VDI 2221-1993 Systematic approach to the development and design of technical systems and products.pdf

1、DK 62.001 /.002: 621: 681: 66.0681.3.06(083.132) VDI-RICHTLINIEN Mai 1993VEREINDEUTSCHERINGENIEUREMethodikzum Entwickeln und Konstruierentechnischer Systeme und ProdukteVDI 2221Systematic approachto the development and designof technical systems and productsInhalt SeiteVorbemerkung 21 Zielsetzungen

2、22 Grundlagen der Methodik 33 Vorgehensstrategien 63.1 Entwicklungs- und Konstruktionsaufgaben 63.2 Generelles Vorgehen 73.3 Rechneruntersttztes Vorgehen 134 Beispiele 174.1 Beispiele Maschinenbau 174.2 Beispiel Verfahrenstechnik 244.3 Beispiel Feinwerktechnik 274.4 Beispiel Software-Entwicklung 305

3、 Methoden 326 Begriffe 39Schrifttum 42VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschu Methodisches KonstruierenVDI-Handbuch KonstruktionB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-2- VDI2221 Alle

4、Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 993VorbemerkungDie Richtlinie VDI 2221 liegt seit August 1985 alsEntwurf und seit November 1986 als Weidruck vor.Sie wurde vom Ausschu Methodisches Konstruieren“ unter Beteiligung von Konstruktionswissenschaftlern verschiedener Ausrichtunge

5、n und Mitarbeitern aus der Industriepraxis der alten Bundeslnder erarbeitet. Entsprechend den in VDI 1000 festgelegten Regeln wurde nach fnQ hriger Laufzeit dieserRichtlinie eine berprfung und eine berarbeitungnotwendig. Nach Meinung des Ausschusses, derdurch Konstruktionswissenschaftler aus den neu

6、enBundeslndern ergnzt wurde, ist die Erstfassung derRichtlinie nach wie vor praxisgerecht, entspricht imwesentlichen noch dem gegenwrtigen Stand derKonstruktionsforschung und erscheint nur bei wenigen Aussagen ergnzungsbedrftig. Anregungen zugeringfgigen nderungen und Ergnzungen ergaben sich aus sch

7、riftlichen Stellungnahmen von Aus-schumitghedern und aus kritischen Bemerkungender ffentlichkeit whrend der bisherigen Laufzeitder Richtlinie.Die nun vorliegende 2. Ausgabe des Weidrucks derRichtlinie VDI 2221 entstand deshalb im Umlaufverfahren aufgrund einer Vorlage des Obmanns und derVDI-EKV-Gesc

8、hftsstelle sowie deren kritischerDurchsicht durch die Ausschumitglieder.Alle Beteiligten hoffen, mit dieser Neuausgabe derRichthnie der nationalen und internationalen Fachwelt erneut eine Arbeitsunterlage zur Verfgung zustellen, die die im Abschnitt 1 aufgefhrten Zielsetzungen erfllt und die Kompete

9、nz der VDI-Gesell-schaft Entwicklung Konstruktion Vertrieb frgrundlegende, branchenbergreifende Aussagen zurEntwicklung und Konstruktion technischer Produkte unterstreicht.VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE1 ZielsetzungenDie wettbewerbsfhige Herstellung technischer Produkte wird entscheidend von der Leistu

10、ngsfhigkeitdes Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses beeinflut. Dieser Proze ist geprgt durch eine groeVielfalt zu lsender Aufgaben, unternehmensspezifischer Bedingungen sowie marktseitiger und arbeitstechnischer Entwicklungstrends. Eine allgemein anwendbare Methodik zum Entwickeln und Konstruier

11、en technischer Systeme und Produkte mu dieseVielfalt bercksichtigen, um den Bedrfnissen derPraxis gerecht zu werden. Diese anspruchsvolle Zielsetzung soll durch eine Strukturierung wesentlicherZusammenhnge und daraus ableitbarer Arbeitsanleitungen mit Hilfe mehrerer VDI-Richtlinien erreicht werden.D

12、ie Richtlinie VDI 2221 behandelt allgemeingltige,branchenunabhngige Grundlagen methodischenEntwickeins und Konstruierens und definiert diejenigen Arbeitsabschnitte und Arbeitsergebnisse, diewegen ihrer generellen Logik und ZweckmigkeitLeitlinie fr ein Vorgehen in der Praxis sein knnen.Wesentliche me

