Im Zuge einer kürzeren Entwicklungszeit besteht oft nicht mehr die Möglichkeit, alle wichtigen Produkteigenschaften an Prototypen auszutesten. Oder die Konstruktion stellt schwer zu vereinbarende Anforderungen an die Werkstoffe. Wir zeigen, wie sich solche möglichen Fehlerquellen vermeiden lassen.

Die Regel der Fehlerkosten besagt, dass sich die durch Fehler verursachten Kosten in jeder Wertschöpfungsstufe um den Faktor 10 erhöhen. Während die Vermeidung von Fehlern in der Entwicklung meist nur wenige Euro kostet, gehen die Garantieausgaben für Ausfälle beim Kunden oft in die Tausende. Deshalb lohnt es sich, die Fehlerwahrscheinlichkeit durch optimale Entwicklungsarbeit zu reduzieren.

Häufige Fehlerquellen

Wir verwenden nicht immer die optimalen Werkstoffe

Werkstoffe können aus Gründen wie technische Eigenschaften, Umweltverträglichkeit, Recyclingfähigkeit, steigende Kosten und begrenzte Verfügbarkeit für Probleme sorgen. Software zur Materialauswahl sowie Materialdatenbanken helfen, den richtigen Werkstoff zu wählen und Fehler zu vermeiden. Derartige Software liefert umfangreiche Informationen zu Werkstoffen und Tools für Vergleiche nach vielen Kriterien.

Manchmal ist in einer Maschine der Platz knapp für Wartung und Montage

Bei der Konstruktion von Maschinen oder Fahrzeugen ist oft schwer erkennbar, ob beim fertigen Produkt sämtliche Teile für die Montage und Wartungsarbeiten gut zugänglich sind. Solche Probleme entstehen zum Beispiel dadurch, dass ein Konstrukteur nicht weiß, welche Baugruppen zu seinem Bauteil benachbart sind. Die Lösung ist die virtuelle Einbau- und Wartungssimulation mittels Digital Mock-up. Dabei werden CAD-Modelle verwendet, um das fertige Produkt im virtuellen Raum als Projektion darzustellen. Am 3D-Objekt können die Entwickler testen, ob sich Montage und Reparaturen durchführen lassen. In der Automobilindustrie schon üblich, lässt sich dieses Verfahren auch im Maschinenbau nutzen.

Die Suche nach vorhandenen CAD-Teilen kostet viel Zeit

Schon vorhandene CAD-Modelle erneut zu verwenden, ist viel kostengünstiger, als deren Neukonstruktion. Allerdings gestaltet sich die Suche nach dem richtigen CAD-Teil oft mühsam. Bei Verwendung einer PDM-Software sind vorhandene Teile viel leichter zu finden. Dabei hilft es, eine Klassifikation wie ecl@ss zu nutzen. Sie ermöglicht im PDM-System die Vergabe genauer Schlagworte. Spezielle Tools für geometrische Ähnlichkeitssuche finden darüber hinaus auch ähnliche Teile.

Die Herstellung mancher Produkte im 3D-Druck funktioniert nicht

Durch additive Produktion verschwinden einige Restriktionen, dafür gibt es neue. Zum Beispiel sind geringe Wandstärken schwer zu produzieren. Stützkonstruktionen sind notwendig, sollten sich aber nicht an komplexen Stellen eines Teils befinden. Es lassen sich nicht Baugruppen aus mehreren Teilen zusammen produzieren. Lassen Sie zuständige Mitarbeiter über die Möglichkeiten und Grenzen der additiven Produktion schulen.

Der Bau von Prototypen dauert zu lange

Einer der zeitraubendsten Faktoren während der Entwicklung ist der Bau von Prototypen. Im Zuge immer kürzerer Entwicklungszeiten ist die Herstellung von Prüfmustern nur noch eingeschränkt möglich. Dennoch besteht weiterhin die Notwendigkeit, zur Fehlervermeidung die Produkte vor der Herstellung gründlich zu testen. Nutzen Sie verstärkt Simulation, etwa Struktur- und Strömungssimulation, um Prototypen zu ersetzen. Damit können Sie den größten Teil der Versuche während der Konstruktion im Maschinenbau virtuell durchführen. Tools für konstruktionsbegleitende Simulation lassen sich direkt am CAD-Arbeitsplatz installieren.

Die Konzeptphase führt nicht immer zu stimmigen Ergebnissen

Während der Konzeptphase entwickeln Unternehmen neue Ideen für Maschinen. Die Konstrukteure entwerfen Kinematiken, planen Sensoren ein, platzieren Motoren und berücksichtigen zu erwartende Belastungen. Ob sich die fertige Maschine tatsächlich so verhält, wie geplant, ist in der Konzeptphase oft schwer zu erkennen. Verwenden Sie Systemsimulationen, um mehr Planungssicherheit zu erlangen. Mit solchen Tools können Sie eine Maschine mit all ihren beweglichen Teilen, einwirkenden Kräften und Antrieben multiphysikalisch simulieren. Damit lässt sich ein Maschinenkonzept auf Leistungsfähigkeit und Robustheit prüfen. Durch Testläufe mit unterschiedlichen Parametern können Sie eine Maschine noch vor der Konstruktion optimieren.

Manchmal werden Fehler in der Entwicklung spät erkannt

Technische Fehler in Produkten sind selten offensichtlich – sonst würde man sie nicht begehen. Die Kunst besteht darin, Fehler zu finden, noch bevor sie Schäden oder hohe Kosten verursachen. Genau das ist der Zweck der Methode FMEA (Fehler-Möglichkeiten- und Fehler-Einfluss-Analyse). Diese Methode dient dazu, mögliche Fehler während der Konstruktion im Maschinenbau und anderen Branchen rechtzeitig zu erkennen und zu vermeiden. Die Lösungsvorschläge richten sich hauptsächlich auf das Vermeiden und weniger das Entdecken von Fehlern. Fehlerpotentiale unter Einbeziehung von Kundenerfahrungen auszumerzen, ist die Aufgabe der Methode Mizenboushi. Dazu werden die Berichte von kundennahen Unternehmensbereichen wie Service und Vertrieb ausgewertet. Diese von Toyota erfundene Methode ist einfacher als FMEA und stärker diskussionsorientiert.

Es gibt also eine Menge Möglichkeiten, Fehler und Probleme schon während der Entwicklung und Konstruktion zu vermeiden. Die meisten bestehen in der Anwendung von bestimmten Methoden, die teilweise die Nutzung spezieller Software erfordern. Entscheiden Sie, welche Entwicklungsmethoden für Ihr Unternehmen geeignet sind.