VDI 2222 Blatt 1-1997 Methodic development of solution principles.pdf

1、ICS 03,100.40 VDI-RICHTLINIEN Juni 1997VEREINDEUTSCHERINGENIEUREKonstruktionsmethodikMethodisches Entwickeln vonLsungsprinzipienVDI 2222Blatt 1Methodic developmentof Solution principlesInhalt SeiteVorwort 21 Zielsetzung 21 . 1 Zweck der Richtlinie 21.2 Einordnung der VDI-Richtlinie in die VDI-Richtl

2、iniensammlung. . . 32 Prinzipielle Lsungen fr technische Produkte 52. 1 Die Begriffe Prinzip“ und Prinzipielle Lsung“ 62.2 Darstellung Prinzipieller Lsungen 62.3 Anwendung Prinzipieller Lsungen in unterschiedlichenKonstruktionsarten 72.4 Prinzipielle Lsungen als Baiss fr quantitative Lsungenund Folg

3、erungen fr Produktmodelle 92.5 Lsungsvarianten und Beurteilung Prinzipieller Lsungen 93 Grundlagen methodischen Vorgehens 103.1 Finden Prinzipieller Lsungen 103.2 Unterteilung des Konstruktionsprozesses 113.3 Klren und Przisieren der Aufgabenstellung 123.4 Ermitteln von Funktionen und Funktionsstruk

4、turen 153.5 Prinzipielle Lsungen 184 Methoden und Hilfsmittel 224.1 Methoden, Hilfsmittel und Arbeitsweisen 224.2 Physikalische Effekte zur Realisierung von Funktionenund Funktionsstrukturen 234.3 Methoden fr geometrische Lsungsprinzipien 274.4 Konstruktionskataloge und Lsungssammlungen 274.5 Aspekt

5、e der Teamarbeit 314.6 Anwendung des Rechners 365 Anwendungsbeispiele 435.1 Einfhrung 435.2 Einzelbeispiele: Reibungsmechanismen, Zweikoordinaten-positioniereinrichtung, Wellenverkrmmung, Robotergreifer 43Schrifttum 62VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschu KonstruktionsmethodikUnt

6、erausschu Methodisches Entwickeln von LsungsprinzipienVDI-Handbuch KonstruktionVDIHandbuch Getriebetechnik IVDIA/DE-Handbuch Mikro- und FeinwerktechnikB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 2 - VDI 22

7、22 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1997VorwortDie vorliegende Richtlinie hat ihren Vorlufer in derRichtlinie VDI 2222 Blatt 1 , Konzipieren technischerProdukte, vom Mai 1977. Wegen der Aufteilung desInhalts der ursprnglichen Richtlinie in drei neueRichtlinien (

8、VDI 2221, VDI 2222 Blatt 1 und VDI2223) beschrnkt sich der Inhalt dieser neuen Richtlinie trotz ihrer gleichen Nummer - VDI 2222 Blatt 1 -auf die Konstruktionsttigkeiten, welche zum Ermitteln einer prinzipiellen Lsung fhren. Diese Lsungenthlt allerdings schon die wesentlichen Funktionen,die physikal

9、ischen Effekte und die Anordnungsprinzipien fr die folgende gestaltliche Lsung.Die Richtlinie VDI 2222 Blatt 1 entstand als Gemeinschaftsarbeit des gleichnamigen Unter-Ausschusses,dem daran gelegen war, Hilfsmittel fr die schwierigen Konstruktionsphasen des Suchens nach einemgnstigen physikalischen

10、und geometrischen Ausgangsprinzip in Form von Vorgehensmethoden undArbeitsunterlagen zur Verfgung zu stellen. Ergnztund dargestellt wird die Vorgehensweise mit einigenBeispielen.Obmann und Mitarbeiter des Ausschusses hoffen, daaufgrund der Darstellungen erkannt wird, wie gro dieAnzahl von Lsungen se

11、in kann, wenn neben dem intuitiven in zunehmendem Mae auch methodischesVorgehen praktiziert wird, und dies insbesondere auchfr den Einsatz des Rechners beim Konstruieren.1 ZielsetzungDie neue Richtlinie VDI 2222 Blatt 1 MethodischesEntwickeln von Lsungsprinzipien“ stellt eine Vertiefung und Ergnzung

12、 der bergeordneten RichtlinieVDI 2221 72 Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte“ dar. Siebehandelt die Arbeitsabschnitte 1 Klren und Przisieren der Aufgabenstellung“ bis 3 Suche nach Lsungsprinzipien und deren Strukturen“, whrend dieRichtlinie VDI 2223 Methodisches

