Erklärung

Kleinteilige, kundenorientierte Märkte und immer komplexere Produkte machen systematisches und methodisches Vorgehen im Entwurf und der Konstruktion nahezu unumgänglich, vor allem, da viele Problemstellungen und Vorgaben für möglichst viele Parteien gleichermaßen zufriedenstellend gelöst werden müssen.

Konstruktionsmethodik setzt auf Problemzerlegung, da gerade vielfältige, kleinteilige Produkte sehr umfassende Herausforderungen mit sich bringen, deren Lösung eine geeignete Arbeitsstruktur voraussetzt. Herausforderungen und Probleme werden in Teilprobleme zerlegt, Teilprobleme werden gelöst und Lösungen der Teilprobleme dann zur Lösung des Gesamtproblems neu verknüpft.

Konstruktionsmethodik fördert Innovationen und Systemdenken (Produkte/Dienstleistungen sind meist in sich geschlossene Systeme, also aufgaben-, sinn- oder zweckgebundene Einheiten, die aus vielen Komponenten und Elementen bestehen), das durch Abstraktion, sowie modell- und bildhafte Aufspaltung einen Überblick über die Komplexität ermöglicht und die Gewissheit verleiht, dass kein essenzieller Bauteil vergessen wurde.

Ziel

Konstruktionsmethodik wird als Handlungsstrategie eingesetzt, um Entwurf und Konstruktion möglichst effizient zu gestalten, da durch das methodische Vorgehen Fehlerpotenziale verringert werden.

Das (zu entwickelnde) Produkt/die Dienstleistung wird nach Problemen analysiert, die jeweils für sich gelöst werden, um das Gesamtproblem durch die Lösung von Teilproblemen aus der Welt zu schaffen.

Vorgehen

Die Konstruktionsmethodik besteht aus den drei Arbeitsabschnitten:

  1. Aufgabenklärung,
  2. Lösungsentwicklung und
  3. Lösungsauswahl,

die jeweils wieder unterteilt werden können, sodass sich konkrete Einzelschritte ergeben:

  1. Aufgabe analysieren
  2. Schwachstellen erkennen
  3. Ziele und Anforderungen definieren
  4. Aufgabe neu formulieren
  5. Zielfestlegung (Zielvorgaben bieten Voraussetzung für erfolgreiche Lösungen. Ziele sind Soll-Vorstellungen des Auftraggebers (z.B. Kunde, Vertrieb oder Unternehmer) und Anforderungen (Solleigenschaften), um die Aufgabe zu strukturieren)
  6. Aufgabe abstrahieren, strukturieren und gliedern (z.B. in wesentlich und unwesentlich), um essenzielle Ansatzpunkte herauszuarbeiten. Daraus ergeben sich Teilaufgaben, die alleine, oder auf mehrere Personen (sequenziell/parallel) bearbeitet werden können.
  7. Projektplanung mit einer Zeit- und Kostenvorgabe erstellen (bei einfachen, niederkomplexen Aufgaben kann die Planung entfallen)
  8. Lösungen suchen (Zunächst wird nach vorhandenen Lösungen gesucht, innovative Lösungen können mit Kreativitätsmethoden generiert werden. Wichtig ist es mehrere Lösungsansätze zu entwickeln, um eine Auswahl treffen zu können. Teillösungen für Teilaufgaben müssen im Kontext betrachtet werden.)
  9. Lösungen analysieren und bewerten (Abgleichen mit Anforderungsliste und Zielsetzung, Analysieren der Auswirkungen auf andere Komponenten/Gesamtsystem. SWOT-/Plus-Minus-Analyse durchführen.)
  10. Lösung(en) auswählen (Gewählte Lösung weiter ausarbeiten. Genügt keiner der zur Entscheidung stehenden Lösungsvorschläge den Anforderungen, erfolgt ein iterativer Rücksprung, es müssen neue Lösungen entwickelt werden)

Weitere Herangehensweisen und Strategien, die in die Konstruktionsmethodik implementiert werden können:

  • Vom Vorläufigen zum Endgültigen
    Bei dieser Strategie wird davon ausgegangen, dass die Gestalt eines Produkts durch die geforderten Funktionen bestimmt wird.
    Dazu werden Anforderungen zunächst bildhaft in abstrakte Funktionen übertragen (Bsp.: Mind-Map). Die Lösungsansätze für die Funktionen werden dann schrittweise konkretisiert (z.B. in einem skizzierten Entwurf), bis eine Lösung erreicht ist.
    Um den Zusammenhang zwischen abstraktem Denken und der nötigen Konkretisierung nicht aus den Augen zu verlieren, zeichnen sich gute Problemlöser durch ein fortwährendes „Pendeln zwischen dem Abstrakten und dem Konkreten“ aus.

  • Abstraktion als Konzeptionsstrategie
    Abstraktion ist ein wesentliches Mittel zur Verringerung der Komplexität. Wesentliches wird analysiert und betont und unwesentliches weggelassen, um uns das Denken zu erleichtern. Bei der Abstraktion wird am Anfang alles bis auf das Grundgerüst abgespeckt – man beschränkt sich auf das „zentrale Problem“, das Kernsystem bzw. die maßgeblichen Funktionsträger (beeinflussen viele Nachbarsysteme, werden selbst aber wenig beeinflusst) und die A-Funktionen (dazu bietet sich eine ABC-Analyse an).
    Nach und nach wird dann das Gesamtprodukt/Dienstleistung iterativ auf dem Gerüst aufgebaut.

