VDI 2223-2004 Systematic embodiment design of technical products.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEUREMethodisches Entwerfentechnischer ProdukteSystematic embodiment designof technical productsVDI 2223Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch KonstruktionVDIRICHTLINIENZu beziehen durch / Available from Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlin Alle Rechte vorbehalten / A

2、ll rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004Vervielfltigung auchfr innerbetriebliche Zwecke nicht gestattet / Reproduction even for internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 03.100.40Januar 2004January 2004The German version of this guidel

3、ine shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to the English trans-lation.Inhalt SeiteVorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Zielsetzung und Zielgruppen . . . . . . . . . 31.1 Ausgangssituation. . . . . . . . . . . . . . 31.2 Einordnung und Zielsetzun

4、g . . . . . . . . 41.3 Zielgruppe. . . . . . . . . . . . . . . . . . 71.4 berblick ber die VDI-Richtlinie . . . . . 82 Grundlagen des Gestaltens . . . . . . . . . . 92.1 Gestaltungselemente . . . . . . . . . . . . 92.2 Eigenschaften von Gestaltungselementen . 112.2.1 Gestalt und Gestalteigenschaften

5、. . . 112.2.2 Werkstoff und Werkstoff-eigenschaften . . . . . . . . . . . . . 122.3 Gestalten als Festlegen von Gestalt- und Werkstoffeigenschaften . . . . . . . . . . . 123 Gestaltungsprozess . . . . . . . . . . . . . . 143.1 Einflussfaktoren und Einflsse auf den Gestaltungsprozess . . . . . . . .

6、. . . . . 153.2 Ausgangs- und Zielzustand beim Gestalten. 163.3 Strategisches Vorgehen beim Gestalten . . . 173.3.1 Gliedern in realisierbare Module. . . 173.3.2 Gestalten der magebenden Module . 213.3.3 Gestalten des gesamten Produkts . . 243.3.4 Hinweise zum strategischen Vorgehen . . . . . . . .

7、. . . . . . . 263.4 Beispiel: Hermetisch dichtes Chemieabsperrventil . . . . . . . . . . . . 273.4.1 Gliedern in realisierbare Module. . . 283.4.2 Gestalten der magebenden Module . 313.4.3 Gestalten des gesamten Produkts . . 323.5 Operatives Vorgehen beim Gestalten . . . . 373.5.1 Vom strategischen

8、zum operativenGestalten im Detail . . . . . . . . . . 37Contents PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Objectives and target groups . . . . . . 31.1 Initial situation . . . . . . . . . . . . . . . 31.2 Classification and objectives . . . . . . . . 41.3 Target group . . . .

9、. . . . . . . . . . . . 71.4 Overview of the VDI guideline. . . . . . . 82 Basic principles of form design . . . . . . . . 92.1 Form design elements . . . . . . . . . . . 92.2 Properties of form design elements. . . . . 112.2.1 Form and form properties . . . . . . 112.2.2 Material and material prope

10、rties . . . 122.3 Form design as establishing form andmaterial properties . . . . . . . . . . . . . 123 Form design process . . . . . . . . . . . . . 143.1 Influencing factors and influences on theform design process. . . . . . . . . . . . . 153.2 Initial and target state during form design . 163.3

11、Strategic procedure during form design . . 173.3.1 Dividing into realizable modules . . 173.3.2 Form design of the decisive modules 213.3.3 Form design of the entire product . . 243.3.4 Information on the strategic procedure. . . . . . . . . . . . . . . 263.4 Example: Hermetically tight chemicalshut

12、-off valve . . . . . . . . . . . . . . . . 273.4.1 Dividing into realizable modules . . 283.4.2 Form design of the decisive modules 313.4.3 Form design of the entire product . . 323.5 Operational procedure during form design . 373.5.1 From strategic to operational formdesign in detail . . . . . . .