13、 Gestalten“ 76die Arbeitsabschnitte 4 bis 7 behandelt, Bild 1. Diebisherige Richtlinie VDI 2222 Bl.l (Ausg. 5/77) 73wird somit in ihrem gesamten Umfang durch dieRichtlinien VDI 2221 72, VDI 2222 Blatt 1 74 undVDI 2223 76 ersetzt.1.1 Zweck der RichtlinieZweck der vorliegenden Richtlinie ist es, Anlei

14、tungenzu geben, wie der Proze fr das Finden der Prinzipiellen Lsung“ eines technischen Produkts methodisch vollzogen und dokumentiert werden kann. Ausgangspunkt ist die Entwicklungs- bzw. Konstruktionsaufgabe, Ergebnis die Prinzipielle Lsung“ sowohlfr die Festlegung der Effekte als auch der grundstz

15、lichen Gestalt. Davon ausgehend kann dann nach derRichtlinie VDI 2223 weitergearbeitet werden.Die vorliegende Richtlinie VDI 2222 Blatt 1 wendetsich an alle, die mit der Lsungsfmdung fr technische Probleme befat sind, also an Konstrukteure,Entwickler und Projektingenieure. Sie ist sowohl frdie Praxi

16、s als auch zum Konstruktionsunterricht geeignet. Ein wichtiger Gesichtspunkt war es, die Vorgehensweise mglichst allgemeingltig und branchenbergreifend darzustellen und spezielle Gesichtspunkte mit Beispielen zu erlutern.Die immer wichtiger werdende Integration von mechanischen, elektronischen und S

17、oftwarekomponenten wird in der Richtlinie VDI/VDE 2422 Entwicklungsmethodik fr Gerte mit Steuerung durch Mikroelektronik“ beschrieben 80.Es liegt im allgemeinen Entwicklungstrend, immermehr Ttigkeiten rechneruntersttzt durchzufhren24; 59; 61, um den Konstrukteur von Routinearbei-B974908A824A6748CAAA

18、A99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1997 VDI 2222 Blatt 1 - 3 -Phasen1Phase ITyPhase IIV/sPhase IMV1Phase IV/Bild 1. Generelles Vorgehen beim Entwickeln und

19、 Konstruieren nach VDI 2221 72ten zu entlasten und eine vielseitig weiterverarbeit-bare Dokumentation zu erhalten. Zu diesem ZveckVierden Konstruktionsmodelle beschrieben, die dasWissen so strukturieren und ordnen, da eine zuknftige bertragung auf den Rechner mglich und sinnvoll ist.1.2 Einordnung d

20、er VDI-Richtlinlein die VDI-RichtliniensammlungDie vorliegende Richtlinie behandelt die Arbeitsabschnitte 1 bis 3 des generellen Vorgehens von Bild 1und ordnet sich in die Richtlinienbersicht nachBild 2 ein. Die Richtlinie VDI 2223 76 befat sichmit den anschlieenden Arbeitsabschnitten 4 bis 7.Danach

21、 vird die Richtlinie VDI 222 1 Methodik zumEntwickeln und Konstruieren technischer Systemeund Produkte“, Vielehe eine allgemeine Orientierunggibt, durch die Richtlinien VDI 2220 Produktplanung“ 71, VDI 2222 Blatt 1 Methodisches Entwickeln von Lsungsprinzipien“ 74 und VDI 2223Methodisches Gestalten“

22、76 wesentlich erweitertund ergnzt. In ihnen sind die wichtigsten Vorgehensweisen fr das methodische Planen und Konstruierenenthalten. Zusammen mit anderen Einzelrichtlinien,z.B. VDI 2222 Blatt 2 Erstellung und Anwendungvon Konstruktionskatalogen“ 75, VDI 2225 Technisch-wirtschaftliches Konstruieren“

23、 77, VDI 2232Methodische Auswahl fester Verbindungen“ 78,VDI 2242 Ergonomiegerechtes Konstruieren“ 79soll die Planung, Entwicklung und Konstruktion technischer Produkte untersttzt werden.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCo

24、llection - Stand 2016-11-4- VDI 2222 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1997VD! 2220ProduktplanungVDI 2222 Bl. 1Methodisches Entwickeln vonL sungsprinzipienVDI 2223Methodisches GestaltenVDI 2201 BL 1/2VDI 2202VDI 2212VDI 2213VDI 2222 BL 2VDI 2224VDI 2225VDI 2229VD

