Konstruktionskolloquium

Magdeburg, 31. Mai - 1.Juni 1999

Konstruktionsmethodik, Softwaretools und Lehre

Dr. Johannes Steinschaden

Keywords: Konstruktionsmethodik, Software, Lehre

  1. Einführung

Die Konstruktionsmethodik wird heute in verschiedenen Formen und Ausprägungen eingesetzt. Wenn auch durchaus Differenzen zwischen Theorie und Anwendung bestehen, der Nutzen ist heute weitgehend unbestritten. Der Mangel an breiter Softwareunterstützung während des Konstruktionsprozesses muß allerdings als gravierend angesehen werden.

2 Transnationales Pilotprojekt QuaKo

Im Rahmen des EU-Programmes Leonardo da Vinci wurde das transnationale Pilotprojekt QuaKo - Qualifikation in der Konstruktion des Maschinen- und Anlagenbaus - von den Partnern SMS Schloemann-Simag AG - Düsseldorf, QZR Qualifizierungszentrum Rheinhausen GmbH - , CEFTI/ICAM Ecole d'ingenieurs - Lille, Universität Bochum und Fachhochschul Studiengänge Vorarlberg GmbH - Dornbirn, durchgeführt. Es wurden vier unterschiedliche, aber sich ergänzende Lehrgangsmoduli erstellt, die von den Partnern erarbeitet wurden und nun verbreitet werden.

2.1 Lehrgang über Konstruktionsmethodik

Dieser Lehrgang basiert auf den VDI-Richtlinien [1,2,3,4] und der Standardliteratur von Pahl/Beitz [5] und Ehrlenspiel [6].

Der Lehrgang kann sowohl im Rahmen der Erstausbildung, als auch im Rahmen der Weiterbildung Anwendung finden. Das Ziel dieses Lehrgangs ist es, den Teilnehmern Unterstützung bei der Entwicklung und Konstruktion von neuen Produkten zu bieten. Selbstverständlich kann Kreativität nicht durch Lehrgänge vermittelt werden. Allerdings kann sie entsprechend unterstützt und gefördert werden. Den Teilnehmern werden Methoden und Vorgehensweisen vermittelt, die sie dann im Rahmen ihrer Entwicklungs- und Konstruktionsprozesse einsetzen sollen. Die Kursunterlagen enthalten einfache Beispiele, die die Kursleiter dazu anregen sollen, eigene Beispiele einzubringen. Die Zielgruppe umfaßt vor allem die Mitarbeiter in Konstruktion, Forschung und Entwicklung in Klein- und Mittelbetrieben. Gerade dort müssen die Konstrukteure und Produktentwickler den gesamten Prozeß beherrschen. Sie sollen daher befähigt werden, aus der Vielzahl der angebotenen Methoden jene auszuwählen, die für Ihre individuellen Anforderungen optimal geeignet sind.

2.2 Didaktik

Der Lehrgang besteht aus theoretischen Abschnitten und praktischen Übungen. Die allgemeinen Anteile und theoretischen Ausführungen sind bewußt knapp gehalten und können großteils und bevorzugt auch von den Teilnehmern selbst oder im Team erarbeitet werden. Der Kursleiter übernimmt dann die Rolle des Coaches. Die angedeuteten praktischen Übungen sind nahezu ausschließlich zur Teamarbeit gedacht.

Im Sinne der korrekten und vollständigen Aufgabenklärung sind die Aufgabenstellungen der praktischen Übungen weder vollständig noch eindeutig definiert. So soll den Teilnehmern bewußt gemacht werden, wie wichtig die Aufgabenklärung und Abgrenzung sind.

2.3 Materialien

Der Kurs steht als Skriptum, auf Overheadfolien und als HTML-Dokument auf CD-ROM oder übers Internet zur Verfügung. Die Folien sind zur Unterstützung des Kursleiters gedacht, die HTML-Version vor allem zum Selbststudium. Die Inhalt sind am Beginn jedes Moduls in Form von Mind Maps dargestellt.

