GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07
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Grundlagen der ProduktentwicklungEinführung
SS 07 – Vorlesung 01 – 20.04.2007
P f D I Ud Li dProf. Dr.-Ing. Udo LindemannLehrstuhl für Produktentwicklung
Freitag 12:15 13:45 Uhr MW 2001Freitag 12:15-13:45 Uhr, MW 2001
Sprechstunde Prof. Lindemann Donnerstag, 11:00-12:00 Uhrund nach Vereinbarung – bitte anmelden!und nach Vereinbarung – bitte anmelden!
GPE_VO_01 SS07 - 1© 2007 Prof. Lindemann
Lehrstuhl für Produktentwicklung: Mitarbeiter
Jöran GriebDavid Hellenbrand
WissenschaftlicheMitarbeiter:Thomas Anton
Leitung:Prof. Dr.-Ing. Udo LindemannProf. Dr. Kristina Shea
Clemens HepperleFrank HoislDelia Ilie
Christoph BaumbergerStefanie BraunDr.-Ing. Thomas Braun
Dr.-Ing. Markus MörtlVerwaltung:Irene Blaschke-Claus
Rafael KirschnerMatthias KreimeyerWolfgang Lauer
Frank DeubzerBirgit DickHolger Diehl
Edith Marquard-SchmittTechnisches Büro:Rainer Hinterberger
Maik MaurerThomas MeiwaldMaximilian Müller
Marco EngelhardChristoph ErteltMichael Filous
Nikolaus GissibingerWerkstatt:Michael Riedl
Nadja PequetMarkus PetermannJosef Ponn
Stephan FrankeAndreas GaagCarlos Gorbea
Robert WeißGeorg König (Azubi)Sebastian Nowak (Azubi)
Julia RoelofsenMartin Graebsch
Vorlesungsbetreuung und -organisation: David Hellenbrand ([email protected] )
( )
GPE_VO_01 SS07 - 2© 2007 Prof. Lindemann
Lebenslauf Prof. Dr.-Ing. Udo Lindemann
Studium Maschinenbau
Vertiefung Thermische Verfahrenstechnik
Promotion Konstruktionstechnik
15 5 J h I d i15,5 Jahre Industrie
Konstruktion, CAD, Normung, Berechnung, Entwicklung,
Vertrieb, Produktion, Geschäftsführung
seit 1995 Lehrstuhl für Produktentwicklung
GPE_VO_01 SS07 - 3© 2007 Prof. Lindemann
Turbogetriebe in konventioneller Ausführung mit Gussgehäuse
GPE_VO_01 SS07 - 4Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
Turbogetriebe – Lösung im Gehäuse nach Baureihenkonstruktion
GPE_VO_01 SS07 - 5Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
TAX Getriebe – flexible Baureihe
GPE_VO_01 SS07 - 6Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
TAX-Getriebe – Gehäuse mit Achsabstand 200 bis 1000mm
GPE_VO_01 SS07 - 7Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
TAX-Getriebe – Gehäuse mit Übersetzung 1:1,2 bis 1:10
GPE_VO_01 SS07 - 8Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
TAX-Getriebe – ein Beispiel
GPE_VO_01 SS07 - 9Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
TAX-Getriebe mit mehr als 100 MW
GPE_VO_01 SS07 - 10Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
Zahnradgetriebe – mehr als nur Zahnräder!
GPE_VO_01 SS07 - 11Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
HSWL 354
GPE_VO_01 SS07 - 12Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
HSWL 354
GPE_VO_01 SS07 - 13Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
Hubschrauber-Hauptgetriebe – Prüfstand
GPE_VO_01 SS07 - 14Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
PKW-Antriebsstrang – Prüfstand
GPE_VO_01 SS07 - 15Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann
Offset-Bogendruckmaschine
GPE_VO_01 SS07 - 16Quelle: MAN Roland© 2007 Prof. Lindemann
Offset-Bogendruckmaschine: Transferzylinder mit Sauger
GPE_VO_01 SS07 - 17Quelle: MAN Roland© 2007 Prof. Lindemann
Gliederung GPE
01 Einführung 20.04.0702 Methoden I 27.04.0703 Methoden II 04.05.0704 Maschine als System – Systemdenken 11.05.0705 Modellierung von Systemen 18.05.0706 Gestaltung – Grundregeln und Prinzipien 25.05.0707 Schäden im Maschinenbau 01 06 0707 Schäden im Maschinenbau 01.06.0708 Beanspruchung 08.06.0709 Bauteilfestigkeit 15.06.07g10 Herstellgerechtes Konstruieren I 22.06.0711 Herstellgerechtes Konstruieren II 29.06.0712 Kostenzielorientiertes Entwickeln 06.07.07
GPE_VO_01 SS07 - 18© 2007 Prof. Lindemann
Einführung
