Optimale Vorarbeit für Konstruktionen: der Konzeptentwurf

Die erste Phase der Produktentwicklung, die Konzeptphase, spielt eine wichtige Rolle für den letztendlichen Erfolg eines neuen Produkts. Ein falsches Konzept kann zu komplexeren Konstruktionen, notwendigen Umkonstruktionen, verpassten Terminen und explodierenden Produktkosten führen. Im schlimmsten Fall kann es ein Unternehmen sogar in den Ruin treiben. In dieser Phase getroffene Annahmen und Entscheidungen haben enorme Auswirkungen auf die Konstruktion, Fertigung und Lebensdauer des Produkts. Die Wahl des richtigen Konzepts ist daher vielleicht die wichtigste Entscheidung, die ein Hersteller treffen muss.

Während der Konzeptphase werden Ideen von den Ingenieuren und Designern schnell erkundet und verfeinert. Die Beteiligten nehmen im Team an Brainstorming-Sitzungen teil und loten das Spektrum der Konstruktionsoptionen in Form von Skizzen, 2D-Zeichnungen und -Layouts sowie 3D-Modellen aus, bis ein endgültiger Konzeptentwurf feststeht. Konzepte können als Skizzen auf Papier beginnen, aber irgendwann müssen realitätsgetreue Modelle erstellt werden, um die Funktion, die Bewegungsabläufe und das Aussehen des echten Produkts nachzuempfinden.

Bei der Konzeptphase geht es jedoch um mehr als nur eine Gruppe von Menschen, die über fotorealistischen Hochglanz-Abbildungen von Konzeptentwürfen brüten. In vielen Branchen, beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau, in der Luft-/Raumfahrt und Verteidigung usw., sind funktionelle Anforderungen wichtiger als Ästhetik und die äußere Gestaltung. In diesen Fällen muss das Konstruktionsteam die funktionellen Anforderungen an den Entwurf (die Konstruktionsabsicht) zusammen mit den Kundenbedürfnissen, der Bearbeitungseignung, Umweltfragen und den Stücklistenkosten berücksichtigen. In anderen Branchen wie der Hightech-Industrie oder der Konsumgüterindustrie haben funktionelle Anforderungen eine sekundäre Bedeutung gegenüber Gestaltungsfragen, beispielsweise gekrümmten oder gezogenen Oberflächen.

Die Konstruktionsabsicht ist das Wissen, das die Anforderungen an Form und Funktion des Produkts definiert. Der Erfolg des fertigen Produkts hängt letztendlich davon ab, dass die Konstruktionsabsicht frühzeitig erfasst, im Konzeptmodell sicher gekapselt und über den kompletten Konstruktionszyklus hinweg erhalten wurde, ohne dabei die Kreativität im Keim zu ersticken. Unrealistische Konzepte überstehen die mechanische Konstruktion in der Regel nicht, wenn Einschränkungen durch Physik, Mathematik, Bearbeitungseignung, Branchenstandards und Kundenanforderungen zum Tragen kommen.

Ein häufiger Fehler ist, sich zu früh im Prozess auf ein einziges Konzept zu konzentrieren. Der Grund ist häufig der Druck von außen (Marketing-Vorführmodelle für Messen, Saisonverhalten der Verbraucher, Budgets für Forschung und Entwicklung, Mitbewerber usw.). Die Folgen sind oft unglückliche Konstruktionsentscheidungen, sodass die Konstrukteure, die sich nun auf ein Konzept festgelegt haben, dazu gezwungen sind, Komplikationen zu umschiffen, die während des verbleibenden Entwicklungsprozesses auftreten.

Um solche Katastrophen zu vermeiden, sollten sich Unternehmen in dieser wichtigen Phase wirklich Zeit lassen. Sie sollten sich nicht allzu früh auf ein Konzept festlegen, sondern lieber mehr Designer einsetzen, um mehrere Konzepte parallel auszuarbeiten. Anschließend sollten mehrere Konzepte in die Detailkonstruktion gehen, bis das Konstruktionsteam mit maximaler Sicherheit sagen kann, welche Konstruktionen funktionieren und welche nicht. Sollte eine Konstruktion die in sie gesetzten Anforderungen nicht erfüllen, ist das die Chance, es herauszufinden.

Branchenübliche Tools

Für diesen iterativen Prozess sind äußerst flexible Konstruktionstools notwendig, da Konstruktionskonzepte in dieser Phase noch extrem oft geändert werden.

Nach der Erstellung müssen die konzeptionellen Konstruktionsvorschläge, die in Form von Skizzen, 2D-Zeichnungen oder 3D-Modellen vorliegen, vom erweiterten Konstruktionsteam und vielleicht auch von den Kunden geprüft und anschließend basierend auf den Ergebnissen rasch verfeinert werden. In dieser Phase sollten ständig neue Iterationen entstehen. Die Konstruktionstools müssen daher so benutzerfreundlich und intuitiv sein, dass sie auch von Nicht-CAD-Experten genutzt werden können. Häufig unterscheiden sich diese Tools von den MCAD-Tools, die in der Detailkonstruktionsphase eingesetzt werden .

Wenn Konzeptmodelle an das technische Entwicklungsteam übergeben und in einem MCAD-System rekonstruiert werden, ist dies nicht nur äußerst ineffizient, da bereits vorhandene Daten neu erstellt werden müssen, sondern es führt auch zu oft drastischen Änderungen an den Konstruktionen. Fehlinterpretationen von Konzeptmodellen sind oft die Folge mangelnder Kommunikation zwischen Konzept- oder Industriedesignern und den Maschinenbauingenieuren, die das 3D-CAD-Modell anfertigen müssen, auf dessen Grundlage das fertige Produkt gebaut werden soll. Diese Trennung zwischen Design/Styling-Team und dem übrigen Produktentwicklungsteam führt oft zum Verlust der Konstruktionsabsicht, während die Entwürfe den Konstruktionszyklus durchlaufen.

Eine Möglichkeit, dies zu verhindern, besteht in der Wahl einer Suite von Konstruktionstools, die sowohl die Konzept- als auch die Detailkonstruktion abdecken. Durch ihre bidirektionale Interoperabilität können diese Tools dazu beitragen, die Gefahr einer Kommunikationslücke zu bannen und vermeiden, dass Ingenieure die Konzeptmodelle der Designer interpretieren oder rekonstruieren müssen. Auf diese Weise wird die Konstruktionsabsicht geschützt und die Wiederverwendung von Konstruktionsdaten ermöglicht. Maschinenbauingenieure müssen nach Genehmigung der Konzeptmodelle also nicht von vorne beginnen.

Wenn Konzeptentwicklungstools und MCAD-Tools miteinander interoperabel sind, können genehmigte Skizzen, Zeichnungen und sogar 3D-Konzeptmodelle ganz einfach in die CAD-Software übernommen und dort weiter zu einem echten digitalen 3D-Modell oder virtuellen Prototyp verfeinert werden, der schließlich konstruiert, getestet und gebaut werden kann.

Bild: Andrea Resmini

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