XPS-Schaum-Modellbau

Ziel
XPS-Modelle dienen als schnelle Ideenträger und zur Formung von Vor- und Ergonomiemodellen und Handhabungsmodellen. Der Werkstoff ermöglicht ein schnelles subtraktives Erarbeiten einer Form.

Voraussetzungen
Das leicht zu bearbeitende XPS setzt keine hohen Anforderungen an den Modellbauer. Das Wissen zu dem Umgang und der Verarbeitung lassen das Ergebnis qualitativ steigern.

Erklärung
Das Material ist ein extrudiertes (XPS) oder expandiertes (EPS) Polystyrol, bei dem kleine Kügelchen aufgeschäumt werden und anschließend unter Druck zusammengefügt werden. Die homogene Aufschäumung des XPS ermöglicht eine höhere Stabilität und Oberflächenqualität der Modelle. Durch die niedrige Dichte ist das Material sehr leicht und einfach formbar. Die leichte Entflammbarkeit des Thermoplastes bietet die Möglichkeit das Material mit einem heißen Draht zuzuschneiden, wobei giftige Dämpfe entstehen, die leicht süßlich riechen. Beim Schneiden ist darauf zu achten den Vortrieb nicht zu langsam zu vollziehen, da das Material sonst schmilzt und verhärtet oder gar verbrennt. Weiter können die Werkstücke gefügt werden, was aber den Einsatz des passenden Klebers oder Lösungsmittels erfordert. Es bieten sich Toluol, Methylenchlorid, Chloroform, Methylethylketon und Butylacetat an, um XPS zusammenzufügen. Dabei ist das genaue Menge entscheidend. Um dem Umstand, dass das Material sehr lösungsmittelempfindlich ist und sich unter der Verwendung von falschen Verhältnissen auflösen kann, zu umgehen ist es einfacher Kleber und auch Lacke auf Wasserbasis, also ohne Lösungsmittel, zu verwenden.

Vorgehen
Da die Bearbeitung des Materials schnell und einfach von der Hand geht, kann hier direkt im Modellierprozess entworfen werden. Es ist aber auch möglich von Skizzen ausgehend die Form in der Dreidimensionalität umzusetzen und zu hinterfragen. Als erster Schritt ist es zuträglich, die grobe Form anhand einer Schablone oder frei Hand auf das Halbzeug zu übertragen und dann mit Hilfe eines Heißdrahtschneidegeräts umzusetzen. Die weiteren Strukturen lassen sich dann additiv via Kleben und subtraktiv mit Hilfe von Handwerkzeugen umsetzen. Zur Veranschaulichung von Interaktionsflächen kann bedrucktes Papier aufgeklebt werden, aber auch eine Lackierung für bestimmte Zwecke ist denkbar.

Grenzen und Alternativen
Das leichte und sensible Material eignet sich lediglich für schnelle Prototypen und Vormodelle. Modelle mit Realitätsanspruch und auch Ergonomiemodelle, die ein realistisches Gewicht aufweisen sollen sind darin nicht umzusetzen. Für detailliertere Modelle bieten sich PU-Schäume als alternatives Material an. Für Ergonomiemodelle mit Belastbarkeits- und Gewichtsanspruch bietet sich auch Holz an.

Literatur
Bonnet, Martin: Kunststofftechnik: Grundlagen, Verarbeitung, Werkstoffauswahl und Fallbeispiele, 3., überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden: Springer, 2016

Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and Modelmaking for Product Design. London: Laurence King Publishing, 2012

 http://www.judepullen.com/designmodelling/foam-technqiues/

VR-Simulation

Ziel
Durch die Nutzung der virtuellen Realität in der Produktentwicklung kann ein 3D-Modell des Produkts wirklichkeitsnah dargestellt und durch das Hinzufügen von interaktiven Elementen virtuell getestet werden, ohne kosten- und zeitintensive Hardwareprototypen bauen zu müssen.

 

Voraussetzungen
Neben einem 3D-Modell des Produkts und der erforderlichen Software zur Erzeugung der VR-Umgebung, muss auch entsprechende VR-Hardware vorhanden sein. Hierzu gehören 3D-Bildschirme oder -Projektoren, VR-Brillen und spezielle Eingabegeräte.

 

Erklärung
Virtuelle Realität wird überwiegend bei Produkten genutzt, deren räumliche Ausdehnung es aufwändig machen würde, reale Prototypen zu erstellen. Hierzu gehören beispielsweise Fahr- und Flugzeuge, Gebäude und Produktionsanlagen. Das Produkt kann aus der Perspektive eines späteren Nutzers von innen und außen heraus betrachtet werden, um die Wirkung des Designs realistisch einschätzen zu können. Herkömmliche Renderings bilden das Produkt dahingegen häufig aus einer Kameraperspektive aus ab, die nicht der des menschlichen Betrachters entspricht. Wenn die Interaktion des Nutzers mit dem virtuellen Modell ermöglicht wird, kann außerdem auch die Montage und Bedienung des Produkts virtuell getestet werden.

 

Vorgehen
Je nach verwendeter VR-Hardware wird mit einer kompatiblen Software eine virtuelle Umgebung erschaffen, die das 3D-Modell des Produkts enthält. Damit der Nutzer mit dem Modell interagieren kann, müssen die Funktionen des Produkts einprogrammiert werden.

 

Grenzen und Alternativen
Bislang wird die VR-Simulation noch selten eingesetzt, da die erforderliche Hardware kostenintensiv ist und die Erstellung einer interaktiven Umgebung zudem Programmierkenntnisse erfordert.  Daher werden häufig 3D-Renderings und 3D-Animationen als Alternative genutzt, auch wenn diese nicht den gleichen Immersionsgrad erreichen. Bei räumlich gering ausgedehnten Produkten sind physische Prototypen häufig kosten- und zeiteffizienter.

 

Literatur
Dörner, Ralf; Broll, Wolfgang; Grimm, Paul; Jung, Bernhard: Virtual und Augmented Reality (VR/AR). Berlin: Springer, 2014.
Jerald, Jason: The VR book. Human-Centered Design for Virtual Reality. New York: ACM, 2016
Parisi, Tony: Learning Virtual Reality. Sebastopol: O'Reilly Media, 2015

 

UI-Prototyp

Ziel 
Mit Hilfe eines UI-Prototyps kann eine Benutzeroberfläche frühzeitig getestet werden, um Schwachstellen bei der Benutzung zu erkennen. Zudem können verschiedene Konzepte durch Prototypentests bewertet und miteinander verglichen werden.

Voraussetzungen 
UI-Prototypen können bereits in einer frühen Phase der Entwicklung erstellt werden, um sich von Iteration zu Iteration einem guten Design anzunähern. Es ist vorher abzuklären, welche Funktionen die Benutzeroberfläche bieten soll und welche äußeren Abmessungen sie besitzen wird.

Erklärung 
Im Gegensatz zu physischen Produkten lassen sich bei digitalen Benutzeroberflächen Prototypen wesentlich schneller und kostengünstiger realisieren. Deswegen sollten Prototypen nicht erst am Ende des Entwicklungsprozesses erstellt werden. Stattdessen sollten UI-Protypen den gesamten Prozess der UI-Entwicklung begleiten, um sofort direktes Feedback von den späteren Nutzern einzuholen und Schwachstellen frühzeitig zu erkennen.

Vorgehen 
Das einfachste Verfahren zum Erstellen eines UI-Prototyps besteht im Aufzeichnen auf Papier oder einem Whiteboard. Durch das Ausschneiden der einzelnen Funktionselemente aus Karton kann Interaktivität simuliert und zudem die Anordnung der Elemente schnell verändert werden. So können von einem Test zum nächsten sofort die erkannten Schwachstellen beseitigt werden. Während analoge Prototypen einen hohen Abstraktionsgrad besitzen, ermöglichen digitale Prototypen einen realistischeren Eindruck. Jedoch sind sie auch zeitaufwändiger, sodass sie vor allem in der späteren Entwicklungsphase eingesetzt werden, wenn das grobe Konzept bereits feststeht. Einfache digitale Prototypen werden als Wireframes bezeichnet und veranschaulichen eine UI in Form einer Schwarz-Weiß-Strichdarstellung. Es handelt sich dabei häufig um eine statische Grafik, jedoch sind auch interaktive Elemente möglich. Sogenannte Mockups versuchen hingegen ein möglichst realitätsnahes Bild der späteren UI zu vermitteln, das Farben und Formen einschließt. Diese eignen sich nicht nur zum Testen, sondern auch um potentiellen Kunden oder Investoren einen Eindruck vom Produkt zu verschaffen, bevor dieses tatsächlich funktionsfähig ist. Digitale Prototypen können sowohl mit Standardtools wie PowerPoint, Visio, Illustrator oder Photoshop, als auch mit spezieller Software wie Axure RP, Adobe XD oder Balsamiq Mockups erstellt werden.

Literatur 
Unger, Russ; Chandler, Carolyn: A project guide to UX design. 2. Auflage. Berkeley: New Riders, 2012
Coleman, Ben; Goodwin, Dan: Designing UX: Prototyping: Because modern design is never static. Collingwood: SitePoint, 2017
www.uxpin.com/studio/

Tiefziehen

Ziel
Beim Tiefziehen von Thermoplasten, auch Vakuumformen genannt, ist das Abformen eines Werkstückes das Ziel. Es gibt mehrere Varianten des Verfahrens, bei denen eine dreidimensionale Form aus einer erhitzten (PS 127 – 182 °C und PP 143 – 165 °C) Thermoplast-Folie oder -Platte (0,5 – 10 mm) herausgedehnt wird.

Voraussetzungen
Wichtig ist zu wissen, welches Verfahren Verwendung findet und wie das Werkstück, welches es abzuformen gilt, gestaltet sein muss, um ein optimales Resultat zu erzielen.

Erklärung
Beim Vakuumformen wird zwischen dem Positiv- und dem Negativformen unterschieden. Beide Varianten haben gemein, dass eine Kunststoffplatte in einen Rahmen eingespannt und erhitzt wird. Die höhere Beweglichkeit der Polymerketten im Gefüge wird ausgenutzt, um die Platte via eines Vakuums in eine Negativform zu ziehen (Negativ-Formverfahren) oder unter Druckluft das Formwerkzeug in die die erwärmte Platte zu fahren (oder anders herum) und anschließend die überschüssige Luft zu evakuieren. Eine maximale Streckung des Kunststoffes bei gleichbleibender Wandstärke und einem optimalen Ergebnis bietet die Kombination beider Verfahren - dem Positiv-Negativ-Formen. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle noch das Druckluftformen erwähnt, welches für Produkte mit hohem Genauigkeitsanspruch, sehr dünner oder dicker Wandstärke Verwendung findet.

Vorgehen
Das im Modellbau gängigste Verfahren ist das Abformen einer Positivform durch das Anlegen eines Vakuums. Dazu wird zuerst diese Form erstellt, wobei Mindestradien, Ausformschrägen (> 5° ideal), das Vermeiden von Hinterschnitten und scharfen Kanten zu beachten ist. Ist die Form erstellt, wird die passende Kunststoffplatte (Kunststoffart, Wandstärke und ggf. Farbe) gewählt und in einen Rahmen eingespannt. Die Platte wird via Heizstrahler oder Heißluftföhn in die Nähe der Material-Flussgrenze gebracht und nun auf die Positivform gedrückt, bis der Rahmen auf dem Boden anliegt, in welchem über viele kleine Luftlöcher die Restluft zwischen Form und Platte evakuiert wird, was zur Abformung des Modells führt. Nach dem Abkühlen des Thermoplastes kann das Werkstück entformt und nachbearbeitet werden. Eine weitere Kombination von Formen durch das Kaltschweißen (Plastikmodellbau) ist denkbar.

Grenzen und Alternativen
Das Verhältnis von Plattenbreite zu Formtiefe sollte zwischen zwei zu eins und drei zu eins liegen. Formen, die diese Verhältnisse überschreiten und damit auch die Streckgrenze der Thermoplaste, sind nicht umzusetzen. Es lassen sich relativ geringe Formtiefen umsetzen. Feine Strukturen lassen sich nur auf der Werkzeugseite realisieren. Da die Vorder- und Rückseite meist deckungsgleich sind, lassen sich Stege und Rippen nur im Nachhinein additiv hinzufügen. Alternativen können hier das Rotationsgießen oder das Laminieren von Verbundwerkstoffen darstellen.

Literatur
https://www.youtube.com/watch?v=4s-aW0-aey0

Bonnet, Martin: Kunststofftechnik: Grundlagen, Verarbeitung, Werkstoffauswahl und Fallbeispiele, 3., überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden: Springer, 2016

Thompson, Rob: Prototyping and Low-volume Production. London: Thames & Hudson, 2011

Textiler Modellbau

Ziel
Modelle dienen als Ideenträger und Kommunikationsgrundlage für Design, Funktion und Aufbau eines Produktes – sie visualisieren „anfassbar“ den Gehalt eines Entwurfes.

Voraussetzungen
Das Wissen, welche Funktion das Modell ausüben soll, und die materialkundige Verarbeitung sind auch beim textilen Modellbau ausschlaggebend für die Qualität des Modells. Weiter ist es wichtig zu wissen, wie die Schnittmuster für ein stoff- und formgerechtes Endergebnis zugeschnitten und gefügt werden müssen.

Erklärung
Textilien können sehr unterschiedlichen Ausgangsstoffen entspringen und werden grob in natürliche (wie z.B. Filz, Hanf, Leinen, Wolle, Seide, aber auch Leder u.v.m.)  und synthetische (Polyamid, Aramid, Polyurethan, Polytetraflurethylen u.v.m.) gegliedert. Das Zusammenfügen von Stoffen kann sowohl durch Nähen als auch Kleben erfolgen. Aber auch das Tackern, Nieten und Schweißen sind denkbare Alternativen, vor allem bei Vor-Modellen oder Prototypen zu Testzwecken.

Vorgehen
Je nach Einsatzgebiet des Textils können sich die Vorgehensweisen unterscheiden. Um ein Kleidungsstück nach den anthropometrischen Maßen auszulegen, bietet es sich an, einen Abguss der Körperregion oder eine Papierabformung mit Papierstücken und Tape „abzukleben“ und daraus eine Abwicklung zu erstellen, um daraus die Schnittmuster für den Stoff auszulegen.  Ein daraus erstelltes Schnittmuster entspricht meist der Nählinie. Für das Endmodell muss für die zu fügenden Bereiche noch eine Beschnittzugabe hinzugefügt werden. Für eine weitere Arbeit an Funktionsprototypen können vorkonfektionierte Funktionselemente wie Reißverschlüsse, Ösen, Klettverschlüsse und weitere Verbindungselemente die Arbeit vereinfachen.

Grenzen und Alternativen
Textilen sind vielseitig einsetzbar und warten mit einer großen Bandbreite an Eigenschaften auf – so sind auch feste Strukturen denkbar. Streng genommen zählt auch ein CFK-Verbund zu den Textilien, womit sich auch starre Formen erzielen lassen. Jedoch ist der textile Modellbau am besten für den Einsatz für flexible Anwendungen geeignet. Für starre und filigrane Strukturen eignen sich andere Werkstoffe besser.

Literatur

Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and Modelmaking for Product Design. London: Laurence King Publishing, 2012

Gries, Thomas; Klopp, Kai: Füge- und Oberflächentechnologien für Textilien. Verfahren und Anwendungen. Berlin, Heidelberg: Springer, 2007

Kalweit, Andreas:  Handbuch für Technisches Produktdesign: Material und Fertigung. Entscheidungsgrundlagen für Designer und Ingenieure. Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2006

 

 

PU(R)-Schaummodellbau

Ziel
Modelle dienen als Ideenträger und Kommunikationsgrundlage für Design, Funktion und Aufbau eines Produktes – sie visualisieren „anfassbar“ den Gehalt eines Entwurfes.

Voraussetzungen
Das Wissen, welche Funktion das Modell ausüben soll und die materialkundige Verarbeitung sind auch beim PU(R)-Schaum-Modellbau wichtige Grundvoraussetzungen.

