Klaus-Jörg Conrad
Grundlagen der Konstruktionslehre
Maschinenbau-Anwendungen und Orientierung auf Menschen
1 Konstruktionslehre und Konstruktion
17
2 Grundlagen des systematischen Konstruierens
43
3 Integrierte Produktentwicklung
72
4 Konstruktionsphase Planen
126
5 Konstruktionsphase Konzipieren
161
6 Konstruktionsphase Entwerfen
235
7 Konstruktionsphase Ausarbeiten
333
8 Konstruktion und Kosten
387
9 Rechnerunterstütztes Konstruieren
429
10 Übungsaufgaben
448
11 Menschenorientierte Konstruktion
524
12 Maschinenelemente
594
Vorwort
7
Inhalt
9
1 Konstruktionslehre und Konstruktion
17
1.1 Einführung und Erfahrungen
21
1.2 Konstruktion im Betrieb
26
1.3 Konstruktionsmethodik
31
1.4 Konstruktionsarten
33
1.5 Konstruktionsmethodik – Erwartungen
38
1.6 Zusammenfassung
41
2 Grundlagen des systematischen Konstruierens
43
2.1 Technische Systeme
44
2.1.1 Grundlagen und Begriffe
44
2.1.2 Energie-, Stoff- und Informationsumsatz
47
2.1.3 Black-Box-Methode
51
2.1.4 Funktionsbeschreibung
52
2.1.5 Wirkprinzipien für Teilfunktionen
56
2.1.6 Entwicklungsschritte technischer Systeme
57
2.2 Grundlegende Arbeitsmethoden
60
2.3 Informationsverarbeitung in der Konstruktion
65
2.4 Zusammenfassung
70
3 Integrierte Produktentwicklung
72
3.1 Der Entwicklungsprozess
73
3.2 Der Lösungsprozess
76
3.3 Bearbeiten von Ingenieuraufgaben
79
3.4 Ablauf bei der Lösungssuche
80
3.5 Ablauf des Konstruktionsprozesses
83
3.6 Interdisziplinäre Zusammenarbeit
89
3.7 Grundlagen der Kommunikation
92
3.8 Grundlagen der Teamarbeit
101
3.9 Ablauf des Designprozesses
105
3.10 Ablauf von Ergonomieprozessen
109
3.11 Useware – Entwicklungsprozess
113
3.12 Kennzahlen Entwicklung und Konstruktion
116
3.12.1 Aufgaben und Tätigkeiten
116
3.12.2 Konstruktionsarten
117
3.12.3 Durchlaufzeiten
118
3.12.4 Produktprogramm und zugekaufte Leistungen
121
3.12.5 Aufgaben und organisatorische Regelungen
123
3.13 Zusammenfassung
124
4 Konstruktionsphase Planen
126
4.1 Planen der Produkte
127
4.2 Klären der Aufgabenstellung
129
4.3 Anforderungslisten
132
4.3.1 Anforderungsarten
133
4.3.2 Anforderungskataloge
134
4.3.3 Formblatt für Anforderungslisten
140
4.3.4 Aufstellen der Anforderungsliste
141
4.3.5 Ergonomische Anforderungen
146
4.3.6 Designanforderungen
149
4.4 Qualitätssicherung beim Planen
151
4.5 Quality Function Deployment (QFD)
152
4.6 Zusammenfassung
160
5 Konstruktionsphase Konzipieren
161
5.1 Abstrahieren und Problem formulieren
162
5.2 Funktionsstruktur und Funktionsanalyse
163
5.3 Lösungen finden mit merkmalorientierten Methoden
167
5.3.1 Lösungen finden durch Analogien
168
5.3.2 Lösungen finden durch Variation
169
5.3.3 Lösungen finden durch Kombination
169
5.4 Lösungsprinzipien suchen
170
5.4.1 Analyse von Veröffentlichungen
171
5.4.2 Analyse bekannter technischer Systeme
171
5.4.3 Anregungen durch Analogien
172
