Montagefreundliche Produktgestaltung

Ziele und Definition[Bearbeiten]

In Montagen werden funktionsfähige Produkte aus Einzelteilen und/oder Baugruppen hergestellt. Ein wesentliches Merkmal der Montagen sind manuelle oder automatisch ausgeführte Handlungen, die sich je Einzelteil/Baugruppe als Zyklen von „Hinlangen – Greifen – Zuführen – Fügen (oft mit technologischen Vorgängen wie Schrauben) – Loslassen“ darstellen.

typischer Handlungszyklus einer Montagehandlung
typischer Handlungszyklus einer Demontagehandlung

Jeder Zyklus erfordert Montagezeit und verursacht Montagekosten; die Höhe der Montagezeit und der Montagekosten wird von der Kompliziertheit und der Komplexität des Produktes bestimmt.

Damit steht im Fokus montagefreundlicher Produktgestaltung (auch: "montagegerechte Produktgestaltung") durch den Konstrukteur:

Handlungen zu vermeiden
Handlungen zu vereinfachen

und im Fokus des Montageplaners:

Handlungsbedingungen zu gestalten.

Die Arbeitsergebnisse beider Gewerke stehen in einer direkten Beziehung und in einer intensiven Abhängigkeit.

Die gestalterischen Maßnahmen folgen der Frage „Was kostet das Teil/die Baugruppe bis es seine Funktion im Produkt erfüllt?“ und haben dabei eine große Zahl von Einflussfaktoren zu berücksichtigen.

Kostenursache	Einflussfaktoren
Preis der Einzelteile/Baugruppen	Herstellkosten Stoffkosten Losgröße Herstellungsverfahren … Einkaufspreis
Anlieferungszustand	Ordnungsgrad Schüttgut geordnet verpackt Magazin (Palette, Schacht)
Handhabungsfähigkeit	Zubringen Ordnen Weitergeben Umgreifen
Fügefähigkeit	Fügerichtung Fügebahn Fügeraum Fügehilfen
Fügeverfahren	Gruppen nach DIN 8593
Qualität	AQL-Wert Sauberkeit Störbetriebskosten
Montagekosten	Personalkostensatz Betriebsmittelkosten

Grundsätzliche Vorgehensweise[Bearbeiten]

Die Arbeit zur montagefreundlichen Gestaltung führt:

von einer Grundidee mit Lösungsansatz zur Funktion
über Forderungen, Regeln und Beispiellösungen
zur Wahl und Gestaltung einer montagefreundlichen Lösung.

Für die Verbindungstechnik Schrauben kann zur Lösungssuche z. B. folgende Schrittfolge gelten:

Muss diese Schraubverbindung sein (Alternativen snap in, Schnellverschluss)?
Muss Schraubverbindung aus mehreren Elementen (Schraube, Scheibe, Federscheibe, Mutter) bestehen?
Gibt es bereits eine passende Schraube im Produkt?
Gibt es Schrauben mit gleichem Durchmesser und Kopf im Produkt?
Gibt es Schrauben mit gleichem Kopf im Produkt?
Gibt es für die Situation andere passende Schrauben im Umfeld?

Mit dem Übergang in die nächste Frageebene erhöhen sich Montageaufwand, Beschaffungsaufwand, Logistik und Verwaltung.

Hauptforderungen[Bearbeiten]

Die Hauptforderungen der montagefreundlichen Produktgestaltung folgen dem Motto

„Es ist wichtig, zu wissen, was man NICHT braucht, um etwas zu tun.“

– James Watt^[1]

Allgemein bekannte Forderungen der Gestaltung sind:

Bereich	Wirkung
Teilezahl	reduzieren Funktionsvereinigung in komplexen Teilen
Teilearten	reduzieren Wiederholteile und -baugruppen verwenden
Teilevarianten	reduzieren Einschränkung der Normteilpalette Vermeidung von Originalteilen (Zeichenteilen)
Technologievarianten	reduzieren Produktfamilien definieren modulare Produkte definieren

Ergebnisse aus den Hauptforderungen:

Verringerter Monatgeaufwand aus reduziertem Handlungsbedarf
Serienerhöhung für Einzelteile und Baugruppen
Vereinfachte Logistik und Lagerwirtschaft

Strukturierte Regeln[Bearbeiten]

Die Forderungen, Regeln und Hinweise zur montagefreundlichen Produktgestaltung sind meist unsystematisch und damit zufällig in der Literatur dargestellt. Hier wird der Versuch unternommen, durch die Strukturierung zielgerichtete Arbeit zu unterstützen.

