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Entwicklung und Erprobung innovativer Produkte - Rapid Prototyping

Grundlagen, Rahmenbedingungen und Realisierung

VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2007
Seitenanzahl489 Seiten
ISBN9783540698807
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis99,99 EUR

Innovativer Prototyp: Die renommierten Experten Hans-Jörg Bullinger und Bernd Bertsche bieten hier neueste Ergebnisse zur 'Entwicklung und Erprobung innovativer Produkte - Rapid Prototyping' (Sonderforschungsbereich 374). Alle relevanten Aspekte der Produktentwicklung: Grundlagen, Rahmenbedingungen bis hin zur Produktion physischer, virtueller oder hybrider Prototypen. Plus: reverse Engineering, neue Materialien, Kosten- und Qualitätsprognosen.



Professor Bernd Bertsche war nach Studium und Promotion an der Universität Stuttgart im PKW-Entwicklungsbereich der Mercedes-Benz AG tätig. Nach einer anschließenden Tätigkeit als Professor an der Fachhochschule Albstadt-Sigmaringen wurde er an die Universität Stuttgart berufen. Seit 2001 ist Professor Bertsche Ordinarius und Leiter des Institutes für Maschinenelemente an der Universität Stuttgart.

Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E. h. mult. Dr. h.c. mult. Hans-Jörg Bullinger: 1971 - 1980 angewandte Industrieforschung, 1980 - 1982 Professur für Arbeitswissenschaft an der Fernuniversität Hagen, 1982-2002 Professur für Arbeitswissenschaft an der Universität Stuttgart, 1982 - 2002 Leiter des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) in Stuttgart zudem von 1991-2002 Leiter des Instituts für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (IAT) der Universität Stuttgart. Gegenwärtige Stellung: Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft mit Sitz in München.

Auszeichnungen: Otto-Kienzle-Gedenkmünze der Hochschulgruppe Fertigungstechnik, VDI-Ehrenring in Gold, Human Factors Society`s Distinguished Foreign Colleague Award, Ehrendoktorwürde der Universität Novi Sad 1991, Ehrenprofessor der University of Science and Technology of China 1991, Mitglied der World Academy of Productivity Science 1993, Ehrenmitglied der rumänischen Gesellschaft für Maschinenbauingenieure 1994, Verleihung Arthur-Burkhardt Preis 1995, Verleihung des Bundesverdienstkreuzes am Bande 1998, Verleihung des Bundesverdienstkreuzes 1. Klasse in 2003, Ehrendoktorwürde der Universität Politehnica Timisoara 2004, Ehrenprofessor der South China University of Technology 2005, RKW-Medaille des Rationalisierungs- und Innovationszentrums der Deutschen Wirtschaft 2006. Verleihung des großen Verdienstkreuzes durch den Bundespräsidenten am 4. Oktober 2006.

Autor und Mitautor von zahlreichen Büchern und über 1.000 Veröffentlichungen.

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Leseprobe

2 Organisation und Wissenskooperation (S.33-34)

2.1 Merkmale des Rapid Product Development

Vor dem Hintergrund einer zunehmenden Innovationsdynamik und Differenzierung von Kundenwünschen im internationalen Wettbewerb gewinnt für Unternehmen die Fähigkeit an Bedeutung, Produktentwicklungszeiten zu verkürzen und eine kontinuierliche Abstimmung der Produktmerkmale mit den Kunden zu gewährleisten. Die steigenden Marktanforderungen verlangen von Unternehmen eine stetig wachsende Zahl von Neuentwicklungen, eine gleichzeitige Verkürzung der Entwicklungszeit, die kontinuierliche Abstimmung mit Kundenwünschen und nicht zuletzt die schnelle und flexible Integration neuer Produktfunktionen.

Um diese Ziele zu erreichen und zudem innovative Produkte schnell und kostengünstig entwickeln zu können, bedient sich die Methode des Rapid Product Developments (RPD) eines evolutionären Vorgehens [2.18], [2.16], [2.17]. Verschiedene konkurrierende Lösungsalternativen werden in parallel verlaufenden Iterationszyklen bearbeitet und zeitnah an sich verändernde Marktbedingungen, Kundenwünsche und Erkenntnisfortschritte angepasst. Erst zu einem späten Zeitpunkt wird die Entscheidung getroffen, welcher der verschiedenen Produktansätze tatsächlich in die abschließenden Entwicklungs- und späteren Produktionsphasen gelangt.