5.4.4 Erkenntnisse aus Versuchen
172
5.4.5 Kreativität und Intuition
172
5.4.6 Brainstorming
175
5.4.7 Brainwriting
176
5.4.8 Methode 635
177
5.4.9 Mapping Techniken
179
5.4.10 Methode Morphologischer Kasten
187
5.4.11 Methode der Ordnenden Gesichtspunkte
192
5.4.12 Methode Konstruktionskatalog-Einsatz
196
5.4.13 Methode Problemlösungsbaum
201
5.5 Konstruieren mit Zulieferkomponenten
202
5.5.1 Zulieferkomponenten und Eigenentwicklungen im Vergleich
203
5.5.2 Produktentwicklung mit Zulieferkomponenten
205
5.5.3 Zulieferorientiertes Konstruieren
207
5.6 Lösungen entwickeln mit Bionik
209
5.6.1 Technische Biologie und Bionik
210
5.6.2 Bionischer Denk- und Handlungsprozess
212
5.6.3 Ausblick und Hinweise
213
5.7 Lösungen entwickeln mit Mechatronik
215
5.7.1 Übersicht und Einführung
216
5.7.2 Grundlagen mechatronischer Systeme
217
5.7.3 Aktoren
218
5.7.4 Sensoren
219
5.7.5 Ausblick und Hinweise
219
5.8 Bewerten von Lösungsvarianten
220
5.8.1 Grundlagen der Bewertung
221
5.8.2 Vorteil-Nachteil-Vergleich
221
5.8.3 Dominanzmatrix
222
5.8.4 Paarweiser Vergleich
222
5.8.5 Erkennen von Bewertungskriterien
223
5.8.6 Bewertung mit Punkten
224
5.8.7 Bewertungspraxis in der Konzeptphase
226
5.9 Qualitätssicherung beim Konzipieren
230
5.10 Konzept und Konzeption
231
5.11 Zusammenfassung
232
6 Konstruktionsphase Entwerfen
235
6.1 Allgemeine Forderungen an technische Produkte
235
6.2 Arbeitsschritte beim Entwerfen
236
6.3 Anwendung der Arbeitsschritte beim Entwerfen
238
6.3.1 Gelenkige Aufhängung entwerfen und gestalten
238
6.3.2 Entwerfen mit 3D-CAD/CAM-Systemen
246
6.4 Grundsätze für das Entwerfen
247
6.5 Gestaltungsgrundregeln
249
6.5.1 Grundregel „Eindeutig“
250
6.5.2 Grundregel „Einfach“
251
6.5.3 Grundregel „Sicher“
252
6.6 Gestaltungsprinzipien
255
6.6.1 Prinzipien der Kraftleitung
258
6.6.2 Regeln zur kraftflussgerechten Gestaltung
260
6.7 Gestaltungsrichtlinien
262
6.7.1 Fertigungsgerechte Gestaltung
265
6.7.2 Montagegerechte Gestaltung
276
6.7.3 Lärmarm konstruieren
284
6.7.4 Recyclinggerechte Gestaltung
289
6.7.5 Konstruktionsablauf mit Recyclingorientierung
299
6.7.6 Entsorgungsgerechte Gestaltung
314
6.8 Bewerten von Entwürfen
318
6.9 Qualitätssicherung beim Entwerfen
323
6.10 Fehler-Möglichkeits- und Einfluss-Analyse (FMEA)
324
6.11 Zusammenfassung
330
7 Konstruktionsphase Ausarbeiten
333
7.1 Erzeugnisgliederung
335
7.2 Zeichnungen
339
7.3 Stücklisten
342
7.3.1 Stücklistenaufbau
344
7.3.2 Stücklistenarten
347
7.3.3 Gliederung der Stücklistenarten
353
7.3.4 Verwendung von Stücklisten
354
7.4 Nummernsysteme
356
7.4.1 Nummerungstechnik – Grundlagen
356
7.4.2 Arten und Eigenschaften von Nummern
357
7.4.3 Ziele der Nummerung
358
7.4.4 Identnummern
359
7.4.5 Klassifizierungsnummern
359
7.4.6 Nummernsysteme
362
7.4.7 Sachnummern
365
7.4.8 Sachnummernsystem
365
7.5 Sachmerkmale
