Grundlagen: Entwurfsprozess
Einleitung
Der in Forschung/Entwicklung tätige Ingenieur oder Naturwissenschaftler soll Lösungen für technische Probleme finden. Der Entwurfsprozess umfasst dabei den Abschnitt zwischen einer bereits vorliegenden Aufgabenstellung und der fertigen Produkt- bzw. Prozessdokumentation als Ergebnis der Aufgabenlösung:
- Entwerfen bedeutet in der Technik, ausgehend von einer Aufgabenstellung das zu entwickelnde Objekt (z.B. ein Produkt oder einen technologischen Prozess) "vorauszudenken".
- Als Ergebnis des Entwurfsprozesses liegt eine Beschreibung des zu entwickelnden Objektes und bestimmter Anforderungen an seine Realisierung vor. Im Konstruktionsprozess nennt man diese Beschreibung z.B. Produktdokumentation.
- Die Dokumentation der Lösung wird meist noch in Form von Papier erstellt. Der Trend geht jedoch zur Verwaltung aller Bestandteile dieser Dokumentation (Texte, Zeichnungen, Modelle) im Rechner.
In diesem Grundlagen-Abschnitt soll verdeutlicht werden, wie sich Modellbildung, Simulation und Optimierung harmonisch in den Entwurfsprozess einbinden lassen:
- Die Darstellung des Entwurfsprozesses beschränkt sich hierfür auf die Aspekte, welche besondere Bedeutung für die Nutzung unterschiedlicher Modellklassen besitzen.
- Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf den frühen Phasen des Entwurfsprozesses, in denen der Einsatz z.B. von 3D-CAD-Modellen und daraus abgeleiteten Finite-Elemente-Modellen auf Grund fehlender Geometrieinformationen noch nicht möglich ist.
Entwurfsprozesse als zielgerichtete geistige und schöpferische Leistungen besitzen eine sehr individuelle Ausprägung. Diese Ausprägung erfolgt sowohl durch die Organisationen in denen diese Prozesse ablaufen, als auch durch die konkreten Bearbeiter einer Entwurfsaufgabe:
- Speziell auf dem Gebiet der Konstruktion bemüht sich seit über 1/2 Jahrhundert die Konstruktionstechnik als Technikwissenschaft, die firmenspezifische Organisation von Konstruktionsprozessen zu verallgemeinern (Konstruktionssystematik: z.B. Bischoff, Hansen und Bock an der TH Ilmenau).
- Aus diesen Bemühungen resultierte z.B. 1973 die generelle Vorgehensweise im Konstruktionsprozess nach VDI 2221:
- Der normal begabte Konstrukteur soll damit zu einer planbaren Innovationsrate befähigt werden:
- Schwerpunkt der Technikwissenschaft "Konstruktionstechnik" (in der Literatur) war und ist der Maschinenbau, wo dieses Fachgebiet meist im Rahmen der Lehrveranstaltungen Konstruktionslehre behandelt wird.
- Die darin beschriebene methodische Vorgehensweise beim Entwerfen ist jedoch problemlos auf andere Bereiche übertragbar, wenn man die jeweiligen Besonderheiten berücksichtigt.
Grundlagen-Literatur:
- Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz†, Jörg Feldhusen, Karl-H. Grote: Konstruktionslehre – Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung Methoden und Anwendung. 8. Aufl. Springer, Berlin 2013, ISBN 978-3642295683.
Die vier Phasen des Konstruktionsprozesses
Produktplanung als vorgelagerter Prozess
Zumindest größere Unternehmen leisten sich eigenständige Arbeitsgruppen, welche im Rahmen der sogenannten Vorentwicklung verantwortlich sind für Erarbeitung innovativer Produktvorschläge:
- Produktvorschläge werden in Form von Aufgabenstellungen formuliert.
- Die Produktplanung ist somit nicht Bestandteil des Konstruktionsprozesses, sondern generiert als vorgelagerter Prozess Aufgabenstellungen für den Konstruktionsprozess:
| 0) Produktplanung | : |
Erarbeiten von Produkt-Ideen in Form von Aufgabenstellungen |
 |
||
AUFGABENSTELLUNG (Lastenheft) |
||
| 1) Aufgabenpräzisierung | : |
Erarbeiten der Anforderungsliste (Pflichtenheft) |
| 2) Konzeptphase | : |
Festlegen der Prinziplösung (Funktionsmuster) |
| 3) Entwurfsphase | : |
Festlegen der Gestalt |
| 4) Ausarbeitungsphase | : |
Festlegen der Herstellungstechnologie |
|
||
PRODUKTDOKUMENTATION |
Ziel der Produktplanung sind "optimale" Aufgabenstellungen:
- Dabei bedient man sich mehr oder weniger bewusst dem Grundprinzip der natürlichen Evolution "Varianten-Generierung und Selektion"
- Hinweis: Bis zur Fertigstellung dieses Grundlagen-Kapitels findet man einen Überblick über die 4 Phasen des Konstruktionsprozesses in dem PDF-Script aus der Lehrveranstaltung "Optimierung" des Instituts für Feinwerktechnik und Elektronik-Design der TU-Dresden.