In Anlehnung an das Motto „Survival of the fittest" gelangen also nur diejenigen Produktvarianten in die (Re)Produktion, die sich als die am besten den Markt- und Produktionsanforderungen entsprechenden erwiesen haben.

Die wichtigsten Merkmale dieses Ansatzes umfassen:

Betonung der frühen Entwicklungsphasen
parallele Entwicklung alternativer Produktkonzepte
schnelle iterative Schleifen, die den Prozess von der Konstruktionsidee
bis hin zur Bewertung in einem verhältnismäßig kleinen Zeitraum abbilden
späte Festlegung und Spezifikation des Produkts
schnelle Erstellung von physischen, virtuellen und hybriden Prototypen
frühes Ergebnisfeedback

Optimierung der erfolgsrelevanten Faktoren Kosten, Zeit und Qualität Für die einzelnen Produktentwicklungsteams ergeben sich aus diesen Merkmalen wiederum Veränderungen ihrer Arbeitsprozesse, die den Bereichen Innovationsanforderungen, Komplexitätsanforderungen und Teamanforderungen zugeordnet werden können.

2.2 Anforderungen an Produktentwicklungsteams
2.2.1 Innovationsanforderungen


Voraussetzung für den nachhaltigen Markterfolg von vielen Unternehmen ist heute die Entwicklung von innovativen Produkten. Nur durch neuartige Funktionen und Designs, originelle und kreative Lösungen, Entwicklung neuartiger Nutzenaspekte und marktbezogener Alleinstellungsmerkmale sowie durch verstärkte Bedienung immer neuer Kundenwünsche können Marktanteile erobert oder gesichert werden. Dies bedeutet, dass Produktenwicklungsteams gegensätzliche Ziele verfolgen müssen:

