Konstruktionslehre II Vorlesung 3 – Produktstruktur...

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Konstruktionslehre II – V2

Produktarchitektur /

Produktstruktur

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen

16. April 2015

Lehrstuhl und Institut für Allgemeine Konstruktionstechnik des Maschinenbaus

RWTH Aachen – Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen

• Sie können die verschiedenen Perspektiven eines Produkts erläutern.

• Sie können den Aufbau und Zweck der Produktarchitektur erläutern.

• Sie können den Aufbau der Produktstruktur erklären.

• Sie können Gliederungsaspekte für eine Produktstruktur nennen und

erläutern.

• Sie können den Unterscheid zwischen der Produktstruktur und der

Baustruktur eines Produkts erklären.

• Sie können Analysemethoden für die Baustruktur eines Produkts und

deren Anwendung erklären.

Lernziele

1. Allgemeine Betrachtungen

2. Die Produktarchitektur

1. Definition

2. Methode zum Aufstellen der Produktarchitektur

3. Beispiel einer Produktarchitektur

3. Produktstruktur

1. Definition

2. Problematik der Produktstruktur

3. Praxis der Produktstruktur

4. Baustruktur

1. Definition und Beispiele

5. Analysemethoden (DSM; DMM)

Produktarchitektur; Produktstruktur

Beispiel: Bienenstock

Einkauf

Entwicklung

Fertigung

Vertrieb

Rechnungswesen/

Buchhaltung

Flüsse im Unternehmen

Einbindung der Entwicklung/Konstruktion

nach Pahl/Beitz

Werknormung,

Datenverarbeitung

Einkauf, Lager

Betriebsmittel-konstruktion

Qualitätssteuerung und -

kontrolle

Fertigproduktelager

Labor, Versuch Produkt-

planung

Teilefertigung

Montage

Prüfung, Abnahme

Versand

Kunde, Verkauf,

ggf. Montage

Arbeitsvorbereitung • Fertigungsplanung, Kalkulation

• Fertigungssteuerung

Markt Kunde

Vertrieb, Ver-

kauf, Werbung

Entwicklung und

Konstruktion

Die Perspektiven eines Produkts: Gesamt

Perspektive: Entwicklung (E)

• Funktionaler Zusammenhang

• Komponenten Definition

• …

Perspektive: Konstruktion (K)

• Baulicher Zusammenhang

• Gestalterischer Zusammenhang

• Montage Zusammenhang

• …

Vernetzung der Perspektiven : E/K

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

• Es wird ein Ordnungsrahmen benötigt, um ein Produkt

überhaupt erstellen (entwickeln, konstruieren, fertigen…)

zu können.

• Der Übergeordnete Ordnungsrahmen ist die

Produktarchitektur.

• Die Produktarchitektur stellt den Zusammenhang

zwischen der Markt-/Kundensicht (Funktion) und der

Unternehmenssicht (Produktstruktur)dar.

Die Produktarchitektur als Ordnungsrahmen

Produktarchitektur

Produkt-

struktur

(bauliche

Zusammen-

hänge)

Funktions-

struktur

(funktionale

Zusammen-

hänge)

Mit der Produktarchitektur wird festgelegt, welche Funktion durch

welchen Funktionsträger (Baugruppe, Komponente) erfüllt werden soll.

Die Produktarchitektur beschreibt das Beziehungsschema zwischen der

Funktionsstruktur eines Produktes und seiner physischen Baustruktur.

Produktarchitektur

Nach Ulrich; Hohnen

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

• Technische Gestaltung der Produktarchitektur:

• Welche Anforderungen und Funktionen soll das Produkt erfüllen?

• Welche Lösungsprinzipien werden eingesetzt?

• Aus welchen Komponenten und Modulen soll das Produkt bestehen?

• Wie lässt sich der Herstellungs- und Montageprozess optimieren

• Varianten gerechte Gestaltung der Produktarchitektur:

• Welche Varianz soll durch die Produktarchitektur abgedeckt werden?

• Wie kann diese Varianz möglichst einfach realisiert werden?

• Welche Komponenten und Module werden standardisiert oder wiederverwendet?

• Organisatorische Gestaltung der Produktarchitektur:

• Wie verteilen sich Entwicklungs- und Fertigungsumfänge auf die beteiligten organisatorischen

Einheiten (Personen, Teams, Abteilungen, Lieferanten)?

• Wie kann der Koordinationsaufwand minimiert werden?

• Welche Umfänge werden intern entwickelt und produziert? Welche werden von externen

Lieferanten zugekauft?

Gestaltung der Produktarchitektur

Nach Göpfert

fGesamt

fHaupt

fNeben

fTeil,1

fTeil,2

… …

Erstellung der Produktarchitektur

Produktarchitektur

• fHaupt: Umwandlung elektr.

Energie – Stoffumsatz Luft

• fTeil,1: Umwandlung Rotation –

Stoffumsatz Luft

• fTeil,2: Umwandlung elektr. Energie

– Rotation

Wie bilde ich diese Funktionen ab?