25、I 2232VDI 2235VDI 2242 BL 1/2VDI 2243VDI/VDE 2422Bild 2. Die Richtlinie VDI 2222 Bl. 1 im VDI-Richtliniengerst fr Produktplanung, Aufgabenstellung, Entwicklung und KonstruktionDer Schwerpunkt der vorliegenden Richtlinie liegt gegenber VDI 2221 72 in der Bereitstellung ausfhrlicher Unterlagen fr das

26、Przisieren der Aufgabenstellung, das Erkennen der Funktionen und ihrer Verknpfungen sovie fr das Finden Prinzipieller Lsungen“ und deren grundstzliche Gestaltung. Dazukann die systematische Anwendung von Wissensspeichern, wie sie in Bild 3 angedeutet 59 und in derRichtlinie VDI 2222 Blatt 2 Erstellu

27、ng und Anwendung von Konstruktionskatalogen“ 75 ausfhrlichdargestellt sind, ntzlich sein.Ebenso gehren dazu die Anwendung geeigneter, derjeweiligen Aufgabe angepater spezifischer Konstruktionsmethoden, z.B. das Ermitteln von Funktionen, die zweckmige Auswahl von Such- und Beurteilungsmethoden usw.Di

28、e Erfllung der ausgewhlten Funktionen durch systematische Auswahl und Variation unterschiedlicherphysikalischer Prinzipien (Effekte) und ein erster Ansatz zu ihrer gestaltlichen Ausprgung 17; 30; 35; 52;58; 59 sind ein besonderes Anliegen dieser Richtlinie.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D

29、2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1997 VDI 2222 Blatt 1 - 5 -A rbei tsabschnitte Wissensspeicher A rbei tsergebnisseBild 3. Vorgehensplan fr das methodische Konstruieren nach VD

30、I 2221 72 mit Zugriff auf Wissensspeicher(z.B. Konstruktionskataloge), erweitert fr das Entwickeln von Lsungsprinzipien mit Zugriff auf beispielhafte Wissensspeicher2 Prinzipielle Lsungenfr technische ProdukteEin bergang von Funktionen und Funktionsstrukturen zu Prinzipiellen Lsungen“ stellt einen e

31、ntscheidenden Schritt zur Realisierung technischer Produktedar.In diesem Schritt werden einerseits erste Festlegungenzur Anordnung und zum Zusammenhang von festenKrpern, Fluiden, Feldern und/oder Algorithmen undDatenstrukturen getroffen, die die gewnschte Aufgabenstellung realisieren, andererseits w

32、erden aber nochsehr stark vereinfachte Objekte und Strukturen, imFall von Hardware also Geometrien fester Krper undihrer Topologien, zum Teil in fast symbolhafter Form,betrachtet 21.Vorzug dieser Abstraktion ist, da die gewnschtenLsungen noch sehr einfach zu bersehen und zu manipulieren sind und auc

33、h noch keine detaillierte Gestaltung vorwegnehmen, die aber doch eine Art erstesbeschreibendes Koordinatensystem fr das Produktoder Teile eines Produktes erzeugen, das erst eineReihe von Folgeschritten ermglicht.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF

34、1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 6 - VDI 2222 Blatt 1 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19972.1 Die Begriffe Prinzip“und Prinzipielle Lsung“Der Begriff Prinzip“ kommt aus dem Lateinischenund bedeutet das Erste“, Ausgangspunkt“, Grundsatz“.In seiner tech

35、nischen Anwendung beschreibt der Begriff .Prinzipielle Lsung“ eine grundstzliche Lsung fr eine abgegrenzte Konstruktionsaufgabe, dielediglich bestimmte grundlegende Festlegungen zurphysikalischen - bei Software logischen - Wirkungsweise und zur Art und Anordnung von festen Krpern,Fluiden und Feldern

36、 oder bei Software zu Algorithmen und Datenstrukturen trifft, ohne diese bereits imDetail zu definieren. Ist keine unmittelbare Bindungan eine ganz bestimmte Konstruktionsaufgabe mitspezifischen Anforderungen gegeben, wird auch vonLsungsprinzipien gesprochen. Prinzipielle Lsungen“ knnen sowohl fr ei

