1、ICS 03.100.40 VDI-RICHTLINIEN November 1998VEREINDEUTSCHERINGENIEUREKonstruktionsmethodikTechnisch-wirtschaftliches KonstruierenTeciiniscii-wirtschaftliche BewertungVDI 2225Blatt 3Design engineering methodicsEngineering design at optimum costValuation of costsInhalt SeiteVorbemerkung 21 Technisch-wi
2、rtschaftliche Bewertung beim Entwerfen vollstndigertechnischer Produi0,3 m, sicheres Startvermgen bei Temperaturen bis- 15 CWnsche ansprechende Form, gute StraenlageTechnische kompakte Bauweise, bequemeEigenschaften Einstiegsmglichkeit, Korrosionssicherheit, Geruscharmut1.2.2 Vorbereitung der techni
3、schen BewertungBevor mit der Bewertung im einzelnen begonnenwird ist es zweckmig, die aus der Anforderungsliste bereits bekannten Mindestforderungen undWnsche zusammenzustellen und durch die technischen Eigenschaften zu ergnzen. In der Regel wirddiese Zusammenstellung sehr umfangreich, insbeson-ders
4、 bezglich der Wnsche und technischen Eigenschaften.Der Konstrukteur wird zunchst selbst festlegen,welche Merkmale er fr wesentlich hlt und derBewertung seines Entwurfs zugrunde legen will. Umaber eine mglichst objektive Auswahl der Bewertungsmerkmale zu gewhrleisten, sollte die endgltigeFestlegung n
5、ach Diskussion mit dem Auftraggeberund mit weiteren Mitarbeitern (z. B. aus der Fertigung, dem Einkauf und dem Vertrieb) erfolgen. DieseDiskussion sollte mglichst frhzeitig erfolgen. Freine erste Orientierung gengt es meist, zustzlichB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15B
6、E74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 4 - VDI 2225 Blatt 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1998etwa 10 bis 15 technische Eigenschaften zu bercksichtigen. Mindestforderungen, Wnsche und technische Eigenschaften werden dabei als Vorzge
7、undnicht als Mngel formuliert, z. B. ,Geruscharmut“statt , , Geruschstrke , , , Korrosionsbestndigkeitstatt ,Korrosionsneigung“ usw.1.2.3 PunktbewertungIn vielen Fllen, insbesondere bei Leistungsmerkmalen, lt sich die Bewertung durch eine Zahlausdrcken, z.B. Wirkungsgrad in %, Gerusch indB. Da die M
8、aeinheiten verschieden sind, kann eineGesamtbeurteilung nicht einfach durch Additiondieser Zahlen ermittelt werden. Andererseits lassensich die Merkmale, die fr die Qualitt charakteristisch sind, in den wenigsten Fllen zahlenmigdarstellen, wie Verfgbarkeit oder Wartungsfreundlichkeit eines Gertes. E
9、rfahrungsgem lt sich aberdurchaus beurteilen, ob die Erfllung eines Merkmales als ,sehr gut“, ,gut“, ,ausreichend“, ,geradenoch tragbar“ oder als ,unbefriedigend“ einzustufenist. Den weiteren Ausfhrungen ist deshalb einePunktbewertung nach Bild 2 zugrunde gelegt.Annherung an die ideale Verwirklichun
10、g:sehr gut (ideal) p = 4 Punktegut p = 3 Punkteausreichend p = 2 Punktegerade noch tragbar p = 1 Punktunbefriedigend p = 0 PunkteBild 2. PunktbewertungsskalaEtwa 2,5 Punkte entsprechen einer Durchschnittsbewertung. Die Durchfhrung einer technischenBewertung mit Hilfe eines Formblattes, siehe z.B.Bil
11、d 15, ist den Beispielen im Abschnitt 2 zu entnehmen.Als Bezugsgre fr eine solche Bewertung wird einProdukt angenommen, das alle Bewertungsmerkmaleideal verwirklicht (technische Ideallsung). Die zurBeurteilung vorliegenden Entwrfe werden mit derIdeallsung verglichen. Der jeweilige Grad der Annherung
12、 an die ideale Verwirklichung ist aus der Punktzahl ersichtlich. Die Ideallsung selbst stellt keinenabsoluten Bezugspunkt dar, denn sie ist an den jeweiligen Stand der Technik gebunden. Da es sich jedochum einen Vergleich relativer und nicht absoluterZahlen handelt, ist dies ohne Belang.Die Erfahrun