13、thodische Grundlagen sind hierbeiNomenklatur und Instrumentarium der Systemtechnik als allgemeine Problemlsungsmethodik 20; 35sowie die insbesondere fr den Maschinenbau unddie Fein Werktechnik bekannten Methodenvorschlge 57; 71; 84; 91; 102; 105. Ablufe fr unterschiedliche Branchen sollen dem Anwend

14、er dieserRichtlinie den Bezug zu speziellen Verhltnissen undBegriffen erleichtern, obwohl Abgrenzungen zwischen den Branchen mehr und mehr verschwinden,auch durch den Zwang zur Teamarbeit. Ferner sollensie die Mglichkeit geben, den vorhandenen Ent-wicklungs- und Konstruktionsablauf inhaltlich undorg

15、anisatorisch zu berdenken und gegebenenfalls zundern, mit dem Ziel, den Aufwand zu reduzieren,die Mglichkeiten der Datenverarbeitung optimaleinzusetzen und die Marktfhigkeit der entwickeltenProdukte zu gewhrleisten. Vor allem fr eine durchgngige, integrierende Datenverarbeitung imGesamtunternehmen e

16、rscheint es notwendig, denEinsatz der Datenverarbeitung beim Entwicklungsund Konstruktionsproze in ein methodisches Vorgehen zu integrieren. Diese Richtlinie wurde deshalbvor allem auch unter diesem Gesichtspunkt erarbeitet.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD

17、19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 993 VDI 2221 -3-Ein weiteres Ziel ist es, die besonders in den letztenJahren durch Forschungs- und Praxisarbeiten entstandene Vielfalt von Methoden zur Durchfhrungeinzelner E

18、ntwicklungs- und Konstruktionsschrittezusammenzustellen und zu ordnen, so da der Leserderen typische Anwendungsgebiete erkennen kann.Dabei wird auf eine ausfhrliche Methodenbeschreibung verzichtet.Weiterhin werden die zum generellen Vorgehen erforderlichen Begriffe definiert. Das dient sowohl demVer

19、stndnis der Richtlinie als auch der Vereinheitlichung der Begriffsinhalte in Wissenschaft und Praxis.Aufbauend auf dieser Dachrichtlinie wurden weitereRichtlinien fr bestimmte Konstruktionsphasen, z.B.fr das Konzipieren und das Entwerfen technischerSysteme sowie fr das Vorgehen in speziellen Branche

20、n, z.B. in der Fein werk technik, geschaffen odersollen geschaffen werden. Durch den damit mglichen greren Detaillierungsgrad des Vorgehens lassen sich sowohl die speziellen Bedingungen der Arbeitsabschnitte und der verschiedenen Fachgebieteals auch die Unterschiede einzelner Methodikschulenbesser b

21、ercksichtigen. Ferner sollen in den anderenRichtlinien die in Betracht kommenden Einzelmethoden ausfhrlicher mit Beispielen erlutert werden.Dieses Vorgehen soll jedoch nicht die angestrebteZielsetzung der Schaffung einer allgemeinen anwendbaren Entwicklungs- und Konstruktionsmethodik inFrage stellen

22、 sondern soll trotz Herausarbeiten derspeziellen Zusammenhnge die Mglichkeiten zumAnwenden einheitlicher Methoden erkennbar machen.2 Grundlagen der MethodikBeim Entwickeln und Konstruieren technischer Produkte mu eine Vielzahl unterschiedlicher Problemegelst werden. Es liegt deshalb nahe, das Vorge

23、henbei einem allgemeinen Problemlsungsproze auchauf den Entwicklungs- und Konstruktionsproze zubertragen.Ein Problemlsungsproze stellt einen engen Zusammenhang zwischen Zielsetzung, Planung, Durchfhrung und Kontrolle dar, verbunden durch Entscheidungen. Die Systemtechnik als interdisziplinre Problem

24、lsungsmethodik fr knstliche Systeme gibteine allgemeine Darstellung dieses Prozesses 20; 35;78. Das systemtechnische Vorgehensmodell gemBild 2.1 gliedert zunchst den zeitlichen Werdegangeines Systems vom Abstrakten zum Konkreten hinin sogenannte Lebensphasen. Ferner enthlt das Vorgehensmodell eine P

