Konstruktionsmethodik – methodisches Arbeiten in der Konstruktion

Konstrukteure tragen bei der Entwicklung eines neuen Produktes eine besondere Verantwortung. Die Gesamtkosten für ein Produkt werden in erster Linie durch die Konstrukteure festgelegt, während diese jedoch nur wenig zur Kostenentstehung beitragen.

Jedes Produkt durchläuft nach der Entwicklung einen bestimmten Lebenszyklus (Produktlebenszyklus):

• Entwicklung
• Markteinführung
• Marktpräsens
• Marktsättigung
• Einstellung der Produktion
• Rücknahme vom Markt

Durch die begrenzte Lebensdauer eines Produktes, muss rechtzeitig ein Nachfolgeprodukt auf den Markt gebracht werden. Daraus ergibt sich, dass man zwangsläufig und ständig in den Konstruktionsbereich investieren muss. Moderne Software (CAD) und Hardware (3D CAD Maus), engagierte, qualifizierte Konstrukteure sowie die Anwendung moderner Konstruktionsmethodik sind die Grundlage für eine erfolgreiche Produktentwicklung. Aufgrund der sich ergebenden Vorteile spielt hierbei auch der 3D-Druck eine immer wichtigere Rolle.

Konstruktionsmethodik nach VDI-Richtlinien

Grundlagen der Konstruktionsmethodik sind in folgenden VDI-Richtlinien nieder geschrieben:

• VDI 2221 – Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte
• VDI 2222 – Konzipieren technischer Produkte
• VDI 2223 – Methodisches Entwerfen technischer Produkte
• VDI 2225 – Technisch-wirtschaftliches Konstruieren

Der Konstruktions- und Entwicklungsprozess wird dabei in sieben Arbeitsschritte unterteilt:

1. Klären und präzisieren der Aufgabenstellung
2. Ermitteln von Funktionen und deren Strukturen
3. Suchen nach Lösungsprinzipien und deren Strukturen
4. Gliedern in realisierbare Module
5. Gestaltung der maßgebenden Module
6. Gestalten des gesamten Produktes
7. Ausarbeitung der Ausführungs- und Nutzungsangaben

Konstruktionsphasen

Einige Schritte sind nicht scharf voneinander trennbar und werden deshalb zusammengefasst.

Aufgabenplanung

Die Aufgabenplanung ist zwar vorrangig Arbeit des Konstrukteurs. Jedoch wirken hier auch die Marketingabteilung, die Kunden, der Einkauf und andere mit.

Hierbei werden mögliche Forderungen und Wünsche festgelegt, wie z.B. die Antriebsenergie (Handkraft, Motorkraft), Geometrie (Länge, Breite, Höhe), Kraft- /Leistungsdaten (Drehmoment, Drehzahl, Kraft), Umgebungsbedingungen (Raum trocken oder feucht, warm oder kalt), Aufstellung, Verpackung, Entsorgung, Recycling, usw.

Ziel der Planung eine Anforderungsliste, in der Forderungen und Wünsche aufgeführt sind.

Aufgabenkonzeption (Konzeptphase)

Im Rahmen des Konzipierens muss die in der Aufgabenplanung erstellte Anforderungsliste ständig weiter bearbeitet werden. Dabei wird deutlich zwischen Forderungen, die durchgesetzt und ohne Abstriche realisiert werden müssen, und Wünschen, die anzustreben sind, jedoch keine feste Bindung haben, unterschieden.

VDI 2222 Bl. 2 schreibt hier folgendes:

• Entscheiden zur Durchführung der Aufgabe
• Abstrahieren und Aufgliedern der Funktionsbestandteile, Lösungsprinzipien für die Einzelfunktionen, überschlägige Berechnungen, Vorversuche zur notwendigen Problemklärung
• Überprüfen möglicher Kombinationen der Einzelfunktionen
• Erarbeiten von Konzeptvarianten auf der Basis vorgenannter Kombinationen
• Bewertung der Varianten nach technischen, Marketing- und ökonomischen Gesichtspunkten
• Auswahl der Vorzugslösung und damit Entscheidung über das Lösungskonzept

Konstruktionsentwurf

Hier beginnt die Ausarbeitung eines maßstäblichen Konstruktionsentwurfs. Das Produkt wird gestaltet und berechnet. Der Entwurf wird bewertet, weiter optimiert und schließlich ein bereinigten Entwurf gestaltet.

Danach wird das Ergebnis entweder akzeptiert und endgültig ausgearbeitet oder nicht akzeptiert, wobei dann entweder neu entworfen wird, Änderungen am Prinzip erfolgen oder die Entwicklung sogar verworfen wird.

Ausarbeitung der Konstruktionsunterlagen

Nun wird die im Konstruktionsentwurf akzeptierte Lösung in der eigentlichen Konstruktion mit einer CAD Software umgesetzt. Danach wird eine Dokumentation der Konstruktion angefertigt:

• Zeichnungen
• Stücklisten
• Pläne
• Aufstellung von Verschleiß- und Ersatzteilen, von Normal- und Sonderzubehör
• Allgemeine Anweisungen

Musterbau, Nullserie, Feldversuch

Anhand der vorliegenden Konstruktions- und Fertigungsunterlagen wird das Produkt erstmals produziert. Auftretende und erkannte Fehler werden erkannt und in den Unterlagen richtig gestellt.

Während aller Konstruktionsphasen finden auch andere Arbeiten wie das Marketing des Produktes, Informationen und Verträge über Kaufteile, usw. parallel statt.