Einerseits möglichst innovative und kreative Produkte entwickeln, andererseits möglichst wenig Zeit und Kosten während der Produktentwicklung, aber auch in Hinsicht auf die Produktherstellung zu verursachen bzw. festzuschreiben. Dieser Zielkonflikt soll im RPD-Kontext optimiert werden. Unterstützungsmöglichkeiten für die Teammitglieder müssen deshalb einerseits die Berücksichtigung der zeit-, kosten- und qualitätsbezogenen Vorgaben fördern, zum anderen den notwendigen Freiraum ermöglichen, der erforderlich ist, um innovative Ergebnisse zu erzielen. Nur so kann eine quantitative wie qualitative Steigerung kreativer Leistungen, besonders in den frühen Produktentwicklungsphasen, erzielt werden.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort5
Inhalt9
Autorenverzeichnis15
1 Einleitung20
1.1 Übersicht über den Sonderforschungsbereich 37420
1.1.1 Ziele20
1.1.2 Überblick21
1.1.3 Prototypen im RPD25
1.1.4 IT Unterstützung im RPD30
1.1.5 Sfb 374 - Aufbau und Wissenswertes38
1.2 Integrationsszenario42
1.2.1 Grundlegende Verbesserungen45
1.2.2 Integration der Teilprojekte am Beispiel eines Pkw-Cockpits46
2 Organisation und Wissenskooperation52
2.1 Merkmale des Rapid Product Development52
2.2 Anforderungen an Produktentwicklungsteams53
2.2.1 Innovationsanforderungen53
2.2.2 Komplexitätsanforderungen54
2.2.3 Kooperationsanforderungen57
2.3 Planungsmethoden innovativer Produkte in dezentralen Teams59
2.3.1 Grenzen einer formalen Planung für das Rapid Product Development59
2.3.2 Potenziale der evolutionären Planung für das Rapid Product Development60
2.3.3 Kompetenzmanagement zur Unterstützung einer evolutionären Planung für das RPD63
2.3.4 Das entwicklungsfähige Projektplanungssystem für das RPD66
2.3.5 Zusammenfassung und Ausblick87
2.4 Wissensintensive Kooperationsprozesse bei der Entwicklung innovativer Produkte89
2.4.1 Ausgangssituation89
2.4.2 Modellentwicklung und Ableitung von Unterstützungsinstrumenten zur Wissensintegration im RPD95
2.4.3 Ergebnis der Modellentwicklung zur Wissensintegration97
2.4.4 Ergebnisse der Analyse von Kooperationskonstellationen im Produktentwicklungsprozess ( Studie 1)101
2.4.5 Ergebnisse der Untersuchung von Kooperationsanforderungen im Produktentwicklungsprozess ( Studie 2)107
2.4.6 Handlungsempfehlungen aus Studie 1 und 2112
2.4.7 Ergebnisse der Untersuchung von Auswirkungen fachlicher Teamheterogenität ( Studie 3)113
2.4.8 Handlungsempfehlungen zur Wissensintegration aus Studie 3125
2.4.9 Umsetzung der Ergebnisse aus den Studien in Unterstützungsinstrumente127
2.4.10 Ausblick129
2.4.11 Zusammenfassung131
Literatur133
3 Vernetztes Wissen für die interaktive Entwicklung von Prototypen142
3.1 Vernetztes Entwicklungswissen durchgehend nutzen146
3.2 Aktives Semantisches Konstruktions- und Zuverlässigkeitsnetz149
3.2.1 Semantische Vernetzung154
3.2.2 CAD – Datenaustausch155
3.2.3 Integration der Produktkostenüberwachung157
3.2.4 Integration der qualitativen und quantitativen Zuverlässigkeitsanalyse158
3.2.5 Anwendungsbeispiele165
3.2.7 Zusammenfassung177
3.3 Qualitätsmanagement im Rapid Prototyping178
3.3.1 Frühe Phasen – Prognose und Merkmalsextraktion180
3.2.2 Methoden der Risikoanalyse in der Produktkonfiguration186
3.2.3 Verfahren und Methoden der Prozessüberwachung191
3.2.4 Systemfeedback – Umfassendes Qualitätsmanagement mit material- und prozessimmanenten Informationen195
3.3.5 Zusammenfassung202
3.4 Kostenmanagement im Prozess des Rapid Prototyping203
3.4.1 Überblick über das Forschungsprojekt203
3.4.2 Ergebnisse und ihre Bedeutung204
Literatur218
4 Wissensrepräsentation und Kommunikation (RPD-IT-Infrastruktur)224
4.1 Ganzheitliche Modelle zur Repräsentation aktiven Wissens228
4.1.1 Einleitung228
4.1.2 Problemstellung229
4.1.3 Meilensteine der Entwicklung, Stufe 1 – ASN, Metamodell, ECA229
4.1.4 Meilensteine der Entwicklung, Stufe 2 – Verteiltes Objektmanagement, Slot- Dämon, Transaktionskonzept231
4.1.5 Meilensteine der Entwicklung - Stufe 3233
