Baukastenkonstruktion |
CAD-basierte Variantenkonstruktion auf der Grundlage von Teilestandardisierung |
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Unter Baukastenkonstruktion wird ein Konstruktionsprinzip verstanden, bei dem sich ein Produkt bzw. System durch geometrisch und funktional abgegrenzte Module, die kombinier- und austauschbar sind, aufbaut.
Modularisierung ist eines der Kernelemente des Baukastenprinzips. Es ist die Aufteilung eines Ganzen (= einer integralen Einheit) in Fragmente, die als Module, Baugruppen, Teile oder Geometriebausteine bezeichnet werden. Produktmodularisierung ist zudem eine wichtige Strategie zur Reduzierung der Komplexität anspruchsvoller Systeme.
Ein weiteres Kernelement zum Aufbau eines Baukastensystems ist die Teilestandardisierung. Im Kontext von Produktdesign befasst sie sich mit der topologischen (= die Gestalt betreffende) und funktionalen Festlegung von ähnlichen Teilen, Baugruppen und Erzeugnissen mit dem Ziel der Vereinheitlichung. Untrennbar mit der Standardisierung ist die Normierung verbunden. Sie legt die geometrischen und physikalischen Größen zur Ausprägung standardisierter Bauelemente fest. Ein gute Orientierung hierfür geben die Normzahlreihen nach DIN 323.
Basics zu Baukastenkonstruktion >>>
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Um den Teilevorrat im Konstruktionsbaukasten für die Nutzer möglichst transparent zu machen, empfiehlt es sich, Nummernsystem und Nomenklatur zu analysieren und gegebenenfalls neu zu gestalten. |
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Bei der Durchführung einer ABC-Teileanalyse wird ermitteln, welche Produkte sich zahlenmäßig aus welchen Teilekategorien zusammensetzen. A-Teile sind produktspezifische Teile von geringer Zahl und hohem Kostenanteil, B-Teile sind eigenentwickelte Standard- bzw. Wiederholteilteile und C-Teile sind Norm- und Katalogteile in großer Zahl und geringem Kostenanteil. Der Umfang an Teilestandardisierung wird vom Ergebnis der ABC-Teileanalyse bestimmt. |
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Für funktional ähnliche Teile erfolgt mittels Geometrieanalyse die Suche nach einer oder mehreren Ersatzvarianten, die die Anforderungen für alle betreffenden Anwendungsfälle zuverlässig erfüllen. Eine Ersatzvariante mit ihrem planvollen Aufbau ist gemäß der CAD-Variantentechnik ein Varianten- bzw. Mastermodell. Mit seiner Parametrisierung und der Festlegung anderer Eigenschaften wie etwa Werkstoff lassen sich in einer späteren Phase der Standardisierung die benötigten Teilevarianten generieren. |
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Es ist festzulegen, welche der Maße bei der Umsetzung einer Ersatzvariante in ein CAD-Variantenmodell im Zuge einer Parameteranalyse funktionsrelevante Parameter sein müssen. Da eine Ersatzvariante die Grundstruktur für alle Teilevarianten bzw. Standardteile einer Klasse bildet, sollte die Zahl veränderlicher Parameter so klein wie möglich gehalten werden. Es ist zu klären, ob es Maße gibt, die konstant oder von anderen Maßen abhängig sein können. |
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Es folgt die Definition der Merkmale zur Beschreibung der festgelegten Variantenteile sowie der Aufbau einer hierarchischen Klassifikationsstruktur zur deren systematischen Ablage. Darin eingeschlossen ist in der Folge der Ablage von abgeleiteten Standardteilen. |
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Den Abschluss bildet die Erstellung von parametrisch-assoziativen Mastermodellen, Masterzeichnungen und ggf. weiteren Masterdokumenten (z. B. Arbeitspläne) zur Ableitung von normierten Standardteilen mit Modellen, Zeichnungen und ggf. weiteren Dokumenten. |
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Den Produktaufbau strukturiert in abgeschlossene Funktionseinheiten (z. B. Hauptspindel bei CNC-Werkzeugmaschine oder Aufrichter bei Verpackungsmaschine) überführen. |
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Wenn möglich, zentrale Funktionseinheit (z. B. Maschinenbett bei CNC-Werkzeugmaschine oder Unterbau mit Energieversorgung einer Verpackungsmaschine) als Basiseinheit festlegen. Die Basiseinheit ist eine Funktionseinheit mit übergeordneten Aufgaben. |
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Standardisierte Modulschnittstellen zur geometrischen, mechanischen, hydraulischen, pneumatischen und/oder elektrischen/elektronischen Kopplung der Funktionseinheiten einschließlich Basiseinheit spezifizieren. |
Vorteile der Baukastenkonstruktion |
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Verkürzung der Auftragsdurchlaufzeit im Technischen Büro |
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Reduzierung der Teilevielfalt durch Teilewiederverwendung |
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Größer Stückzahlen in der Produktion und Verringerung der Lohnstückkosten |
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Verbesserung der Produktqualität durch ausgereifte Baukomponenten |
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Weniger Kundenreklamationen und kostspielige Garantiefälle |
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Flexibles Agieren bei spezifischen Kundenanforderungen |
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Produktkonfiguration statt aufwendige Produktkonstruktion |
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Grundlage für Mass Customization (massenhafte Spezialanfertigung) |
Reorganisation von Entwicklungs- und Auftragskonstruktion |
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Die Entwicklung eines Baukastensystems ist eine umfangreiche und komplexe Aufgabe, die dauerhaften Einsatz erfordert, da ein solches System permanent weiterentwickelt bzw. gepflegt werden muss. |
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Parallel zum operativen Geschäft sind Aufbau und Pflege eines Baukastensystems nicht zu leisten. Es ist notwendig, die Aufgaben im Konstruktionsbüro organisatorisch aufzuteilen. Die Entwicklung des Baukastensystems übernimmt der Bereich Entwicklungskonstruktion, seine Anwendung der Bereich Auftragskonstruktion. |
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Die Aufgaben der Entwicklungskonstruktion umfassen Produktplanung, Innovationsfindung, Produktentwicklung einschließlich Prototyping und Fertigungsplanung, Standardisierung und Normierung, Aufbau von Baukastensystem und Variantenkonfiguration(en). |
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Die Auftragskonstruktion übernimmt die Ausführung der Engineering-Arbeiten für Kundenaufträge. Darin eingeschlossen sind Produktkonfiguration, Ableitung der Bauunterlagen (Stücklisten, Zeichnungen etc.), Anpassungskonstruktion bei Sonderheiten, Erstellung von ergänzenden Bauunterlagen (Montagezeichnungen etc.) und Übergabe der Bauunterlagen an die Logistik-Prozesse Beschaffung, Beauftragung sowie Fertigung und Montage. |
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Je nach Produktkomplexität können sich bei den Aufgaben der Bereiche Entwicklungs- und Auftragskonstruktion Verschiebungen ergeben. Bei relativ einfachen Produkten können originäre Aufgaben der Entwicklungskonstruktion (z. B. Festlegung von Form- oder Farbvarianten) auch von Auftragskonstruktion übernommen werden. Dies schafft mehr Freiraum für die Realisierung neuer Produktideen. |
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Prinzip der Baukastenkonstruktion
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ABC-Teileanalyse
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Effekt der Wiederholteile-Verwendung
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Beispiel für Produktmodularisierung
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