Erklärung
PU-Schäume sind in vielen unterschiedlichen Dichten zu erwerben. Die Schäume mit geringer bis mittlerer Dichte (80 - 320 kg/m³) werden aufgrund der Oberflächenporosität meist für Vormodelle, Ergonomie- und Testmodelle verwendet. Die Schäume mit hoher Dichte (480 - 800 kg/m³) finden vermehrt Verwendung bei sehr detaillierten realitätsnahen Modellen, da die Oberfläche vor dem Versiegeln bereits eine hohe Güte aufweist. Der geschäumte Duroplast Polyurethan (PUR/PU) ist aus Nachhaltigkeitssicht dem Holz weit unterlegen, hat dafür Vorteile in der Einfachheit der Bearbeitung und der einheitlichen Oberflächenstruktur. Das Aufschäumen wird, je nach Schaumart, durch den Zusatz von Treibmitteln und/oder das mechanische Aufschäumen, was chemisch zur Gasbildung führt, oder durch Zusatz von Wasser, das zur Kohlenstoffdioxidbildung führt, erreicht.

Vorgehen
Weiter Beachtung findet hier hauptsächlich die spanende Bearbeitung von PUR-Halbzeugen. Je nach Komplexität des Modelles kann es sein, dass Halbzeuge aufbauend miteinander verklebt (PUR-Kleber, Epoxy-Harze, Cyanoacrylate) oder verspachtelt werden, bevor sie subtraktiv bearbeitet werden. Der Schaum kann von Hand geraspelt, gefeilt und geschliffen werden, aber auch die maschinelle Bearbeitung, besonders von Hartschäumen, kann u.U. von Vorteil sein, dabei sind die Möglichkeiten in der Formgebung kaum begrenzt – auch das CNC-Fräsen bietet sich an. Sind die zu erstellenden Formen im Groben umgesetzt, kann die Feinbearbeitung, in welcher die Oberfläche für die „Veredelung“ vorbereitet wird, erfolgen. Dazu wird das Weich-Schaum-Werkstück verspachtelt und anschließend geschliffen. Das Hart-Schaum-Werkstück kann lediglich geschliffen werden und, wenn nötig, mit Spritzspachtel aufgebessert werden. Wenn die Oberfläche eine ausreichende Güte aufweist, kann das Werkstück lackiert werden. Hier bietet es sich u.U. an, das Modell vorab in mehrere Form-Abschnitte aufzuteilen und nach dem Lackieren zusammenzusetzen.

 

Grenzen und Alternativen
Der PUR-Weich- und Hartschaum bietet durch seine unterschiedlichen Spezifikationen eine hohe Bandbreite an Möglichkeiten, bis hin zu einer hohen Verarbeitungsgüte, die selbst zu Highfidelity-Modellen reichen.
Um jedoch ein realitätsnahes Aussehen zu erreichen, sind je nach Produkt Materialkombinationen nicht zu umgehen und auch die Lackierung sollte einem hohen Anspruch gerecht werden.

Literatur

Buck, Volkmar; Pröm, Manfred; Rödter, Hans; Roller, Rolf: Fach-kunde Modellbau. 7. Auflage. Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel, 2017

Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and Modelmaking for Product Design. London: Laurence King Publishing, 2012

Schröder, Bernd: Kunststoffe für Ingenieure: Ein Überblick. Wiesbaden: Springer,  2014

Domininghaus, Hans; Elsner, Peter; Eyer, Peter; Hirth, Thomas: Kunststoffe: Eigenschaften und Anwendungen. 8., neu bearb. und erw. Aufl.. Heidelberg: Springer, 2012

DIN 53 432 (06.77)


https://www.youtube.com/watch?v=1ETOkgRea94

 

 

 

 

 

 

 

 

Plastikmodellbau

Ziel
Im Folgenden wird der Umgang mit Thermoplasten betrachtet, die sich gut mittels Lösungsmitteln oder Klebstoffen fügen lassen. Daher bietet sich dieses Verfahren. Hauptsächlich sind dies Styrolpolymere wie PS und ABS, aber auch andere Thermoplaste wie PC, PVC, POM und PA lassen sich via Lösungsmittel fügen, wobei letztere Gruppe weniger häufig Verwendung im Modellbau finden.

Voraussetzungen
Die Lösungsmittelempfindlichkeit lässt den Kunststoff an den benetzten Stellen erweichen und geht an den Fügestellen einen Materialschluss ein. Dies wird im Modellbau als „Kaltschweißen“ von Kunststoffen bezeichnet, aber auch Bezeichnungen wie „Diffusionsschweißen“ oder „Quellschweißen“ finden Verwendung.

Erklärung
Die Verwendung von Lösungsmitteln oder lösungsmittelhaltigen Klebstoffe führt bei Thermoplasten - durch die höhere Beweglichkeit der Polymerketten unter Lösungsmitteleinfluss - zu Polymerdiffusion an den Grenzflächen der Fügeteile [Hab09]. Nach dem Verdunsten des Lösungsmittels verfestigen sich die Verbindungen und die Fügung wird stabil.

Liste von Kunststoff-Lösungsmittel-Kombinationen:

  • Polyvinylchlorid: Tetrahydrofuran, Cyclohexanon
  • Polystyrol: Toluol, Xylol
  • Polymethylmethacrylat: Methylenchlorid, Methylethylketon
  • Polycarbonat: Methylenchlorid
  • Celluloseacetat: Methylethylketon, Methylalkohol
  • Polyphenylenoxid: Chloroform, Toluol

Es finden auch Lösungsmittelkombinationen Verwendung. [Hab09]

Vorgehen
Die Wahl des Kunststoffes in Abhängigkeit des Modellbauziels bestimmt das Lösungsmittel. PS-, SB-, ABS- und PVC-Platten lassen sich leicht schneiden und bearbeiten und sind auch als Halbzeuge zu erwerben. Da es sich um Thermoplaste handelt, lassen diese sich auch begrenzt thermisch verformen und bieten so weitere Gestaltungsmöglichkeiten. Vor dem Fügen sind die Fügestellen zu reinigen, sodass der Kunststoff trocken, staub- und fettfrei ist [Hab09, S. 652]. Zusätzlich kann ein mechanisches Aufrauen helfen, um die Kunststoff-Oberfläche zu vergrößern und so eine bessere Haftung zu erreichen und Adhäsionskräfte zu ermöglichen [FS12]. Die zu fügenden Teile werden mit dem Lösungsmittel benetzt, welches den Kunststoff anlöst. Häufig werden die zu fügenden Teile lediglich aneinandergesetzt und das Lösungsmittel durch den Kapillareffekt in den Spalt aufgenommen. Das Material an den nun aneinandergesetzten Teilen verbindet sich und nach dem Verdunsten des Lösungsmittels ist ein Stoffschluss vorhanden[H09]. Für die Zeit des Verdunstens ist es notwendig, die Fügeteile zu fixieren. Nach dem Fügen sollte überschüssiger Klebstoff sofort entfernt werden, um unnötige Nacharbeiten zu vermeiden. Anschließend können die Fügestellen, wenn nötig, aufbereitet werden und das Modell weiter bearbeitet werden.

Grenzen und Alternativen
Für spezielle Materialkombinationen sind Lösemittel nur bedingt geeignet durch ihre materialspezifischen Eigenschaften. Am häufigsten wird der Einfachheit halber Kleber auf Cyanacrylat-Basis (Sekundenkleber) verwendet.

Literatur
Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and Modelmaking for Product Design. London: Laurence King Publishing, 2012
[Hab09]Gerd, Habenicht: Kleben: Grundlagen, Technologien, Anwendungen: 6., aktualisierte Aufl.: Berlin, Heidelberg : Springer, 2009
Doobe, Marlene: Kleben: Kunststoffe erfolgreich kleben : Grundlagen, Klebstofftechnologien, Best-Practice-Beispiele: Wiesbaden: Springer, 2018
[[FS12]]           Fritz, A. Herbert ; Schulze, Günter: Fertigungstechnik. Springer, Berlin, Heidelberg. 10., neu bearb. Aufl. 2012, 2012 , Springer-Lehrbuch

Papiermodellbau

Ziel
Aus Papier, Karton oder Pappe lassen sich mit relativ geringem Kosten- und Zeitaufwand einfache Modelle bauen. Bei einfachen Produkten, wie beispielsweise Möbeln, kann es sich dabei bereits um Funktionsprototypen handeln. Bei komplexen Produkten dienen Papiermodelle dahingegen eher dazu, Ideen und Konzepte zu visualisieren und zu kommunizieren.

Voraussetzungen
In der Regel ist eine Skizze oder Zeichnung hilfreich, anhand derer der Aufbau des Modells geplant werden kann. Mittels geeigneter Software lassen sich Papier- und Pappmodelle anhand eines 3D-Modells berechnen. Sie können aber auch als Kreativitätstechnik eingesetzt werden und völlig frei entstehen, sodass erst während des Bauens ein Konzept entsteht.

Erklärung
Papier- und Pappmodelle sind besonders gut umsetzbar bei Produkten, die später aus Blech, Holzplatten oder Stoff hergestellt werden sollen, da sie einen ähnlichen Gestaltungsspielraum bieten. Während Pappe eine höhere mechanische Stabilität bietet, lässt sich Papier filigraner Verarbeiten, besser biegen und vor der Verarbeitung bedrucken.

Vorgehen
Zum Schneiden eignen sich Scheren, Cuttermesser oder Skalpelle in Verbindung mit einer Schneidmatte und einem Stahllineal als Führung. Zum Falzen sollte Papier mit einem Falzbein oder einem leeren Kugelschreiber vorher gerillt werden. Mit einem Schneidplotter oder Laserschneider lässt sich Papier und Pappe auch computergesteuert schneiden. Die einzelnen Teile lassen sich mit ein- oder doppelseitigen Klebebändern, Kleberollern, Klebestiften, Flüssigkleber oder Heißkleber verbinden. Bedienelemente lassen sich simulieren, indem diese auf Papier gedruckt werden.

Mit Software wie Prepakura Designer, Dunreeb Cutout oder Slicer für Autodesk Fusion 360 lassen sich die Bauteile anhand eines 3D-Modells computergestützt erzeugen.

Grenzen und Alternativen
Wenn die mechanischen Eigenschaften von Papier und Pappe nicht ausreichend sind, können Leichtschaumplatten (Foamboard) eine Alternative darstellen, die sich ähnlich wie Pappe verarbeiten lässt.

Literatur
Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and modelmaking for product design. London: Laurence King Publishing, 2012
Ives, Rob: Paper Engineering & Pop-ups for Dummies. Hoboken: Wiley, 2009
http://www.judepullen.com/designmodelling/card-techniques/

Holzmodellbau

Ziel
Kostengünstige und schnell erstellte Funktionsprototypen lassen sich in Holz gut umsetzen. Dazu zählen flächige Konstruktionen, Stützkonstruktionen und Rahmen, aber auch Möbel lassen sich in hoher Güte herstellen.

Voraussetzungen
Kenntnisse über den Werkstoff Holz und seine Verbindungsmöglichkeiten sind ausschlaggebend für ein gutes Ergebnis. Ebenso wichtig und entscheidend ist die Wahl der Holzart und des Holzabschnitts, als auch die Art der Verbindung der Holzwerkstücke.

Erklärung
Die mittlerweile untergeordnete Rolle im high-end Modellbau hat der Werkstoff Holz den diversen Anwendungsmöglichkeiten des Kunststoffs zu verdanken. Daher wird Holz derweilen häufig für Stützkonstruktionen im Modellbau verwendet oder für Vormodelle, aber auch für Möbelmodelle, Flugzeugmodelle, Gießereimodelle, Ergonomiemodelle, Kernseelen und Prüfungsmodelle.

Da für die Güte eines Modells die Oberflächenqualität und auch die Schwindmaße entscheidend sein können, ist für den Modellbau ein Holz mit feinen Poren (Ø bis 0,03 mm) und feiner Faserstruktur gut geeignet. Ein heute immer wichtiger werdender Aspekt ist die Nachhaltigkeit welche die Materialwahl bei dem Modellbau mitunter beeinflussen kann

Vorgehen
Da viele Einflussfaktoren die Wahl des Holzes, der Holzabschnitte und des Werkstückes beeinflussen, ist es wichtig, vorab die Ansprüche an das Modell oder den Prototypen zu hinterfragen, dabei die Schwund- und Belastungsrichtungen zu beachten und die Werkstoffwahl und Bearbeitung dementsprechend zu planen. Wenn dies geschehen ist, kann man die Werkstücke geeignet aneinanderfügen (Schrauben, Nageln, Dübeln, Leimen, Schlitzen, Zapfen etc.) und dann, falls notwendig, subtraktiv (Fräsen, Sägen, Raspeln, Feilen, Schleifen, Lasern) mit diversen Methoden und Werkzeugen arbeiten. Dabei bietet sich ein Vorgehen von der Grob- zu Feinbearbeitung an. Je nach Anspruch an das Modell kann es nun „gefinished“ werden, was mindestens fünf Deckschichten benötigt, um die Holzstruktur abzudecken.

Grenzen und Alternativen
Feinstrukturen sind schwer bis gar nicht umzusetzen und auch eine hohe Oberflächenqualität ist mit einem Mehraufwand, im Vergleich zu anderen Modellbaumaterialien, verbunden. Wenn die Wetterbeständigkeit unter Betrachtung der Nachhaltigkeit kann ein WPC (Wood Polymer Composites) eine alternative darstellen [Tür14].

Literatur
Buck, Volkmar; Pröm, Manfred; Rödter, Hans; Roller, Rolf: Fach-kunde Modellbau. 7. Auflage. Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel, 2017

Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and Modelmaking for Product Design. London: Laurence King Publishing, 2012

Zwerger, Klaus: Das Holz und seine Verbindungen : Traditionelle Bautechniken in Europa, Japan und China. Basel: Birkhäuser, 2012

Türk, Oliver: Stoffliche Nutzung nachwachsender Rohstoffe : Grundlagen - Werkstoffe - Anwendungen. Springer Fachmedien Wiesbaden, Wiesbaden, s.l., 2014

Lissner, Karin; Werner, Gerhard; Zimmer, Karlheinz: Holzbau 1 : Grundlagen DIN 1052 (neu 2008) und Eurocode 5. Springer: Berlin, Heidelberg, 2009

Harzmodellbau

Text in Arbeit

Elektronischer Prototyp

Ziel
Die Funktionalität von Produkten wird immer stärker nicht durch mechanische, sondern durch elektronische Komponenten dargestellt. Um einen realitätsnahen Prototypen zu bauen, müssen daher auch diese Komponenten realisiert werden.

Voraussetzungen
Was im Maschinenbau die technische Zeichnung ist, ist in der Elektronik der Schaltplan. Um ihn zeichnen zu können, sind die einzelnen Bauteile auszuwählen bzw. auszulegen und es muss geklärt werden, wie diese miteinander verbunden werden.

Erklärung
Ein elektronisches System besteht häufig aus sogenannten Sensoren (z.B. Mikrofon) und Aktoren (z.B. Magnetventil). Über eine analoge oder digitale Steuerung werden die Sensordaten verarbeitet und die Aktoren angesteuert. Hinzu kommen Kommunikationsschnittstellen zu dem Nutzer oder anderen technischen Systemen.

Vorgehen
Um einen Schaltplan in einen realen Prototyp überführen zu können, muss entschieden werden, auf welche Art die Elektronik aufgebaut werden soll. Im einfachsten Falle werden die Bauteile mit Kabeln miteinander verbunden, was jedoch nur bei sehr einfach aufgebauten Systemen praktikabel ist. Mittels eines Steckbretts können elektronische Bauteile einfach und ohne Löten miteinander verbunden werden. Jedoch ist es meistens zu groß, um in ein Produkt integriert zu werden. Indem die Bauteile auf eine Lochrasterplatine gelötet werden lassen sich auch komplexere Schaltungen auf vergleichsweise kleinem Raum realisieren. Zuletzt kann auch die Anfertigung einer speziellen Platine erwogen werden, welche die größte Packungsdichte erlaubt. Komplexere Funktionen lassen sich häufig erst du den Einsatz von Mikrocontrollern, wie zum Beispiel Arduino, realisieren. Für diese muss eine entsprechende Firmware programmiert werden.