  • Variation von Gestaltparametern
    Die Variation von Gestaltparametern wie Form, Lage, Zahl, Größe, Verbindungen, Werkstoffe, Fertigungsverfahren oder Kinematiken dient dem Zweck, unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten zu erzeugen. Die aufgeführten Gestaltmerkmale stellen einen Leitfaden für die systematische Gestaltvariation dar. Sie sollen als Anregung in der Lösungsfindung dienen und haben sich in der Praxis als hilfreiche Werkzeuge in der systematischen Lösungssuche bewährt.

  • „Von innen nach außen“ oder „von außen nach innen“
    In diesem Zusammenhang stellt sich auch die Frage, ob das zentrale Problem immer „innen“ liegt, d.h. ob man „von innen nach außen“ oder „von außen nach innen“ denken/ konzipieren/ gestalten bzw. konstruieren soll. („Am Anfang war die Mittellinie!“).
    In jedem Fall ist ein fortwährender Denkwechsel zwischen innen und außen, zwischen dem Ganzen und dem Detail nötig. Diese Strategie wird manchmal auch als „Weg vom Groben zum Feinen“ bezeichnet bzw. als „schrittweise Erhöhung des Detaillierungsgrades“.

  • Konzentration auf das Wesentliche
    Pendeln zwischen dem Ganzen und dem Detail: Aus den einzelnen Lösungsprinzipien wird ein Konzept erstellt. Dieses wird in Module gegliedert, die entsprechenden Vorentwürfe werden zu einem Gesamtentwurf zusammengefasst, der wiederum in einzelne Komponenten und Bauteile zerlegt wird. In der Montage werden die Einzelteile wieder zu einem Ganzen zusammengefügt.
    Um bei dieser Strategie die nötige Konkretisierung im Detail nicht aus den Augen zu verlieren, ist eine „zoomende Arbeitsweise“ nötig.

  • Bearbeitung iterativ im Wechsel zwischen Synthese und Analyse
    Um die endgültige Lösung reflektiert zu erstellen und schrittweise zu optimieren („vom Vorläufigen zum Endgültigen“ oder „vom Groben zum Feinen“), ist ein fortlaufender Wechsel zwischen Synthese und Analyse notwendig. Man arbeitet beim Problemlösen nach dem „trial and error“-Prinzip. Es muss zuerst ein Syntheseschritt ins Neuland gewagt werden: „Ohne Synthese, ohne riskantes Tun gibt es keine Fehlererkenntnis und keinen Erkenntnisfortschritt“.

  • Suche nach mehreren Lösungen und dann begründete Auswahl
    Die Erarbeitung mehrerer Lösungen ist nötig, da nicht garantiert werden kann, dass die „erstbeste“ Lösung auch wirklich die beste ist. Iteratives Arbeiten bietet die besten Chancen eine optimale Lösung zu finden.

Tipp

Positiv für einen erfolgreichen Konstruktionsprozess sind folgende Parameter:

  • die Fähigkeit zum Erzeugen realitätsnaher, bildhafter und konkreter Vorstellungsbilder
  • die Fähigkeit zum Denken in vernetzten Systemen
  • eine gewisse Frustrationstoleranz hinsichtlich des Umgangs mit Ungewissem bzw. Ungelöstem
  • die Fähigkeit sowohl zu abstrahieren wie zu konkretisieren,
  • ein Kompetenzbewusstsein, das durch erfolgreich gelöste Probleme entsteht 
  • die Bereitschaft, sich Denkarbeit zu machen, d.h. Spaß am Lösen von Problemen zu haben

Konstruktionsmethodik ist nicht nur in der Konstruktion einsetzbar, sondern ist eine allgemein anwendbare Problemlösungsmethode, die in allen Lebensphasen von Produkten bzw. Systemen angewendet werden kann.

Quellen

Josef Ponn - Udo Lindemann / Konzeptentwicklung und Gestaltung technischer Produkte

Ehrlenspiel, K.: Integrierte Produktentwicklung: Methoden für Prozessorganisation, Produktentwicklung und Konstruktion. München: Hanser 2003.

Pahl, G.; Beitz, W.: Konstruktionslehre - Methoden und Anwendung. 

Daenzer, W. F. Huber; Systems Engineering - Methodik und Praxis. Zürich: Verlag für industrielle Organisation 2002.

VDI-Richtlinie 2221: Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte. Düsseldorf VDI-Verlag 1993


Studienarbeiten:

Styroporschredder - Born - Scheidig - Kotulla - SS 12

Styroporschredder - Klöpfer - Polka - Brinkmann - SS 12

Styroporschredder - Weber - Spaderna - Markovic - SS 12

Styroporschredder - Thomé - Lerch - Von Pflugk - SS 12

Ecodesign - Franke - Heller - Kiefner - WS 14/15

Beispiele