37、nzelne Teilfunktionenals auch fr eine gesamte Funktionsstruktur angegeben werden.2.1.1 Abgrenzung zwischenPrinzipieller Lsung“ und Funktion“In der praktischen Anwendung verschwimmen dieBegriffe Prinzipielle Lsung“ und Funktion“ hufig. Im Interesse einer eindeutigen Begriffsbildungsollten jedoch folg

38、ende Grundstze beachtet werden:- Funktionen beschreiben das Verhalten von Produkten, oder Teilen des Produktes, vorzugsweise inForm eines Zusammenhangs zwischen Eingangsund Ausgangsgren; hufig erst nur gewollt odergewnscht.- Prinzipielle Lsungen“ beschreiben unscharfebzw. grobe aber funktionsbestimm

39、ende Vorstellungen zur Realisierung von Produkten und sinddurch die Einbeziehung von Effekten gekennzeichnet 58.Im Schrifttum wird eine Reihe von Begriffen zum Teilsynonym benutzt, wobei jeder Begriff einen bestimmten Anwendungsbereich hat und sich meist nur teilweise mit den anderen berdeckt, z.B.

40、Wirkprinzip,Arbeitsprinzip, technisches Prinzip, Funktionsschema, Gerteschaltbild.Ein einfaches Beispiel fr eine Prinzipielle Lsung“stellt Bild 4 dar.Prinzipielle Lsungen“ sind oft ein unverzichtbarerZwischenschritt zwischen Funktion und mastblichen geometrischen Modellen (im Maschinenbauz.B. Entwrf

41、e), da sie bereits die folgenden wichtigenTtigkeiten untersttzen knnen und dabei der Aufwand zur Generierung, Analyse und Manipulationvon Lsungsalternativen noch relativ klein bleibt,z.B.:- Analyse und Beurteilung der Lsungsideen hinsichtlich Erfllung der gestellten Anforderungen Vertrglichkeit der

42、Lsungsideen mit den Teilaufgaben, Inkonsistenzen Erkennen von Streffekten- Generieren von Varianten, bei Hardware etwakinematische oder Anordnungsvarianten, bei Soft-wre etwa alternative Schleifenkonstrukte, Fallunterscheidungen oder Datenstrukturen.- Erste Dimensionierungsberlegungen: Auslegen“,Bes

43、timmen der funktionell und beanspruchungsbe-zogen erforderlichen Hauptabmessungen undgrundstzliche Festlegungen zu Konstruktionswerkstoffen als unerlliche Voraussetzungen frdie weitere geometrisch stoffliche Realisierung.Beispiele fr erste Dimensionierungsberlegungen- Um die Auslegung des Kurbeltrie

44、bs eines Verbrennungsmotors vorzunehmen, mu bekannt sein, daals Lsungsprinzip eine Schubkurbel, Bild 4, verwendet wird.- Erst wenn bekannt ist, da ein Behlter kugelfrmig ist, und eine Idee fr einen geeigneten, denAnforderungen - etwa korrosives Medium - gengenden Werkstoff vorliegt, kann eine Wanddi

45、ckefr die gegebenen Anforderungen - z.B. Druckund Temperatur - berechnet werden./ay/mBild 4.Prinzipielle Lsung fr einen Verbrennungsmotor: SchubkurbelgetriebeDurch die Festlegung der prinzipiellen Lsung wird eine Definition der Hauptabmessungen, hier Kolbendurchmesser d, Pleuellnge / und Kurbelradiu

46、s r mglich.2.2 Darstellung Prinzipieller Lsungen“In der Praxis kommt eine Vielzahl von Darstellungsformen vor:- weitgehend standardisierte symbolhafte Skizzen,z.B. in der Getriebetechnik- vllig freie Strichskizzen als Abstraktion realerGebilde- 3D-Freihandskizzen- unmastbliche Grobentwrfe, z.B. auch

47、 unterEinsatz von vergrerten oder verkleinerten Anteilen vorhandener Zeichnungen- in vorhandene Zeichnungen eingetragene nderungen (mit und ohne CAD)Alternative Darstellungen fr ein und dieselbe Aufgabe zeigt Bild 5.B974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA

48、2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1997 VDI 2222 Blatt I - 7 -Bild S.Beispiele fr unterschiedliche Darstellungen prinzipiellerLsungen fr das Beispiel eines Nuknackersa) Strichskizze, b) perspektivische HandskizzeEine Hilfe geben in der Regel standardisierte Strichskizzen und Symbole. Sie sind ggf bei komplexenrumlichen Hllfunktionen durch Krperoberflchendarstellende Methoden zu ersetzen. Bei rechnerint