Grenzen und Alternativen
Anstatt die elektronischen Komponenten direkt in das fertige Gesamtprodukt zu integrieren, ist es häufig sinnvoller, diese zunächst in einem eigenen Testaufbau zu erproben. Hierdurch muss die Elektronik nicht so kompakt aufgebaut werden und die Fehlersuche gestaltet sich einfacher.

Mit Software wie LTSpice oder Qucs lässt sich das Verhalten elektronischer Schaltungen virtuell simulieren, wodurch Hardwareprototypen ergänzt oder sogar ersetzt werden können.

Literatur
Scherz, Paul; Monk, Simon: Practical electronics for inventors. 4. Auflage. New York: McGraw Hill Education, 2016
Brühlmann, Thomas: Arduino Praxiseinstieg. 3. Auflage. Heidelberg: mitp, 2015
McElroy, Kathryn: Prototyping for designers. Sebastopol: O'Reilly, 2017

 

CNC-Bearbeitung

Ziel
Mittels CNC-Maschinen können Bauteile computergesteuert bearbeitet werden. Hierdurch lassen sich Bauteile fertigen, die mit manuellen Verfahren nicht oder sehr aufwändig herzustellen wären.

Voraussetzungen
Jede CNC-Maschine basiert auf einem Steuerprogramm, das jeden einzelnen Schritt des Bearbeitungsvorgangs enthält. Das Steuerprogramm kann in einfachen Fällen von Hand geschrieben werden, in der Regel wird es aber anhand von CAD-Daten mittels einer CAM-Software automatisiert erstellt.

Erklärung
CNC steht für Computerized Numerical Control und umfasst die Computersteuerung von Werkzeugmaschinen. Sie wird bei verschiedenen Fertigungsverfahren, wie Fräsen, Drehen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden, Schleifen oder Erodieren eingesetzt. In der industriellen Praxis werden unter CNC-Bearbeitung aber meistens sogenannte Bearbeitungszentren verstanden. Sie ermöglichen das Fräsen, Drehen und Bohren in fünf Achsen. Mittels eines automatischen Werkzeugwechslers können verschiedene Zerspanungswerkzeuge innerhalb eines Programms genutzt werden.

Vorgehen
Bereits bei der fertigungsgerechten Konstruktion ist zu bedenken, wie das Bauteil später in der Maschine eingespannt und bearbeitet werden soll. Das Werkstück sollte während der Bearbeitung möglichst nicht umgespannt werden müssen. Mittels einer CAM-Software, die entweder vom Hersteller der CNC-Maschine mitgeliefert oder herstellerunabhängig ist, wird anschließend aus dem CAD-Modell das CNC-Programm errechnet und an die Maschine übertragen. Nachdem das Werkstück eingespannt wurde und die erforderlichen Werkzeuge eingesetzt wurden, wird das Programm gestartet und die Bearbeitung läuft automatisch ab.

Grenzen und Alternativen
Die CNC-Bearbeitung erfordert die fertigungsgerechte Konstruktion der Bauteile, wofür eine möglichst genaue Kenntniss der zur Verfügung stehenen Maschinen und Werkzeuge erforderlich ist. Zudem müssen für jeden Werkstoff die passenden Bearbeitungsparameter ermittelt werden. Im Prototypenbau wird die CNC-Bearbeitung daher zunehmend durch den 3D-Druck abgelöst, der unkomplizierter zu realisieren ist.

Literatur
N.N.: Fundamentals of CNC Machining. San Francisco: Autodesk, Inc., 2014. Verfügbar unter www.autodesk.com/campaigns/cnc-handbook
Overby, Alan: CNC machining handbook. New York: McGraw-Hill, 2011
Buck, Volkmar; Pröm, Manfred; Rödter, Hans; Roller, Rolf: Fachkunde Modellbau. 7. Auflage. Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel, 2017

Clay-Modellbau

Ziel
Die Validierung eines Designs liegt beim Clay-Modellbau im Fokus. Bei dem Prozess des Erstellens lassen sich auch Gestaltungstendenzen aufnehmen und anpassen, sodass der Prozess von Gestaltung und Modellbau oft parallel durchgeführt wird.

Voraussetzungen
Wichtig für ein gutes Resultat ist das Wissen um den korrekten Umgang mit dem Werkstoff und den Aufbau des Modells. Zum Einsatz kommen Spezialwerkzeuge zur Clayverarbeitung, wobei sich Experten auch gern eigenes Werkzeug formen. Zudem sind Werkzeuge zum erwärmen des Clay`s notwendig, wie ein Heißluftföhn und ein Ofen.

Erklärung
Clay ist ein Plastilin-Werkstoff auf Wachsbasis, der meist Schwefel als Füllstoff beinhaltet. Er wird bei höheren Temperaturen durch den Wachsanteil form- bzw. knetbar und bei Raumtemperatur fest. Die bräunliche oder auch gräuliche (bei technischem Clay) Farbe hilft bei der Wahrnehmung und Bewertung der Formgebung. Clay wird vornehmlich im Transportation Design verwendet, aber auch im Industrial Design, Character Design und der Architektur findet es Verwendung. Dabei werden meist ausgehend von Skizzen in unterschiedlichen Ansichten Modelle im Maßstab 1:1 und 1:4 gefertigt.

Vorgehen
Nachdem Skizzen für ein Design in mehreren Perspektiven, sowie vier planare Ansichten erstellt wurden, wird eine Unterkonstruktion aufgebaut, um Gewicht und Material zu sparen. Diese besteht meist aus einem Holz- oder Metallrahmen, auf den Schaumplatten aufgebracht wird, in welchem sich Vertiefungen befinden, um dem Clay eine Haftungsoberfläche zu geben. Anschließend wird der Clay in einem Ofen auf 50 - 60 °C erhitzt, um ihn formbar zu machen und auf das Grundkonstrukt flächig aufzutragen, bis die groben Abmessungen und Konturen erreicht sind. Wenn das Model erkaltet ist, können die Flächen und Konturen mit Werkzeugen, die speziell für die Verarbeitung von Clay geschaffen wurden, bearbeitet werden. Zum Übertragen der Gestaltung werden Markiertapes verwendet, die sich auch zur Formung von Kanten eignen. So wird das Design subtraktiv formgebend umgesetzt und falls noch Material fehlt, warmer Clay auf eine zuvor mit einem Heißluftföhn erhitzte Stelle aufgetragen.

Grenzen und Alternativen
Sehr filigrane Strukturen sind im Clay schwer umzusetzen. Für solche gibt es die Möglichkeit Metallnetze mit Clay zu verbinden, wobei sich jedoch andere Werkstoffe besser eignen könnten. Ferner sind keine sehr stabilen Modelle, wie sie aus Hartschaum erzielt werden können, zu erstellen. Der Werkstoff Clay ist an sich schwer, was ihn für den Einsatz in gewichtssensiblen Bereichen auch eher ungeeignet erscheinen lässt.

Literatur
Buck, Volkmar; Pröm, Manfred; Rödter, Hans; Roller, Rolf: Fach-kunde Modellbau. 7. Auflage. Haan-Gruiten: Europa-Lehrmittel, 2017.

Hallgrimsson, Bjarki: Prototyping and Modelmaking for Product Design. London: Laurence King Publishing, 2012               

https://web.archive.org/web/20070929023139/http://www.kolb-technology.com/studioline/uploads/Techn_Info_SuperClay.pdf

3D-Rendering

Ziel
Das Visualisieren von Funktionsprinzipien, Konstruktionen und Designs für Entwurfs- und Präsentationszwecke ist meist das Hauptaugenmerk von 3D-Renderings. Aber auch die Verwendung im künstlerischen Rahmen ist durchaus gängig.

Voraussetzungen
Neben einer 3D-Geometrie des Visualisierungsgegenstandes und der erforderlichen Software zur Erzeugung des Renderings müssen auch die entsprechenden Kenntnisse in Lichtgebung und Materialität vorhanden sein.

Erklärung
Ein 3D-Rendering ist ein mittels einer Software errechnetes Bild auf Grundlage einer 3D-Geometrie, Lichtparametern, Texturierung und Kameraeinstellungen.

Dafür ist der selten verwendete deutsche Begriff – Bildsynthese - treffend. Für eine detailgetreue und realistisch anmutende Visualisierung ist mitunter einiges an Know-how notwendig. Wissen um die Materialeigenschaften und dementsprechend die korrekte Texturierung, sowie das Wirken von Licht und Schatten, Kameraeinstellungen und Bildschnitt, als auch die Rendereinstellungen sind ausschlaggeben für die Güte des entstehenden Bildes.

Vorgehen
Als initialer Schritt ist das Erstellen der 3D-Geometrie oder das Importieren dieser in die Visualisierungssoftware zu benennen. Mit dem ersten Schritt geht das Ordnen und Strukturieren in der Software-Hierarchie einher. Anschließend wird das Licht gesetzt und das Material via Texturen auf die 3D-Geometrie projiziert. Die Art der Projektion spielt dabei auch eine wichtige Rolle. Nun kann mit einem Kamera-Objekt der Bildausschnitt und die Komposition gewählt werden. Zu beachten ist bei den Kameraeinstellungen, dass diese den physikalischen Möglichkeiten entsprechen und Brennweiten und andere Einstellungen passend gewählt werden. Wenn alle Parameter zufriedenstellend gesetzt sind, können die Rendereinstellungen, welche Auflösung, Bildformat, Dateiformat, Berechnungsmethoden für Licht, Antialiasing, globale Illumination und vieles mehr beinhalten, angepasst werden.

Grenzen und Alternativen
Ein virtuelles Model und dessen Repräsentation in Form eines Renderings lässt die Proportionen und Dimensionen je nach Güte nur erahnen. Aussagekräftiger in Gestalt und Funktion sind Prototypen und Designmodelle. Durch die weitere Dimension der Zeit in einer 3D-Animation ist diese eine naheliegende Alternative, da die meiste Vorarbeit bereits absolviert wurde. Zudem lassen sich Funktionen und auch in gewissem Rahmen Relationen besser verdeutlichen.

Literatur
Hemmerling, Marco; Tiggemann, Anke: Digitales Entwerfen: Computer Aided Design in Architektur und Innenarchitektur. Paderborn: Fink, 2010.
Bühler, Peter; Schlaich, Patrick; Sinner, Dominik: Animation: Grundlagen - 2D-Animation - 3D-Animation. Berlin, Heidelberg: Springer, 2017.
Flückiger, Barbara: Visual Effects : Filmbilder aus dem Computer. Marburg: Schüren, 2008.
Salomon, David: The Computer Graphics Manual : volume 1. London: Springer, 2011.

3D-Druck

Ziel
Mittels 3D-Druck lassen sich Bauteile herstellen, die dem Serienprodukt bereits sehr nahe kommen. Je nach Zielsetzung kann es sich um Designmodelle, aber auch um funktionsfähige und mechanisch belastbare Funktionsprototypen handeln.

Voraussetzungen
Die Ausgangsbasis für den 3D-Druck ist ein digitales 3D-Modell, in der Regel im STL-Format. Auch wenn der 3D-Druck viele Gestaltungsfreiheiten bietet, sind je nach verwendetem Verfahren bestimmte Gestaltungsrichtlinien zu beachten. Gegenüber dem tatsächlichen Serienprodukt müssen daher gegebenenfalls Änderungen vorgenommen werden.

Erklärung
Da jedes 3D-Druckverfahren spezifische Vor- und Nachteile hat, muss für jedes Projekt das geeigneste Verfahren ausgewählt werden. Ein erstes Unterscheidungsmerkmal sind die verfügbaren Werkstoffe. Wenn Bauteile gedruckt werden sollen, die z.B. elastisch, transparent, mechanisch belastbar, hitzebeständig oder wasserdicht sein sollen, schränkt dies die Auswahl der Druckverfahren ein. Hinzu kommt, dass bei einigen Verfahren Stützstrukturen erforderlich sind, was sich je nach Bauteilform negativ auf die Oberflächenqualität und die Wirtschaftlichkeit auswirken kann.

 

FDM-Drucker des Fablabs an der OVGU (c) M.P. Rothkoetter
FDM-Drucker des Fablabs an der OVGU (c) M. P. Rothkoetter

Vorgehen
Anhand des vorbereiteten 3D-Modells wird mittels einer CAM-Software (im 3D-Druck Slicer genannt) das Maschinenprogramm für den 3D-Drucker erstellt. Da alle bisherigen 3D-Drucker schichtweise arbeiten, wird hierzu das Modell in dünne Scheiben (Slices) zerlegt. Anschließend wird das Programm an den Drucker geschickt und ausgeführt. Der fertige Druck muss in der Regel noch nachbearbeitet werden, wenn eine hohe Oberflächenqualität erwünscht ist. Hierzu gehören beispielsweise das Entfernen von Stützmaterial, Schleifen, Spachteln oder Lackieren. 

Grenzen und Alternativen
Auch wenn der 3D-Druck viele Möglichkeiten bietet und im Trend liegt, ist bei jedem Bauteil zu prüfen, ob konventionelle Verfahren nicht besser geeignet sind. Bei plattenförmigen Bauteilen können z.B. CNC-Fräsen, Laser- oder Wasserstrahlschneiden die bessere Alternative darstellen. Wenn nur ein Designmodell erwünscht ist, lässt sich mit konventionellen Modellbauverfahren manchmal ein schnelleres und besseres Ergebnis erzielen, insbesondere auch bezüglich der erforderlichen Nacharbeit.

Literatur
Redwood, Ben; Schöffer, Filemon; Garret, Brian; Fadell, Tony: The 3D printing handbook. Amsterdam: 3D Hubs, 2017
https://www.3dhubs.com/knowledge-base/
www.fictiv.com/hwg/

3D-Animation

Ziel
Durch eine 3D-Animation lassen sich diverse Abläufe darstellen. Die Zielstellung des zu „belebenden“ Kontextes, ganz im etymologischen Sinne der lateinischen Wortfamilie „animare = Leben einhauchen, beseelen“ bestimmt somit die Möglichkeiten. Im Produktkontext wird die Animation häufig verwendet, um einen besseren räumlichen Eindruck zu kommunizieren und diesen um die Dimension der Zeit zu erweitern.

Voraussetzungen
Für eine 3D-Animation sind CAD-Geometrien, das Wissen um die physikalisch korrekte Darstellung des Objektes und das Wissen um die Verwendung von Licht und Kamera notwendig. Die entsprechende Software und ausgezeichnete Hardware, die eine zu den Anforderungen an die Animation passende Rechenleistung aufweist ist, von Nöten.

Erklärung
Die 3D-Animation ist die Erweiterung des 3D-Renderings um die Dimension der Zeit. Diese wird in den letzten Zügen der Produktentwicklung oder nach deren Vollendung zum Produktmarketing eingesetzt. So lassen sich vor der Produktion eines Produktes schon auf Basis der CAD-Daten Visualisierungen erstellen, die vorab ein Marketing ermöglichen.

Weiter sind auf diesem Wege sind kostengünstig und schneller Imagefilme zu erstellen, als mit Filmen von fertigen Produkten und auch Designs lassen sich schneller kommunizieren.

Vorgehen
Die im Entwicklungsprozess entstehenden CAD-Daten werden in eine Visualisierungs-Software importiert und dort dem Kontext entsprechend in „Szene“ gesetzt. Was bedeutet, dass nach dem Import der Geometrien diese ggf. an die Eigenheiten der Software angepasst und geordnet werden sollten, um ein optimales Arbeiten zu ermöglichen. Anschließend ist es sinnvoll, zuerst Materialien zu vergeben, danach das Licht und die Kameras zu setzen, und damit in jeder Szene einheitlich verwendbar zu machen, um dann von einem zuvor erstellten Storyboard ausgehend die Szenen aufzuteilen und die Bewegungsabfolgen in Keyframes (Schlüsselbildern) festzuhalten. Die verwendete Software interpoliert anhand aller Daten die Interframes und gibt nach dem Errechnen der Einzelbilder (Rendern) eine Animation in unterschiedlichen Datenformaten aus. Das Errechnen der Einzelbilder kann je nach Detailierungsgrad sehr rechenaufwändig sein und bei einer Animation mit mindestens 24 Bildern pro Sekunde (1 min = 1440 Bilder) sehr lange dauern. Je nach Vorgehen wird die gerenderte Animation dann in einem Post-Production-Schritt geschnitten und finalisiert oder lediglich als Animation ausgegeben.