Einführung in die Vorlesung „Grundlagen der Produktentwicklung“
AllgemeinesAllgemeines
Lernziele der VorlesungPrüfungPrüfungLehrstuhlaktivitätenPosition des Ingenieurs in der IndustriegBeispiele für Zukunftstechnologien
Ein Beispiel: Neuentwicklung eines Puffersystems einer Flaschenproduktionsanlage
Neues FunktionsprinzipBedeutung der Maschinenelemente
Zusammenfassung
GPE_VO_01 SS07 - 19© 2007 Prof. Lindemann
Lernziele dieser Vorlesung
• Erkennen der Bedeutung von (einfachen) Maschinenelementen
• Maschinen als System verstehen
• Erkennen des Zusammenwirkens der Grundlagen
• Bedeutung verschiedener Sichten im Bereich der gKonstruktion und Entwicklung
GPE_VO_01 SS07 - 20© 2007 Prof. Lindemann
Prüfung
Geplanter Prüfungstermin: in KW 30 (23. – 27. 07. 07)Gesamtzeit: 1,5h Prüfungszeit (davon 1h
Produktentwicklung und 0,5h Produktion)g , )Inhalt: VorlesungsinhaltPrüfung: Schriftliche Prüfung mit Multiple ChoiceErgebnis: Schein mit BenotungErgebnis: Schein mit BenotungAnmeldung: über das myTUM-Portal
GPE_VO_01 SS07 - 21© 2007 Prof. Lindemann
Der Lehrstuhl für Produktentwicklung
Personal
Industriepartner
Labor
Werkstatt
Rechner und SoftwareRechner und Software
Forschungsthemen
Forschungs-kooperationen
GPE_VO_01 SS07 - 22© 2007 Prof. Lindemann
Umweltgerechte Produktentwicklung
These:Unternehmen sehen Umweltauflagen als Kostentreiber!
ThThese:Umwelt macht Spaß, wenn wir damit Geld verdienen!
GPE_VO_01 SS07 - 23© 2007 Prof. Lindemann
Beispiel aus der Hans Huber Technologies AG
sludge inflow
cone Konus
screen baskets
press driveHauptantrieb
bisher
gSchlammzulauf
cake discharge
Siebkörper
1 3
4
filtrate outlet filtrate tank
1: pre-thickening zone 2: thickening zone 3: filtration zone 4: compressing zone
d tli h b t W tgSchlammaustrag
2
filtrate outletFiltratablauf
filtrate tankFiltrattank deutlich verbesserte Wartung
deutlich leichtere Reinigung
cone screen baskets press drive
feste Spritzdüsenleiste
cone screen baskets press drive
feste SpritzdüsenleisteFlockungshilfsmittelverbrauch d i t 20 % neuKonus Siebkörper Hauptantrieb
1: thickening zone 2 + 3: filtration zone 4: compressing zone
Konus Siebkörper Hauptantrieb
1: thickening zone 2 + 3: filtration zone 4: compressing zone
reduziert um 20 %
Klärschlamm-Menge d i t 20 %
neu
sludge inflow Schlammzulauf
cake discharge Schlammaustrag
1 2 3 4filtrate outletFiltratablauf
sludge inflow Schlammzulauf
cake discharge Schlammaustrag
1 2 3 4filtrate outletFiltratablauf
reduziert um 20 %
Gewicht reduziert um 35 %
GPE_VO_01 SS07 - 24© 2007 Prof. Lindemann
Ansicht der neuen Schneckenpresse der Hans Huber AG
GPE_VO_01 SS07 - 25© 2007 Prof. Lindemann
Beispiel aus der Krones AG
N t i kl i Fl k Wä h fü i PET R li A lNeuentwicklung eines Flake-Wäschers für eine PET-Recycling-Anlage
Erste darstellbare Ergebnisse sind:Fertigung:
Senkung der Teilezahl und -vielfaltSenkung des Materialeinsatzes um teilweise 50 %um teilweise 50 %
Nutzung:Senkung des Energieverbrauchs um 170 000 kWh/aVermeidung von FehlerquellenErhöhung der Verfügbarkeit
Entsorgung:Reduzierung des Materialmixes
GPE_VO_01 SS07 - 26
Reduzierung des Materialmixes
© 2007 Prof. Lindemann
Beispiel aus der Knorr-Bremse AG I
Entwicklung einer modularen Bremssteuerung für Schienenfahrzeuge
bisherZusammenfassungeinzelner Gerätezu Funktionsmodulen
bisher
neu
Bessere Nutzung des verfügbaren Rechnersysteme
Dezentrale
PSGII: BR 185.1PSGII: BR 185.1PSGII: BR 185.1
Einbauraumsy
GPE_VO_01 SS07 - 27© 2007 Prof. Lindemann
Beispiel aus der Knorr-Bremse AG II
Variante 1 Variante 2 Variante 3Ausgangslösung
Schaltschrank Variante 3:Teilezahl: reduziert um 90 %Teilezahl: reduziert um 90 %Gewicht: reduziert um 16 %Herstellkosten: reduziert um 60 %
GPE_VO_01 SS07 - 28© 2007 Prof. Lindemann
Berechnung und Konstruktion
Fragen:Können wir berechnungsgerecht Konstruieren?Müssen wir CAD-gerecht Konstruieren?