13、g lehrt, da eine Bewertung mglichst ineiner Gruppe von Mitarbeitern unterschiedlicherBetriebsbereiche durchgefhrt werden sollte; derKonstrukteur oder der Erfinder sieht meist nur dieVorteile seiner Lsung. Der Hauptvorteil, den einesorgfltige Punktbewertung mit sich bringt, bestehtdarin, da klar zum
14、Ausdruck kommt, welche Merkmale gut und welche schlechter verwirklicht sind.Dadurch wird der Konstrukteur angeregt, diese sogenannten Schwachstellen, die in dem Bewertungsschema z.B. durch Einrahmen besonders hervorzuheben sind, auszumerzen.1.2.4 Technische WertigkeitEs hat sich als vorteilhaft erwi
15、esen, eine als technischeWertigkeit bezeichnete Gre x einzufhren, in derdie Sunmie der Punkte eines Entwurfes zur maximalmglichen Punktzahl der Ideallsung in Beziehunggesetzt wird. Sind P2, . die jeweiligenPunktzahlen fr die 1., 2., . . ., n-it Eigenschaft,Pmax die maximale Punktzahl, welche allen E
16、igenschaften des Idealerzeugnisses zukommt, und n dieAnzahl der bewerteten Mindestforderungen, technischen Eigenschaften und Wnsche, so ergibt sich frdie technische WertigkeitPl+;2+P3 + - - +Pn P * Pmax PmdiXwobei p den arithmetischen Mittelwert der Punktzahlen 2? Pn p = 4 die hchste Punktzahlbedeut
17、en. Die technische Wertigkeit der Ideallsungist X = Xj = 1 .Anzustreben ist eine mglichst hohe technischeWertigkeit, wobei aber zu beachten ist, da dies nichtallzusehr auf Kosten der wirtschaftlichen Wertigkeit(siehe Abschnitt 2.3.2) geschieht. Eine technischeWertigkeit ber 0,8 ist im allgemeinen al
18、s sehr gut,von 0,7 als gut, unter 0,6 als nicht befriedigend anzusehen. Es mu jedoch nachdrcklich daraufhingewiesen werden, da die technische Wertigkeit x zunchstnur einen allgemeinen berblick gibt und lediglichzum Ausdruck bringt, ob die gewhlte Lsung wenigstens in technischer Hinsicht Aussicht auf
19、 Erfolgverspricht.Die Ermittlung der technischen Wertigkeit nach Gl.(1) setzt voraus, da die bewerteten Eigenschaften vonetwa gleicher Bedeutung (gleicher Gewichtung) sind.Trifft dies nicht zu, so kann anstelle des arithmetischenMittelwertes x der gewichtete Mittelwert gemnachstehender Beziehung ver
20、wendet werden: SxPx + g2P2 + S;/0/NpTj M, mmH.,- g(3)0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0technische Wertigkeit xBild 3. Vergleichende Bewertung von Konstruktionen mit Hilfedes s-DiagrammsB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stan
21、d 2016-11- 6 - VDI 2225 Blatt 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1998ven Lsung ist durch den Punkt mit den KoordinatenX und j gekennzeichnet.Die Ideallsung ist durch den Punkt s- mit den Koordinaten 1,0 und y=l,0 bestimmt. Die gestrichelte Linie vom Koordinatenursprung
22、0 zum Punktwird als Entwicklungslinie bezeichnet undentspricht Punkten gleicher technischer und wirtschaftlicher Wertigkeit. Mit zunehmender Reife einerkonstruktiven Lsung verschiebt sich der Punkt derdie ,Strke“ der jeweiligen Lsung charakterisiert,in Richtung auf Durch Eintragen der , Strke“ in da
23、s -Diagramm erhlt man ein anschauliches Bildvon dem jeweiligen technisch-wirtschaftlichen Werteiner konstruktiven Lsung.1.4.2 Vorgehensschritte bei dertechnisch-wirtschaftlichen BewertungIm folgenden werden die einzelnen Vorgehensschrittenoch einmal zusammengefat, siehe Bild 4.1,0 Si0,8I 0,60,40,200
24、 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0Bild 4. s-Diagramm Kesselring)EntwicklungslinieZahnradgetriebe10-kV-ExpansionsschalterTechnische Bewertung- Sammeln der Mindestforderungen und Wnscheaus der Anforderungsliste- Sammeln technischer Eigenschaften der Entwrfe- Diskussion und Auswahl der Bewertungsmerkmalemit Kunden u