3 Softwareunterstützung beim Konstruktionsprozeß

Die traditionellen Konstruktionsmethoden sind in ihrer Theorie und Anwendung weitgehend entwickelt und ausgereift. Leider hat sich bisher kaum Software zur Unterstützung der Prozesse etablieren können. Eine der wenigen Ausnahmen stellt das Programm Prosecco dar, das sehr gut den Konstruktionsprozeß leitet und unterstützt. Besonders die Anforderungsliste, die Produktstrukturierung und die Bewertungen sowie deren Dokumentation wird hervorragend unterstützt. An der Fachhochschul·Studiengänge·Vorarlberg GmbH wird diese Software im Rahmen der Lehre von den Studenten in ihren Projektarbeiten und auch bei konstruktiven Diplomarbeiten gerne verwendet.

4 Softwareunterstützung bei der Lösungssuche

Im besonderen Maße fehlen Softwaretools zur Unterstützung der Lösungssuche. In den vergangenen Jahren hat die Firma Invention-Machine Corporation mit dem Produkt TechOptimizer versucht in diesen Bereich vorzustoßen. Die Basis bietet dabei TRIZ, jene Theorie, die von Altschuler im Rahmen umfangreicher Untersuchungen von russischen und später auch amerikanischen Patenten erarbeitet wurde. Durch die Softwareunterstützung erfährt diese Methode zur Zeit einigen Zuspruch. Ein zweites konkurrierendes Produkt, Ideation, scheint derzeit noch nicht diese Verbreitung zu finden.

4.1 Untersuchungen

Ein Student des Fachhochschul-Studienganges Fertigungsautomatisierung hat im Rahmen seiner Diplomarbeit im vergangenen Jahr versucht die Software auf ihre Anwendung hin zu bewerten und den bekannten Konstruktionsmethoden gegenüber zu stellen. An der Fachhochschul·Studiengänge·Vorarlberg GmbH wird derzeit Kompetenz in der Anwendung von TRIZ aufgebaut. Ziel ist es, diese Theorie im Kontext aller wichtigen Konstruktionsmethoden zu sehen. Die Software TechOptimizer wird hinsichtlich der Unterstützung der Lösungssuche kritisch bewertet und der Vergleich mit der zugrunde liegenden Theorie durchgeführt. Es soll dem oftmals beobachteten Gleichsetzen der Theorie mit der Software entgegnet werden.

Die mit dieser Software mögliche Modellbildung mittels eines sogenannten Funktionenmodells wird näher betrachtet. Die Sichtweise entspricht nicht der traditionellen Anschauung von Funktionen. Die Auseinandersetzung mit der Aufgabenstellung im Rahmen der Erarbeitung dieses „Function-Models" trägt wesentlich zur Aufgabenklärung bei.

4.2 Lehre

Neben diesen Untersuchungen wird die Software TechOptimizer im Rahmen der Lehre eingesetzt. Die bisherigen Erfahrungen zeigen recht unterschiedliche Reaktionen der Studenten. Allgemein besteht die Tendenz zum Blättern durch die aufgeführten Effekte und die zugehörigen Beispiele. Selbstverständlich kann auch das Innovationen fördern. Zweifellos bietet die Software aber darüber hinaus Unterstützung bei der Lösungssuche an. Allerdings wird die Darstellung der „erfindenden Software" wohl von niemanden ernst genommen werden können.

5 CAD/CAE/CAM

Die Anwendung von 3D-CAD Softwarepaketen ist in der Industrie Stand der Technik. Trotzdem zeigen sich viele Firmen unsicher hinsichtlich der durchgängigen Anwendung. An dieser Situation sind natürlich auch noch immer bestehende Beschränkungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Verläßlichkeit und Genauigkeit schuld. Ein großer Teil der bestehenden Probleme tritt allerdings auch durch das mangelnde Umfeld auf. Die Integration in EDM/PDM Systeme ist nach wie vor selten vollständig durchgeführt. Vielfach existieren anstatt durchgängiger integrierter Lösungen nur parallel betriebene Einzellösungen.

