Der konstruktive Entwicklungsprozess (KEP) wird von der VDI Richtlinienreihe VDI 2221, VDI 2222 und VDI 2225 abgeleitet. Dieser besteht aus vier aufeinanderfolgenden Entwicklungsphasen, die Aufbereitungsphase, Konzeptphase, Entwurfsphase und Ausarbeitungsphase. Dabei handelt es sich um ein iteratives Vorgehen bei der Entwicklung bzw. Konstruktion von Lösungen und Produkten.

Phase 1: Aufbereitungsphase

Hier geht es darum, das Problem oder die Aufgabe zu verstehen, die gestellt wurde, und die Rahmenbedingungen zu definieren. Ziel ist es, ein klares Verständnis für die Anforderungen, Ziele und Einschränkungen des Projekts zu entwickeln. In dieser Phase werden auch die Anforderungen an das Produkt oder System definiert und eine erste Ideensammlung durchgeführt.

• Aufgabenpräzisierung: Die Aufgabenpräzisierung ist ein wichtiger Schritt im KEP und bezieht sich auf die klare Definition und Beschreibung des zu entwickelnden Produktes. Dabei wird der Zweck und die Funktion des Produktes, die zu erfüllenden Anforderungen und die Randbedingungen präzise definiert.

  In der Aufgabenpräzisierung werden zunächst alle relevanten Informationen gesammelt und dokumentiert. Dies umfasst beispielsweise Marktanalysen, Kundenbedürfnisse, Anforderungen an das Produkt, rechtliche Vorgaben und technische Möglichkeiten. Die gesammelten Informationen werden ausgewertet und in eine klar definierte und verständliche Aufgabenbeschreibung zusammengeführt.

  Die Aufgabenpräzisierung ist ein wichtiger Schritt, um sicherzustellen, dass alle Projektbeteiligten ein einheitliches Verständnis der Aufgabe haben und die Grundlage für die nachfolgenden Entwicklungsschritte geschaffen wird. Eine präzise Aufgabenbeschreibung hilft dabei, unnötige Iterationen und Kosten im Entwicklungsprozess zu vermeiden und das Risiko von Missverständnissen und Fehlinterpretationen zu minimieren.

• Graphische Forderungsplan: Der graphische Forderungsplan ist eine Methode im KEP, um die Anforderungen an ein neues Produkt oder eine neue Maschine zu erfassen und zu planen. Dabei werden die Anforderungen in einer graphischen Darstellung in Form von hierarchisch geordneten Anforderungsbäumen strukturiert.

  In einem Anforderungsbaum werden die verschiedenen Anforderungen an das Produkt oder die Maschine von der obersten Ebene, die meist die allgemeinen Anforderungen beschreibt, bis zu den detaillierten Einzelanforderungen hinuntergegliedert. Dadurch kann eine vollständige und klare Darstellung aller Anforderungen erreicht werden.

  Die graphische Darstellung des Forderungsplans kann zudem helfen, Zusammenhänge zwischen den verschiedenen Anforderungen aufzuzeigen, sowie mögliche Konflikte und Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Anforderungen zu erkennen. Durch die Visualisierung können auch Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Anforderungen identifiziert werden, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen erfüllt werden können.

  Der graphische Forderungsplan ist somit ein wichtiges Werkzeug im KEP, um sicherzustellen, dass alle Anforderungen an ein neues Produkt oder eine neue Maschine erfasst und berücksichtigt werden.

• Anforderungsliste: Im Kontext des KEP ist die Anforderungsliste ein Dokument, das die spezifischen Anforderungen an ein zu entwickelndes Produkt auflistet. Es ist ein wesentliches Instrument zur Planung und Steuerung des Entwicklungsprozesses, da es als zentrales Dokument dient, das als Referenz für alle weiteren Schritte im Entwicklungsprozess dient.

  Die Anforderungsliste beschreibt die grundlegenden technischen und funktionalen Anforderungen, die das Produkt oder System erfüllen muss. Sie enthält auch nicht-technische Anforderungen wie beispielsweise Kosten, Zeitplan und Umweltaspekte. Darüber hinaus können in der Anforderungsliste auch Anforderungen an das Design, die Sicherheit, die Ergonomie und andere spezifische Aspekte des Produkts oder Systems aufgeführt werden.

