"ektion, Prototyping

Verstehen Klare Themenstellung

Observieren Analysieren

Standpunkt beziehenMöglichkeiten de!nieren

Ideen !nden ohne Kritik

Prototypen entwickeln schnelles Ausprobieren

Testen Realisierbarkeit

Inspiration Ideation Implementierung

Simultaneous/ Concurrent Engineering (SE)

Steigerung der Entwurfs- und FertigungsqualitätSenkung der Entwicklungszeiten und -kosten

Phasen der Produktentwicklung

Forschung und Entwicklung

Marketing und Controlling

Qualitätsmanagement

Lieferant / Handel

Generieren von Produktideen

Produktion

Entwicklung von Konzept und Prototyp

Entwicklung von Prozess und Ware

Entscheidung zur Innovation

Markt-einführung

Go/Stop

Go/Stop

Go/Stop

Gestaltung der Arbeit:Organisation der Arbeit:

Merkmale des Simultaneous/ Concurrent Engineering

Quelle: Graner 2015

Arbeiten im SE-TeamAblaufplan mit Meilensteinen, Zwischenversionen und Freigabebesprechung Parallelisierung von Produkt-, Fertigungs- und eventuell Vertriebsentwicklung

mehr Zeit für Aufgabenklärung und Konzeptphase auf Kosten der Realisierung Integration von Kunden und Lieferanten in das SE-Team Eigenschaftsfrüherkennung durch virtuelle Produktabbildung Einsatz e#ektiver Konstruktionswerkzeuge Reduzierung der Besprechungsdokumentation durch gute Kommunikation

Vorteile:

Wissenskonzentration/-austauschFrühzeitiges Erkennen und Lösen von ProblemenGegenseitiges Verständnis für SchwierigkeitenWeniger Anpassungs- und Änderungsbedarf nach Serienanlauf

Nachteile:

Neue Phasen beginnen ohne abgeschlossene Information aus vorherigen PhasenStändige Berücksichtigung der Fortschritte aus anderen PhasenStra#es Projektmanagement notwendig (insb. Informationskoordnation, Zeit)


Vereinheitlichung von Produktkomponenten und ggf. Nutzung eines Modulbaukastens zur Erhöhung der Anzahl von Gleichteilen (Ziel: Komplexität reduzieren, Kosten sparen)

Möglichkeiten der Komplexitätsreduzierung durch Produktgmodularisierung

Modularität

Quelle: Graner 2015

Produktmodularisierung:Die beste Methode, die Kosten in der Produktherstellung zu minimieren und gleichzeitig, die Maximierung der individuellen Kundenbedürfnisse zu erreichen, ist die Scha#ung von Modulen Produkte. Der Grund liegt darin, dass Economies of scale eher aus den Bestandteilen von Produkten als aus den Produkten selbst generiert sind und die Kundennähe durch die Vielzahl von kon!gurierbaren Produkten erzielt wird.Ein Vorteil der Modularisierung liegt darin, dass eine hohe Endproduktvielfalt mit begrenzter Innenwirkung realisiert werden kann.

De"nitionUnter Produktgmodularisierung versteht man die geeignete Gliederung eines Produktes indem die Abhängigkeiten zwischen den Elementen (Modulen) verringert bzw. die Schnittstellenvarianten reduziert werden.

Komplexität

Quelle: Peters/Watermann 1986, Schuh 2005

Koordinationsaufwand nimmt zu, Prozesse werden ine"zienter, Blindleistungen nehmen zu, Parallelisierung von Tätigkeiten in der Fertigung

erhöht Koordinationsaufwand zusätzlich

Marktwandel

Zielkomplexität

Kundenkomplexität

Variantenkomplexität

Teilenkomplexität Komplexität des Fertigungssystems

Koordinationskomplexität

Enge Käufermärkte erfordern neue Ziele und Strategien

Neue Strategische Ziele: kundenindividuelle $exible Fertigung, Zusatzangebote, Zeit

(Durchlaufzeit, Termintreue)

Anpassung an unterschiedliche Kundensegmente erfordert

Anpassungen

Anstieg der Varianten um zusätzliche Kundensegmente bedienen zu können

Flexible Anlagen, Verteuerung der Produktion für Standardprodukte

Mehr Bauteile, Gleichteileverwendung als Möglichkeit zur Reduzierung

Erweiterung des Leistungsspektrums

Anstieg der Produkt- und Prozesskomplexität

Aufbau von Ressourcen zum Umgang mit der Komplexität

Aufwendungen steigen signi!kant

Verkaufserlöse steigen nicht signi!kant

Gewinne sinken (Komplexitätsfalle)