GPE_VO_01 SS07 - 29© 2007 Prof. Lindemann
Kontinuierliche Integration blockiert primäre Intelligenz
GestaltungBerechnung
Ein durch den Konstrukteur fertigungsgerecht angepasster Wert zieht über die Berechnungs-vorschriften andere Werte nach. ⇒ Ganzheitlich ist keine Fertigungsgerechtheit erreichbar.
GPE_VO_01 SS07 - 30© 2007 Prof. Lindemann
Entkopplung von Berechnungswerten und übertragenen Werten
Berechnung
Gestaltung
Das Konzept führt zu einer Trennung von exakten Berechnungswerten und fertigungsgerechten Werten. Die zwischengeschalteten Mechanismen
entsprechen dem intelligenten Übertrag durch den Menschen.
GPE_VO_01 SS07 - 31© 2007 Prof. Lindemann
3D-Skizzierer
Innovatives Werkzeug zur Unterstützung von Kreativität in frühen Phasen
Ausgangssituation• Handskizzen werden oft eingesetzt• Skizzen können verschiedene
Abstraktionsgrade enthalten• 3D-CAD-Modelle können leicht verändert
werdenwerden
Ergebnisse• 3D-Skizzen sind intuitiv erstellbar und aus
allen Blickwinkeln betrachtbar• Durchgängiger digitaler Prozess ist
anzustreben
GPE_VO_01 SS07 - 32© 2007 Prof. Lindemann
Innovation mit Bionik
These:Bionik wird gerne als Marketingschlagwort verwendet.
FFragen:Was können wir aus der Biologie für die Technik wirklichlernen und nutzen?Wie können wir Erkenntnisse aus der Natur in die Technik übertragen?
GPE_VO_01 SS07 - 33© 2007 Prof. Lindemann
Der Staubsauger und die Biologie
GPE_VO_01 SS07 - 34© 2007 Prof. Lindemann
Auch die Fliege saugt!
Fliegenrüssel: gbiologische Kanal-strukturen
technische Übersetzung
GPE_VO_01 SS07 - 35© 2007 Prof. Lindemann
Technische Umsetzung (Prototyp)
K l t ktKanalstruktur abgeleitet vom Fliegenrüssel
Fadenheber abgeleitet vonabgeleitet von Schnecken-zungen
CAD-Modell
GPE_VO_01 SS07 - 36© 2007 Prof. Lindemann
Innovation generieren
These:Bei ausgereiften Technologien gibt es keine Leistungssprünge mehr.
FFrage:Wie kann ein Technologiewechsel generiert werden?
GPE_VO_01 SS07 - 37© 2007 Prof. Lindemann
Leistungssteigerung einer Werkzeugmaschine
Ziele High-Speed-Maschine:
• Schleifen von spezifischenBauteilen
• Schnittgeschwindigkeit erhöhenerhöhen
• Stückzeit reduzieren auf 50 %
GPE_VO_01 SS07 - 38© 2007 Prof. Lindemann
Alternative Grundkonzepte
GPE_VO_01 SS07 - 39© 2007 Prof. Lindemann
Freizeit: Entwicklung eines innovativen Klappradkonzeptes
Schwachstellen bestehender Systeme:Schwachstellen am Markt verfügbarer Klappräder:– für große Fahrer in der Regel nicht geeignet
aufwendige Rahmenkonstruktion (viele Gelenke)– aufwendige Rahmenkonstruktion (viele Gelenke)– schlechtes Abrollverhalten und gewöhnungsbedürftige
Fahrdynamik– relativ hohes Gewicht – sehr hoher Preis– eigentümliches DesignZiele für die Neuentwicklung:
Ei h fü h ß F h– Eignung auch für sehr große Fahrer– normalen Fahrbetrieb mit guter Fahrdynamik
ermöglichen– kompaktes Packmaß mit einfachem Klappmechanismus – Leichtbaukonzept– kostengünstige Konstruktion– ansprechendes DesignLö tLösungsansatz:– Integration neuer, wartungsarmer Komponenten – optimierter Rahmenbau – Verwendung innovativer Fertigungsverfahren
GPE_VO_01 SS07 - 40
Verwendung innovativer FertigungsverfahrenProjektergebnis:Prototypische Umsetzung des Konzepts
© 2007 Prof. Lindemann
Freizeit: Fernauslösung für Lawinenairbags
Ausgangssituation50 % aller Lawinenopfer werden bei einem Lawinen-pabgang so verschüttet, dass eine selbständigeBefreiung, ja sogar die Atmung unmöglich ist. Erfolgtdie Rettung dieser Opfer nicht innerhalb von 15Minuten im Anbetracht der Situation in der Regel einMinuten – im Anbetracht der Situation in der Regel einnahezu utopischer Wert – sinkt die Überlebenschanceauf nahe null. Der Lawinenairbag der Fa. ABS ist dasderzeit einzige System, das ein Verschütten desg yLawinenopfers verhindert. Heute ist der Anwendergezwungen das System selber per Hand auszulösen,was in manchen Fällen aufgrund von Panikreaktionoder Fehleinschätzung unterbleibtoder Fehleinschätzung unterbleibt.