Quelle: Volkswagen, url: www..volkswagen.de, 2013

Das Automobil soll schön aussehen.

Der Motor soll sich sportlich anhören.

Mein Nachbar soll mich beneiden.

Das Automobil soll hochwertig sein.

Erweiterte Produktarchitektur

Funktionsstruktur

Produktstruktur

Ausprägungstruktur

Verknüpfungen

Marktsicht

Unternehmenssicht

Ausprägungen in der Produktarchitektur

• Ausprägungen eines Merkmales sind vom Kunden

gewünschte Eigenschaften eines Produktes.

• Merkmale sind z. B.

• Objektiv physikalische Merkmale, z. B. der Hubraum eines

Verbrennungsmotors

• Subjektiv wahrnehmbare Merkmale , z. B. das Design

• Vorhandene Produktfeatures, z. B.

Memory-Funktion für eine

elektrische Sitzverstellung

• Das Produkt realisiert die

Merkmale und Ausprägungen.

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

Um den gesamten Produktentstehungsprozess planen und steuern zu

können und den beteiligten Unternehmenseinheiten die benötigten

Produktdaten in geeigneter Form zur Verfügung stellen zu können,

werden Strukturen zur Produktgliederung benötigt.

Definition Produktstruktur:

Die Produktstruktur (mechatronische Produkte) bildet die Struktur und

damit den Zusammenhang der nach festgelegten

Strukturierungskriterien gegliederten physikalischen Produktelemente

wie Bauteile und Baugruppen ab.

Produktstruktur

Ziele einer Produktstruktur:

• Einfache Fertigung

• Hoher Anteil wieder verwendbarer Elemente

• Möglichst kundenneutrale Fertigung bis in die oberen Strukturebenen

• Abbildung des Produktes im Unternehmen (PDM- und ERP-Systems)

Ziel einer Produktstruktur

Die Produktstruktur ist die Haupt-

planungsbasis eines Unternehmens

Beispiel zur Produktstruktur

Gehäuse

Scharnierbuchse

Scharnier-

zapfen

Sicherungs-

element

Schlitz-

Schraube

Innensechs-

kantschraube

Sicherungs-

element

Schlüssel

Schloss

Beispiel 1 zur Produktstruktur

Schlüssel

Sicherungselement klein

Innensechskantschraube

Schloss

Sicherungselement groß

Schlitzschraube

Scharnierzapfen

Scharnierbuchse

Gehäuse

Produkt

Eine Zeichnung:

„Schrank“

Schrank

Gehäuse

Scharnierbuchse

Scharnier-

zapfen

Sicherungs-

element

Schlitz-

Schraube

Innensechs-

kantschraube

Sicherungs-

element

Schlüssel

Schloss

Baugruppe:

Tür komplett

Schlüssel

Schlitzschraube

Scharnierbuchse

Scharnierzapfen

Schloss

Tür komplett

Gehäuse

Zeichnungen:

Baugruppe:

Gehäuse

Baugruppe:

Schrank

Produkt

Schrank

Gehäuse Tür komplett

Einzelteile Einzelteile

Schlitzschraube

Scharnierzapfen

Schloss

Schlüssel

Schlitzschraube

Scharnierbuchse

Gehäuse komplett

Tür komplett

Baugruppe:

Tür komplett

Zeichnungen:

Baugruppe:

Schrank

Baugruppe:

Gehäuse

komplett

Produkt

Schrank

Gehäuse Tür komplett

Einzelteile Einzelteile

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

Sichten auf ein Produkt (Planungsbedürfnisse)

Je nach Aufgabe im Unternehmen interessieren den Betrachter unterschiedliche

Eigenschaften (Sichten) des Produkts:

• Entwicklung/Konstruktion:

Welche Funktionen müssen erfüllt werden?

• Einkauf:

Welche Bauteile, Komponenten, Halbzeuge müssen eingekauft werden?

• Fertigung:

Welche Fertigungsoperationen (Maschinen/Kostenstellen) werden zur

Produktion der Bauteile benötigt?

• Montage:

In welcher Reihenfolge müssen welche Teile montiert werden? Welche

Zwischenzustände müssen beachtet werden, z. B. Lackierung?

Jeder Bereich bräuchte eine spezielle Produktstruktur

Fertigung Einkauf Entwicklung

(Elektrik, Elektronik)

Sichten auf ein Produkt

Entwicklung

(Mechanik) Montage

Festlegung der Produktstruktur

Bedruckung

Konstruktionsstruktur Fertigungsstruktur

Festlegung der aktiven Produktstruktur

Bedruckung

Konstruktionsstruktur Fertigungsstruktur

gegliedert nach:

• fertigungstechnischen

Gesichtspunkten

• Montagebaugruppen

• Montagestufen

• Fertigungsverfahren

• Kostenstellen

• Eigenfertigung /

Fremdfertigung

gegliedert nach:

• funktionalen

Gesichtspunkten

• inhaltlichen Gesichtspunkten

• Baugruppen

• Hauptfunktionsträgern

Widerspruch

Bsp.: Getriebe + Kupplung

Getriebegehäuse

mit Kupplungsglocke

Bsp.: PKW Interieur

Automobiltür Konstruktion:

eine funktionale Einheit in einer

Baugruppenstückliste

Fertigung:

Bearbeitung in Kostenstelle:

• Blechbearbeitung

• Kunststoffverarbeitung

• Glas

Folgen:

• braucht je einen Zeichnungssatz für eine

Kostenstelle: Blech- und Kunststoffteile, Glas

• braucht je Montagestufe einen Zeichnungssatz

• hat Steuerungsaufwand für die Montage

Einkauf:

muss die Stückliste „zerlegen“ nach Beschaffung

(make/buy) evtl. 3 Lieferanten aussteuern mit

Stücklisten und Zeichnungen.

Lieferant:

braucht Schnittstellenzeichnungen, um zu liefernde

Bauteile richtig auslegen zu können.

• In der Praxis entsteht die aktive Produktstruktur in enger

Kooperation zwischen Konstruktion und Fertigung.

• Sie stellt normalerweise einen Kompromiss zwischen den

Interessen der Konstruktion, wenig Dokumentationsauf-

wand, und denen der Fertigung, einfache Fertigungs-

steuerung, dar.

Produktstruktur im ERP

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

Produkt-

konzept

Auftrag 4711: Sicht des Engineerings

Produkt-

idee Konstruktion

PDM-System

Sicht des Engineerings

ERP-System

Produkt-

konzept

Auftrag 4711: Sicht des Engineerings

Produkt-

idee Konstruktion

PDM-System

Produktstruktur im Unternehmen

ERP-System

Auftrag 4711: Sicht des Einkaufs/Technologie/Produktion

PDM-System

Sicht des Einkaufs/Technologie/Produktion

ERP-System

Fertigungs-

planungsprozess

Produktion

Einkaufprozess

Langläufer

Fertigungsstraße

für Baugruppe

Bedeutung der Produktstruktur

Was passiert, wenn Sie nach Verankerung

der Produktstruktur im ERP/PPS diese ändern?

Die Strukturstückliste

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

• Die Baustruktur ist eine Abbildung eines Produktes und beschreibt die

physische Beziehung der Bestandteile (Komponenten, Baugruppen)

eines Produktes.

• Beispiele:

Baustruktur

Trennen von Inhalt

und Umgebung Zutaten Haltbarkeit Preis Produkt

Bsp.: Käseverpackung

Funktionsstruktur

Baustruktur

Informationsübermittlung

1. Definition

3. Produktstruktur

1. Definition

4. Baustruktur

• Die Design Structure Matrix, im deutschen auch als Einflussmatrix

bekannt, dient zur Erfassung und Analyse von Netzwerken.1

• Im Rahmen der Produktentwicklung wird die DSM eingesetzt, um die

Abhängigkeiten von Komponenten (Baustruktur) aufzuzeigen.²

• DSM können die Einflussrichtung und Einflussgewichtung

berücksichtigen.

Design Structure Matrix (DSM)

1. Lindemann, Mauer 2006; 2. Pimmler 1994

Baustruktur

Beispiel: DSM-Arten

K1 K2 K3 K4 K5

K1 1 1 0 0

K2 1 0 0 1

K3 0 1 0 0

K4 3 0 0 0

K5 0 1 0 0

K1 K2 K3 K4 K5

K1 1 1 0 0

K2 1 0 0 1

K3 0 1 0 0

K4 1 0 0 0

K5 0 1 0 0

K1 K2 K3 K4 K5

K1 1 1 1 0

K2 1 1 0 1

K3 1 1 0 0

K4 1 0 0 0

K5 0 1 0 0

K1 K2 K3 K4 K5

K1 1 1 3 0

K2 1 1 0 2

K3 1 1 0 0

K4 3 0 0 0

K5 0 2 0 0

ungewichtet gewichtet

• Pimmler unterteilt die Abhängigkeiten zwischen den Komponenten in

die Kategorien Raum, Material, Energie und Information.

• Er unterscheidet die Komponentenabhängigkeiten mit ganzzahligen

Werten von –2 (schädlich) bis 2 (erforderlich)

DSM nach Pimmler

Durch Vertauschen oder Verschieben der Komponenten können

mithilfe der Design Structure Matrix das Produkt in Baugruppen

(Kästen) gegliedert werden.

Einsatz der DSM

Pimmler 1994

Produktarchitektur

• Vergleichbar zur Design Structure Matrix wird die DMM in der

Produktentwicklung eingesetzt, um Abhängigkeiten von Funktionen

und Komponenten (Produktarchitektur) aufzuzeigen.

• Mit Hilfe der DMM kann die Definition von Modulen unterstützt

werden.

Domain Mapping Matrix (DMM)

K1 K2 K3 K4

F1 1 1 0 0

F2 1 1 0 0

F3 0 0 1 1

Ende der Bildschirmpräsentation

Konstruktionslehre II Vorlesung 3 – Produktstruktur...

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