7 Thesen zum Komplexitätsmanagement nach Schuh

Quelle: Schuh 2005

Komplexitätsmanagement wird zu einem der kritischen Erfolgsfaktoren der Zukunft. Nicht das Minimum an Komplexität ist wettbewerbsfähig, sonder das Optimum.Die Ursachen von Komplexität müssen erkannt werden. Sie liegen häu!g im Management (Problemlösungsverhalten), in der Produktvielfalt (Struktur) und - dynamik sowie der Ablauforganisation (Geschäftsprozesse).Produkt- und Prozessstrukturierung ist das A und O der Komplexitätsbeherrschung. Die Produktgmodularisierung bzw. die Wiederverwendungsrate von Produkt- und Prozess- Modulen ist zu erhöhen. Transparenz ist dazu der Schlüssel zum Erfolg. Der Ordner Penetration Point (OPP) (Übergang von der kundenneutralen zur kundenspezi!schen Produktion) ist so spät wie möglich im Wertschöpfungsprozess zu positionieren. Damit wird produkt- wie prozessseitig ein Höchstmaß an Standardisierung erreicht. Kommunikations- und Distributionsmittel sowie der Einsatz von Produktkon!guratoren verbessern die Erklärungsfähigkeit im Vertrieb und verhindern den Verkauf unnötiger Varianten. Es existieren geeignete Instrumente für einen durchgängigen Informations$uss zwischen Vertrieb, Konstruktion, Produktion und Controlling, um einer unkontrollierten Variantenentstehung nach der Produkteinführung entgegenzuwirken. Komplexitätsmanagement verlangt echtes Committment des TOP Management.

Komplexitätsmanagement

Quelle: Schuh 2005

Komplexitätsmanagement in der Produktentstehungsphase

Komplexitäts-vermeidung

Vorfeldmarketing

Wertanalyse

Scha#ung konstruktiver Optionen

Komplexitäts-reduzierung

Reduktion der Halbzeugvielfalt

Reduktion der Rohsto#vielfalt

Zahl der Gleichteile erhöhen

Komplexitäts-beherrschung

Systematische Abstimmung der Projektgruppen, die unterschiedliche Varianten entwickeln

Substitution von Hardwarefunktionalität durch Software

Komplexitätsmanagement in der Produktherstellungsphase

Komplexitäts-reduzierung

Reduktion der Fertigungstiefe

Reduktion der Programmbreite

Komplexitäts-beherrschung

Segmentorientierte Auftragsabwicklung

Fertigungssegmentierung

Verschiebung des Variantenbestimmungspunktes in Richtung Ende der Wertschöpfungskette

Komplexität10 Arbeitsschritte beim Lösen komplexer konstruktiver Probleme

Quelle: Schulze 2013

Gesamtaufgabe

Aufgabe 1 Aufgabe nAufgabe i

1. Problem analysieren

2. Ziel präzisieren

3. Erkenntnisstand bestimmen

4. Lösungsweg bestimmen

5. Lösungsvarianten ermitteln

6. Lösungsvarianten analysieren

7. Lösungsvarianten bewerten

8. Entscheidung tre#en

9. Ergebnisse darstellen

10. Erkenntnisgewinn abheben

Lösung Folgerungen Erkenntnisse

Präzisierung

Variation

Optimierung

In der Konstruktion sind nur die variablen Kosten relevant, weil diese direkt in der Konstruktion festgelegt werden.

Allgemeine Regeln zu Kostenminimierung

Kostengerechte Konstruktion

Quelle: Spur 1994, Pahl und Besitz 1993

Geringe Kompliziertheit, d. h. geringe Zahl der Teile und Fertigungsoperation, anstreben. Möglichst kleine Baugröße wegen geringer Materialkosten vorsehen, da diese mit der Größe, meist Durchmesser, überproportional ansteigt. Hohe Stückzahl (Losgröße) zur Reduzierung von binmalkostenanteilen ermöglichen, z. B. wegen Verteilung von Rüstkosten, aber auch wegen Einsatzes leistungsfähiger Fertigungsverfahren und Nutzung von Wiederholungse#ekten. Begrenzte Genauigkeitsanforderungen stellen, d. h. möglichst große Toleranzen und Rauhigkeitswerte zulassen.