4.1.6 Ergebnisse und ihre Bedeutung242
4.1.7 Zusammenfassung der Ergebnisse253
4.1.8 Offene Fragen und Ausblick255
4.2 Agentenbasierte Middleware als Integrationsplattform für aktive Wissenskommunikation im Rapid Product Development257
4.2.1 Die Herausforderung: Wissenskommunikation im Rapid Product Development257
4.2.2 Stand der Technik259
4.2.3 Das Aktive Semantische Netz266
4.2.4 Die agentenbasierte RPD-Middleware270
4.2.5 Zusammenfassung285
4.3 Teamorientiertes Kommunikationssystem für vernetztes Arbeiten286
4.3.1 Einleitung286
4.3.2 Entwicklungsverlauf der Arbeiten im Teilprojekt287
4.3.3 Stand der Forschung289
4.3.4 Methoden299
4.3.5 Ergebnisse300
4.4 Adaptive Benutzungsoberflächen314
4.4.1 Einleitung314
4.4.2 Grundlagen von adaptiven Benutzungsoberflächen315
4.4.3 Das RPD-Portal322
4.4.4 Zusammenfassung334
Literatur335
5 Erstellung virtueller und physischer Prototypen348
5.1 Virtuelle Realität349
5.1.1 Virtuelle Realität in der Produktentwicklung349
5.2 Virtuelle Realität als Gestaltungs- und Evaluationswerkzeug352
5.2.1 Montierbarkeitsuntersuchungen am Virtuellen Prototypen352
5.2.2 Visuelle Beurteilung von Objektgeometrien354
5.2.3 Lageänderung von 3D-Objekten im Raum356
5.2.4 Verbauwege, Einsehbarkeit, Beurteilung der Handlungen des Monteurs im Kontext359
5.2.5 Data Mining in Virtuellen Umgebungen362
5.3 VR in der Konstruktion363
5.3.1 CAD-Review363
5.3.2 CAD-VR Integration366
5.3.3 VR am Konstruktionsarbeitsplatz370
5.3.4 Realitätsnahe Darstellung in VR372
5.4 Paralleles Rendering375
5.5 Virtuelle und Hybride Prototypen381
5.5.1 Virtuelle Prototypen382
5.5.2 Online-Simulationen383
5.5.3 Hybride Prototypen389
5.5.4 Kooperatives Arbeiten mit virtuellen und hybriden Prototypen393
5.5.5 Zusammenfassung und Ausblick396
5.6 Daten- und informationstechnische Integration des Entwurfsprozesses in die RPD- Prozesskette398
5.6.1 Ausgangssituation398
5.6.2 Lösungsansätze400
5.6.3 Zusammenfassung411
5.6.4 Ausblick414
5.7 Multi Material Modelling von Design- und Funktionsprototypen414
5.7.1 Multi Material Modelling für den iterativen Aufbau von konzeptionellen Prototypen415
5.7.2 Funktionalisierung von Prototypen durch das Multi Material Modelling418
5.7.3 Zusammenfassung und Ausblick419
5.8 Oberflächenveredelung von RP-Bauteilen420
5.8.1 Ausgangssituation420
5.8.2 Anforderungen an Oberflächen421
5.8.3 Verfahren zur Veränderung der Eigenschaften von Oberflächen422
5.8.4 Lösungsansätze zur Funktionalisierung von RP-Bauteilen423
5.8.6 Verfahrenskombinationen428
5.8.7 Zusammenfassung und Ausblick430
5.9 Lasergenerieren im modularen System431
5.9.1 Einleitung431
5.9.2 Verfahrensprinzip432
5.9.3 Prozesssteuerung434
5.9.4 Prozesskontrolle durch einen Tiefensensor439
5.9.5 Prozessregelung441
5.9.6 Modulares System446
5.9.7 Zusammenfassung und Ausblick448
5.10 Selektives Lasersintern von Hochleistungspolymeren mittels Nd: YAG- Laser449
5.10.1 Einleitung449
5.10.2 Ausgangssituation450
5.10.3 Lösungsansätze455
5.10.4 Weiterentwicklung der Prozesstechnik459
5.10.5 Verfahrenskombinationen461
5.10.6 Zusammenfassung und Ausblick461
5.11 Prototypwerkzeuge und Prototypbauteile463
5.11.1 Werkstoffe für Prototyp-Werkzeuge464
5.11.2 Grauguss464
5.11.3 Stahl und Aluminium465
5.11.4 Niedrigschmelzende NE- Schwermetall-Legierungen465
5.11.5 Kunststoffe, Polyamide und Photopolymere466
5.11.6 Werkzeugentwicklung469
5.11.7 3D-Visualisierung der Werkzeugkonstruktion475
5.11.8 Visualisierung der Simulation des Umformvorgangs477
5.11.9 Werkzeugherstellungsprozesse479
5.11.10 Optimierung des Prozesses durch Einsatz des Vakuumformverfahrens480
5.11.11 Tribologische Anforderungen an die Werkzeugwirkfläche484
5.11.12 Charakterisierung des Verschleißverhaltens489
5.11.13 Einfluss des Prototypwerkzeugstoffes auf die Kriterien Prototyp- Teilequalität und Werkzeugstandzeit492
5.11.14 Segment-elastischer Niederhalter aus Kunstharz mit Pyramidenstumpfförmigen Stahl- Einsätzen494
Literatur497

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