ZieleE t i kl i h t i h S t dEntwicklung eines mechatronischen Systems, das eine Fernauslösung unabhängig vom Benutzer ermöglicht.
GPE_VO_01 SS07 - 41© 2007 Prof. Lindemann
Designseminar – Entwicklung eines innovativen PDAs
Ausgangssituation:In einem Seminar, an dem Design-Studenten der FH-München und Maschinenbau-Studenten der TU-München teilnahmen, galt es für die Fa. mobilejoy ein innovatives PDA-Gehäuse zu entwickeln und zuinnovatives PDA Gehäuse zu entwickeln und zu konstruieren.
Vorgehen1) Entwerfen unterschiedlicher Design-Konzepte.
Maschinenbaustudenten unterstützen Prozess h di h d h f U b k i dmethodisch und achten auf Umsetzbarkeit der
Entwürfe.2) Auswahl eines Entwurfs durch Fa. mobilejoy.3) Konstruktive Umsetzung des ausgewählten3) Konstruktive Umsetzung des ausgewählten
Entwurfs.
GPE_VO_01 SS07 - 42© 2007 Prof. Lindemann
Medizintechnik: Herz-Lungen-Maschine
Ausgangssituation• Während operativer Eingriffe bei induziertem
H ill d üb i di H LHerzstillstand übernimmt die Herz-Lungen-Maschine die Zirkulation, Reinigung und Gasaufbereitung des Blutes. Die eingesetzten Systeme weisen folgende Schwachstellen auf:Systeme weisen folgende Schwachstellen auf: Die Perfusion des Patienten erfolgt nicht pulsatil, ist also nicht physiologisch.
• Bis heute existiert keine direkte Rückkopplung i h d kt ll i t lltzwischen dem aktuell eingestellten
Betriebsmuster der Herz-Lungenmaschine und den dadurch hervorgerufenen Reaktionen im OrganismusOrganismus
ZieleEntwicklung folgender Systeme• Aggregat zur Realisierung einer pulsatilen
Perfusion• Regelung der Blutgase• Regelung der Körpertemperatur
GPE_VO_01 SS07 - 43
Regelung der Körpertemperatur
© 2007 Prof. Lindemann
Medizintechnik: Spreizgerät für die minimal invasive Chirurgie
Brainstorming
Aufgabenklärung
IndividuelleLösungssuche Lösungssuche
Im Team FormaleBewertung &Entscheidung
VorauswahlVersuche
g
“Pappspreizer”
GPE_VO_01 SS07 - 44
pp p
© 2007 Prof. Lindemann
Kleintierlogistik in der medizinischen ForschungEntwicklung eines PET- und MRT-kompatiblen Kleintierträgers
Ziel:Zur multimodalen Untersuchung von Stoffwechselvorgängen und der
KonzeptCAD-Modell des Kleintierträgers Anatomie von Kleintieren soll ein Träger
entwickelt werden:– Wiederholbare Positionierung
Kleintierträgers
Materialversuche– Sichere Fixierung und Narkotisierung– PET- und MRT-KompatibilitätPET-Tests
Ergebnis:Durch die gewählten Materialien kann der Kleintierträger zur umfassenden Di hl i PET l h i
MRT-Tests
Diagnose sowohl in PET- als auch in MRT-Anlagen eingesetzt werden. Fixierung und Narkotisierung ermöglichen sehr lange
Ergebnis
ermöglichen sehr lange Untersuchungen. Kleintierträger mit
narkotisierter Nacktmaus
GPE_VO_01 SS07 - 45
Nacktmaus
© 2007 Prof. Lindemann
Individualisierte Massenprodukte
Individualisierte Produkte• Vordefinierte Varianz• Produktorientierung• Steigende Komplexität
• Jeder Kunde erhält ein Produkt-
orientierungIndividual-
orientierung
• Steigende Komplexität
vollständig auf seine Wünsche und Bedürfnisse angepasstes ProduktM th d W k d
g
Markt
o e t e u g
• Methoden, Werkzeuge und Prozesse für die Entwicklung und Produktion individualisierter Produkte zu Konditionen
Markt-orientierung
Produkte zu Konditionen vergleichbar mit Serienprodukten
Maßanfertigung ... ... für alle Konsumgüter• Modularisierung• Kundenorientierung• Systemwechsel
GPE_VO_01 SS07 - 46
Systemwechsel
© 2007 Prof. Lindemann
Produktstrukturmodell für individualisierte Produkte
VariantenbaumMerkmalbaumFreiheitsgrade
XX
X
"klassisches"Varianten-management
x xx
x x xx
xProduktvarianten
Konfigurations-regeln
HierarchieVererbung
Wertebereichex x xx
xx
x
xnten
Struktur-variation
Wertebereiche
Komplexität
x
x
x xx xut
eilv
aria
n
logischeVerknüpfungen
math Funktionenx xx
x xx
x
Bau
ParametrischeVarianten
math. Funktionen
Konfiguration aufEigenschaftsebeneDefault-Werte
Produktstruktur(Master-)Komponenten
Produkt-konfiguration Vollständigkeit
Dokumentation
GPE_VO_01 SS07 - 47© 2007 Prof. Lindemann
Arbeitsgebiete des Lehrstuhls
Arbeitsmethoden der Produktentwicklung
P d kti tiProduktinnovation
Produktentwicklungsprozesse
(Parameter Kosten, Zeit, Qualität, Flexibilität, Verteilung, ...)