Änderungskosten im Produktentstehungsprozess

Ände

rung

skos

ten

Entwicklung Konstruktion Arbeits- vorbereitung

Fertigung Produkt- gebrauch

Optimierung der Kosten durch Iterationsschritte

Reduzierung von Entwicklungszeit und -kosten durch Strukturierung des Produktentwicklungsablauf nach Kernbaugruppen und SE

Schlußfolgerung, wenn diese nicht benötigt wird, bitte löschen.Zweite Zeile, wenn nötig.

Kosten

Quelle: nach Ehrlenspiel 2006

Ablauf der Produktentwicklung in unstrukturierter Form

Entwicklungszeit

Her

stel

lkos

ten

Ziel 100%

Ziel 100%

ist 123%

ist 123%

Entwicklungszeit

Her

stel

lkos

ten

Ziel 100% ist 152%

Ziel 100%ist 116%

Entwicklungszeit

Her

stel

lkos

ten

Ziel 100%

Ziel 100%

KK

K

K: kostenintesive Baugruppen

Iteration

Skalierbarkeit (Anpassung an Mengen)

Wandlungsfähigkeit

Quelle: vgl. Gronau 2003

Modularität (Anpassung an Struktur)

Verfügbarkeit (Zeitlich und örtlich

unabhängig

Interoperabilität (Standardisierte Schnittstellen)

Selbstorganisation (Autonomie)

Selbstähnlichkeit (Wiederkehrende

Strukturen)

Redundanz (auf unterschiedlichen

Ebenen )

Wissen (Menschen und Dokument)

Die Fähigkeit eines Systems, schnell, selbständig und e#zient mit Umwelt-Veränderungen umgehen zu können.Indikatoren der Wandlungsfähigkeit können als positive Produkteigenschaften berücksichtigt werden.


Entwicklungsmethoden dienen der Bewältigung der zunehmenden Entwicklungskomplexität und machen das Entwicklungsrisiko beherrschbar.

Warum Entwicklungsplanung und -methoden?

Entwicklungsmethoden

Quelle: Bildquelle nicht bekannt

Entwicklungsmethoden helfen u. a. dabei:

keine wichtigen Anforderungen zu vergessen innovative Konzepte zu entwickeln und umzusetzen Entwicklungsrisiken zu erkennen und Komplexität zu beherrschendie (Konzept-) Qualität sicherzustellen und Fehler zu vermeiden Produkt- und Entwicklungskosten zu senken die richtigen Produkte zur richten Zeit auf den Markt zu bringen

Produktplanung De$nition & Konzeption des Produktes

Quelle: Juran 1991

MethodenunterstützungErgebnisse

Strategie!ndung

Kundenanforderungen übersetzen

Kundenanforderungen identi!zieren

Kunden identi!zieren

Maßstäbe für Qualitätsbeurteilung festlegen

Markt- & Produktstrategie

Listen der Kunden Ggf. Periodisierung nach Wichtigkeit

Kundenanforderungen Gewichtung nach Bedeutung für den Kunden

Kritische Designmerkmale (Qualitätskriterien)

Messgrößen & Messverfahren

SWOT-Analyse SzenarioanalysePortfolioanalyse

ABS-Analyse der Kunden

Kundenbefragungen Beschwerdenmanagement, Kano- ModellABC-Analyse der Kundenanforderungen

Quality Function Deployment (QFD)

Was

?

Wie?

Techn. Wechsel-beziehungen

Beziehungen

Tech. Bedeutung

Tech. Produktvergleich

Kund

en

Prod

uktv

ergl

eich

Methoden zur systematischen und präventiven Qualitätsplanung


Quelle: Graner 2015

1966: Entwicklung durch jap. Professor Yojo Akao1972: Erste Anwendung bei Mitsubishi Heavy Industries 1980er: Einzug in amerik. Industrie (Ford, Kodak, Hewlet Packard)

Ziele

Kundenorientierung in allen Phasen der Produktentwicklung verankernÜbersetzen der Kundenanforderungen in Designforderungen —> „Stimme des Kunden“ in die „Sprache des Ingenieurs“ Koordination und Steuerung der Qualitätsplanung Verkürzen „Time to market“ durch verbesserte Planung und Entwicklung Kostenreduktion —> Fehler aufgrund unzureichender Planung, Entwicklung und Konstruktion vermeiden (Prävention)Verbessern der Kommunikation und Zusammenarbeit während der Produktplanung

House of Quality (HoQ)

QfD setzt die Kundenanforderungen in Designanforderungen um.