Grenzen und Alternativen
Die 3D-Animation ist eine zeitintensive Aufgabe, die bei der realitätsgetreuen Darstellung von natürlichen und menschlichen Bewegungen sehr aufwändig wird. Je nach Voraussetzungen sind in der Darstellung von Interaktionen Fotos und Videos eine denkbare Alternative.

Literatur
Bühler, Peter; Schlaich, Patrick; Sinner, Dominik: Animation: Grundlagen - 2D-Animation - 3D-Animation. Berlin, Heidelberg : Springer Vieweg, 2017.
Hemmerling, Marco; Tiggemann, Anke: Digitales Entwerfen. Computer Aided Design in Architektur und Innenarchitektur. Paderborn: Fink, 2010.
Jackèl, Dietmar; Neunreither, Stephan; Wagner, Friedrich: Methoden der Computeranimation. Berlin, Heidelberg, 2006.
http://iasl.uni-muenchen.de/links/GCA-IV.2.html

Funktionsstruktur

Ziel
Der Produktentwicklung geht stets die Formulierung einer Gesamtaufgabe voraus. Die Funktionsstruktur zerlegt eine komplexe Gesamtfunktion in kleinere Teilfunktionen, ordnet diese und zeigt Zusammenhänge auf. Dadurch wird die anschließende Lösungssuche vereinfacht.

Voraussetzungen
Ein fundiertes Verständnis über das Problem muss vorliegen, um eine aussagekräftige Gesamtaufgabe zu formulieren. Für Neukonstruktionen ist die Anforderungsliste essentiell, um funktionale Zusammenhänge aufzuzeigen, während Anpassungskonstruktionen auf bekannte Funktionsstrukturen zurückgreifen.

 Erklärung
Die Funktionsstruktur ist eine grafische Blockdarstellung der Gesamtfunktion eines Systems. Die einzelnen Blöcke spiegeln Teilfunktionen wieder, die durch Energie-, Stoff- und Signalflüsse (Operanden) und Verknüpfungsregeln (Operationen) Speichern, Leiten, Umformen, Wandeln und Verknüpfen zueinander in Beziehung gesetzt werden. Dabei ist stets auf eine allgemeine Formulierung der Teilfunktionen zu achten, um eine Fixierung auf konkrete Lösungsvorschläge zu vermeiden.
Die Zusammenhänge zwischen den Eingangs- und Ausgangsgrößen des Systems werden aufgezeigt und Systemgrenzen festgelegt. Durch die iterative Vorgehensweise werden die dargestellten Operanden feingliedriger vernetzt und ein übersichtliches Verständnis über das betrachtete System gewonnen, wobei die Komplexität immer der Aufgabenstellung angemessen bleiben sollte.

Vorgehen
Aus der Anforderungsliste werden Funktionssätze formuliert.
Diese werden abstrahiert und jeweils allgemeinen Funktion zugeordnet.
Für die Darstellung der Ausgangssituation werden zunächst die Eingangs- und Ausgangsgrößen der Gesamtfunktion festgelegt.
Iterativ wird diese anschließend in weniger komplexe Teilfunktionen zerlegt und durch die Operanden verknüpft. Dadurch ergibt sich eine einfache, eindeutige und allgemeine Funktionsstruktur. Der Hauptfluss der Gesamtfunktion ist der Aufgabenkern, welcher stückweise um Nebenflüsse zu ergänzen ist. Bei komplexen Gebilden empfiehlt es sich, kleinere Funktionseinheiten mit getrennten Funktionsstrukturen zu bilden.
Strukturvariationen durch Zerlegen und Zusammenlegen von Teilfunktionen sowie Ändern der Reihenfolge oder Systemgrenze helfen bei der Lösungssuche und der Optimierung der Anforderungen.

Grenzen und Alternativen
Die Funktionsstruktur ist aufgrund der iterativen Vorgehensweise mit einem hohen Arbeitsaufwand verbunden. Allerdings kann sie als Basis für Weiterentwicklungen oder Variantenkonstruktionen dienen, sodass sich der Aufwand im Folgenden minimiert.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Umwandlung der allgemeinen Größen Stoff, Energie oder Signal ineinander nicht darstellbar ist.
Liegt kein Energie- oder Stofffluss in einem Gesamtsystem vor, kann alternativ auf weniger aufwändige Strukturierungsverfahren zurückgegriffen werden, wie das Petri-Netz. Des  Weiteren ist es möglich, nach einem vollständig erfassten Gebrauchsszenario auf eine Funktionsstruktur zu verzichten, sollten die essentiellen Produktprozesse bereits definiert worden sein – somit würde eine Funktionsstruktur keinen neuen Mehrwert generieren.

Literatur
Pahl, Gerhard; Beitz, Wolfgang; Feldhusen, Jörg; Grote, Karl-H.: Konstruktionslehre. 7. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2007
Roth, Karlheinz: Konstruieren mit Konstruktionskatalogen. 3. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2000
Kamusella, Alfred: Grundlagen: Entwurfsprozess. Entwickeln von Funktionsstrukturen. Verfügbar unter http://www.optiyummy.de/index.php?title=Grundlagen:_Entwurfsprozess#Entwickeln_von_Funktionsstrukturen (Stand: 14.09.2018)

Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse

Ziel
Die FMEA wird in der Entwicklungsphase angewandt, um Fehlerquellen und Störungen frühestmöglich zu identifizieren und eliminieren. Dadurch werden die Verlässlichkeit des Produktes gesichert, die Kundenzufriedenheit gesteigert und nachträgliche Kosten reduziert.

Voraussetzungen
Es muss ein funktionsübergreifendes Team aus Experten gegründet werden. Das zu betrachtende System muss vollständig bekannt sein, um jede Art von Fehlerquelle identifizieren zu können. 

Erklärung
Die FMEA ist eine systematische Methode, um bekannte und potentielle Fehlerquellen, Störungen und Probleme des Systems, Produktes, Prozesses oder Services und deren Gründe zu erkennen. Die Effekte auf das System oder den Endnutzer sowie das damit verbundene Risiko können abgeschätzt werden. Ausfallarten werden identifiziert, anhand der Risikoprioritätszahl RPZ eingestuft und folglich korrigiert. Dadurch können limitierte Ressourcen für die Behebung von hoch risikoreichen Ausfällen eingeplant werden.
Die Arbeitsweise erfolgt bottom-up, sodass zunächst Fehler kleinerer Level korrigiert werden, um durch hierarchische Verfolgung auch größere Störquellen anzugehen.
Man unterscheidet Konstruktions-FMEA nach einem Produktentwurf, Prozess-FMEA anhand von Fertigungsplänen sowie System-FMEA am Gesamtsystem.

Vorgehen
Zunächst erfolgt eine Definition der Systemgrenzen, worauf basierend ein interdisziplinäres Team zusammengestellt wird.
Komponenten und Relationen des betrachteten Systems werden mithilfe von Fließdiagrammen vereinfacht. Herausgestellte Subsysteme dienen der Identifikation potentieller Ausfallarten sowie der Abschätzung ihrer Konsequenzen, beispielsweise durch Brainstorming.
Für jede Ausfallart werden die Faktoren Eintrittswahrscheinlichkeit (O), Bedeutung (S) und Entdeckungswahrscheinlichkeit (D) mit Zahlen von 1 bis 10 mittels Bewertungskatalogen eingestuft. Der RPZ wird durch die Multiplikation der drei Faktoren bestimmt.
Es ergibt sich eine RPZ-Rangfolge der Ausfallarten. Für die risikoreichsten werden Korrekturmaßnahmen eingeleitet. Ein RPZ größer 125 wird als kritisch betrachtet.
Eine Rekalkulation des RPZ hilft die Effizienz der Korrekturmaßnahmen einzuschätzen.

Grenzen und Alternativen
Bei der FMEA handelt es sich um ein dynamisch-iteratives Dokument: Veränderungen am Produkt bedeuten gleichzeitig Veränderungen in der FMEA.
Die Festlegung der Risikofaktoren unterliegt subjektiven Einflüssen. Die Berechnung des RPZ reagiert sensibel auf Änderungen, was die qualitative Vergleichbarkeit erschwert. Die Risikofaktoren in der RPZ werden gleich gewichtet, was häufig nicht realitätsgetreu ist. Auch die Beschränkung auf drei Risikofaktoren ist kritisch zu hinterfragen, da beispielsweise der wirtschaftliche Aspekt gänzlich unberücksichtigt bleibt.
Bei komplexen Prozessen ist man häufig auf Software-Implementierungen zur Unterstützung angewiesen.
Alternativen zur FMEA sind reduzierte RPZ (Bewertungsintervall von 1 - 5 Punkten), Critical Number Rankings oder Multi-criteria Pareto Rankings.

Literatur
Wälder, Konrad; Wälder, Olga: Methoden zur Risikomodellierung und des Risikomanagements. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2017
Zhu, Yang-Ming: Failure-Modes-Based Software Reading. Solon (USA): Springer, 2017
Liu, Hu-Chen: FMEA Using Uncertainty Theories and MCDM Methods. Singapore: Springer Science+Business Media, 2016

 

Stückliste

Ziel
Die Stückliste reduziert einen hohen Informationsgehalt durch die systematische Zusammenstellung aller Bestandteile eines Erzeugnisses. Die folglich gewonnene Transparenz und Übersichtlichkeit hilft Prozessverbesserungen zu erwirken und Produktionsleitsysteme zu implementieren.

Voraussetzungen
Die Produktentwicklung spezifiziert alle Rohmaterialien, Halbfertig- sowie Fertigteile, Dokumente und Dienste im unternehmensinternen Materialstamm. Effizientes Produktdatenmanagement erfordert Rechnerunterstützung für die Zusammenarbeit mit ERP- und Entwicklungssystemen. Projekterfahrung sowie Kontextexperten sind notwendig.

Erklärung
Die Stückliste verdeutlicht, aus welchen Materialien (Baugruppen, Einzelteile), ein Fertigteil zusammengesetzt ist, welche Schritte wann, von wem und mit welchen Betriebsmitteln auszuführen sind. Sie sind die Basis für Produktionsleitsysteme, für die wirtschaftliche Bedarfsrechnung und folglich für eine reibungslose Fertigung und Logistik.
Es wird in Mengenübersichts-, Struktur-, Baukasten-, Varianten- und Konstruktionsstückliste sowie diverse Mischformen unterschieden. Diese weisen verschiedene Vor- und Nachteile auf. Die Stücklistenart ist anhand des Komplexitätsgrads und der Ausführungsvielfalt des Fertigproduktes auszuwählen.

Vorgehen
Eine Entwicklungsstückliste wird zunächst zu einer allgemeingültigen Stückliste weiterentwickelt. Dabei erfolgt eine hierarchische Gliederung eines Erzeugnisses in kleinere Einheiten. Die Baumstruktur verweist auf konkrete Materialien oder andere Stücklisten. Zu jedem Einzelteil werden Positionsnummer, Menge, Mengeneinheit, Gruppen-/ Teilname, Sachnummer, Normkurzbezeichnung, Bemerkungen und Hilfsstoffe angegeben. Die Positionsnummern sind das Bindeglied zwischen Stücklisten und technischen Zeichnungen für den Montageprozess. Materialnummern und teilweise die Kombination mehrerer Attribute sind notwendig, um Einzelteile eindeutig zu beschreiben. Komplexe Materialstämme sind in einem ERP-System zu pflegen.
Beim Auftragseingang wird eine Stücklistenauflösung durchgeführt. Dabei können der allgemeingültigen Stückliste Standards entnommen und Kundenwünsche eingebracht werden, sodass eine auftragsspezifische Stückliste entsteht.

Grenzen und Alternativen
Ein hoher Pflegeaufwand ist erforderlich, da Veränderungen an den verwendeten Teilen oder Lieferanten automatisch zu Änderungen der Stückliste führen. Unternehmen mit mehreren Standorten müssen werkspezifische Stücklisten erstellen und diese an die örtlichen Gegebenheiten anpassen.
Wird die Stückliste für andere Zwecke bspw. die logistische Bedarfsrechnung erstellt, ist sie in der Regel für Produktionszwecke ungeeignet. Die Stücklistenauflösung im ERP-System kann für überschlägliche wochen- oder monatsbezogene Bedarfsermittlungen genutzt werden. Bei JIS- und JIT-Produktionen, ggf. unterstützt durch Produktionsleitsysteme, sind diese Daten zu ungenau, was Potential für Ungenauigkeiten bietet. Nur in Verbindung mit der Prozessentwicklung und Anlagenplanung kann sie zu einem funktionierenden Produktionsleitsystem beitragen.

Literatur
Kropik, Markus: Produktionsleitsysteme in der Automobilfertigung, Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2009
Maune, Guido: Möglichkeiten des Komplexitätsmanagements
für Automobilhersteller auf Basis IT-gestützter durchgängiger Systeme. Paderborn: Universität-Gesamthochschule-Paderborn, Wirtschaftswissenschaften, Dissertation, 01.02.2002
Pahl, Gerhard; Beitz, Wolfgang; Feldhusen, Jörg; Grote, Karl-H.: Konstruktionslehre. 7. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2007

Marker Rendering

Ziel
Ziel eines Marker-Renderings ist es eine bestehende Skizze zu colorieren, zu schattieren, sowie Highlights zu setzen um einen räumlichen Eindruck sowie eine realistische Produktanmutung zu erzeugen.

Voraussetzungen
Für ein Marker-Rendering sind selbstverständlich Marker erforderlich. Zusätzlich sollte man unbedingt auch spezielles Marker-Papier besitzen um ein „Ausfransen“ der Markerflächen zu vermeiden.

Weiterhin sollte bereits eine Strichzeichnung des Produkts vorhanden sein die als Grundlage verwendet werden kann. Hilfreich sind stark deckende Buntstifte in den Farben Schwarz und Weiß um die Outlines und Highlights hervorzuheben.

Erklärung
Marker sind spezielle Stifte die auf alkoholbasierten Farbpigmentlösung beruhen. Dieser Alkohol hat ideale Trocknungseigenschaften um innerhalb einer kurzen Zeit Flächen in einem Farbton gleichmäßig zu colorieren. Solange der Alkohol noch nicht getrocknet ist, erscheint die gesamte Fläche im exakt selben Farbton, nach der Trocknung können weitere Schichten aufgetragen werden die dann dunkler und je nach Farbton gesättigter wirken. Durch Verwendung der Marker lassen sich gut Farbverläufe, Körperschatten und auch Schlagschatten darstellen, sowie die Farbigkeit und Materialität des Produkts andeuten.

Vorgehen
Zunächst werden die Flächen gleichmäßig mit der breiten Markerspitze in einem Farbton coloriert. Für sehr große Flächen eignen sich hier besonders breite Marker. Beim Ausfüllen der Flächen ist auf rasches gleichmäßiges Auftragen zu achten. Anschließend können Körperschatten als weitere Schicht aufgetragen werden, hierzu kann ein leicht dunklerer Marker verwendet werden. Um einen Farbverlauf zu erzeugen wird der Übergang von hellen zu dunklen Flächen mit dem helleren Marker harmonisiert, in dem innerhalb des Übergangsbereichs mehrfach von der dunklen auf die hellere Seite coloriert wird.

Anschließend können Schlagschatten mit einem dunklen Marker erzeugt werden. Abschließend werden evtl. erforderliche Highlights mit weißem Buntstift, und Outlines mit einem dunklen Buntstift gesetzt.