Werkzeuge der ProduktentwicklungWerkzeuge der Produktentwicklung
(CAD, VR, RP, ... Wissensmanagement)
Technisches DesignTechnisches Design
Ethik und Produktverantwortung
GPE_VO_01 SS07 - 48© 2007 Prof. Lindemann
Einführung
Einführung in die Vorlesung „Grundlagen der Produktentwicklung“
AllgemeinesAllgemeines
Inhalt der VorlesungPrüfungPrüfungLehrstuhlaktivitätenPosition des Ingenieurs in der IndustriegBeispiele für Zukunftstechnologien
Ein Beispiel: Neuentwicklung eines Puffersystems einer Flaschenproduktionsanlage
Neues FunktionsprinzipBedeutung der Maschinenelemente
Zusammenfassung
GPE_VO_01 SS07 - 49© 2007 Prof. Lindemann
Unterschiedliche Produkte
GPE_VO_01 SS07 - 50© 2007 Prof. Lindemann
Branchen in denen Ingenieuredes Maschinen- und Fahrzeugbaus tätig sind
Dienstleistungs-sektor: 26 9%
14,50%
47,60% Maschinen- und Fahrzeugbau
Land-, Forstwirtschaft,G t b 0 1%
sektor: 26,9%
Gartenbau: 0,1%3,70%
0,70%0,10%
2,30%
0 20%1,80%
3,50%
Handel
Verkehr und Fernmeldung
Kredit- und Versicherungsgewerbe
22,10% Übriges prod. Gewerbe
0,20%Kredit- und Versicherungsgewerbe
Ingenieurbüros, Rechtsberatung, Werbung
Erziehung, Unterricht, Kultur, Sport, Unterhaltung 3,30% Baugewerbe
Gesundheits- und Sozialwesen
Öffentliche Verwaltung, Sozialversicherung
Übrige Dienstleistungen
Produzierendes Gewerbe: 73 %
GPE_VO_01 SS07 - 51Quelle: Institut für Arbeitsmarkt- und Berufsforschung 2001© 2007 Prof. Lindemann
Tätigkeitsbereiche von Ingenieuren in Maschinenbauunternehmen
Leitung, Stabsstellen
6%
Außenmontage
Vertrieb20%
Produktion10%
Außenmontage6%
Verwaltung4%
Dienstleistungen5%
Andere6%Forschung,
Entwicklung und Konstruktion
43%
GPE_VO_01 SS07 - 52Quelle: VDMA-Ingenieurerhebung 2004© 2007 Prof. Lindemann
Durchschnittliches Jahreseinkommen von Ingenieurennach Berufsjahren und Studienabschluss
70
80
50
60
€
Fachhochschule
30
40
in T
sd.
Hochschule /Universität
Promotion
10
20
0bis 5 Jahre 6 bis 10 Jahre über 10 Jahre
GPE_VO_01 SS07 - 53Quelle: VDI Verlag 2001© 2007 Prof. Lindemann
Durchschnittliches Jahreseinkommen von Ingenieurennach Studiengang
M th tik & N t i
Verkehrstechnik
Wirtschaftsing.
Mathematik & Naturwiss.