368
7.5.1 Sachmerkmalleisten
370
7.5.2 Anzahl und Wertigkeit der Sachmerkmale
372
7.5.3 Sachnummernsystem durch Klassifizierung über Sachmerkmale
373
7.5.4 Methode zum Erarbeiten von Sachmerkmalen
380
7.6 Qualitätssicherung beim Ausarbeiten
383
7.7 Qualitätsdenken
384
7.8 Zusammenfassung
385
8 Konstruktion und Kosten
387
8.1 Kostenbegriffe
388
8.2 Kosteneigenschaften
390
8.3 Einflussgrößen auf die Herstellkosten
391
8.3.1 Anforderungen
392
8.3.2 Lösungsprinzip
392
8.3.3 Baugröße
394
8.3.4 Stückzahl
394
8.4 Kostengünstig Konstruieren
394
8.5 Kostenermittlungsverfahren
397
8.6 Relativkosten
398
8.6.1 Vorteile und Nachteile
398
8.6.2 Erarbeiten und Aktualisieren
399
8.6.3 Darstellung und Beispiel
400
8.6.4 Gültigkeit der Relativkosten
401
8.6.5 Einsatz der Methode
402
8.7 ABC-Analyse
405
8.8 Wertanalyse
410
8.8.1 Entwicklung der Wertanalyse
412
8.8.2 Grundbegriffe der Wertanalyse
413
8.8.3 Auswahlkriterien für Wertanalyseprojekte
417
8.8.4 System Wertanalyse
418
8.9 Methode zur Kostenanalyse
420
8.10 Herstellkostenermittlung durch Kalkulation
422
8.11 Zusammenfassung
428
9 Rechnerunterstütztes Konstruieren
429
9.1 CAD/CAM – Begriffe und Systeme
429
9.1.1 CAD – Computer Aided Design
430
9.1.2 CAP – Computer Aided Planning
431
9.1.3 CAM – Computer Aided Manufacturing
431
9.1.4 CAQ – Computer Aided Quality Assurance
432
9.1.5 PPS – Produktionsplanung und -steuerung
432
9.1.6 CAD/CAM
432
9.1.7 CAID – Computer Aided Industrial Design
433
9.2 Konstruieren mit 3D-CAD/CAM-Systemen
434
9.3 Informationstechnik und Konstruktionsprozess
442
9.4 Zusammenfassung
447
10 Übungsaufgaben
448
10.1 Aufgabenstellungen
448
10.1.1 Aufgabenstellungen zu Kapitel 1
448
10.1.2 Aufgabenstellungen zu Kapitel 2
449
10.1.3 Aufgabenstellungen zu Kapitel 3
452
10.1.4 Aufgabenstellungen zu Kapitel 4
453
10.1.5 Aufgabenstellungen zu Kapitel 5
456
10.1.6 Aufgabenstellungen zu Kapitel 6
464
10.1.7 Aufgabenstellungen zu Kapitel 7
466
10.1.8 Aufgabenstellungen zu Kapitel 8
472
10.1.9 Aufgabenstellungen zu Kapitel 9
475
10.2 Lösungen
476
10.2.1 Lösungen zu Kapitel 1
476
10.2.2 Lösungen zu Kapitel 2
477
10.2.3 Lösungen zu Kapitel 3
482
10.2.4 Lösungen zu Kapitel 4
485
10.2.5 Lösungen zu Kapitel 5
494
10.2.6 Lösungen zu Kapitel 6
510
10.2.7 Lösungen zu Kapitel 7
515
10.2.8 Lösungen zu Kapitel 8
521
10.2.9 Lösungen zu Kapitel 9
523
11 Menschenorientierte Konstruktion
524
11.1 Menschenorientierung
524
11.1.1 Konstruktionsorientierung auf Menschen
526
11.1.2 Kompetenz der Konstrukteure
526
11.1.3 Ethik - Grundlagen und Begriffe
528
11.1.4 Technikbewertung und Ethik
530
11.1.5 Die Ethische Maschine
531
11.1.6 Ingenieurpsychologie
533
11.2 Konstruktionsstrategie für Gerontik-Produkte
537
11.2.1 Begriff Gerontik©
537
11.2.2 Zukunft-Technologien
538
11.2.3 Erfahrung und Alter
539
11.2.4 Demografischer Wandel