Qualitätsplanungsteam


Interdiziplinäres Team Erarbeitet gemeinsam das HoQ

Matrixartige Darstellung zur Unterstützung des systematischen Vorgehens bei der QualitätsplanungDarstellung der Beziehungen zwischen Kunden- und DesignanforderungenErmöglicht Priorisierung der Designanforderungen und Vollständigkeitsprüfungen

Technische Produktmerkmale

Korrelationsmatrix

Wet

tbew

erbs

- be

wer

tung

aus

Ku

nden

sicht

Optimierungsrichtung

Beziehungsmatrix

Gew

icht

ung

der

Anfo

rder

unge

n

Kunden- anforderungen

Technische Schwierigkeiten

Objektive Zielwerte

Wettbewerbsvergleich aus technischer Sicht

Technische Bedeutung

1 2 6

4

5

7

3

8

9

10

11

WIE

Warum

WIE- VIEL

WASHauptblöcke:

WAS - Kundenanforderungen WIE - DesignforderungenBeziehungen:Horizontal = Kundensicht Vertikal = Ingenieursicht

Beispiel QFD / HoQ

Quelle:Quelle: Pfeifer 2001

Überprüfung am Ende

House of Quality

Keine Kundenanforderung ohne Bezug zu DesignanforderungKeine Designanforderung ohne Bezug zu KundenanforderungKeine leeren Spalten bzw. Zeilen in der BeziehungsmatrixÜbereinstimmung von objektiven Zielwerten und der Optimierungsrichtung

Kund

enan

ford

erun

gen

Produktplanung

Komponentenplanung

Prozessplanung

Produktions-planung

Kritische Designanforderung

für das Produkt

Kritische Designanforderungen für die Komponenten

Kritische Prozessmerk-

male Arbeits- und

Prüfanweisungen

1

2

3

4

5

4

3

2

Nachteile:Vorteile:

Vor- und Nachteile von QFD

Systematische Berücksichtigung der Kundenanforderungen Vermeiden von Fehlern aufgrund unzureichender Planung, Entwicklung und KonstruktionKonzentration der Ressourcen auf wichtige Merkmale Transparentes Darstellen von Zielkon$ikten Verbesserung der Kommunikation und Motivation

Größerer Arbeitsaufwand in der Entwicklungsphase Kosten der Methode sehr viel leichter quanti!zierbar, als der Nutzen Hohe Komplexität des QFD-Prozesses, rasch unüberschaubare Matrizen und Tabellen Hierarchische Unternehmensstrukturen müssen aufgebrochen werden Ergebnis hängt stark von der Eingabe der Kundenanforderungen ab

Kreativitätstechnik mit hohem Grad an Systematik Grundlage bilden 40 Lösungsprinzipien (ursprünglich ermittelt aus der Analyse von Patentschriften)

TRIZ - Teorija Reshenija Izobretatjelskisch Zadacz(engl. TIPS „Theory of Inventive Problem Solving“)

Menschliche Trägheit führt zur Suche von naheliegenster Lösung Trial & Error Suche führt zur Suche in die falsche Richtung Analyse und Abstraktion hilft die Suchrichtung einzugrenzen Anhand abstrakter Lösung kann wieder auf konkretes Problem transformiert werden

Allgemeines Problem

Allgemeine Lösung

Spezielles Problem

Spezielle Lösung

TRIZ-Methodik

Abstrahieren Konkretisieren

Trial & Error

40 Innovationsprinzipien

TRIZ - Zuordnungsmatrix

Quelle: Altschuller

1. Zerlegung

2. Abtrennung

3. Örtliche Qualität

4. Asymmetrie

5. Kopplung

6. Universalität

7. Integration

8. Gegengewicht

9. Vorherige Gegenwirkung

10. Vorherige Wirkung

11. Prinzip des "vorher untergelegten Kissens"

12. Äquipotentialität

13. Funktionsumkehr (Inversion)

14. Kugelähnlichkeit (Sphäroidalität)

15. Dynamisierung

16. ....