Grenzen und Alternativen
Alternativ können Skizzen auch digital coloriert und gerendert werden. Hier liegt der Vorteil klar in der unbegrenzten Farbwahl und dem im Gegensatz zu den Markern nicht endenden Verbrauchsmaterial.[RB13]; [RB14]; [Kem94]

 

Literatur

[Kem94] Kemnitzer, Ronald B.: Rendering with markers : [definitive techniques for designers, illustrators, and architects]. Watson-Guptill, New York, 1994

[RB13] Robertson, Scott ; Bertling, Thomas: How to draw : Drawing and sketching objects and environments from your imagination. Design Studio Press, Culver City, CA. First edition, 2013

[RB14] Robertson, Scott ; Bertling, Thomas: How to render : The fundamentals of light, shadow and reflectivity. Design Studio Press, Culver City, CA. First edition, 2014

 

 

Finite-Elemente-Methode

Ziel
Zur Analyse von Kräften auf Bauteile und deren Auswirkungen werden heute standardmäßig Simulationen mithilfe der Finite-Elemente-Methode durchgeführt. Virtuell können so Körper in Belastungssituationen betrachtet und bewertet werden.

Voraussetzungen
Für die Ausführung einer FEM-Simulation bzw. Analyse (FEA) sind Grundkenntnisse der Technischen Mechanik und Festigkeitslehre sowie genaue Kenntnisse der Kräfte und Randbedingungen für den entsprechenden Lastfall von Nöten.

Erklärung
Die FEM ist ein numerisches Verfahren zur Analyse von Festigkeits- und Steifigkeitsproblemen. Grundlage der FEM ist die Diskretisierung, welche eine Geometrie durch ein Netz aus endlichen Elementen abbildet und berechenbar beschreibt. Die Knoten des Netzes dienen als Ansatzpunkte für partielle Differentialgleichungen, welche numerisch gelöst werden, was i. d. R. computerunterstützt von statten geht. Dabei werden beispielsweise Verzerrungen von Punkten, Spannungen oder Reaktionskräfte ermittelt. Anhand Übergangsbedingungen wird gewährleistet, dass die Summe der Berechnungen aller Punkte dem gesamten Bauteil entspricht. Zur Qualitätssicherung dient die DIN EN ISO 9001, welche eine Verifizierung und Validierung mit der Unterschrift des Ingenieurs fordert.

Vorgehen
Ist ein Bauteil bzw. Modell vorhanden, muss dieses erst aufbereitet werden. Dies geschieht im Präprozessor (Preprocessing). Das Modell wird hier für die Analyse zielorientiert idealisiert. Je nach Anwendungsfall muss eine bestimmte Berechnungsmethode gewählt werden. Anschließend erfolgt die Vernetzung, bei besonders interessanten Stellen ist diese feiner zu gestalten als in übrigen Bereichen. An dem Modell werden dann neben Werkstoffeigenschaften, Lasten und Zwangsbedingungen aufgebracht. Sind alle Einstellungen vorgenommen wird durch den Gleichungslöser (Solver) das numerische Problem gelöst. Im Postprozessor (Postprocessing) wird das Ergebnis mithilfe grafischer Darstellungen ausgewertet.

Grenzen und Alternativen
Es muss beachtet werden, dass hier mit Näherungslösungen gearbeitet wird, die je nach Grad der Vernetzung mehr oder weniger genau sein können. Die Ergebnisse sollten immer auf Plausibilität geprüft werden, beispielsweise in dem eine numerisch berechnete Lösung überschlagsmäßig analytisch nachgerechnet wird. Die Rechenzeit im Solver hängt von der Größe des Modells ab. Sind Modelle symmetrisch aufgebaut und die Belastungen und Kräfte entsprechend symmetrisch angeordnet, kann das Modell und damit der Rechenaufwand stark vereinfacht werden.

Literatur
Klein B. (2015) Das Konzept der Finite-Element-Methode. In: FEM. Springer Vieweg, Wiesbaden
Vajna S., Weber C., Zeman K., Hehenberger P., Gerhard D., Wartzack S. (2018) Finite-Elemente-Modellierung und Anwendungen. In: CAx für Ingenieure. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg
Roubanov D. (2014) Produktmodelle und Simulation (CAE). In: Eigner M., Roubanov D., Zafirov R. (eds) Modellbasierte virtuelle Produktentwicklung. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg

Featurebasierte Modellierung

Ziel
Ein wichtiger ständiger Bestandteil der Produktentwicklung von Hardware ist die Modellierung mit unterschiedlichen rechnerunterstützten Systemen. Die featurebasierte Modellierung bietet durch ihre Bausteinelemente die Möglichkeit mit verschiedenen Systemen an einem Modell zu arbeiten.

Voraussetzungen
Kernpunkt dieser Art der Modellierung sind sogenannte „Features“ - komplexe CAD-Elemente (z.B. Bohrungen), die Informationen über Geometrie und Technologie oder funktionale Eigenschaften zur Beschreibung realer Objekte enthalten. Für eine effiziente Arbeit sollten diese Informationen weitestgehend schon vor der Modellierung konzipiert werden (z.B. Skizzen zur Geometrie und Maße von Schnittstellen der Einzelteile).

Erklärung
Die heutigen kurzen Entwicklungszeiten fordern effiziente Arbeitsschritte in der Modellierung. Besonders bei häufig vorkommenden und sich ähnelnden Elementen wie Bohrungen sind quasi standardisierte Prozesse zeitsparend. So brauchen beispielsweise je nach Art eines Bohrungsfeatures nur Durchmesser, Bohrungstiefe und Position der Bohrung angegeben werden. Weiterhin hat es den Vorteil, dass frühzeitig Ergebnisse mit Stakeholdern der Entwicklung besprochen und mögliche Änderungswünsche schnell umgesetzt werden können. Anders als die parametrisierte Modellierung können hierbei zusätzlich zu geometrischen Elementen auch semantische Informationen wie beispielsweise die Gewindeart einer Bohrung einbezogen werden.

Vorgehen
Gängige CAD-Systeme für Ingenieure nutzen bereits standardmäßig die Feature-Technologie. Üblicherweise beziehen diese sich auf bestimmte Formelemente, die modelliert werden sollen. So werden in einer Abfolge von definierten Schritten zuerst Ebenen und Bezugsachsen bestimmt, in der Regel 2D-Skizzen erstellt und erforderliche Parameterwerte gesetzt. Je nach Formelement werden unterschiedliche semantische Informationen abgefragt. Manche CAD-Programme bieten auch ein Werkzeug zur Erstellung anwendungsspezifischer Features an, die nicht in den Standardbibliotheken enthalten sind.

Grenzen und Alternativen
Der Begriff „Feature“ wird in der CAD-Welt sehr häufig verwendet. So werden in vielen CAD-Programmen mit dem Begriff auch die Erstellung reiner Formelemente gemeint.
Mit einem Feature werden anhand weniger Parameter automatisch geometrische Beziehungen gesetzt, die für ein bestimmtes Formelement nötig sind. Nach der Erstellung sind diese immer noch gültig, somit ist das erstellte Element als Einheit zu betrachten, wobei nur die angegebenen Parameter oder das Element als Ganzes anpassbar sind.

Literatur
Vajna S., Weber C., Zeman K., Hehenberger P., Gerhard D., Wartzack S. (2018) CAD-Modellierung und Anwendungen. In: CAx für Ingenieure. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg
Roubanov D. (2014) Mechanikkonstruktion (M-CAD). In: Eigner M., Roubanov D., Zafirov R. (eds) Modellbasierte virtuelle Produktentwicklung. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg

Digitales Zeichnen

Ziel
Ziel des digitalen Zeichnens ist es mit den nahezu grenzenlosen Möglichkeiten der digitalen Bildbearbeitung realistische und überzeugende Renderings eines Produktes zu erzeugen

Voraussetzungen
Um digital Zeichnen zu können ist entweder ein Grafiktablett oder ein geeigneter Touchscreen erforderlich, von denen beide ihre Vorteile haben. So sind Grafiktabletts in der Regel mit druck- und neigungssensitiven Stiften ausgestattet. Touchscreens erleichtern selbstverständlich die Hand-Augen-Koordination. Im Idealfall kann man auf ein Gerät mit zeichenfähigem Bildschirm und zugehörigem drucksensitiven und neigungsempfindlichen Stift zurückgreifen.
Ein Scanner ist ein weiteres hilfreiches Tool um analoge Skizzen zu digitalisieren. Digital Zeichnen heißt nicht in jedem Fall, dass alle Striche digital erfolgt sein müssen. 

Erklärung
Digitales Zeichnen beruht auf bekannten Bildbearbeitungsprogrammen oder auch spezieller Software für Digitales Zeichen. Die digitale Zeichnung wird dabei meist auf Basis von zahlreichen Ebenen aufgebaut. Man unterscheidet Hintergrundebenen, Strichebenen, Colorationsebenen, Texturebenen, Körperschattenebenen, Schlagschattenebenen und Ebenen für Highlights.

Vorgehen
Zunächst wird eine Strichzeichnung benötigt. Diese wird entweder digital erstellt (dies ist nur ratsam, wenn man schon etwas geübt ist im digitalen Zeichnen) oder mit dem Scannen und Nachbearbeiten einer analogen Zeichnung erlangt. Im letzteren Falle wird der Scan durch das Korrekturtool Gradiationskurven ein perfektes Weiß als Hintergrund erzeugt (weiße Pipette) und evtl. auch die Striche weiter abgedunkelt (schwarze Pipette).
Diese erste Strichebene wird nun als oberste Ebene angeordnet und die Ebeneneigenschaften auf multiplizieren gestellt. Anschließend werden einzelne Flächen gleichmäßig mit Farbe ausgefüllt. Masken können dabei sehr hilfreich sein die zu colorierenden Bereiche exakt definieren zu können. Anschließend werden einzelne Bereiche mit Körperschatten erstellt indem die Farbwerte in Bereichen des Körperschattens abgedunkelt werden. Um einen Farbverlauf zu erzeugen wird ein sehr weicher, großer Pinsel verwendet (über die Maske wird gewährleistet, dass hierbei nur der erforderliche Bereich schattiert wird). Anschließend können Schlagschatten mit dunklem Farbwert, Texturen, und Highlights mit hellen Farbwerten als separate Ebenen erzeugt werden.

Grenzen und Alternativen
Alternativ können Skizzen auch mit Markern analog erstellt werden, was auch rendern genannt wird. [1,2,3]

Literaturverzeichnis
[1] Kemnitzer, Ronald B.: Rendering with markers : [definitive techniques for designers, illustrators, and architects]. Watson-Guptill, New York, 1994
[2] Robertson, Scott ; Bertling, Thomas: How to draw : Drawing and sketching objects and environments from your imagination. Design Studio Press, Culver City, CA. First edition, 2013
[3] Robertson, Scott ; Bertling, Thomas: How to render : The fundamentals of light, shadow and reflectivity. Design Studio Press, Culver City, CA. First edition, 2014

Computational Fluid Dynamics

Ziel
Mit CFD-Analysen werden Strömungsvorgänge um einen Körper für unterschiedlichste Anwendungen simuliert, wie u.a. im Fahrzeug- und Flugzeugbau. So kann beispielsweise die Aerodynamik von Karosserien mit vergleichsweise geringen Kosten am Rechner simuliert werden.

Voraussetzungen
Um eine CFD-Simulation zu betreiben, sollten grundlegende Kenntnisse über die Strömungslehre wie z. B. die Kontinuitätsgleichung, Energiegleichung und Navier-Stokes-Bewegungsgleichungen beim Anwender vorhanden sein.

Erklärung
Computer Fluid Dynamics (CFD) umfasst die rechnerunterstützte Strömungsdynamik bzw. numerische Strömungsmechanik. Strömungen können anhand partieller Differentialgleichungen beschrieben werden. So werden für Zielwerte numerische Näherungslösungen ermittelt, indem die Berechnungen bzw. Gleichungen auf einzelne endliche Elemente bezogen werden (Diskretisierung). Rechnergestützt kann so eine Vielzahl dieser komplexen Gleichungen vorgenommen werden. Hierfür bieten sich CAD-Programme mit entsprechenden Modulen oder spezielle CAE-Programme für Simulationen an. 

Vorgehen
Preprocessing - Ein zu betrachtendes Problem muss zunächst in ein Modell und in einen Fluid-Raum überführt werden, hierbei soll das Problem möglichst detailliert beschrieben sein und dennoch mit minimaler Rechenzeit auskommen. So werden zunächst Fluidraum und Modell mit angemessener Netzgröße in Segmente diskretisiert. Auf Basis dieser Elemente können Berechnungen vorgenommen werden. Zusätzlich werden u.a. Strömungsein- und -auslässe und das strömende Fluid definiert. Weiterhin werden Randbedingungen und Lasten, wie Strömungsgeschwindigkeit, strömungsmechanische Randbedingungen definiert.
Solving - Letztendlich muss sich für die Diskretisierungsmethode entschieden werden. Je nach Anwendungsfall wird ein bestimmte Methode Berechnung genutzt, wie beispielsweise die Finite-Volumen-Methode (FVM) oder FDM-Finite Differenzen-Methode (FDM).
Postprocessing - Hier erfolgt eine Plausibilitätsprüfung und die Auswertung der Lösung. Hier werden die Ergebnisse letztendlich visualisiert und die strömungsmechanischen Eigenschaften der Modelle analysiert.

Grenzen und Alternativen
Wie bei allen rechnergestützten Simulationen, gilt es darauf zu achten, dass nur Näherungslösungen erhalten werden können, deren Genauigkeit letztlich an die verfügbaren Rechenkapazitäten gebunden ist. Trotz technischer Möglichkeiten sind nutzbare CFD-Simulationen meist sehr zeitaufwändig und benötigen ein tiefes Verständnis in der Funktionsweise des Simulationsprogramms, weshalb im Vornherein geprüft werden muss, ob die erzielbaren Ergebnisse für die Produktentwicklung lohnenswert sind. Alternativ oder auch zusätzlich können Tests im Windkanal zur Verifizierung unternommen werden.

weiterführende Literatur
Vajna S., Weber C., Zeman K., Hehenberger P., Gerhard D., Wartzack S. (2018) Weitere ausgewählte Modellierungstechniken und Anwendungen. In: CAx für Ingenieure. Springer Vieweg, Berlin, Heidelberg
Ferziger, Joel H.; Perić, Milovan (2008) Einführung in numerische Berechnungsverfahren. In: Numerische Strömungsmechanik. Springer, Berlin, Heidelberg
Chakraborty S. (2008) Finite Volume and Finite Difference Methods for Modeling and Simulation. In: Li D. (eds) Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics. Springer, Boston, MA

 

WWWWWH

Ziel
Mit der 5WH-Methode wird ein Problem unter den Gesichtspunkten Who (Wer), What (Was), Where (Wo), When (Wann), Why (Warum) and How (Wie) analysiert. Das Ziel ist es, ein umfassendes Verständnis des Problems zu erlangen [2].

Voraussetzungen
Es sind keine besonderen Voraussetzungen erforderlich. Hilfreich ist diese Methode jedoch zu Beginn des Designprozesses [2].

Erklärung
Zu dieser Methode werden nach einer aussagekräftigen Definition der Problemstellung unterschiedliche Fragen zur Analyse und Klärung der Randbedingungen gestellt. Dabei können Fakten und Werte über die im Prozess involvierten Abschnitte, sowie Personen aufgedeckt werden. Nachdem alle Fragen gestellt wurden, gibt es die Möglichkeit der Priorisierung der Antworten.
Bei den Fragen Who (Wer) wird empfohlen, so viele Personen wie möglich die am Prozess beteiligt sind, in die Fragen einzubeziehen, sowie bei What (Was) ebenfalls Probleme hinter dem eigentlichen Problem zu erfragen, um die Essenz des Problems aufzudecken [2].

Vorgehen
Zunächst wird das das vorläufige Problem oder der Designauftrag durch kurze Aussagen definiert. Danach werden die 5WHs genutzt, um eine Vielzahl von Fragen bezüglich der Problemstellung zu formulieren. Beispielhafte Fragestellungen können sein:

  • Wer sind die Interessensgruppen?
  • Wer hat das Problem?
  • Wer hat Interesse an einer Lösung?
  • Worin besteht das Problem?
  • Was wurde bislang unternommen um das Problem zu lösen?
  • Warum ist das ein Problem?
  • Wie ist das Problem entstanden?
  • Wie haben die Stakeholder versucht das Problem zu lösen?

Danach werden die Antworten auf die gestellten Fragen überprüft. Gegebenenfalls müssen weitere Informationen beschafft werden. Die Informationen werden dann priorisiert und die Problemstellung oder Designauftrag neu formuliert [2]. 