25、nd Mitarbeitern- Eintragen der Bewertungsmerkmale in ein Formblatt (Bewertungsliste), dabei technische Eigenschaften als Vorzge und nicht als Mngel formulieren.- Bewerten der einzelnen Merkmale nach Punktbewertungsskala Bild 2 unter Mitwirkung von Mitarbeitern aus Konstruktion, Fertigung, Kalkulatio
26、nu. a.- Kennzeichnen (Einrahmen) aller mit Punktzahlen 1und 2 bewerteten Merkmale als Schwachstellen desEntwurfs- Summieren der Bewertungspunktzahlen eines jedenEntwurfs und der Ideallsung und Ermitteln dertechnischen Wertigkeit jc nach GL (1)Wirtschaftliche Bewertung- Ermitteln der Materialkosten d
27、es Entwurfs nachRichtlinie VDI 2225 Bl. 1 und 2- Kennzeichnen (Einrahmen) der Kostenschwerpunkte (herausragende Materialkosten) als wirtschaftliche Schwachstellen- Ermitteln der Herstellkosten nach Richtlinie VDI2225 Bl. 1, Abschnitt 2- Ermitteln der idealen Herstellkosten aus den zulssigen Herstell
28、kosten nach Gl. (3)- Berechnen der wirtschaftlichen Wertigkeit j nachGl. (4)Entwicklungslinie und s-Diagramm- Eintragen der technischen und wirtschaftlichenWertigkeit x und y in das -Diagramm, Bild 3- Das Verfahren wird wiederholt, bis zufriedenstellende Wertigkeiten erreicht sind.1.4.3 Zusammenfass
29、ende BeurteilungDer sich aus den ermittelten x- und y-Werten ergebende Punkt im -Diagramm gibt einen Anhalt fr dieStrke der konstruktiven Lsung des Entwurfs.Soll fr die Gesamtbewertung eines Entwurfes eineinziger Zahlenwert verwendet werden, wird jeweilsdie technische Wertigkeit mit der wirtschaftli
30、chenWertigkeit multipliziert. Das ergibt einen Zahlen wertfr das Verhltnis von Aufwand zu Erfolg. Diesezahlenmige Bewertung sagt dasselbe aus, wie dieGesamtbewertung im -Diagramm, wird aber kaumverwendet, weil sie weniger anschaulich ist, undinsbesondere, weil eine einzelne Zahl nichts darberaussagt
31、 in welcher Richtung man eine weitereVerbesserung eines Entwurfes anstreben sollte.Die Erfahrung lehrt, da nur diejenigen ProdukteAussicht auf Bestand haben, die technisch gut sind undzugleich niedrige Herstellkosten aufweisen. Dasbedeutet, da ihre Strke 5“ durch einen Punkt charakterisiert wird, d
32、er von der Entwicklungslinie nichtallzuweit entfernt liegt. Dabei sind Produkte um soaussichtsreicher, je mehr sie sich dem Punktnhern (Bild 3). Bei der weiteren Bearbeitung istsowohl die technische als auch die wirtschaftlicheBewertung im einzelnen daraufhin zu berprfen, obund wo noch technische un
33、d wirtschaftliche Schwachstellen vorhanden sind, die soweit wie mglich ausgemerzt werden sollten.Gelingt eine gengende Annherung des Punktes 5* andie Entwicklungslinie nicht, so empfiehlt es sich, nacheiner grundstzlich anderen Lsung fr die gestellteAufgabe zu suchen (siehe Abschnitt 2). Bei der Vie
34、lfltigkeit technischer Aufgabenstellungen lassen sichB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 1998 VDI 2225 Blatt 3 - 7 -keine allgemeingltig
35、en Richtlinien fr die zusammenfassende Bewertung von Entwrfen angeben. Imallgemeinen ist ein Entwurf nur dann wirklich, stark , wenn er technische und wirtschaftliche Fortschritte in sich vereinigt. In Ausnahmefllen kann esgengen, wenn lediglich die technische Wertigkeitvergrert wird. Die Verhltniss
36、e knnen jedoch auchso liegen, da die technische Wertigkeit der bisherigenLsung ausreichend ist, jedoch die Kosten untragbarhoch sind; dann wird das Hauptaugenmerk auf diewirtschaftliche Wertigkeit, d. h. auf die Senkung derHerstellkosten zu richten sein.Die Methode der technisch-wirtschaftlichen Bew
37、ertung kann auch dazu verwendet werden, die Entwicklung der Lsungen fr bestimmte technische Aufgabenstellungen nachtrglich ber Jahre oder Jahrzehntezu verfolgen, festzustellen und zu bewerten.Kesselring hat derartige Untersuchungen fr Zahnradgetriebe und fr Hochspannungsschalter aus der Sichtdes Jah