25、roblemlsungsstrategie, die prinzipiell auf jede Lebensphase anwendbar ist.Problemanalyse: Jede Problem- bzw. Aufgabenstellung bewirkt zunchst eine Gegenberstellung mitmehr oder weniger Unbekanntem hinsichtlich derLsung des Problems. Diese Konfrontation hngtvom Wissens- und Informationsstand des Bear

26、beitersab. Hufig wird eine ber die Eingangs-Problemstellung hinausgehende Information erforderlich oderhilfreich sein, bei der Nheres ber die Aufgabe undderen Schwerpunkte, Bedingungen und mgliche Lsungswege gewonnen wird.Problemformulierung: Eine anschlieende Formulierung und vor allem Przisierung

27、des zu lsenden Pro-Lebensphasen des SystemsSystemvorstudieSystementwicklungSystemherstellungSystemeinfhrungSystembetriebSystemwechselProblemanalyseProblemformulierungSystemsyntheseSystemanalyseBeurteilungEntscheidungOOCD !CCDCDcprjrCDr1rjrjrrBild 2.1 . Systemtechnisches Vorgehensnnodell in Anlehnung

28、 an 9; 35; 78B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11-4- VDI 2221 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1993blems aufgrund des vollstndigeren Informationsstandes erleichtert die

29、Lsungssuche, weil mit dieserder Wesenskern der Aufgabe und die zu beachtendenAnforderungen ohne Vorfixierung auf Lsungen inder Sprache des Bearbeiters ausgedrckt werden.Systemsynthese: Beim Suchen nach Lsungen in dieser Phase des Problemlsungsprozesses werden Lsungsideen oder schon konkrete Lsungen

30、erarbeitetund kombiniert. WesentHches Merkmal ist das Entwickeln bzw. Erkennen nicht nur einer Lsung, sondern mehrerer Lsungen.Systemanalyse : In einem anschlieenden Schritt wirddann dieses Lsungsfeld hinsichtlich der Eigenschaften seiner Lsungen analysiert, um die fr eine Lsungsauswahl erforderlich

31、en Informationen zu gewinnen.Beurteilung und Entscheidung: Die Beurteilung derLsungseigenschaften in bezug auf die gestellten Anforderungen ist Grundlage fr eine anschlieendeEntscheidung ber eine bevorzugte und zur Weiterfhrung der Systementwicklung geeignete Lsungoder ber einen Abbruch der Entwickl

32、ung.Erst eine zweckmige Verbindung dieser Schrittefhrt zu einer Vorgehensstrategie oder einem Vorgehensplan. Die in Bild 2.1 vereinfachend dargestelltelineare Aneinanderreihung der Vorgehensschrittereicht bei komplexen Problemstellungen nicht zurLsungsfindung aus. Als wichtig und blich helfendann Wi

33、ederholungszyklen, bei denen die Vorgehensschritte mehrmals durchlaufen werden. Dieses iterative Vorgehen fhrt zum Anheben des Informationsniveaus fr einen erneut zu durchlaufenden Schrittentsprechend einem Lernproze, Bild 2.2.PhaseBild 2.2. Systemtechnische ProblemlsungszyklenDie Vorgehensschritte

34、enthalten einzeln und in ihrerGesamtheit Ttigkeiten zum Gewinnen, Verarbeitenund Ausgeben von Informationen. Bei diesem Informationsumsatz hat eine Ausgabe von Informationeneine Gewinnung von Informationen zur Folge, entweder fr den nchsten Vorgehensschritt oder freinen vorangegangenen. Gewinnen und

35、 Verarbeitenvon Informationen kennzeichnen auch die Analyseund die Synthese, die stets eng miteinander verknpftsind und einander bedingen.Eine Aufgliederung des Problemlsungsprozesses inparallellaufende Lsungswege wird von der Kybernetik als wirksame und wirtschaftliche Vorgehensweise zur Lsung komp

36、lexer Probleme genannt. Dasauch in der Praxis bewhrte Prinzip besteht in derAufgliederung eines komplexen Gesamtproblems inerkennbare Teilprobleme und Einzelprobleme zu einem mghchst frhen Zeitpunkt. Dadurch knnenauf einfachere Weise Lsungen gefunden werden.Anschlieend werden diese Einzel- bzw. Teil