Grenzen und Alternativen
Die 5WH-Methode lässt sich auf eine 5W2H-Methode erweitern indem die Frage How much (Wie viel) hinzugefügt wird [1]. Eine weitere Methode, ein Problem systematisch zu analysieren bietet die Means-end-relationships Methode [2]. 

Literatur
[1] https://www.e-qms.co.uk/5w2h-method/ (2018): 5W2H Method Used For Problem Solving. Online verfügbar unter https://www.e-qms.co.uk/5w2h-method/, zuletzt geprüft am 17.10.2018.
[2] van Boeijen, Annemiek; Daalhiuzen, Jaap; Zijlstra, Jelle; van der Schoor, Roo (Hg.) (2014): Delft design guide. Design methods. Technische Universiteit Delft. Revised 2nd edition. Amsterdam: BIS Publishers.

Triz

Ziel
Die TRIZ ist ein Leitfaden zum methodischen Suchen und Erarbeiten innovativer Ideen in der frühen Produktentwicklungsphase. Dazu sollen Widersprüche innerhalb eines technischen Systems aufgezeigt und mittels empirischer Entwicklungsgesetze überwunden werden.

Voraussetzungen
Zur Anwendung der Methode muss eine klare Problemstellung vorliegen, die es zu lösen gilt.
Die TRIZ nutzt Patente als Wissensspeicher zur Lösungsgenerierung, weswegen ein Zugang zu ebensolchen Datenbanken notwendig ist.

Erklärung
Die TRIZ nimmt an, dass ähnliche Problemstellungen in verschiedenen Wissenschaftsbereichen oder Anwendungsfällen auftreten. Daher ist gezielt nach (branchenfremden) Patenten zu suchen, die potentielle Lösungsansätze für die eigene Fragestellung bieten.
Die technischen und physikalischen Widersprüche im System werden überwunden, indem das Ausbrechen aus konventionellen Denkmustern und das Generieren unkonventioneller, innovativer Lösungen gefördert werden.
Unter den Leitgedanken Systematik, Wissen, Analogie und Vision sind verschiedene Methoden und Werkzeuge gesammelt. Um diese zu ordnen und zu strukturieren, wurde der Algorithmus des erfinderischen Problemlösens (ARIZ) entwickelt. Er ist als Handlungsleitfaden für den Anwender zu verstehen.
Aufgrund der methodischen Komplexität der TRIZ wurden anwendungsunterstützende Softwares entwickelt.

Vorgehen
Die Systematik dient der Beschreibung der Aufgabenstellung sowie der Analyse und Synthese von Problemen und deren Lösungen. Mithilfe verschiedener Methoden wird das technische Problem konkret beschrieben, Ressourcen identifiziert und Hauptfunktionen definiert. Das Resultat ist ein Ursache-Wirkung-Diagramm, um Modifikationen zur Funktionsverbesserung und Kostenoptimierung vorzunehmen.
Eine Internet- und Patentrecherche dient als Informationsquelle für ungenutztes Wissen. Die Verwendung eines Effektkatalogs zeigt physikalische, chemische und geometrische Effekte zur Umsetzung auf.
Die widerspruchsorientierte Problemlösung wird in der Analogie umgesetzt. Die Widerspruchsmatrix bietet 40 innovative Grundprinzipien zur Überwindung vorhandener Widersprüche an.
Die Vision zeigt Evolutionsgesetze technischer Systeme auf, um die weitere Entwicklung des Produktes abzuschätzen.

Grenzen und Alternativen
Die TRIZ ist eine aufwändige und komplexe Methode, weswegen im Vorfeld ein ausreichend großes Zeitkontingent einzuplanen ist. Die Prinzipien sollte nicht als festes Schema sondern als ein Leitfaden angesehen werden, andernfalls können die schemenhaften Strukturen eine gedankliche Beschränkung mit sich bringen.
Außerdem wird ein sehr gutes naturwissenschaftliches Verständnis vorausgesetzt, um eine erfolgreiche Umsetzung zu erreichen.
Zudem ist durch die Verwendung diverser Kataloge eine Software-Unterstützung empfehlenswert.
Zur Ideengenerierung und Lösungssuche kann alternativ jede Art klassischer, intuitiver oder diskursiver Methoden verwendet werden – fehlend ist hier jedoch die widerspruchsbetone Orientierung, die in der TRIZ vorzufinden ist.

Literatur
Pahl, Gerhard; Beitz, Wolfgang; Feldhusen, Jörg; Grote, Karl-H.: Konstruktionslehre. 7. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2007
Cavallucci, Denis: TRIZ – The Theory of Inventive Problem Solving. Cham: Springer International Publishing, 2017
VDI 4521 Blatt 2:2018-04, Erfinderisches Problemlösen mit TRIZ – Zielbeschreibung, Problemdefinition und Lösungspriorisierung. 04/2018. Berlin: Beuth Verlag
c4pi – Center for Product-Innovation Dipl.-Ing. Horst Th. Nähler: TRIZ online. Website unter www.triz-online.de (Stand: 17.09.2018)

Bionik

Ziel
Die Bionik überträgt Prinzipien aus der Natur in technische Gebilde – neuartige Ideen und Lösungsvorschläge werden generiert. Dabei kann von den natürlichen Wirkstrukturen als perfekt organisiertes System profitiert werden.

Voraussetzungen
Ein erster Ideen-Impuls aus Technik oder Biologie sowie biologische Grundlagenforschung müssen als Anhaltspunkt gegeben sein. Interdisziplinäres Wissen bzw. fachspezifische Experten sind durch die Verbindung von Natur und Technik unabdingbar.

Erklärung
Der Wissenstransfer aus der Natur ist der Kernpunkt der Bionik. Es werden natürliche Formen, Strukturen, Organismen und Vorgänge für neuartige, technische Lösungen nutzbar gemacht. Die Analogien können einerseits in den Ergebnissen der Evolution, also funktionsmorphologischen Strukturen in einem Organismus, entwicklungsbiologischen Prozessen oder kooperativen Lösungen in Schwärmen und Populationen gefunden werden. Andererseits bietet die Evolution selbst Anregungen für Optimierungsstrategien und Erfolgsprinzipien.

Vorgehen
Die Ideenfindung ist bestrebt, eine technische Fragestellung mit einem konkreten biologischen Vorbild zusammenzuführen. Um innovative Ideen zu entwickeln, können diverse Kreativitätstechniken genutzt werden, bspw. die TRIZ.
In der Analyse wird Wissen zum biologischen System erarbeitet, um es in die Technik zu transferieren. Vielfältigste Methoden sind nutzbar von der klassischen Beobachtung bis hin zu zerstörungsfreien Prüfmethoden.
Nachfolgend wird eine Analogie zum biologischen Vorbild angestrebt. Dabei wird ein Funktionsraum der gewünschten technischen Modellvorstellung definiert, nicht jedoch eine konkrete Form des Zielobjektes festgelegt.
Um schlussendlich eine Invention zu entwickeln, schließen sich die Schritte der Projektversuchsplanung, Experimente und Berechnungen, Prototypenherstellung, Anwendungstests sowie Gesamtbewertung an.

Grenzen und Alternativen
Die Bionik setzt ein großes Zeitbudget voraus, da sie aufwändiger und komplexer ist als konventionelle Methoden. Hier stößt die Machbarkeit häufig an ihre Grenzen, wenn versucht wird, alle biologischen Zielgrößen in einem technischen System abzudecken.
Im klassischen Sinn zieht die Bionik Vorteile aus der Natur – die weiterentwickelte, systemische Bionik bedenkt dabei in einem ganzheitlichen Ansatz auch die negativen Auswirkungen, die die Technik in der Natur hervorruft. Mit Problemlösungsstrategien und Präventivmaßnahmen soll die Natur auch von der Technik profitieren oder zumindest geschont werden.
Alternativ zur Bionik kann Wissen aus bereits existierenden technischen Lösungsansätzen übernommen bzw. neue Ideen durch Kreativitätsmethoden entwickelt werden.

Literatur
Schulthess, Marc (Hrsg.); Herstatt, Cornelius; Kalogerakis, Katharina: Innovationen durch Wissenstransfer. Wiesbaden: Springer Gable, 2014
Küppers, E. W. Udo: Systemische Bionik. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2015

Weiterführende Literatur zur Ideenfindung
Altschuller, G. S.: Erfinden – Wege zur Lösung technischer Probleme. Berlin: Verlag Technik, 1984 (TRIZ)
Fraunhofer IAO: BioPS – Suchwerkzeug im Ideenreservoir der Natur. http://www.nature4innovation.com/ (Datum des Zugriffs: 11.07.2018)

6-3-5-Methode

Ziel
Suchen und Sammeln neuartiger Lösungen. Die Methode ist eine Variation des Brainwritings und erzielt eine geradlinige Entwicklung von Ideen und ist besonders dazu geeignet, Grundideen abzuwandeln und auszubauen.

Voraussetzungen
Zur Durchführung werden ein Zeitnehmender, sechs Teilnehmende und sechs Formblätter benötigt, die je drei Spalten mit sechs Zeilen aufweisen. Die Methode kann auch mit einer anderen Teilnehmendenzahl angewendet werden. In diesem Fall wird die Anzahl der Zeilen entsprechend angepasst.

Erklärung
Mit der 6-3-5-Methode kann in kurzer Zeit eine große Zahl an Ideen generiert werden. So entstehen bei sechs Teilnehmende bis zu 108 Ideen in 30 Minuten. Durch das aufbauende Arbeiten werden Ideen Anderer aufgegriffen, analysiert und deren Schwachstellen verbessert.
Geeignet ist dieses Verfahren für Probleme geringer bis mittlerer Komplexität. Außerdem ist es besonders effizient, wenn die Beteiligten durch vorangestellte Kreativitätstechniken bereits Ideenansätze haben.

Vorgehen
Im ersten Schritt wird die Problemstellung erläutert. Jeder Teilnehmende erhält ein Formblatt und trägt innerhalb von fünf Minuten drei Ideen wie die Problemstellung gelöst werden könnte, in die vorgesehenen Kästchen ein. Nach Ablauf der Zeit wird das Formblatt an den Nächsten weitergegeben. Jeder Teilnehmende hat dann erneut fünf Minuten Zeit, die vorhandenen drei Ideen aufzugreifen, zu verändern und optimaler Weise drei verbesserte Ideen einzutragen.
Danach wird das Blatt in derselben Richtung weiter gereicht, bis es von allen bearbeitet wurde. Während der Sitzung darf nicht kommuniziert werden.

Grenzen und Alternativen
Da keine Kommunikation gestattet ist, erweist es sich häufig als schwer, die Ideen der Vorgänger zu verstehen. Außerdem können mitunter schon in der ersten Runde Doppelerscheinungen bzw. sehr ähnliche Lösungen auftreten. Es besteht ein hoher Zeitdruck, in fünf Minuten drei neue bzw. verbesserte Ideen zu generieren, was von manchen Teilnehmenden als stressig empfunden wird und zu Denkblockaden führen kann. Als Alternative bietet sich der Brainwriting-Pool an, der diese Nachteile der 6-3-5-Methode ausräumt.

Literatur
Felkai, Roland; Beiderwieden, Arndt (2015): Projektmanagement für technische Projekte. Ein Leitfaden für Studium und Beruf. 3., überarb. u. erw. Aufl. 2015. Wiesbaden: Springer Fachmedien Wiesbaden.
Kreativitätstechniken.info (2011): 6-3-5-Methode. Online verfügbar unter https://xn--kreativittstechniken-jzb.info/6-3-5-methode/, zuletzt geprüft am 01.10.2018.
Wirtschaftslexikon24 (2017): Methode 635 - Wirtschaftslexikon. Online verfügbar unter http://www.wirtschaftslexikon24.com/d/methode-635/methode-635.htm, zuletzt aktualisiert am 13.05.2017, zuletzt geprüft am 01.10.2018.

 

Kano Evaluation Table

Ziel
Die Kano-Methode analysiert die Kundenzufriedenheit hinsichtlich verschiedener Qualitätsattribute und hilft somit die Entwicklung und Verbesserung eines Produktes kundenorientiert voranzubringen. Dies ermöglicht einen prioritäts- und ressourcengeleiteten Umgang mit Entscheidungen im Unternehmen.

Voraussetzungen
Um potentielle Qualitätsattribute eines Produktes ausfindig zu machen, muss ein tiefgreifendes Verständnis über die Zielgruppe und resultierend über die Kundenbedürfnisse vorhanden sein.

Erklärung
Das Kano-Modell stellt den Erfüllungsgrad eines Qualitätsattributs in Zusammenhang mit der Kundenzufriedenheit grafisch dar. Die Kano-Methode unterscheidet fünf Qualitätsfaktoren.
Die Basisfaktoren sind die Produktkernleistung. Sie werden vom Kunden vorausgesetzt, jedoch nicht aktiv wahrgenommen. Erst ihr Fehlen verursacht Unzufriedenheit.
Die Leistungsfaktoren sind kundenseitig artikulierbar. Mit steigendem Erfüllungsgrad erhöht sich auch die Kundenzufriedenheit.
Die Begeisterungsfaktoren sind vom Kunden nicht artikulierbar. Ihr Fehlen wird nicht negativ, ihr Vorhandensein jedoch positiv empfunden. Da der Produktnutzen die Erwartungen übersteigt, führen sie häufig zur Kauf­entscheidung.
Die neutralen Faktoren lösen kundenseitig weder Unzufriedenheit noch Zufriedenheit aus.
Rückweisungsfaktoren fungieren als Ausschlusskriterium im Kaufprozess und sollten nicht Teil des Produktes sein.

Vorgehen
Zunächst müssen Qualitätsattribute definiert werden, welche potentiell mit der Kundenzufriedenheit zusammenhängen.
Mithilfe eines Fragebogens werden diese auf ihre Wirkung beim Kunden überprüft. Dazu werden eine funktionale Frage (Gefühlslage bei schlechter Eigenschaftserfüllung) und eine dysfunktionale Frage (Gefühlslage bei guter Eigenschaftserfüllung) für jedes Leistungsattribut formuliert. Auf diese Weise wird sowohl die Bedeutung für das Vorhandensein als auch das Nichtvorhandensein jedes Qualitätsattributes erfragt. Dem Probanden stehen die Antwortmöglichkeiten (1) favorable, (2) expected, (3) neutral, (4) tolerant, (5) unfavorable, (6) other zur Auswahl.
Die Literatur schlägt verschiedene Möglichkeiten zur Datenauswertung vor. Resultat ist immer die Klassifizierung jeder Eigenschaft in eine der fünf Qualitätsfaktor-Kategorien.

Grenzen und Alternativen
Dem Fragebogen geht ein hoher Messaufwand voraus, da Studien und Experteninterviews durchzuführen sind, um relevante Qualitätsattribute zu definieren. Dabei besteht grundsätzlich die Gefahr der Unvollständigkeit. Gerade die latenten Begeisterungsfaktoren sind schwer zu ermitteln. Eine Aussage über die relative Bedeutung der Qualitätsattribute zueinander ist zudem nicht möglich.

Literatur
Bauernberger, Martin: Die Messung der PatientInnenzufriedenheit: Das Kano-Modell in der Hausarztpraxis. Hamburg: Diplomica Verlag, 2014
Pheng, Low Sui; Rui, Zhu: Service Quality for Facilities Management in Hospitals. Singapore: Springer Science + Business Media, 2016
Qiting, Pan; Uno, Nobuhiro; Kubota, Yoshiaki: Kano Model Analysis of Customer Needs an Satisfaction at the Shanhai Disneyland. Verfügbar als PDF-Dokument unter http://design-cu.jp/iasdr2013/papers/1835-1b.pdf (Stand: 12.09.2018)

Gebrauchszenario

Ziel
Das Gebrauchsszenario wird genutzt um Abläufe im Produktgebrauch zu analysieren und Schwachstellen aufzudecken. Es beleuchtet die Interaktionen zwischen Mensch und Produkt und ist ein wichtiges Werkzeug zur Erarbeitung von Teilproblemen.