38、res 1950 angestellt, Bild 4. Es ist zu erkennen,da die technische Entwicklung hier etwa der Geradenx = y im -Diagramm folgte, der sogenannten ,Entwicklungslinie“ 4 bis 7.In B i 1 d 5 ist der gesamte Ablauf der technisch-wirtschaftlichen Bewertung noch einmal graphisch zusammengestellt. In Abschnitt
39、2 folgt nun eine Reihe vonAnwendungsbeispielen .Lsungskonzepterster nnastblicher Entwurftechnische Bewertung wirtschaftliche BewertungErnnittlungder technischenSchwachstellenIKennzeichnung IBeseitigender technischenSchwachstellenErmittlungder wirtschaftlichenSchwachstellenIKennzeichnung IBeseitigend
40、er wirtschaftlichenSchwachstellendurch Einsatz von Umkonstruktion,Wertanalyse, zweckgerichteter Forschung,Bemessungslehreverbesserter Entwurftechnische Bewertung wirtschaftliche Bewertungs-DiagrammIAuswhlen der GestaltungszonenIOptimieren der GestaltungszonenIFestlegen des bereinigten EntwurfesIEnts
41、cheidenBild 5. Vorgehensplan fr das EntwerfenB974908A824A6748CAAAA99BAB349F63B2C88DD9B0D2BF8368C461B1CCB65CD15BE74F0686BD19CFC1FA2DEF1929BEST BeuthStandardsCollection - Stand 2016-11- 8 - VDI 2225 Blatt 3 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure, Dsseldorf 19982 Anwendungsbeispiele2.1 Bei
42、spiel VorgelegeDie technisch-wirtschaftliche Bewertung beim Entwerfen vollstndiger technischer Erzeugnisse wird zuerst an einem einfachen Riemenvorgelege gezeigt.Aufgabenstellung: Es ist ein Flachriemenvorgelegemit Riemenscheiben von 250 bzw. 125 mm Durchmesser (bersetzung 2:1) fr eine zu bertragend
43、eLeistung von 15 kW bei 12,5/s zu entwerfen. DasVorgelege soll als geschlossene Baueinheit konzipiertsein. Die monatliche Produktionsmenge soll 100Stck betragen. Eine Marktanalyse habe zulssigeHerstellkosten von 220, DM ergeben. Als Wnschekommen in Betracht: leichte Auswechselbarkeit derRiemen und w
44、eitgehende Wartungsfreiheit.Den auf Grund dieser Aufgabenstellung erarbeitetenersten Entwurf zeigt Bild 6 . Die technisch konkreten Angaben der Aufgabenstellung fhrten zu diesernaheliegenden blichen Bauart.Bild 6. Vorgelege, Entwurf 1Die beiden Stahlguriemenscheiben sind auf einergemeinsamen Welle a
45、ngeordnet und mit Pafedernund Sicherungsringen verbunden. Die Welle ist inRillenkugellagern gelagert, deren Gre den zu bertragenden Krften angepat ist. Die beiden Sttzensind mit der gemeinsamen Grundplatte verschraubt.Fr die Bewertung eines konstruktiven Entwurfs istes nun prinzipiell gleichgltig, o
46、b mit der technischenoder wirtschaftlichen Bewertung begonnen wird. Hiersei mit der wirtschaftlichen Bewertung angefangen.2.1.1 Wirtschaftliche BewertungEntsprechend den Darlegungen in Richtlinie VDI2225 Blatt 1 (Entwurf), Abschnitt 2, werden zunchstdie Nettovolumina der Einzelteile des Entwurfeserm
47、ittelt und daraus die Bruttovolumina der Rohteilegeschtzt. Durch Multiplikation der zugehrigen relativen Werkstoffkostenwerte mit den Basiskosten(hier =10-10“ DM/cm ) werden dann diespezifischen Werkstoffkosten k ermittelt. Die Multiplikation der Bruttovolumina mit den spezifischenWerkstoffkosten k
48、und den geschtzten Werkstoffgemeinkostenfaktoren (1 + g) ergibt die einzelnenMaterial kostenwerte M, Bild 7. Die Rillenkugellager und die Kleinteile (Normteile) werden als Zulieferungen behandelt. Ihr Einkaufspreis bzw. diegeschtzten Kosten werden mit den Zulieferungsgemeinkostenfaktoren (1 -h gj) multipliziert, um zu denZulieferungskosten zu gelangen.Gem Bild 6 ergeben sich fr den ersten EntwurfMaterialkosten in Hhe von = 162,11 DM. UnterVerwendung eines Materialkostenfaktors M = 0,52nach VDI 2225 Blatt 1 (Entwurf), Abschnitte 5.3 und5.4, ermittelt man daraus die z
