Unter montagegerechter Konstruktion (engl.: Design for Assembly, DFA) versteht man den Entwurf einer hinsichtlich manueller oder automatisierter Montage optimierten Produktgestalt einschließlich des Produktaufbaus. Hauptziele dabei sind (vgl. /EVE-96/, S. 7-40):
•    Verringerung der Teileanzahl, z.B. durch ein Integralbauteil, um Arbeitsgänge zu vermeiden
•    Reduzierung der erforderlichen Anzahl von Fügerichtungen
•    Standardisierung von Bauteilschnittstellen
•    Vermeidung von biegeschlaffen Bauteilen (z.B. Kabeln), vor allem bei automatisierter Montage
•    Bildung von auftrags- und kundenunabhängigen Vormontagebaugruppen
•    Begrenzung der Auswirkungen von Produktvarianten auf wenige Baugruppen
•    Ergänzung von Positionier- und Justierhilfen (z.B. Fasen)
•    Vermeidung von Anpaßaufgaben

EINSATZGEBIET

•    Montagegerechtes Konstruieren kommt vor allem in der Entwurfsphase des Konstruk-tionsprozesses zum Einsatz, da hier die wesentlichen montagebezogenen Aspekte des Produkts festgelegt werden. Jedoch müssen auch schon in der Phase der Aufgabenklärung und der Konzeption sowie später in der Ausarbeitungsphase Montageaspekte berücksichtigt werden.
•    Die montagegerechte Konstruktion sollte parallel zur Optimierung von Transport- und Handhabungsvorgängen erfolgen.

VERBREITUNG

Montagegerechtheit wird in der Literatur neben Fertigungs- und Recyclinggerechtheit als konstruktive Restriktion am häufigsten behandelt. Die Berücksichtigung montagebezogener Restriktionen bereits während der Konstruktionsphase ist eine wichtige Voraussetzung für die Erreichung von Zeit-, Qualitäts- und Kostenzielen. Bei der Neukonstruktion von Großserien ist die montagegerechte Konstruktion schon weit verbreitet, bei Einzelfertigungen und Kleinserien und vor allem bei Anpassungskonstruktionen werden Montageaspekte jedoch oft noch nicht in ausreichendem Maße berücksichtigt.

VORAUSSETZUNGEN

Grundvoraussetzung für eine montagegerechte Konstruktion ist die genaue Kenntnis der einsetzbaren Montageverfahren. Dabei sollte nicht nur der verfügbare Maschinenpark berücksichtigt werden, sondern auch die Möglichkeit des Outsourcing oder der Beschaffung zusätzlicher Montagemittel. Neben der Erfahrung aus Vorgängerprodukten stehen dem Konstrukteur als Hilfsmittel eine Reihe von Richtlinien mit Gut-/Schlecht-Beispielen (vgl. Formulare: Beispiele für montagegerechte Konstruktion) zu verschiedenen Montageverfahren zur Verfügung. Montagegerechtes Konstruieren wird erleichtert, wenn von einer möglichst frühen Konstruktionsphase an die Entscheidungen des Konstrukteurs durch Mitarbeit und Informationsbereitstellung der Montage, der Arbeitsvorbereitung, der Kalkulation und des Einkaufs unterstützt werden.

DURCHFÜHRUNG

Die montagegerechte Gestaltung sollte in folgenden Schritten erfolgen (vgl. /PAH-93/, S. 401 f.):

  1. Montagebestimmende bzw. montagebeeinflussende Forderungen und Wünsche der Anforderungsliste zusammenstellen
  2. Prinzipielle Lösung (Wirkstruktur) und Grobentwurf (Baustruktur) auf Montageerleichter-ungen durcharbeiten
  3. Montagebestimmende Gruppen, Fügestellen und Fügeteile gestalten
  4. Entwurfsvarianten im Rahmen einer umfassenden technisch-wirtschaftlichen Bewertung beurteilen
  5. Eindeutige Montageangaben ausarbeiten

Vor allem bei den Schritten 2 und 3 sind Gestaltungsrichtlinien zur montagegerechten Konstruktion hilfreich, die sich an den beiden Grundregeln des Konstruierens, ‘Einfach‘ und ‘Eindeutig‘, orientieren.
Neben der Montagegerechtheit sollte gleichzeitig auch die Demontagegerechtheit berücksichtigt werden. Dies ist nicht immer leicht zu realisieren, da sich die beiden Ziele bei manchen Verfahren widersprechen. Beispielsweise ist Kleben zwar montagefreundlich, jedoch lassen sich geklebte Bauteile nur schlecht demontieren. Ähnliches gilt für Schnappverbindungen, die zwar montagefreundlich sind, oftmals jedoch nicht zerstörungsfrei demontierbar.