Voraussetzungen
Bevor das Gebrauchsszenario erstellt wird, sollten die Benutzergruppen beispielsweise durch Personas definiert sein, um auf unterschiedliche Nutzungsszenarien eingehen zu können. Das Gebrauchsszenario kann sowohl für Neuentwicklungen als auch auf Basis von bestehenden Produkten durchgeführt werden.

Erklärung
Das Gebrauchsszenario ist die Beschreibung des Gebrauchs eines Produktes in Form eines Ablaufdiagramms. Darin werden alle Aktionen und Entscheidungen in einer bestimmten Handlungssituation Schritt für Schritt durchdacht und beschrieben. Es dient als Werkzeug, um zu Beginn einer Neu- oder Weiterentwicklung die Handlungs- und Bedienabläufe eines Produktes zu analysieren und verstehen zu können. So können schon frühzeitig potentielle Teilprobleme und wichtige Entwicklungspunkte in der Mensch-Produkt-Interaktion erkannt werden.  

Vorgehen
Zunächst wird der gesamte Gebrauch eines Produktes in Unterkategorien eingeteilt (z. B. Inbetriebnahme, Wartung). In diesen Kategorien werden die einzelnen Aktionen detailliert beschrieben. Der Grad der Feingliedrigkeit ist dabei nicht vorgegeben, sondern sinnvoll anzupassen. Es ist Hilfreich am Anfang oder am Ende des Prozesses mit der Modellierung anzufangen und danach Schritt für Schritt die Aktionen und Entscheidungen darzustellen.
Wichtig ist, dass man sich nicht bereits bei der Erstellung des Ablaufdiagramms auf eine bestimmte Form oder Funktion festlegt (z. B. ist „Inbetriebnahme durch Hebel“ zu detailliert, da die Funktion auch durch einen Schalter realisiert werden könnte). Die Schritte sollten also so allgemein und ergebnisoffen wie möglich formuliert sein.
Für eine effektive Kommunikation ist die einheitliche Verwendung von Symbolen entscheidend. Prozesse werden in ein Rechteck geschrieben, wohingegen Entscheidungen durch eine Raute dargestellt werden. Entscheidungen haben immer zwei Ausgänge (Ja und Nein), Prozesse nur einen. Pfeilverbindungen zwischen den Elementen zeigen den Gebrauchsablauf.

Tipps
Besonders bei Neuentwicklungen besteht eine Unsicherheit über dem zukünftigen Gebrauch eines Produktes. Hier kann der Blick zu Produkten helfen, die ähnliche Gebrauchsprozesse haben.
Für das Entwerfen eines Produkts, das mehrere Zwecke erfüllen kann, müssen mehrere Gebrauchsszenarien entworfen werden. Hier können nach dem Entwurfsprinzip Schritte, die sich in unterschiedlichen Szenarien wiederholen und immer neu als Grundbaustein abgerufen werden.
Da der Gebrauch in einem Benutzungskontext steht, kann es hilfreich sein, sich eine bestimmte Situation des Benutzers zu verbildlichen. User Stories oder Story Boards können hier unterstützend sein.

Literatur
Vajna, S. (Hrsg.): Integrated Design Engineering. 1. Auflage, Springer Verlag Berlin Heidelberg, 2014
SEARS, A. (Hrsg.) (Wünsch); JACKO, J.A (Hrsg.): The Human-Computer Interaction Handbook: Fundamentals, Evolving Technologies and Emerging Applica-tions, Second Edition (Human Factors and Ergonomics): CRC Press, 2002

User Observation

Ziel
User Observations helfen ein Designproblem zu verstehen bzw. ein bestehendes Konzept zu optimieren. Herausgefunden wird, wie die Zielgruppe in einer bestimmten Situation handelt und was ein gutes Produkt in diesem Kontext ausmacht [5]. 

Voraussetzungen
Es sind mindestens fünf repräsentative Testpersonen auszuwählen. Gute Kenntnisse über die Zielgruppe müssen dafür erworben werden (siehe Fokusgruppe). Ein ausreichend ausgereifter Prototyp sowie ein großes Zeitbudget sind für die Durchführung notwendig [2]. 

Erklärung
Bei der User Observation interagiert der Proband mit einem Prototypen, indem er mehrere Aufgabenstellungen löst. Ein Moderator dient als Ansprechperson. Im besten Fall wird die Testperson zusätzlich von einem Analysten und einem Beobachter observiert und gefilmt [2]. Unerwartete Situationen sowie beeinflussende Variablen und Zusammenhänge in der Produktnutzung werden dadurch aufgedeckt. Infolgedessen kann die Mensch-Produkt-Kommunikation verbessert werden [5]. Man unterscheidet zwei Arten: Die kontrollierte Beobachtung im Laborumfeld, die häufig zur Erhebung quantitativer Daten genutzt wird und die lebensnahe Beobachtung im alltäglichen Umfeld des Probanden zur Generierung qualitativer Daten [4]. Die Methode ist in der frühen bis mittleren Produktentwicklungsphase anzuwenden, um Änderungen rechtzeitig umzusetzen [2].

Vorgehen
Die Rahmenbedingungen sind festzulegen: Welche Testpersonen und Produktfeatures sollen beobachtet werden? Für die Probandengruppe wird eine Anzahl von mindestens fünf empfohlen. Bei der Auswahl nutzbringender Produktfeatures hilft die Fachliteratur. Die ausgewählten Merkmale werden dann mit Aufgabenstellungen verknüpft. Ggf. sind Performance Measurements festzulegen [2, 5]. Zur Vorbereitung der Session wird die Technik installiert sowie Dokumente und Checklisten aufgesetzt [5]. Ein Pre-Testing des Aufgabenszenarios kann potentielle Komplikationen aufdecken [2]. Die Durchführung ist auf 60 bis 90 min zu begrenzen. Maximal fünf Produktfeatures oder –featurecluster sind zu testen [2]. In der Nachbereitung werden die Videos und Daten analysiert. Um Funktionalitäts- und Präsentationsprobleme des Produkts herauszuarbeiten, müssen die Ergebnisse diskutiert werden [2]. 

Grenzen und Alternativen
Die User Observations sind frühzeitig einzuplanen. Einerseits aufgrund des hohen Zeitaufwands, andererseits da in der Endphase einer Produktentwicklung notwendige Änderungen nur bedingt umsetzbar sind. Die Methode ist keinesfalls als finaler Check zu verstehen, sondern als Feedback während der Produktentwicklung [2]. Es ist außerdem möglich, dass die Testpersonen durch den Fakt, dass sie unter Beobachtung sind, in ihrem Handeln beeinflusst werden. Da die Testpersonen i. d. R. nicht verbal kommunizieren, kann es bei der Ergebnisanalyse im Nachhinein zu Verständnisproblemen kommen, warum der Proband genauso gehandelt hat. Daher sollte ein zweites Medium (z. B. Interview) hinzugezogen werden. Alternativ kann die Think-Aloud-Methode angewendet werden [5].

Literaturverzeichnis
[1] Hoegh, Rune Th. ; Nielsen, Christian M. ; Overgaard, Michael ; Pedersen, Michael B. ; Stage, Jan: The Impact of Usability Reports and User Test Observations on Developers' Understanding of Usability Data: An Exploratory Study. In: International Journal of Human-Computer Interaction 21 (2006), Nr. 2, S. 173–196
[2] Kuniavsky, Mike: Observing the user experience : A practitioner's guide. San Francisco : Morgan Kaufmann, 2003
[3] Nick Fox, Nigel Mathers, Amanda Hunn: Trent Focus for Research and Development in Primary Health Care : Using Interviews in a Research Project. URL http://web.simmons.edu/~tang2/courses/CUAcourses/lsc745/sp06/Interviews.pdf
[4] The Interaction Design Foundation: How to Conduct User Observations. URL https://www.interaction-design.org/literature/article/how-to-conduct-user-observations – Überprüfungsdatum 2018-10-30
[5] van Boeijen, Annemiek (Hrsg.); Daalhiuzen, Jaap (Hrsg.); Zijlstra, Jelle (Hrsg.); van der Schoor, Roo (Hrsg.): Delft design guide : Design methods. Revised 2nd edition. Amsterdam : BIS Publishers, 2014

 

 

Interview

Ziel
Häufig können Informationen wie Kundenbedürfnisse oder Expertenwissen nur durch ein direktes Gespräch mit einer Person gewonnen werden, welche über die gewünschten Informationen verfügt. Diese Gespräche können in Form von Interviews zielgerichteter geführt werden.

Voraussetzungen
Ein effektives Interview erfordert eine gute Planung. Vor allem muss genau geklärt werden, welches Ziel das Interview hat. Vor dem Gespräch sollten die räumlichen und zeitlichen Bedingungen des Interviews bekannt sein.

Erklärung
Ein Interview ist ein geplantes Vorhaben, worin Informationen von Menschen durch direkte Konversationen erlangt werden. So besteht ein Interview mindestens aus einem Interviewer, der das Gespräch leitet, und einem Interviewten. Es gibt verschiedene Verfahren und Varianten von Interviews die je nach Bedingung, wie dem Ziel, die befragte Person oder dem Konversationsmedium sowie dem Kontext unterschiedlich durchgeführt werden. Beispielsweise geben Hausinterviews aufgrund ihrer planbaren Bedingungen die größten Möglichkeiten für ein umfassendes Interview. Telefon- und Passanteninterviews hingegen erlauben eine höhere Anzahl von Teilnehmern in kurzer Zeit.

Vorgehen
In einem ersten Schritt müssen abhängig vom Ziel des Vorhabens Verfahren und Instrumente des Interviews ausgewählt und angepasst werden. Soll für ein standardisiertes Interview ein Fragebogen genutzt werden, muss dieser erst vorbereitet und getestet werden. Dabei wird auch die Form der Datenerhebung festgelegt. Bei offenen Interviewverfahren sind z. B. Audioaufzeichnungen hilfreich. Zur Planung sollten ebenfalls finanzielle, personale und zeitliche Ressourcen einbezogen werden. Je nach Verfahren und verwendeten Instrumenten müssen die erhaltenen Daten vor einer Auswertung aufbereitet werden. Die Auswertung selbst sollte mit wissenschaftlichen Methoden erfolgen, um verlässliche Ergebnisse ziehen und schlussendlich präsentieren zu können.

Grenzen und Alternativen
Je nach Ort und Kontext des Interviews können sich die Interview-Verfahren unterscheiden. So ändert sich auch der Zeitaufwand. Geht es darum Informationen über eine große Anzahl von Menschen zu gewinnen, ist es eventuell effizienter einen Fragebogen zu erarbeiten und eine schriftliche oder elektronische Umfrage zu initiieren. Hier besteht jedoch die Gefahr, dass die Informationen aufgrund von vorgefertigten Antworten unvollständig sein können.

Literatur
van Boeijen, Annemiek; Daalhiuzen, Jaap; Zijlstra, Jelle; van der Schoor, Roo (Hg.) (2014): Delft design guide. Design methods. Technische Universiteit Delft. Revised 2nd edition. Amsterdam: BIS Publishers.

Keats, Daphne M. (2000): Interviewing: A practical Guide for students and professionals. University of New South Wales Press. Sydney.

Scholl, Armin (2018): Die Befragung. 4., bearbeitete Auflage. Konstanz, München: UVK Verlagsgesellschaft mbH; UVK Lucius (UTB Sozialwissenschaften, Wirtschaftswissenschaften, 2413).

Bühner, Markus (2011): Einführung in die Test- und Fragebogenkonstruktion. 3., aktualisierte und erw. Aufl. München, Boston u.a.: Pearson Studium (Psychologie).

Fokusgruppe

Ziel
In Fokusgruppen werden Wirkungen und Botschaften eines Produktes auf eine Zielgruppe bestimmt. Die Marketingforschung nutzt diese Erkenntnisse, um innovative Perspektiven explorativ aufzuspüren sowie neue, produktspezifische Ideen und Einsichten zu gewinnen.

Voraussetzungen
Es ist notwendig, repräsentative Teilnehmer der Zielgruppe zu finden und zu motivieren. Im Zusammenhang ist die Beauftragung von Spezialisten empfehlenswert, da sich die Rekrutierung häufig zeitaufwendig, komplex und kostenintensiv gestaltet.

Erklärung
Als qualitatives Testverfahren spezifizieren Fokusgruppen die Meinungsvielfalt, Entscheidungsfindungsprozesse und Relevanzstrukturen einer bestimmten Zielgruppe. In Form einer moderierten und strukturierten Gruppendiskussion wird entweder die Akzeptanz des Produktes gegenüber einer homogenen Käufergruppe als Entscheidungsgrundlage analysiert oder Konflikte zwischen inhomogenen Interessensgruppen provoziert, um einen gemeinsamen Konsens zu finden, Maßnahmen zu evaluieren und somit Verbesserungen am Produkt zu erwirken. Die Zusammensetzung der Gruppe ist essentiell: So erarbeiten homogene Runden detailreiche, jedoch im Gegensatz zu heterogenen Runden, wenig innovative Ergebnisse.
Das Instrument erzielt schnell und kostengünstig Resultate, da durch die Spontaneität und die Gruppendynamik neue Ideen auf sehr direkte Art und Weise stimuliert werden.

Vorgehen
Für aussagekräftige Resultate muss eine inhaltliche und organisatorische Vorbereitung vorangehen. Konkret werden die Fragestellung und Probleme definiert, ein Moderator ausgewählt und geschult, der Stimulus festgelegt und ein Gesprächsleitfaden erstellt.
Anschließend werden Teilnehmer für eine repräsentative Gruppe von sechs bis zwölf Personen rekrutiert.
Die Diskussion wird mit 1,5 bis 3 Stunden angesetzt. Der Moderator steuert formal und thematisch das Gespräch. Das Geschehen wird protokolliert und auditiv aufgezeichnet. Für einschlägige Ergebnisse sind bei komplexen Problemstellungen mehrere Fokusgruppen vorzusehen.
Schließlich wird die Datenanalyse und -interpretation durchgeführt sowie eine Ergebnispräsentation vorbereitet. Die Spannbreite reicht von einer manuellen Zusammenstellung der Argumente bis zu softwaregestützten Auswertungsverfahren.

Grenzen und Alternativen
Die Budgetplanung gestaltet sich schwierig, da die Rekrutierung der Teilnehmer schlecht abschätzbar und durch schlechte Kommunizierbarkeit teuer werden kann.
Die allgemeine Natur dieser interaktiven Methode kann durch dominante Meinungsführer Asymmetrien in der Gesprächsführung bewirken. Folglich kann es zur gegenseitigen Beeinflussung oder zu unlösbaren Konflikten der Teilnehmer kommen.
Es ist unbedingt zu beachten, dass Fokusgruppen nicht zur Generalisierung bzw. Quantifizierung geeignet sind. Vielmehr bauen sie auf gesellschaftlich anerkannten Bias auf, was gerade in der Ergebnispräsentation zu subjektiven Interpretationen führen kann.
Alternativ können anstelle von Fokusgruppen themen- oder problemzentrierte Tiefeninterviews durchgeführt werden.

Literatur
Lienbacher, Eva: Corporate Social Responsibility im Handel. Wiesbaden: Springer Gabler, 2013
Renn, Ortwin (Hrsg.); Schulz, Marlen; Mack, Birgit: Fokusgruppen in der empirischen Sozialwissenschaft. Wiesbaden: Springer VS, 2012
Morgan, David L.: The focus group guidebook. Thousand Oaks: SAGE Publications, 1998

Literaturrecherche

Ziel
Die Literaturrecherche geht dem Verfassen eines wissenschaftlichen Textes voraus. Sie sammelt systematisch themenspezifische Literatur, die zur Beantwortung der übergeordneten Aufgabenstellung und zur Argumentation eigener Behauptungen herangezogen wird.

Voraussetzungen
Eine aussagekräftige und konkrete Fragestellung muss formuliert sein. Sie ist die Basis zur Auswahl geeigneter Inhalte und Medien sowie zur Erarbeitung von Schlüsselwörtern für eine gezielte Suche in Datenbanksystemen.