1. automatisierungs-/montagefreundliche Produktgestaltung[Bearbeiten]

Element	Gestaltungshinweis
Form	kompakt, kein verhakendes zusammengesetztes Formteil
Formelemente	Orientierungshilfen und tastbare Merkmale an der Außenkontur einfache Geometrie der Greifelemente/-punkte, Schwerpunkt beachten Schaffung körperlicher Positionierhilfen
Gewicht	mittlerer Gewichtsbereich, Extrema vermeiden
Abmessung	mittlerer Abmessungsbereich, Extrema vermeiden
Festigkeit	starr, Vermeidung biegeschlaffer, elastischer und/oder plastisch verformbarer Teile
Einzelteil-Lage	Zuführhilfen vorsehen
Schwerpunkt-Lage	eine stabile Lage erzwingen (Ordnungsgrad)
Symmetrie	Eindeutigkeit durch Symmetrie oder klar erkennbare Asymmetrie
Passungen	funktionsgerecht, grob, günstige Maßketten (Poka Yoke)

Ergebnisse:

Senkung der Handhabeanforderungen in der Montagehandlung

2. Optimierung von Montagefunktionen[Bearbeiten]

Bereich	Gestaltungshinweis
Baugruppen	einstufige Produkte anstreben Make or Buy
Verbindungselemente	Verbinden ohne zusätzliche Verbindungselemente Integration der Verbindungselemente in Einzelteile/Baugruppen Zusammenfassung in einem vormontierten Verbindungselement automatisches Herstellen der Verbindung Einsatz von snap-in-Verbindungen (Clipsen)
Einzelteile/Baugruppen/Verbindungselemente	Verminderung der Anzahl, der Vielfalt und unterschiedlicher Abmessungen
Einzelteile	Verminderung der Formelemente Schaffung von Orientierungshilfen Gestaltung von Greifmöglichkeiten Schaffung von Positionierhilfen

Ergebnisse:

Senkung des Umfangs und der Anforderungen an Handhabefunktionen

3. Optimierung des Montageablaufs[Bearbeiten]

Anwendungsfeld	Gestaltungshinweis
Produktstruktur	Schicht- oder Nestbauweise Gliederung des Produktes in funktionsfähige Baugruppen/Abschnitte Schaffung prüfbarer, entkoppelter Baugruppen Vermeidung vernetzter Baugruppen/Abschnitte Gestaltung kurzer Verbindungen zwischen Baugruppen Schaffung eindeutiger Produktvarianten gleicher Einbau von Produktvarianten
Technologie	eine Montagerichtung (vorzugsweise von oben) Variantenbildung erst spät im Montageablauf
Vereinheitlichung	Standardisierung von Einzelteilen/Baugruppen Modulkonstruktionen Parameterkonstruktionen Wiederholung in Produktfamilien, -varianten, -nachfolgern konstruktive Ähnlichkeit erreichen technologische Ähnlichkeit erreichen

Ergebnisse:

hohe Wiederholhäufigkeit von Abläufen trotz Variantenvielfalt und Innovation

4. Öko-/recyclingfreundliche Produktgestaltung[Bearbeiten]

In diesem Gestaltungsbereich werden vorerst nur prinzipielle Hinweise aufgeführt.

Prinzipielles
Lebensdauer erhöhen
Zahl der Bauteile verringern
Bauteile wieder-/weiterverwenden
Werkstoffmenge verringern
schädliche Beschichtungen, Zusätze und Verbundwerkstoffe vermeiden
schadstoffarme Werkstoffe vermeiden
Werkstoffvielfalt verringern
Demontierbarkeit sichern
Bauteile und Geräte kennzeichnen
Werkstoffe kennzeichnen
Recyclingpass anfertigen
recylingfähige/abbaubare Werkstoffe und Bauteile verwenden
Verpackungen vermeiden und recyclingfähiges bzw. biologisch abbaubares Material verwenden