Verfahrenstechnik
Bauing. / Bauwesen
Maschinenbau
Elektrotechnik
0 10 20 30 40 50 60 70
in Tsd. €
GPE_VO_01 SS07 - 54Quelle: VDI Verlag 2001© 2007 Prof. Lindemann
Durchschnittliches Jahreseinkommen von Ingenieurennach Branche
Architektur- und Ingenieurbüros
Beratung
Chemie, Pharma
Baugewerbe
Energie & Verkehr
A bilh ll d li f
Elektrotechnik, Elektronik
Metallerzeugung und -bearbeitung
0 10 20 30 40 50 60 70
Maschinen- und Fahrzeugbau
Automobilhersteller und -zulieferer
in Tsd. €
GPE_VO_01 SS07 - 55Quelle: VDI Verlag 2001© 2007 Prof. Lindemann
Durchschnittliches Jahreseinkommen von Ingenieurennach Tätigkeitsbereich
IT
Projektmanagement
Produktion & Fertigung
F h & E t i kl
Konstruktion
Vertrieb & Marketing
Forschung & Entwicklung
0 10 20 30 40 50 60
in Tsd. €
GPE_VO_01 SS07 - 56Quelle: VDI Verlag 2001© 2007 Prof. Lindemann
Ingenieure im Maschinenbau 2004: Kontinuierlicher Zuwachs
16,0%
14,6%
160
180
200
14 0%
16,0%
18,0%
10,5%
12,3%
120
140
160
d 10,0%
12,0%
14,0%
schä
ftigt
en
7,0%
8,2%
60
80
100
in T
sd
6,0%
8,0%
10,0%
il an
den
Bes
20
40
60
2,0%
4,0% Ant
e
74,3 87,7 102,4 114,1 130,9 139,80
1982 1988 1995 1998 2001 20040,0%
GPE_VO_01 SS07 - 57Quelle: VDMA-Ingenieurerhebung 2004© 2007 Prof. Lindemann
Bedarf an Ingenieuren im Maschinenbau bis 2009(Einschätzung durch Unternehmen)
60% 51%
41%50%
60%n
%
30%
40%
erne
hmen
in
20%
30%
tung
der
Unt
1%
7%10%Er
war
t
0%Zunahme Gleich-
bleibendAbnahme keine
Angaben
GPE_VO_01 SS07 - 58Quelle: VDMA-Ingenieurerhebung 2004© 2007 Prof. Lindemann
Derzeitige Akzeptanz von Bachelor- und Master-Studiengängenin der Industrie
ich kenne diese Studiengänge
41%
ich kenne diese Studiengänge nicht
15%i
ich habe von diesen Studiengängen
gehört41%
keine Äußerung3%
GPE_VO_01 SS07 - 59Quelle: DIHK 2004© 2007 Prof. Lindemann
Entwicklung der Ingenieursausbildung:Wünsche der Maschinenbau-Unternehmen
Entwicklung der Ingenieurausbildung: Wünsche der Maschinenbau-Unternehmen
interdisziplinäreKenntnisse
method./sozialeKompetenzen
anwendungsorientiertesWissen
ausbauen/ausweiten
so bleiben
Praxisphase
tiefe theoret.Grundlagenwissen
reduzieren/verkürzen
breite theoret.Grundlagenwissen
Länge Studium
0% 20% 40% 60% 80% 100%
Anteil Antworten in Prozent
Quelle: VDMA-Ingenieurerhebung 2004
GPE_VO_01 SS07 - 60Quelle: VDMA-Ingenieurserhebung 2004© 2007 Prof. Lindemann
g g
Studienziele „Kompetenzen eines Ingenieurs“
Theoriekompetenz
Methodenkompetenz
Problemlösekompetenz
InnovationskompetenzLösungsideen
Zielanalysieren
Eigenschaftenermitteln
Lösungsideen
Zielanalysieren
Eigenschaftenermitteln
Innovationskompetenz
Schnittstellenkompetenz
Zielplanen
ermitteln
Entscheidungenherbeiführen
Problem strukturieren
Ziel-erreichungabsichern
Zielplanen
ermitteln
Entscheidungenherbeiführen
Problem strukturieren
Ziel-erreichungabsichern
soziale Kompetenz
HandlungskompetenzEntscheidungskompetenzSprachkompetenz
GPE_VO_01 SS07 - 61
p petc.
© 2007 Prof. Lindemann
Tagesablauf eines managementorientierten Ingenieurs
Uhrzeit Tätigkeit Problemart
8.00 Uhr Planung der Konstruktionstermine. Organisation8.00 Uhr
8.20 Uhr
Planung der Konstruktionstermine.
Suche nach externem Konstruktionsbüro. Telefonische Ver-handlung über den Einsatz von Konstrukteuren für 6 Wochen.
Organisation
Organisation
8.30 Uhr Anruf von engl. Raffinerie: "Getriebe-Totalschaden". Suchenach Berechnung und Zeichnung; Studium der Unterlagen.
Sprachproblem
9.00 Uhr Suche nach einem Konstrukteur und Monteur, die sofort hinfahren, Schaden klären, Ersatzradsatz einbauen.– Besprechung der Verhaltensregeln gegenüber Kunden.
Organisation
Menschen-füh
9.30 Uhr Produktbesprechung "Getriebe" mit Verkauf, Projektierung, Produktion, Werksleitung:– Liefertermin von Getrieben mit Konventionalstrafe
führung
Organisation
12.00 Uhr
– Auftragseingang mäßig! Was tun?
Mittagspause
g
GPE_VO_01 SS07 - 62© 2007 Prof. Lindemann
Tagesablauf eines Ingenieurs in der Konstruktion
Uhrzeit Tätigkeit Problemartg
8.00 Uhr Diskussion mit Abteilungsleiter über Kostenstruktur des Getriebes - Überprüfung der Berechnungsgrundlagen.
WirtschaftlichkeitTechnik
8.30 Uhr
10.00 Uhr
Einholen von Kosteninformationen zu Zahnrädern beim Lieferanten.
Arbeitsschritte bei der Montage eines Getriebes
Informations-beschaffung
10.20 Uhr
Arbeitsschritte bei der Montage eines Getriebes durchgehen.
Diskussion mit Werkstatt über Verbesserungspotential in der Montage
Technik
Informations-beschaffung
11.00 Uhr
Montage.
