GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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Grundlagen der Produktentwicklung Einführung SS 07 – Vorlesung 01 – 20.04.2007 P fD I Ud Li d Prof. Dr.-Ing. Udo Lindemann Lehrstuhl für Produktentwicklung Freitag 12:15 13:45 Uhr MW 2001 Freitag 12:15-13:45 Uhr, MW 2001 Sprechstunde Prof. Lindemann Donnerstag, 11:00-12:00 Uhr und nach Vereinbarung bitte anmelden! und nach Vereinbarung bitte anmelden! GPE_VO_01 SS07 - 1 © 2007 Prof. Lindemann

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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!

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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] )

( )

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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

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Turbogetriebe in konventioneller Ausführung mit Gussgehäuse

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Turbogetriebe – Lösung im Gehäuse nach Baureihenkonstruktion

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TAX Getriebe – flexible Baureihe

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TAX-Getriebe – Gehäuse mit Achsabstand 200 bis 1000mm

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TAX-Getriebe – Gehäuse mit Übersetzung 1:1,2 bis 1:10

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TAX-Getriebe – ein Beispiel

GPE_VO_01 SS07 - 9Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann

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TAX-Getriebe mit mehr als 100 MW

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Zahnradgetriebe – mehr als nur Zahnräder!

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HSWL 354

GPE_VO_01 SS07 - 12Quelle: Renk AG© 2007 Prof. Lindemann

Page 13: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

HSWL 354

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Page 14: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Hubschrauber-Hauptgetriebe – Prüfstand

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Page 15: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

PKW-Antriebsstrang – Prüfstand

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Offset-Bogendruckmaschine

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Offset-Bogendruckmaschine: Transferzylinder mit Sauger

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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

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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

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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

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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

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Page 22: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Der Lehrstuhl für Produktentwicklung

Personal

Industriepartner

Labor

Werkstatt

Rechner und SoftwareRechner und Software

Forschungsthemen

Forschungs-kooperationen

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Page 23: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Umweltgerechte Produktentwicklung

These:Unternehmen sehen Umweltauflagen als Kostentreiber!

ThThese:Umwelt macht Spaß, wenn wir damit Geld verdienen!

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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 %

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Ansicht der neuen Schneckenpresse der Hans Huber AG

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Page 26: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Reduzierung des Materialmixes

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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

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Page 28: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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 %

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Page 29: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Berechnung und Konstruktion

Fragen:Können wir berechnungsgerecht Konstruieren?Müssen wir CAD-gerecht Konstruieren?

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Page 30: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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.

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Page 31: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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.

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Page 32: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Page 33: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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?

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Page 34: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Der Staubsauger und die Biologie

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Page 35: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Auch die Fliege saugt!

Fliegenrüssel: gbiologische Kanal-strukturen

technische Übersetzung

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Page 36: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Technische Umsetzung (Prototyp)

K l t ktKanalstruktur abgeleitet vom Fliegenrüssel

Fadenheber abgeleitet vonabgeleitet von Schnecken-zungen

CAD-Modell

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Page 37: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Innovation generieren

These:Bei ausgereiften Technologien gibt es keine Leistungssprünge mehr.

FFrage:Wie kann ein Technologiewechsel generiert werden?

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Page 38: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Leistungssteigerung einer Werkzeugmaschine

Ziele High-Speed-Maschine:

• Schleifen von spezifischenBauteilen

• Schnittgeschwindigkeit erhöhenerhöhen

• Stückzeit reduzieren auf 50 %

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Page 39: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Alternative Grundkonzepte

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Page 40: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Verwendung innovativer FertigungsverfahrenProjektergebnis:Prototypische Umsetzung des Konzepts

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Page 41: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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.

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Page 42: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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.

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Page 43: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Regelung der Körpertemperatur

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Page 44: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Medizintechnik: Spreizgerät für die minimal invasive Chirurgie

Brainstorming

Aufgabenklärung

IndividuelleLösungssuche Lösungssuche

Im Team FormaleBewertung &Entscheidung

VorauswahlVersuche

g

“Pappspreizer”

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pp p

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Page 45: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Page 46: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Systemwechsel

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Page 47: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 48: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 49: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Page 50: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Unterschiedliche Produkte

GPE_VO_01 SS07 - 50© 2007 Prof. Lindemann

Page 51: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 52: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 53: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 54: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 55: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 56: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 57: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 58: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 59: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 60: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 61: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 62: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 63: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 64: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 65: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 66: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 67: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 68: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 69: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 70: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Gesamtanlage PET-Flaschenproduktion, Abfüllung, Verpackung

GPE_VO_01 SS07 - 70© 2007 Prof. Lindemann

Page 71: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 72: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Prinzipskizze zum Befüllen und Leeren des neuen Pufferkonzepts

GPE_VO_01 SS07 - 72© 2007 Prof. Lindemann

Page 73: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Speicherprinzip der Pufferkette

Umlenkschlitten

Bandrückführung

Eingang

Ausgang

GPE_VO_01 SS07 - 73© 2007 Prof. Lindemann

Page 74: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Neues Pufferkonzept

GPE_VO_01 SS07 - 74© 2007 Prof. Lindemann

Page 75: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

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Page 76: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 77: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 78: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Kettenglied mit Möglichkeit zur Kreisaushebung mit Nocken

Steuernocke zum A h kAusschwenken

Steuernocke zum Einschwenken

GPE_VO_01 SS07 - 78© 2007 Prof. Lindemann

Page 79: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 80: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

Bilder Produktentwicklung

GPE_VO_01 SS07 - 80© 2007 Prof. Lindemann

Page 81: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 82: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 83: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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

Page 84: GPE Vorlesung 01 Einfuehrung SS07

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