13、. . . . . 37VDI-Gesellschaft Entwicklung Konstruktion VertriebAusschuss Methodisches GestaltenFrhere Ausgabe: 03.99 Entwurf,deutschFormer edition: 03/99 draft, in German onlyB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf

14、 2004 2 VDI 2223Seite3.5.2 Operatives Gestalten am Beispiel einer Trgeraufhngung . . . . . . . 373.5.3 Hinweise zum operativen Gestalten . 393.5.4 Der Wechsel zwischen strategischemund operativem Gestalten . . . . . . 424 Ttigkeiten beim Gestalten . . . . . . . . . . 444.1 Analysieren . . . . . . .

15、. . . . . . . . . . 474.1.1 Einordnung in den Gestaltungs-prozess . . . . . . . . . . . . . . . . 474.1.2 Vorgehen, Organisation . . . . . . . 474.1.3 Modelle, Methoden und Werkzeuge . 484.2 Variieren . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484.2.1 Einordnung in den Gestaltungs-prozess . . . . . . . . .

16、 . . . . . . . 484.2.2 Vorgehen, Organisation . . . . . . . 504.2.3 Modelle, Methoden, Werkzeuge . . . 504.3 Berechnen. . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.3.1 Einordnung in den Entwurfsprozess . 534.3.2 Vorgehen und Organisation . . . . . 554.3.3 Modelle, Methoden und Werkzeuge . 564.4 Experiment

17、ieren . . . . . . . . . . . . . . 594.4.1 Einordnung in den Gestaltungs-prozess . . . . . . . . . . . . . . . . 594.4.2 Vorgehen und Organisation . . . . . 594.4.3 Modelle, Methoden, Werkzeuge . . . 604.5 Beurteilen und Entscheiden. . . . . . . . . 604.5.1 Einordnung in den Gestaltungs-prozess . . .

18、 . . . . . . . . . . . . . 604.5.2 Vorgehen, Organisation . . . . . . . 614.5.3 Modelle, Methoden, Werkzeuge . . . 624.5.4 Einfaches Bewertungsbeispiel . . . . 635 Regeln und Vorbilder. . . . . . . . . . . . . . 645.1 Zum Einsatz von Regeln und Vorbildernbeim Gestalten . . . . . . . . . . . . . . .

19、645.2 Die Grundregeln: eindeutig, einfach undsicher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.3 Gestaltungsprinzipien. . . . . . . . . . . . 655.4 Konstruktionsregeln . . . . . . . . . . . . 665.5 Bauweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . 675.6 Bauformen . . . . . . . . . . . . . . . . . 686 Der

20、 Entwurfsprozess. . . . . . . . . . . . . . 686.1 Rechneruntersttzte Arbeitsmittel beimEntwerfen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686.1.1 CAD-Einsatz beim Entwerfen . . . . 706.1.2 Arbeitstechniken mit CAD-Systemen . . . . . . . . . . . 706.1.3 CAD-Umfeld. . . . . . . . . . . . . 726.1.4 CAD und

21、Mitarbeiter . . . . . . . . 756.2 Management des Entwurfsprozesses . . . . 76Page3.5.2 Operational form design using asupport suspension as an example. . 373.5.3 Hints for operational form design . . 393.5.4 Alternation between strategic and operational form design. . . . . 424 Activities during for

22、m design . . . . . . . . . 444.1 Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474.1.1 Arrangement in the form designprocess. . . . . . . . . . . . . . . . 474.1.2 Procedure, organization . . . . . . . 474.1.3 Models, methods and tools . . . . . 484.2 Variation . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

23、84.2.1 Arrangement in the form designprocess. . . . . . . . . . . . . . . . 48 4.2.2 Procedure, organization . . . . . . . 504.2.3 Models, methods, tools . . . . . . . 504.3 Calculation . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.3.1 Arrangement in the embodiment design process . . . . . . . . . . . 534.3

24、.2 Procedure and organization . . . . . 554.3.3 Models, methods and tools . . . . . 564.4 Experimentation . . . . . . . . . . . . . . 594.4.1 Arrangement in the form designprocess. . . . . . . . . . . . . . . . 594.4.2 Procedure and organization . . . . . 594.4.3 Models, methods, tools . . . . . . .