Ändern von Bauteilen zur Montageoptimierung.
Mitt
beschaffung
Technik
12.00 Uhr Mittagspause
GPE_VO_01 SS07 - 63© 2007 Prof. Lindemann
Einführung
Einführung in die Vorlesung „Grundlagen der Produktentwicklung“
AllgemeinesAllgemeines
Inhalt der VorlesungPrüfungPrüfungLehrstuhlaktivitätenPosition des Ingenieurs in der IndustriegBeispiele für Zukunftstechnologien
Ein Beispiel: Neuentwicklung eines Puffersystems einer Flaschenproduktionsanlage
Neues FunktionsprinzipBedeutung der Maschinenelemente
Zusammenfassung
GPE_VO_01 SS07 - 64© 2007 Prof. Lindemann
Zukunftstechnologien / Brennstoffzellen
Ziele
• Ersatz von Batterien und Generatoren
• Ablösung des Verbrennungsprinzips fossiler Brennstoffe
Herausforderungen
• Kosten Versuchsanlage für Membran-
Brennstoffzellenblöcke im Stuttgarter Zentrum für Luft- und Raumfahrt
• Haltbarkeit (hoher Verschleiß)
• Bauraum
Zentrum für Luft und Raumfahrt
• Gewicht
P t t PKW B Ei t l A t i b i M ktPrototypen von PKWs, Bussen und Kleintransportern
Einsatz als Antrieb im MassenmarktLaptops mit Brennstoffzellenantrieb ?
GPE_VO_01 SS07 - 65www. DieBrennstoffzelle.de 28.01.2005© 2007 Prof. Lindemann
Zukunftstechnologien/Mechatronik
Zi lZiele
• Mechanische und elektronische Bauteile kombinieren um komplexe Systeme dezentral zu steuern und zu p yregeln.
• Kostenersparnis und geringe Anfälligkeit durch modulare Struktur (kleine billige und kompatiblemodulare Struktur (kleine, billige und kompatible Einheiten werden intelligent kombiniert, statt große integrierte Strukturen zu entwickeln).
Herausforderungen
• Mechatronik erfordert die Kombination vieler bisher i l Di i li M hi b El kt t h ikeinzelner Disziplinen: Maschinenbau, Elektrotechnik,
Hard- und Software. Manipulator für die minimal
invasive Chirurgie
Mechatronik ist in vielen Bereichen bereits eingesetzt und auf dem Vormarsch ?
GPE_VO_01 SS07 - 66Quelle: Manager-Magazin, 23.08.2001© 2007 Prof. Lindemann
Zukunftstechnologien/Nanotechnik
Zi lZiele
• Aus kleinen Bausteinen Materialien mit bislang unbekannten physikalischen und chemischen p yEigenschaften entwickeln.
• Miniaturmaschinen bauen.
Herausforderungen
• Lange Entwicklungszeiten Jeder Felszahn im Nano-Atoll besteht aus einem Atombesteht aus einem Atom.
Künftig sollen so Maschinen gebaut werden.
Lowtech-Anwendungen sind bereits auf dem Markt (z B als
Frühestens 2010: Hightech-A d ( B R b t ibereits auf dem Markt (z.B. als
Beimischung oder aufgedampfte Oberflächen)
Anwendungen (z.B.: Roboter im Blutkreislauf zum beseitigen von
Trombosen)?
GPE_VO_01 SS07 - 67Quelle: Manager-Magazin, 23.08.2001© 2007 Prof. Lindemann
Zukunftstechnologien/Supraleitung
Ziel
• Elektrischen Leitungswiderstand minimieren
Herausforderungen
• Hohe Kosten noch keine ausgereiften• Hohe Kosten, noch keine ausgereiften Produktionsmethoden
• Kühlung Der Aufbau moderner Supraleiter, hier ein Modell, ist sehr komplex. , p
Die Schichten müssen exakt angeordnet sein, um bei eisigen
Temperaturen Strom ohne Widerstand fortzuleiten.
D t illö it S l it F üh t 2010 G öß A l ?Detaillösungen mit Supraleitern im Einsatz.
Frühestens 2010: Größere Anlagen funktionieren mit Supraleitern. ?