5.1 Anwendung

Im Rahmend des Konstruktionsprozesses werden Cax-Tools weitgehend eingesetzt. Allerdings nahezu ausschließlich erst wenn die Entwürfe festgelegt sind. In früheren Phasen kommen diese System sehr selten zum Einsatz. Gerade das dreidimensionale Modellieren komplexer Systeme mit einfachsten abstrakten Grundkörpern sollte die Effizienz in frühen Konstruktionsschritten signifikant erhöhen. Leider wird von Seiten der Softwareproduzenten kaum in diesem Bereich entwickelt. Erstrebenswert wäre Software die durch entsprechende Beschreibung der zu erfüllenden Funktionen Lösungsansätze in Form von Modellen bieten könnte. Die Anwendung von erweiterten Featuremodellen könnte ein Schritt in diese Richtung darstellen.

5.2 Lehre

Im Rahmen der Lehre wird die integrierte CAD/CAE/CAM Software I-DEAS von SDRC eingesetzt. Der Grundgedanke der CAD-Ausbildung der Studenten besteht darin, sie für das Thema zu begeistern und sie dafür zu qualifizieren, daß sie in ihrer betrieblichen Situation sich an die neuesten Entwicklungen orientieren. Sie sollen selbstverständlich mit den Chancen und Möglichkeiten, aber auch mit den Gefahren und Schwierigkeiten, des CAD-Einsatzes konfrontiert werden. Die Studenten sollen sich weitgehend die Philosophie des 3D CAD Einsatzes zu eigen machen und später aktiv umsetzen.

Die Finite Elemente Methode wird auch im Rahmen der Lehre eingesetzt. Selbstverständlich können die Studenten des Fachhochschul-Studienganges Fertigungsautomatisierung nicht zu FE-Analytikern qualifiziert werden. Allerdings besteht auch hier der erklärte Wille, die Studenten so weit zu sensibilisieren, daß sie die Chancen und Gefahren derartiger Methoden kennen.

Das Internet wird im Rahmen von Konstruktionsprojekten der Studenten als Kommunikationsmedium eingesetzt. Die Studenten erleben in Projektgruppen, die gleichzeitig und gemeinsam an einer Aufgabenstellung in Limerick, Irland, und Dornbirn, Österreich, arbeiten, die Produktentwicklung an verteilten Standorten mit all ihren Kommunikationsproblemen. Verschärft wird dieses Erleben noch durch die alleinige Kommunikationsmöglichkeit über das Internet.

5.3 Industrieprojekte

Sowohl im Rahmen der Lehr als auch im Rahmen von direkten Aufträgen der Industrie werden die vorhandenen Softwaretools aktiv eingesetzt. Die Erfahrungswerte aus der Anwendung im Fachhochschul-Studiengang werden so an die Industrie weitergegeben, während umgekehrt der Praxisbezug aufrecht erhalten bleibt.

6 Zusammenfassung

An der Fachhochschul·Studiengänge·Vorarlberg GesmbH wird im Rahmen von angewandter Forschung und Entwicklung das Thema Konstruktionsmethodik und Softwareeinsatz bearbeitet. In der Lehre und in Projekten mit der Industrie kommen diese Softwaretools zum Einsatz.

Literatur

  1. VDI 2222 Blatt 1, ‘‘Konstruktionsmethodik. Methodisches Entwickeln von Lösungsprinzipien’’, VDI-Richtlinien, Entwurf, Juli 1996
  2. VDI 2222 Blatt 2, ‘‘Konstruktionsmethodik. Erstellung und Anwendung von Konstruktionskatalogen’’, VDI-Richtlinien, Februar 1982
  3. VDI 2221, ‘‘Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte’’, VDI-Richtlinien, Mai 1993
  4. VDI 2212, ‘‘Datenverarbeitung in der Konstruktion. Systematisches Suchen und Optimieren konstruktiver Lösungen’’, VDI-Richtlinien, Oktober 1981
  5. Pahl, G., Beitz, W.: ‘‘Konstruktionslehre: Methoden und Anwendung’’, Springer--Verlag, Berlin Heidelberg, 4. Aufl. 1997
  6. Ehrlenspiel K.: ‘‘Integrierte Produktentwicklung: Methoden für Prozessorganisation, Produkterstellung und Konstruktion’’, Carl Hanser Verlag M"unchen Wien, 1995

 

Johannes Steinschaden

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