Sich verschlechternder Parameter

Sich verschlechternder Parameter 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Zu verbessernder ParameterZu verbessernder Parameter

1 Masse des beweglichen Objekts15, 8, 29,

3429, 17, 38, 35

29, 2, 40, 28

2, 8, 15, 38,

8, 10, 18, 37

2 Masse des unbeweglichen Objekts

10, 1, 29, 35

35, 30, 13, 2

5, 35, 14, 2

8, 10, 19, 35

3 Länge des beweglichen Objekts8, 15, 29,

34 15, 17, 4 7, 17, 4, 35 13, 4, 8 17, 10, 4

4 Länge des unbeweglichen Objekts

35, 28, 40, 29

17, 7, 10, 40

35, 8, 2, 14 28, 10

5 Fläche des beweglichen Objekts2, 17, 29,

414, 15, 18, 4

7, 14, 17, 4

29, 30, 4, 34

19, 30, 35, 2

6 Fläche des unbeweglichen Objekts

30, 2, 14, 18

26, 7, 9, 39

1, 18, 35, 36

7 Volumen des beweglichen Objekts

2, 26, 29, 40

1, 7, 4, 35

1, 7, 4, 17

29, 4, 38, 34

15, 35, 36, 37

8 Volumen des unbeweglichen Objekts

35, 10, 19, 14 19, 14 35, 8, 2,

14 2, 18, 37

9 Geschwindigkeit 2, 28, 13,

38 13, 14, 8 29, 30, 34 7, 29, 34 13, 28,

15, 19

10 Kraft 8, 1, 37,

1818, 13, 1,

2817, 19, 9,

36 28, 10 19, 10, 15

1, 18, 36, 37

15, 9, 12, 37

2, 36, 18, 37

13, 28, 15, 12

Mas

se d

es b

eweg

liche

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bjek

ts

Mas

se d

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weg

liche

n O

bjek

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Obj

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Ges

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Kraf

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Ergänzung um Methoden für andere Problemklassen und EntwicklungsphasenPraktische Verständnis von TRIZ entwickelt sich hin zu einem Methoden-Werkzeugkasten

TRIZ

Quelle: Abbildung triz-online.de

BewertungSpezialisierungIdeen"ndungAbstraktionAnalyse

Innovations- Checkliste

Ressourcen

Identität (Trimming)

Objektmodellierung

Funktions- modellierung

System

S-Kurve

Evolutionsgesetze

Technische Widersprüche

40 Grundprinzipien E#ekte Identität

Evolutionsgesetze

Funktions- modellierung

Objektmodellierung

4 Separations- prinzipien

Physikalische Widersprüche

Operator MZK

Evolutions- gesetzt

Zwänge

E#ekte

Trimming

Sto#-Feld-Modellierung 76 Standardlösungen

TRIZ - Ablaufplan

Quelle:

Anal

yse

Abst

rakt

ion

Idee

n!nd

ung

Was ist dasProblem?

Welche bekannten Lösungswege gibt es…

Welche Idee ist die beste?

Innovations-Checkliste beinhaltet (oder min. „6-W-Fragen“)

Was ist das Ziel?

Wo löse ich das Problem?

Womit kann ich es erreichen?

Gra!sche Strukturierung

Identität, Ideales Endresultat

Was ist das Ziel?

Wo löse ich das Problem?

Womit kann ich es erreichen?

Punktbewertung/ Portfolio

Systemgedanke, „9-Felder“

Ressourcen

Funktionsmodell, Objektmodell

Matrix, 40 Prinzipien, 4 Separationsprinzipien

Sto#-Feld-Modell, 75 Standardlösungen

E#ekt-Datenbanken

Idee

npoo

l

Untersützt durch Kreativitätstechniken z. B. Brainstorming/ -writing

Quelle: Abbildung triz-online.de

ERstellung des problem- und kontextadäquaten Vorgehens erfolgt durch Ableitung aus generischen Modell.