GPE_VO_01 SS07 - 68Quelle: Deutsche Physikalische Gesellschaft, 2004© 2007 Prof. Lindemann
Einführung
Einführung in die Vorlesung „Grundlagen der Produktentwicklung“
AllgemeinesAllgemeines
Inhalt der VorlesungPrüfungPrüfungLehrstuhlaktivitätenPosition des Ingenieurs in der IndustriegBeispiele für Zukunftstechnologien
Ein Beispiel: Neuentwicklung eines Puffersystems einer Flaschenproduktionsanlage
Neues FunktionsprinzipBedeutung der Maschinenelemente
Zusammenfassung
GPE_VO_01 SS07 - 69© 2007 Prof. Lindemann
Gesamtanlage PET-Flaschenproduktion, Abfüllung, Verpackung
GPE_VO_01 SS07 - 70© 2007 Prof. Lindemann
Bisheriges Konzept zur Pufferung des Transportguts: Puffertische
Maschinenstörung: Nachteile:
Transportgut staut sich auf vorgesehener Fläche
• Scheuerstellen am Transportgut
• Reservierung großer Flächen
GPE_VO_01 SS07 - 71© 2007 Prof. Lindemann
Prinzipskizze zum Befüllen und Leeren des neuen Pufferkonzepts
GPE_VO_01 SS07 - 72© 2007 Prof. Lindemann
Speicherprinzip der Pufferkette
Umlenkschlitten
Bandrückführung
Eingang
Ausgang
GPE_VO_01 SS07 - 73© 2007 Prof. Lindemann
Neues Pufferkonzept
GPE_VO_01 SS07 - 74© 2007 Prof. Lindemann
Gesamtmodell Umlenkschlitten
U l k dUmlenkung der befüllten Transportkette
Umlenkung der leeren Transportkette
Einfahrende KetteEinfahrende Kette
Schlittenverbindung
Umlenkrad mit Zentrierrad
GPE_VO_01 SS07 - 75
Ausfahrende Kette
© 2007 Prof. Lindemann
Kopplung und Lagerung der Schlittenhälften und des Zentrierrads
große Radiallager erforderlich
hohe Reaktionskräfte müssen aufgenommen werden starre Kopplung der Schlittenhälften
Einstellmöglichkeit um Grundeinstellung vorzunehmenvorzunehmen
GPE_VO_01 SS07 - 76
Minimalhöhe der Schlittenkopplung
© 2007 Prof. Lindemann
Umlenkung der Kette
A h b d K ttAusheben der Kette aus der Führung
Ausschwenkstift
Einschwenkstift
Ausschwenkstift
B li hk it f dBeweglichkeitsanforderungan die Kette
GPE_VO_01 SS07 - 77© 2007 Prof. Lindemann
Kettenglied mit Möglichkeit zur Kreisaushebung mit Nocken
Steuernocke zum A h kAusschwenken
Steuernocke zum Einschwenken
GPE_VO_01 SS07 - 78© 2007 Prof. Lindemann
Aus- und Einschwenkvorgang
Ausschwenkstift (fest am Schlitten)Ausschwenkstift (fest am Schlitten)
F h t i htFahrtrichtung
Einschwenkstift (fest am Schlitten)
GPE_VO_01 SS07 - 79
Einschwenkstift (fest am Schlitten)
© 2007 Prof. Lindemann
Bilder Produktentwicklung
GPE_VO_01 SS07 - 80© 2007 Prof. Lindemann
Einführung
Einführung in die Vorlesung „Grundlagen der Produktentwicklung“
AllgemeinesAllgemeines
Inhalt der VorlesungPrüfungPrüfungLehrstuhlaktivitätenPosition des Ingenieurs in der IndustriegBeispiele für Zukunftstechnologien
Ein Beispiel: Neuentwicklung eines Puffersystems einer Flaschenproduktionsanlage
Neues FunktionsprinzipBedeutung der Maschinenelemente
Zusammenfassung
GPE_VO_01 SS07 - 81© 2007 Prof. Lindemann
Zusammenfassung
• Jedes Element einer Maschine erfüllt eine oder mehrere Teilfunktionen, die letztendlich die G tf kti d M hi tGesamtfunktion der Maschinen erst ermöglichen. Auch kleine Maschinenelemente erfordern daher besondere Sorgfalt beim Entwurf und der Auslegung.
• Auch vermeidlich kleinere Aufgaben erfordern• Auch vermeidlich kleinere Aufgaben erfordern eine enge Zusammenarbeit mit verschiedenen Fachdisziplinen. Kooperation
• Erfolgreiches Entwickeln konkurrenzfähiger Produkte ist heute nur noch im Team möglich
+
Kommunikation !
Produkte ist heute nur noch im Team möglich.
GPE_VO_01 SS07 - 82© 2007 Prof. Lindemann
Entwicklungs-Übersicht über den Produktentwicklungsprozess
gaufgabe Marktanforderungen
Produktanforderungen
Funktionen Energie wandeln
MechanischeEnergie
Elektrische Energie
Generator
Prinziplösungen
Gestaltlösungen
ProduktFertigungs- & montage-technische Lösungen
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g
© 2007 Prof. Lindemann
Gliederung GPE
01 Einführung 20.04.0702 Methoden I 27.04.0703 Methoden II 04.05.0704 Maschine als System – Systemdenken 11.05.0705 Modellierung von Systemen 18.05.0706 Gestaltung – Grundregeln und Prinzipien 25.05.0707 Schäden im Maschinenbau 01 06 0707 Schäden im Maschinenbau 01.06.0708 Beanspruchung 08.06.0709 Bauteilfestigkeit 15.06.07g10 Herstellgerechtes Konstruieren I 22.06.0711 Herstellgerechtes Konstruieren II 29.06.0712 Kostenzielorientiertes Entwickeln 06.07.07
GPE_VO_01 SS07 - 84© 2007 Prof. Lindemann