Erklärung
Bei einer Literaturrecherche ist auf die Vielfalt der Recherchemedien zu achten. Eine Mischung aus verschiedenen Datenbanken, Bibliothekskatalogen und Suchmaschinen im Internet bringt ein breites Spektrum an Literatur hervor. Das Internet fungiert sowohl als direkte Informationsquelle als auch als Recherchemöglichkeit klassischer Medien.
Bei der anzustrebenden Primärliteratur handelt es sich um wissenschaftliche Originalarbeiten einer Studie. Die Sekundärliteratur ist eine systematische Übersichtsarbeit mehrere Primärquellen zu einem Thema, während die Tertiärliteratur Fachliteratur zusammenfasst und als Nachschlagewerk dient.
Die Relevanz und Vertrauenswürdigkeit der Quellen sind stets kritisch zu hinterfragen.

Vorgehen
Für die Literatursuche werden zur Filterung der Datenbanken Schlüsselwörter genutzt. Zum Eingrenzen der Ergebnisse
erden die Stichworte mit UND-ODER-Operatoren verknüpft. Der Suchprozess ist zu dokumentieren. Um einen Themenüberblick zu erlangen, bieten sich häufig nicht publizierte Arbeiten an, da sie das Thema knapp darstellen. Für exklusivere Inhalte eines Forschungsbereichs sollten Zeitschriften herangezogen werden. Gleichzeitig erhält man die verwendeten Primärquellen des Autors.
Während der Literaturauswertung werden die nötigen Informationen für die Fragestellung extrahiert und Themenkategorien zugeordnet, welche deduktiv oder induktiv festgelegt werden.
Die Literaturverwaltung kann händisch erfolgen oder mittels Literaturverwaltungsprogrammen, die beim Einbinden in den Fließtext helfen und ein automatisches Literaturverzeichnis erstellen.

Grenzen und Alternativen
Eine Literaturrecherche im Internet ist unsystematisch und sollte daher nur zur Beschaffung gezielter Informationen eingesetzt werden. Es kann keine Einschätzung über den Erfolg der Suche gegeben werden, da Literatur im Internet nicht immer frei zugänglich ist. Potentiell relevante Internetquellen müssen zudem bewusst auf ihre Glaubwürdigkeit in Form von Aktualität, Autorennennung, institutioneller Anbindung, Art der Internetseite, sachlichem und argumentativem Schreibstil und zurückverfolgbaren Quellen überprüft werden.
Bei einer Literaturrecherche besteht zeitweise die Gefahr der Informationsüberflutung, weswegen vorher klare Grenzen und Ausschlusskriterien abgesteckt werden sollten.
Die Literaturrecherche ist ein unverzichtbarer Bestandteil für jede wissenschaftlich fundierte Arbeit.

Literatur
Molitor, Eva (Hrsg.); Stock, Steffen; Schneider, Patrizia; Peper, Elisabeth: Erfolgreich wissenschaftlich arbeiten. 2. Auflage. Springer Gabler: Berlin, 2018
Klewer, Jörg: Projekt-, Bachelor- und Masterarbeiten. Von der Themenfindung bis zur Fertigstellung. Springer Verlag: Berlin Heidelberg, 2016
Franke, Fabian; Kempe, Hannah; Klein, Annette; Rumpf, Louise; Schüller-Zwierlein, André: Schlüsselkompetenzen: Literatur recherchieren in Bibliotheken und Internet. 2. Auflage. Verlag J.B. Metzler: Stuttgart, Weimar, 2014
Institut für Berufs- und Betriebspädagogik der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg: Hinweise zur Durchführung einer Literaturrecherche. Version vom 28.02.2011. Verfügbar als PDF-Version unter http://www.bwp.ovgu.de/bwp_media/Downloads/Berufsp%C3%A4dagogik/Studiendokumente/Literaturrecherche.pdf (Stand: 16.09.2018)

Anforderungsliste

Ziel
Die Anforderungsliste ist der Grundstein jeder Produktentwicklung. Als unternehmensinternes Verzeichnis enthält sie alle relevanten Daten, Anforderungen und Wünsche sowie die Ausgangssituation eines Produktes. Sie dient außerdem als Kommunikationsmedium zum Kunden.

Voraussetzungen
Um präzise Anforderungen zu formulieren, ist eine genaue Kenntnis über das Marktsegment unabdingbar. Die unausgesprochenen Wünsche der Kunden müssen erkannt und mit technischen und gesetzlichen Rahmenbedingungen in Einklang gebracht werden.

Erklärung
In der Anforderungsliste werden alle technischen und gestaltbeeinflussenden Produkteigenschaften durch qualitative oder quantitative Angaben definiert und dokumentiert. Eine gute Hilfestellung zum Erfassen der Anforderungen sind die Hauptmerkmalsliste sowie die Szenariotechnik. In speziellen Fällen ist eine Unterteilung in Teilsysteme zur Minderung der Komplexität sinnvoll. Die Liste nimmt ausschließlich für die Konzipierung relevante Anforderungen auf, die das Konzept, die Hauptgestalt oder die Produktgliederung beeinflussen.
Es liegt in der Natur der Sache, dass die Anforderungsliste stets Änderungen, Weiterentwicklungen und Vervollständigungen unterliegt. Daher muss mit vorläufigen, aber verbindlichen Versionen gearbeitet werden. Zur Generierung ergänzender Daten kann das 9-Felder-Modell (TRIZ) genutzt werden.

 Vorgehen
Zu Beginn muss die unternehmensinterne Ist-Situation durch das Zusammentragen von Unterlagen und Anforderungen aus den einzelnen Abteilungen erfasst und sinnvoll geordnet werden. Weiterhin sind die unausgesprochenen Kundenerwartungen zu erkennen und daraus konkrete Anforderungen abzuleiten. Dafür sind die Grundanforderungen des Marktes, die Attraktivitätsanforderungen sowie die technisch-kunden­spe­­­zifischen Leistungsanforderungen zu berücksichtigen. Für die spätere Nachvollziehbarkeit müssen stets Quellen vermerkt werden.
Jede Anforderung ist als Wunsch oder Forderung, ohne deren Erfüllung die Lösung als inakzeptabel eingestuft wird, kenntlich zu machen. Grundsätzlich ist auf die Verwendung von Zahlenwerten oder andernfalls konkreten, verbalen Aussagen wertzulegen. Die stichpunktartigen Anforderungen sind lösungsneutral, positiv, klar und eindeutig zu formulieren.

Grenzen und Alternativen
Zusätzlich zur Anforderungsliste müssen vermehrt weitere Methoden genutzt werden: Eine Vielzahl verschiedener Lösungsvarianten sollte vorher mittels Auswahlverfahren (z. B. Auswahlliste) eingedämmt werden, mit Bewertungsmethoden wie der Nutzwertanalyse wird die bestgeeignetste Lösungsvariante ausfindig gemacht.
Die Interdisziplinarität erfordert eine sehr gute interne Verknüpfung, bspw. durch EDV-Unterstützung. Um das zeitaufwändige Erfragen von Informationen zu vermeiden, können von jeder Abteilung partielle Anforderungslisten erstellt und zu einer vollständigen Anforderungsliste zusammengesetzt werden.
Außerdem ist die zeitliche Abhängigkeit zu berücksichtigen – Forderungen und Wünsche bzw. deren Wichtigkeit für den Kunden ändern sich häufig während der Produktentwicklung oder dem Produktgebrauch.
Alternativ zur Anforderungsliste können Lasten- und Pflichtenhefte erstellt werden.

Literatur
Pahl, Gerhard; Beitz, Wolfgang; Feldhusen, Jörg; Grote, Karl-H.: Konstruktionslehre. 7. Auflage. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, 2007
Naefe, Paul: Einführung in das Methodische Konstruieren. 2. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2012
Heinz Nixdorf Institut der Universität Paderborn: Anforderungsliste. Verfügbar als PDF-Dokument http://www.transmechatronic.de/fileadmin/Methoden/Anforderungsliste/Anforderungsliste_Erlaeuterung.pdf (Stand: 22.07.18)
Baersch, Markus: Vorlage Anforderungsliste. Verfügbar als PDF-Dokument unter http://www.markus-baersch.de/anforderungsliste-kostenlos.html (Stand: 22.07.18)

Value Proposition Canvas

Ziel
Das Value Proposition Canvas dient der Mehrwertbestimmung. Die Geschäftsidee wird zielgerichtet weiterentwickelt und ein kundenorientiertes Werteversprechen erarbeitet, dass auf die Bedürfnisse und Aufgaben der Zielgruppe ausgerichtet ist.

Voraussetzungen
Die Zielgruppe muss klar definiert sein. Um aussagekräftige Ergebnisse zu erarbeiten, muss ein tiefgreifendes Verständnis über die Kunden vorhanden sein. Ein direkter Kontakt zur Klärung von Detailfragen ist vorteilhaft.

Erklärung
In einem Kundensegmentprofil sind Jobs, Pains und Gains zu analysieren. Die Jobs sind Aufgaben, die der Kunde zu bewältigen hat. Risiken oder schlechte Resultate durch die Ausführung werden als Pains bezeichnet - Gains sind Ergebnisse, die der Anwender durch die Nutzung des Produktes erzielen möchte.
Dem gegenüber steht das Werteversprechen mit den Products/ Services, Pain Relievers und Gain Creators. Unter Products/ Services werden die Produkte und Dienstleistungen zusammengetragen, die zur Erfüllung der Aufgabe angeboten werden. Die Pain Relievers beschreiben, wie die Nutzung des Produktes Pains lindert - die Gain Creators, wie sie Gains produziert. Es werden Ideen gesammelt, um den größtmöglichen Nutzen zu generieren.

Vorgehen
Die Value Proposition Canvas wird großformatig auf eine Wand aufgebracht.Das Kundensegment ist innerhalb der Arbeitsgruppe zu identifizieren. Schrittweise werden Ideen für Jobs, Pains und Gains gesammelt und mittels Post-Ist in die Abbildung eingefügt. Für alle drei Kategorien wird dann ein Ranking nach Relevanz aus Kundensicht erstellt. Die gleiche Verfahrensweise ist für das Werteversprechen durchzuführen. Zur Anregung können Trigger Questions aus der Literatur genutzt werden. Zuletzt werden Kundenprofil und Werteversprechen gegenübergestellt. Fits zwischen Gains und Gain Creators sowie zwischen Pains und Pain Relievers sind zu finden und durch Abhaken zu kennzeichnen. Gute Ideen können zur Weiterentwicklung verfolgt, andere verworfen werden.

Grenzen und Alternativen
Um fehlende oder unzureichende Informationen über die Zielgruppe zu vermeiden, ist es empfehlenswert, Datenerhebungen in Form von Interviews oder Nutzertagebüchern einzuholen. Dies erfordert jedoch bereits vor der Anwendung der Methode einen hohen Arbeitsaufwand. Die Priorisierung der Anforderungen ist schwer durchführbar. Häufig basieren sie auf subjektiven Interpretationen und Annahmen ohne konkret erhobene Fakten aus dem Kundensegment. Zudem kann die Relevanz der Anforderungen kundenseitig je nach reellem Kontext schwanken. Es ist empfehlenswert, das Value Proposition Canvas in Verbindung mit dem Business Model Cavas anzuwenden. Auf diese Weise erwächst aus einer Produktstrategie eine Geschäftsstrategie. Darauf aufbauend kann ein gezieltes Marketing verfolgt werden.

Literatur
Osterwalder, Alex; Pigneur, Yves; Bernarda, Greg; Smith, Alan: Value Proposition Design. John Wiley & Sons: New Jersey, 2014
Thomson, Peter: Value Proposition Canvas. Verfügbar als Website unter https://www.peterjthomson.com/2013/11/value-proposition-canvas/ (Stand: 20.09.2018)
Sammer, Werner: Der Value Proposition Canvas: Helferlein für dein Businessmodell. Verfügbar als Website unter https://ut11.net/de/blog/der-value-proposition-canvas/ (Stand: 20.09.2018)

Nutzwertanalyse

Ziel
Die Nutzwertanalyse wird nach dem Abschluss eines bedeutsamen Arbeitsschrittes zur weiteren Konkretisierung verfolgungswürdiger Lösungen angewandt. Mehrere Lösungsalternativen werden anhand eines Wertesystems miteinander verglichen. Die Entscheidungsfindung wird dadurch unterstützt.

Voraussetzungen
Verlässliche Informationen zum Vergleich der Lösungen sind notwendig. Die Menge an Lösungsalternativen muss aufgrund des hohen Arbeitsaufwands reduziert werden: So sollten lediglich jene betrachtet werden, die die Mindestanforderungen erfüllen.

Erklärung
In einer Nutzwertanalyse werden alle Handlungsalternativen detailliert analysiert, mit dem Ziel die Elemente anhand eines mehrdimensionalen Zielsystems zu ordnen. Das Modell sammelt systematisch und nachvollziehbar Informationen über die Lösungen, bewertet diese unter Berücksichtigung festgelegter Präferenzen und unterstützt somit eine fundierte ganzheitliche Entscheidungsfindung.
Der tatsächliche Nutzwert jeder Lösung für die Zielstellung ergibt sich aus der Erfüllung aufgabenspezifischer Anforderungen sowie allgemeiner Bedingungen. Dabei sollen nach Möglichkeit technische, ökologische und wirtschaftliche Aspekte einfließen. Die Quantifizierung wird über nominale, ordinale oder kardinale Skalenniveaus festgelegt und ermöglicht in der Folge einen fundierten Vergleich der Lösungen untereinander bzw. zur Ideallösung anhand eines kalkulierten Gesamtwertes.

Vorgehen
Zunächst werden die Zielvorstellungen formuliert, stufenweise konkretisiert und in einer Zielhierarchie dargestellt.
Top-Down wird jedem Teilziel ein Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1 zugeordnet, welcher die prozentuale Bedeutung für den Gesamtwert repräsentiert. Dabei müssen alle Gewichtungsfaktoren einer Ebene 1 ergeben.
Anschließend werden den Zielvorstellungen (Bsp.: kurze Ladezeit) Eigenschaftsgrößen (Bsp.: Ladezeit in h) zugeordnet.
Die Eigenschaften der Handlungsalternativen bezüglich der Zielvorstellungen werden in einer Zielgrößenmatrix gesammelt.
Die direkte Gegenüberstellung dieser Informationen erlaubt eine gute Vergleichbarkeit. Die Bewertung jeder Eigenschaftsgröße erfolgt anhand eines Punktesystems (0-10 Punkte). Durch Multiplikation mit dem Gewichtungsfaktor ergibt sich ein gewichteter Nutzwert.
Der Gesamtwert jeder Lösung kann durch Addition oder Entscheidungsregeln mithilfe der Nutzwerte kalkuliert werden.

Grenzen und Alternativen
Die Nutzwertanalyse ist vergleichsweise zeitaufwändig. Um die Arbeit gering zu halten, sollten zuvor Auswahlverfahren angewendet werden, um die Menge an Lösungsalternativen einzugrenzen. Im Zuge des Vergleichs müssen viele Informationen über die Varianten in Erfahrung gebracht werden, um schlussendlich ein aussagekräftiges Ergebnis zu erarbeiten.
Die Methode ist personen- und verfahrensbedingt fehleranfällig und stark subjektiv geprägt. Dementsprechend ist der Entscheider aber auch flexibel, sodass individuelle Anforderungsprofile Berücksichtigung finden.
Auf Veränderungen in der Punkteverteilung reagiert das Endergebnis sensibel. Eine anschließende Sensitivitätsrechnung ist deshalb stets zu empfehlen, um die Stabilität des Resultats zu überprüfen.

Literaturverzeichnis
Colbe, Walther Busse Von: Investitionstheorie Und Investitionsrechnung. [S.L.]: Springer, 2018
Heinrich, Lutz Jürgen ; Lehner, Franz: Informationsmanagement : Planung, Überwachung und Steuerung der Informationsinfrastruktur. 8., vollst. überarb. und erg. Aufl. München, Wien: Oldenbourg, 2005 (Wirtschaftsinformatik)
Pahl, Gerhard ; Beitz, Wolfgang ; Feldhusen, Jörg ; Grote, Karl-Heinrich: Konstruktionslehre : Grundlagen erfolgreicher Produktentwicklung ; Methoden und Anwendung. 7. Aufl. Berlin, Heidelberg : Springer, 2007