VORTEILE
  • einfach und schnell durchführbar
  • universell einsetzbar
 NACHTEILE
  • keine Vorgehenssystematik vorhanden, nur Richtlinien mit Gut-/Schlecht-Beispielen
  • nur einseitige Optimierung, kein systematischer Ansatz zur Integration konkurrierender Restriktionen zu einer optimalen Lösung
  • keine Bewertung alternativer Konstruktionen möglich
VARIANTEN
DFA-Methode nach Boothroyd und Dewhurst

Mit Hilfe dieser 1977 in den USA entwickelten Methode kann der Montageaufwand einer Konstruktion beurteilt werden, um danach durch Vergleich mit theoretisch minimalen Bauteilzahlen und Montagezeiten die Handhabungs- und Fügezeiten zu minimieren.
Der Ablauf gliedert sich dabei in drei Schritte (vgl. /SPE-96/, S. 174 ff. sowie Formulare: DFA-Methode nach Boothroyd und Dewhurst):

1.    Selektion des Montageverfahrens

Die Selektion des Montageverfahrens erfolgt in Abhängigkeit vom jährlichen Produktionsvolumen, von der Komponentenanzahl pro Montage, vom Verhältnis der gesamten Komponentenanzahl der Produktfamilie zur Komponentenanzahl einer typischen Montage, von der Anzahl zu erwartender Konstruktionsänderungen sowie von Angaben bezüglich der Investi-tionspolitik des Unternehmens. Aufgrund all dieser Angaben wird aus manueller, flexibel automatisierter und starr automatisierter Montage das wirtschaftlichste Verfahren ausgewählt.

2.    Analyse der montagegerechten Gestaltung

Die Analyse der montagegerechten Gestaltung erfolgt in Abhängigkeit vom gewählten Montageverfahren. Dazu wird zunächst das existierende oder geplante Produkt in der vorgesehenen Reihenfolge montiert. Mit Hilfe entsprechender Tabellen bestimmt man für jeden Arbeitsschritt die Handhabungs- und Fügezeit unter Berücksichtigung der geometrischen Abmessungen des jeweiligen Bauteils, des Handhabungsaufwandes, des Fügeverfahrens usw. Aus Handhabungs- und Fügezeit werden die gesamte Montagezeit und die gesamten Montagekosten berechnet. Außerdem wird für jedes Bauteil geprüft, ob es überhaupt notwendig ist oder ob es theoretisch eliminiert werden kann, und ermittelt dadurch die theoretisch minimale Bauteilanzahl. Die sogenannte ‘Design Efficiency‘ mißt dann das Verhältnis der theoretisch minimalen zur tatsächlichen Montagezeit und ist somit das Maß für die Montagegerechtheit.

3.    Revision der Gestaltung zur Montagevereinfachung

Auf der Grundlage der Ergebnisse der Analysephase wird nun versucht, die Bauteilanzahl zu minimieren und die verbleibenden Teile montagegerecht zu gestalten. Im Anschluß daran kann mit Hilfe einer zweiten Analyse überprüft werden, ob sich die ‘Design Efficiency‘ der Konstruktion verbessert hat und damit eine kürzere Montagezeit und niedrigere Montagekosten aufweist.
Vorteile gegenüber montagerechter Konstruktion auf Basis von Richtlinien
•    vergleichende (monetäre) Bewertung verschiedener konkurrierender Alternativen möglich
Nachteile gegenüber montagerechter Konstruktion auf Basis von Richtlinien
•    aufwendigere Durchführung

Assemblability Evaluation Method (AEM)

Diese Methode wurde um 1980 bei Hitachi entwickelt. Die Montage wird dabei in Elementarvorgänge aufgegliedert, die bezüglich des Aufwandes mit Kennzahlen gewichtet werden. Dadurch lassen sich Schwachstellen erkennen und gezielte Verbesserung initiieren.

Vorteile gegenüber montagerechter Konstruktion auf Basis von Richtlinien
•    differenzierte Betrachtung der Montagevorgänge

Nachteile gegenüber montagerechter Konstruktion auf Basis von Richtlinien
•    Bewertungen sind abhängig vom jeweiligen Bearbeiter

LITERATUR

•    VDI-Bericht 999
Montage und Demontage
VDI-Verlag, Düsseldorf, 1992

•    Boothroyd, G.
Assembly automation and product design
Marcel Dekker, New York, 1992

•    Boothroyd, G., Alting, L.
Design for assembly and disassembly
Ann. CIRP 41/2, 1992, S. 625-636

•    Miyakawa, S., Ohashi, T.
The Hitachi Assemblability Method (AEM)
In: Int. Conf. on Product Design for Assembly, Troy Conferences, Rochester, MI, USA, 1986

•    Andreasen, M. M., Kähler, S., Lund, T.
Montagegerechtes Konstruieren
Springer-Verlag, Berlin, 1985

•    Witte, K.-W.
Konstruktion senkt Montagekosten
VDI-Z. 126, 1984, S. 835-840


Christoph Dill

Christoph Dill

Seit 2003 bin ich in der Beratung tätig, seit 2006 als Partner und damit einer der 11 Eigentümer unserer Firma. Seit 2010 stehe ich für den Kompetenzbereich Innovation & Engineering unserer AG, was seit jeher mein Beratungsumfeld darstellt. Hier habe ich ein sehr breites methodisches Fundament, das ich mit meinem Doktorvater Prof Dr. Ing dieter Spath (ehemals Leiter des Fraunhofer IAO, Stuttgart) auch in Form des Buchs ‚Vom Markt zum Markt‘ veröffentlicht habe. Aufbauend auf diesem Fundament entwickle, gestalte und begleite Kunden im Umfeld von Innovation und Prozess- und Projektmanagement. So kann ich dort einen Beitrag leisten, dass Produkte, Prozessen und Businessmodelle erfolgreich und marktfähig entwickelt und realisiert werden. Meine Freizeit verbringe ich gerne mit meiner Familie, gehe Joggen, Mountainbiken und im Winter vor allem gerne Skifahren. Ski ist für mich mehr als ein Sport, sondern Teil meines Lebens.

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