37、lsungenzur Gesamtlsung des Gesamtproblems verknpft.In Bild 2.3 wird dieses wichtige Vorgehensprinziperlutert, dessen methodische Grundlage auch in einer Strukturierung eines Systems in Teilsysteme undSystemelemente zu sehen ist. Eine solche Strukturierung frdert das Erkennen von Teilproblemen, dasga

38、nzheitliche Denken durch Offenlegen von Strukturen und Zusammenhngen, den Zwang zur Systematisierung, das Erarbeiten alternativer Lsungen, dasbernehmen bekannter und bewhrter Teillsungenund auch das Einfhren rationeller organisatorischerArbeitsteilungen. Nicht unproblematisch bei diesemVorgehensprin

39、zip ist das Erkennen der Kombinier-blem- und SystemstrukturierungB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1 993 VDI 2221 -5-barkeit von Einze

40、llsungen zu Teillsungen und Gesamtlsungen, d.h. der Vertrglichkeit der Einzellsungen bzw. der Teillsungen untereinander. Alle genannten Aspekte sind auch Grundlagen fr die Anwendung der Datenverarbeitung.Eine weitere allgemein gltige Erkenntnis fr das Lsen von Aufgaben bzw. Problemen besteht darin,

41、daes zweckmig ist, den Lsungsproze in Phasen zunehmender Konkretisierung durchzufhren Strategie: vom Abstrakten oder Allgemeinen zum Konkreten, Besonderen. So werden zunchst in einer prinzipiellen Lsung die grundlegenden Zusammenhngeund erst in einem realisierbaren Entwurf die weiterenEinzelheiten f

42、estgelegt. In die gleiche Richtung gehtdie Strategie : vom Wesentlichen zum weniger Wesentlichen bzw. von den Hauptproblemen zu den Teilproblemen.Forschungserkenntnisse aus der Denkpsychologieund empirische Konstruktionsuntersuchungen 27;28; 30; 39; III werden in zunehmendem Mae zurWeiterentwicklung

43、 konstruktionsmethodischen Vorgehens herangezogen, weil das Verhalten des Konstrukteurs und damit seine Einbindung in eine Vorgehensmethodik von den menschlichen Fhigkeitenstark beeinflut werden. Kernfrage bei den konstruktionsrelevanten denkpsychologischen Untersuchungen ist: Wodurch zeichnen sich

44、gute Problemloser bzw.erfolgreiche Konstrukteure aus? Zunchst besitzen sieein gut geordnetes Fachwissen. Darber hinaus betreiben sie eine sorgfltige Problemanalyse, finden einrichtiges, an das zu lsende Problem angepates Mazwischen Konkretheit und Abstraktion, haben einenBlick fr wesentliche Hauptpr

45、obleme bzw. Hauptfunktionen und beginnen bei diesen mit der Lsungssuche, betreiben eine, dem Problem angepate Va-rientensuche und verwenden viel Zeit zur genauenAnalyse und Beurteilung von Lsungen, knnenauch bei auftretenden Schwierigkeiten z.B. durchUmstrukturieren oder Zusammenfassen von Informati

46、onen oder durch ndern des Arbeitsablaufshandeln; sie nutzen eine inhalthch begrndbare Strategie zur Ablaufsteuerung des Problemlsungsprozesses, verfgen ber ein signifikant besseres Vorstellungsvermgen fr Lsungen (beim Konstruieren,vor allem rumliches) und haben ein flexibles Entscheidungsverhalten.

47、Neben Fakten- und Methodenkenntnissen verfgen gute Problemlser ber einehohe sogenannte Heuristische Kompetenz“ 39,wozu vor allem die Aktivierung zielgerichteter Kreativitt, das Erkennen von Wichtigkeit und Dringlichkeit sowie das Planen, Steuern und Kontroierender eigenen Arbeit gezhlt werden kann.

48、Nach 28wirkt sich auf die Kreativitt positiv auf: die Fhigkeit zum Erzeugen konkreter Vorstellungsbilder undzum Denken in beziehungsreichen (vernetzten) Systemen, eine Frustationstoleranz bezglich des Umgangs mit Ungelstem, ein Kompetenzbewutseinsowie die Bereitschaft bzw. der Spa an Denkarbeitzur Problemlsung.Auch aus den Erkenntnissen der Denkpsychologieist ableitbar, da es keine streng linearen oder einsinnigen Ablaufplne beim Problemlsen bzw. Konstruieren gibt, sondern da nur iteratives Vorgehen,das sich flexibel d