25、 604.5 Evaluation and decision-making . . . . . . 604.5.1 Arrangement in the form designprocess. . . . . . . . . . . . . . . . 604.5.2 Procedure, organization . . . . . . . 614.5.3 Models, methods, tools . . . . . . . 624.5.4 Simple evaluation example . . . . . 635 Rules and patterns. . . . . . . .

26、. . . . . . . 645.1 The use of rules and patterns in form design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 645.2 The basic rules: unambiguous, simpleand reliable . . . . . . . . . . . . . . . . . 655.3 Form design principles . . . . . . . . . . . 655.4 Design rules . . . . . . . . . . . . . . . . 665.5

27、 Types of construction. . . . . . . . . . . . 675.6 Styles of construction . . . . . . . . . . . 686 The embodiment design process . . . . . . . 686.1 Computer-aided tools in embodiment design. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 686.1.1 The use of CAD in embodiment design . . . . . . . . . . . .

28、. . . . 706.1.2 Working techniques with CAD systems . . . . . . . . . . . . 706.1.3 CAD environment . . . . . . . . . . 726.1.4 CAD and personnel . . . . . . . . . 756.2 Management of the embodiment design process . . . . . . . . . . . . . . . 76B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD -

29、 Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 2223 3 Seite6.2.1 Multidisziplinre Arbeitsmethodik . 766.2.2 Planungs-, Steuerungs- und Kontrollsystem . . . . . . . . . . . . 806.3 Gruppen- und Teamarbeit beim Entwerfen. 836.3.1 Gruppen- und Teamarbeit . . . . .

30、 . 836.3.2 Zweck der Teamarbeit . . . . . . . . 836.3.3 Teamarbeit beim Entwerfen . . . . . 846.3.4 Organisation einer effizienten undeffektiven Teamarbeit . . . . . . . . 85Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Schrifttum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93VorwortDie Rich

31、tlinie VDI 2223 Methodisches Entwerfentechnischer Produkte“ ist das Ergebnis einer intensi-ven und langjhrigen Zusammenarbeit von Industrie-vertretern und Konstruktionswissenschaftlern. Siesoll die in der Dachrichtlinie VDI 2221 Methodikzum Entwickeln und Konstruieren technischer Sys-teme und Produk

32、te“ angesprochene Phase des Ent-werfens detailliert darstellen und sowohl fr die Kon-struktionspraxis als auch fr die Lehre aufbereiten.Die Richtlinie VDI 2223 soll ein tiefer gehendes Ver-stndnis des komplexen Entwurfsprozesses ermgli-chen. Sie soll auch einen Beitrag dazu leisten, dasEntwerfen mar

33、ktgerechter Produkte zu untersttzenund den Entwurfsprozess selbst zu optimieren, derdurch die Einfhrung neuer Technologien der Infor-mationsverarbeitung und durch die Markt- und Wett-bewerbszwnge in einem stetigen Wandel begriffenist.Der Obmann des VDI-Richtlinienausschusses danktallen Mitwirkenden,

34、 insbesondere dem Kernteam, frihre wertvollen Beitrge.1 Zielsetzung und Zielgruppen1.1 AusgangssituationIndustrieunternehmen sehen sich einer gravierendenVernderung ihrer Randbedingungen gegenber.Dies beeinflusst vor allem die Entwicklung und Kon-struktion, die eine herausragende Rolle fr den Pro-du

35、kterfolg einnimmt, gleichzeitig aber in den letztenJahren mit zustzlichen Aufgaben und Anforderun-Page6.2.1 Multidisciplinary workingmethodology. . . . . . . . . . . . . 766.2.2 Planning, control and checkingsystem . . . . . . . . . . . . . . . . 806.3 Group work and teamwork during embodiment desig

36、n. . . . . . . . . . . . . 836.3.1 Group work and teamwork . . . . . 836.3.2 The purpose of teamwork . . . . . . 836.3.3 Teamwork during embodiment design . . . . . . . . . . . . . . . . 846.3.4 Organization of efficient andeffective teamwork . . . . . . . . . 85Glossary . . . . . . . . . . . . . .