Vorgehensweisen beim Konstruieren

Quelle: VDI 2222

MethodenunterstützungErgebnisse

Situation analysieren

In realisierbare Module gliedern

Lösungsprinzipien & deren Strukturen suchen

Funktionen & Strukturen ermitteln

Maßgebende Module gestalten

Anforderungsliste (Au$istung der Produktmerkmale)

Funktionsstrukturen

Prinzipielle Lösungen

Modulares Strukturen (Zusammenfassung von Teilstrukturen)

De!nition von Schnittstellen

Vorentwürfe (Hauptfunktionen mit Abmessungen & Anordnungen)

Input: Lasten- & P$ichtenheft

Wertanalyse

Kreativitätstechniken, ins. Morpholog Kasten, Wertanalyse Bewertung anhand der Anforderungsliste

Fehlerbaumanalyse FMEA Produkt

Gesamtes Produkt gestalten Gesamtentwurf Technische Spezi!kation

Fehlerbaumanalyse FMEA Produkt

Ausführungs- und Nutzungsangaben ausarbeiten

Produktdokumentation: Beschreibung des Produktes und der Produktherstellung, Zeichnungen, Fertigungs- &

Montageanweisung

Entwicklungsschritte

1

2

3

4

5

6

7

Rapid Prototyping

Quelle: Macht 1999

Oberbegri# für bestimmte Fertigungsverfahren

Verfahrenseinsatz mit dem Ziel der schnellen Verfügbarmachung von haptischen Modellen

Ausgangspunkt stellen digitale Konstruktionsdaten dar für die direkte Umsetzung in Werkstücke/3D-Modelle.

AnschauungsmodelleÜberprüfung der Proportionen

Überprüfung des Design

Validierung des CAD-Modells

KommunikationsmodelleInterne Kommunikation

Kundenpräsentationen

Dokumentation

Marktstudien

ProzessmodelleMontageuntersuchung

Betriebsmittelvorbereitung

Urmodell für Abformtechniken

FunktionsmodelleErgonomale

Festigkeitsprüfung

Veri!kation des Wirkprinzips

strömungsmech. Untersuchung

Serienvorbereitung

Festlegungsphase

Gestaltungsphase

Konzeptphase

technischer Prototyp

funktionaler Prototyp

geometrischer Prototyp

Designprototyp

Reifegrad der Entwicklung

Einteilung von Modellen nach dem Reifegrad

Modelle in der Produktentwicklung

Kombinierte Verfahren (combined Methode):

Abtragende Verfahren (erosive methods)

Generative Verfahren (generative methods):

Einteilung der RP-Verfahren

Quelle: Köhler 2016

Stereolithographie (SLA/STL) (stereolithography)Selektives Laser-Sintern (SLS) (selective laser sintering)Laminated Object Manufacturing (LOM)Solid Ground Curing (SGC)Fused Deposition Modelling (FDM)Laser-Auftragsschweißen (Laser build-up welding) …

Fräsen und Fügen (milling and joining)Controlled Metal Build-up (CMB) (Laserauftragsschweißen + HSC) (laser build-up welding + HSC) …

Bohren (drilling)Drehen (turning)Fräsen (milling)High Speed Cutting (HSC)…

Generative Verfahren (generative methods)

Abtragende Verfahren (erosive methods)

Kom

bina

tion

(com

bina

tions

)

Formumgebung durch Aufbau von Körperschichten und anschließendem Materialantrag

Rapid Prototyping

Rapid Prototyping Prozesskette

3D-CAD-Modell

Modelleinsatz in der Produktentwicklung

maschinen-spez.

Datenmodell

körperliches Modell

Pre- Processing

Post- Processing

Folgetechnologie

Pre- Processing

Rapi

d-Pr

otot

ypin

g- F

ertig

ungs

verf

ahre

n

Quelle: vgl. Macht 1999

Durch frühzeitige Identi$kation von Fehlerursachen können Fehler verhindert werden.

Fehlermöglichkeits- und Ein"ussanalyse (FMEA)

Systematische Vorgehensweise, um mögliche Fehlerursachen, Fehler und Fehlerfolgen bereits vor der Entstehung aufzuzeigen, zu bewerten und Maßnahmen zu deren Vermeidung festzulegenKann auch zur Risikobeurteilung vorhandener Bauteile verwendet werdenUnterschieden werden Produkt- und Prozess-FMEAVerwendung von FormblätternRisikobewertung durch Gewichtung von Bedeutung, Auftretenswahrscheinlichkeit und Entdeckungswahrscheinlichkeit