541
11.2.5 Bedürfnisse der Menschen
541
11.2.6 Bedeutung der Gerontik©
543
11.2.7 Fachgebiete mit dem Wortbildungselement Geronto
546
11.2.8 Anforderungen an Produkte der Gerontik©
551
11.2.9 Lösungen entwickeln mit Gerontik©
554
11.2.10 Nutzung von Prinzipien
554
11.2.11 Anzahl der Prinzipien
556
11.2.12 Sieben Prinzipien der Gerontik©
557
11.2.13 Grundbegriffe des Design
560
11.2.14 Prinzipien des Universal Design
562
11.2.15 Grundbegriffe der Ergonomie
564
11.2.16 Entwicklung eines Sattelstuhls
566
11.2.17 Strategie für Gerontikprodukte
568
11.2.18 Zusammenfassung
569
11.3 Strategie für frugale Produkte
569
11.3.1 Frugale Produkte
570
11.3.2 Frugale Innovation
571
11.3.3 Geplantes Vorgehen
572
11.4 Strategien gegen Obsolenszenz
573
11.4.1 Geplante Obsoleszenz
573
11.4.2 Optimale Lebens- oder Nutzungsdauer von Produkten
574
11.4.3 Kernempfehlungen und Handlungsempfehlungen
575
11.5 Reparatureignung von Produkten
576
11.5.1 Instandhaltung
576
11.5.2 Instandsetzungsgerechtes Konstruieren
578
11.5.3 Reparatur-Nutzen und Aufwand
579
11.6 Agile Produktenwicklung
582
11.6.1 Agil - Begriffsklärung
583
11.6.2 Agile Managementmethoden
583
11.6.3 Scrum - Methode
585
11.6.4 User Story Mapping
591
11.6.5 Zusammenfassung
592
12 Maschinenelemente
594
12.1 Systematik und Einteilung
594
12.2 Informationsblätter Maschinenelemente
595
13 Literaturverzeichnis
613
Quellen und weiterführende Literatur
613
Konstruktionslehre und Konstruktionsmethodik
613
Integrierte Produktentwicklung
614
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
614
Kommunikation
614
Grundlagen der Teamarbeit
614
Ablauf Designprozesse
615
Ablauf Ergonomieprozesse
615
Useware-Entwicklungsprozess
615
Kennzahlen
615
Konstruktionsphase Planen
616
Qualität in der Konstruktion
616
Konstruktionsphase Konzipieren
617
Ideenfindung
617
Mapping Techniken
617
Konstruktionskataloge
618
Bionik
619
Mechatronik
620
Konstruktionsphase Entwerfen
620
Sicherheit
621
Fertigung und Montage
621
Lärmarm konstruieren
622
Recycling und Entsorgung
622
Konstruktionphase Ausarbeiten
623
Technisches Zeichnen
623
Stücklisten
624
Nummernsysteme
624
Konstruktion und Kosten
624
Rechnerunterstütztes Konstruieren
625
Menschenorientierte Konstruktion
626
Menschenorientierung
626
Ethik
626
Ingenieurpsychologie
627
Konstruktionsstrategie für Gerontik-Produkte
627
Gerontik© – Einordnung und Begriff
627
Anforderungen an Produkte der Gerontik©
628
Prinzipien der Gerontik©
629
Grundlagen Design
629
Design und Ergonomie
630
Grundlagen Ergonomie
630
Arbeitsgestaltung
631
Strategie für frugale Produkte
632
Frugale Produkte
632
Frugale Innovation
632
Strategien gegen Obsoleszenz
632
Reparatureignung von Produkten
633
Agile Produktentwicklung
633
Maschinenelemente
634
Sachwortverzeichnis
635
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