37、. . . . . . . . 89Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93Preliminary noteThe guideline VDI 2223 ”Systematic embodimentdesign of technical products“ is the result of intensiveco-operation over many years between industry rep-resentatives and designers. It is intended to describein det

38、ail the embodiment design phase addressed inthe framework guideline VDI 2221 ”Methodologyfor developing and designing technical systems andproducts“ and is intended to prepare it for both designpractice and teaching.The guideline VDI 2223 is intended to facilitate adeeper understanding of the comple

39、x embodimentdesign process. It is also intended to assist in the em-bodiment design of products which are suitable forthe market and in the optimization of the embodimentdesign process itself, which is experiencing continu-ous change due to the introduction of new technolo-gies in information proces

40、sing and due to market andcompetitive constraints.The chairman of the guideline committee would liketo thank all the participants, in particular the coreteam, for their valuable contributions.1 Objectives and target groups1.1 Initial situationIndustrial firms are faced with a significant change inth

41、eir constraints. This affects in particular develop-ment and design, which plays a leading role in thesuccess of a product but at the same time has been al-most overwhelmed in recent years with additionaltasks and requirements. Globalization, outsourcingB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9

42、NormCD - Stand 2012-08All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 4 VDI 2223gen geradezu berschttet wurde. Globalisierung,Outsourcing-Strategien, Kosten-, Qualitts- und Um-weltmanagement und die teilweise drastische Verkr-zung der Produktlebenszeiten beeinflussen insbeson-dere da

43、s Entwerfen, das den weitaus grten Anteilkonstruktiver Arbeiten ausmacht, sich bisher aber amwenigsten einer wissenschaftlichen Bearbeitung er-schlossen hat.1.2 Einordnung und ZielsetzungDie vorliegende Richtlinie beschftigt sich mit demEntwerfen von Produkten im Maschinenbau und inder Feinwerktechn

44、ik. Sie bezieht sich dabei auf dieDachrichtlinie VDI 2221, die eine Methodik zumEntwickeln und Konstruieren technischer Systemeund Produkte“ (Bild 1) beschreibt.Diese Dachrichtlinie strukturiert den gesamten Ent-wicklungs- und Konstruktionsprozess und formuliertdafr die inhaltlichen und begriffliche

45、n Grundlagen.Die Richtlinie VDI 2222 Blatt 1 Methodisches Ent-wickeln von Lsungsprinzipien“ geht auf das Kl-ren und Przisieren der Aufgabenstellung, das Ermit-teln von Funktionen und deren Strukturen“ und dasSuchen nach Lsungsprinzipien und deren Struktu-ren“ (Phasen I und II) ein. Die vorliegende R

46、ichtliniestrategies, cost, quality and environmental manage-ment and partly drastic reduction in the lifetime ofproducts influence embodiment design in particular,which accounts for the greatest proportion of designwork by far but which has until now lent itself least ofall to academic treatment.1.2

47、 Classification and objectivesThe present guideline deals with the embodiment de-sign of products in mechanical engineering and inprecision mechanics. It relates in this case to theframework guideline VDI 2221, which describes”Systematic approach to the development and designof technical systems and

48、 products“ (Figure 1).This framework guideline provides the structure forthe entire development and design process and for-mulates the basic principles for this as regards con-tents and concepts. The guideline VDI 2222 Part 1”Methodic development of solution principles“ dealswith the ”Clarification

49、and definition of the task, de-termination of functions and their structures“ and the”Search for solution principles and their structures“(Phases I and II). The present guideline VDI 2223Bild 1. Generelles Vorgehen des methodischen Entwickelns und Konstruierens nach VDI 2221B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EF86D9NormCD - Stand 2012-08Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 2004 VDI 2223 5 VDI 2223 umfasst die Phase III mit den Arbeitsab-schnitten 4 bis 6. In die