System-elemente und

-struktur

Funktionen und

Funktions- Struktur

Fehler- analyse

Risiko- bewertung

Optimierung

Ziele & Nutzen

Anlässe zum Erstellen einer FMEA

Fehler und Fehlerursachen frühzeitig erkennen Kritische Produktkomponenten identi!zieren Risiken abschätzen und beurteilen Prioritäten bei der Prävention von Fehlern setzen Kommunikation und Wissensweitergabe verbessern

Neuentwicklung von Produkten und Prozessen Änderungen von Produkten und Prozessen Beurteilung von Sicherheits- und Problemteilen Risikobewertung Einsatz neuer Verfahren oder Methoden

Durchführung der FMEA

Optimierung RisikobewertungFehleranalyseFunktions-

beschreibung Systemstruktur

Systemelemente identi!zieren

Strukturellen Zusammenhang der Elemente hierarchisch darstellen

Produkt: Baugruppen & Komponenten

Prozess: Prozessfolge (vertikal) & Prozesstiefe (horizontal)

Techniken zur Unterstützung - Baumdiagramm - Flussdiagramm

Systemelemente hinsichtlich Funktionen analysieren und beschreiben

Funktionen hierarchisch darstellen

Funktionsstruktur durch Negation der Funktionsstruktur

Fehler: Fehlfunktion

Fehlerursache: Fehlfunktion untergeordnetes SE

Fehlererfolge: Fehlfunktion übergeordnetes SE

B: Bedeutung Fehlererfolge für Kunden

A: Auftretenswahr- scheinlichkeit der Fehlerursache

E: Entdeckungswahr- scheinlichkeit für Fehlerursache

Risikoprioritätszahl RPZ = B x A x E—> Priorität Maßnahmen

Weiterbehandlung - RPZ > 125- Einzelbewertung > 8

Risikobewertung des Formblattes als Ausgangspunkt

Vorschlag von Vermeidungs- und Entdeckungsmaß- nahmen

Maßnahmen + Verantwortlichkeiten + Termine

Anschließend erneute Risikobewertung

Fehlervermeidung von Fehlerentdeckung

FMEA-Formblatt

Produkt- FMEA �Produkt- FMEA � Prozess- FMEA �Prozess- FMEA � Objekt: FahrzeugscharniereObjekt: FahrzeugscharniereObjekt: FahrzeugscharniereObjekt: FahrzeugscharniereObjekt: Fahrzeugscharniere

Verantwortliches Team: Montageteam Band 5Verantwortliches Team: Montageteam Band 5Verantwortliches Team: Montageteam Band 5Verantwortliches Team: Montageteam Band 5 Datum:……………………………………Datum:……………………………………Datum:……………………………………Datum:……………………………………Datum:……………………………………

Revisionsdatum: ……………………………………Revisionsdatum: ……………………………………Revisionsdatum: ……………………………………Revisionsdatum: ……………………………………Revisionsdatum: ……………………………………

Mögliche Fehlerfolge B Mögliche Fehler Mögliche Fehlerursachen

Vermeidungs- maßnahmen

A Entdeckungs- maßnahmen

E RPZ

Scharniere laufen unsauber

7 Einzelteile passen nicht genau ineinander

Material ist verzogen Stichprobenartige Wareneingangs- prüfung

6 Messkontrolle 8 336Scharniere laufen unsauber


Materials ist schlecht verarbeiten

5 6 210



Deformation 2 2 28


7

Kugellager sind fehlerhaft

Verunreinigung der Kugellager

Stichprobenartige Wareneingangs- prüfung

3 Sauberkeits- kontrolle

2 42


7


Kugellager sind deformiert

Stichprobenartige Wareneingangs- prüfung

2 Behebung 2 28


7


Kugellager sind verzogen

4 Visuelle Kontrolle 3 84

NachteileVorteile:

Vor- und Nachteile der FMEA

Identi!zieren und bewerten möglicher Fehler und Fehlerursachen vor deren Entstehung Prioritätenbildung bei der Behandlung potenzieller Fehler Methode zur Darstellung von Expertenwissen zu einzelnen Aspekten eines Produktes oder Prozesses

Größerer Arbeitsaufwand in der Entwicklungsphase Kosten der Methode sehr viel leichter quanti!zierbar, als der Nutzen Durch vermeintlich exakte Berechnung des Risikos wird Objektivität der Methode vorgetäuscht

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Literatur

Documents

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