Phase 2: Konzeptphase

In dieser Phase werden aus den Ergebnissen der Aufbereitungsphase erste Konzepte und Ideen für das Produkt entwickelt. Das Ziel dieser Phase ist es, verschiedene Konzepte zu generieren und zu bewerten, um das beste Konzept auszuwählen, das den Anforderungen des Kunden und den technischen Anforderungen entspricht.

• Funktionsstruktur: Es handelt sich dabei um eine graphische Darstellung der funktionalen Zusammenhänge zwischen den Komponenten eines Produkts. Die Funktionsstruktur dient dazu, die Anforderungen an das Produkt in eine logische Struktur zu überführen und die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Funktionen zu verdeutlichen.

  Die Funktionsstruktur besteht aus einer Hierarchie von Funktionen, die jeweils untergeordnete Funktionen umfassen können. Die oberste Funktion beschreibt dabei das Gesamtziel des Produkts, während die untergeordneten Funktionen detailliertere Beschreibungen der einzelnen Funktionen darstellen. In der Regel wird die Funktionsstruktur als Baumstruktur dargestellt, wobei die oberste Funktion die Wurzel und die untergeordneten Funktionen die Äste bilden.

  Die Funktionsstruktur ist ein wichtiges Werkzeug, um die funktionalen Anforderungen an das Produkt zu verstehen und zu analysieren. Sie hilft, die Abhängigkeiten zwischen den Funktionen zu erkennen und eventuelle Redundanzen oder inkonsistente Anforderungen aufzudecken. Auf Basis der Funktionsstruktur können alternative Lösungen entwickelt und bewertet werden, um das Gesamtziel des Produkts bestmöglich zu erreichen.

• Prinzipsynthese: Die Prinzipsynthese ist eine Methode im Konstruktionsprozess, bei der verschiedene Lösungsvarianten für eine Aufgabe systematisch miteinander kombiniert werden, um das beste technische Konzept zu finden. Dazu werden in mehreren Schritten unterschiedliche Tabellen erstellt und ausgewertet:

  1. Kombinationstabelle: Hier werden die verschiedenen Lösungsvarianten für jede Teilfunktion oder Anforderung in einer Tabelle aufgelistet. Dabei können auch Kombinationen aus verschiedenen Varianten für eine Teilfunktion gebildet werden. Die Tabelle bietet eine Übersicht über die verschiedenen Lösungsansätze und erleichtert die Entscheidung für die optimale Lösung.
  2. Morphologische Matrix: Die Morphologische Matrix dient dazu, alle möglichen Kombinationen von Funktionen und Komponenten zu identifizieren, die zur Lösung des Problems beitragen können. Dabei werden verschiedene Optionen in Form einer Tabelle aufgelistet, um alle Möglichkeiten zu berücksichtigen. Die Tabelle enthält verschiedene Spalten, die die verschiedenen Komponenten oder Merkmale beschreiben, und Zeilen, die die verschiedenen Funktionen oder Eigenschaften beschreiben. Durch das systematische Durchgehen der Tabelle können neue Kombinationen gefunden werden, die möglicherweise zuvor nicht berücksichtigt wurden.
  3. Wertempfindungstabelle: Die Wertempfindungstabelle wird genutzt, um die verschiedenen Lösungen aus der Kombinationstabelle und Morphologischen Matrix hinsichtlich ihrer Vor- und Nachteile zu bewerten. Hierbei werden Kriterien aufgestellt, die die Eignung der Lösungen beurteilen. Diese können sowohl technische als auch wirtschaftliche oder andere Kriterien umfassen. Dazu werden die verschiedenen Lösungen bewertet und anschließend miteinander verglichen. Die Tabelle hilft dabei, die besten Lösungen aus der Vielzahl der Möglichkeiten auszuwählen.
  4. Bewerten und Entscheiden: Basierend auf der Bewertung aus der Wertempfindungstabelle werden die Konzeptvarianten bewertet und verglichen. Dabei können auch nicht-technische Faktoren wie z.B. Kosten oder Umweltverträglichkeit berücksichtigt werden. Ziel ist es, die optimale Lösung auszuwählen, die alle Anforderungen bestmöglich erfüllt. Diese Entscheidung bildet die Grundlage für das Technische Prinzip.
  5. Technisches Prinzip: Das ausgewählte Technische Prinzip ist das Ergebnis des Entscheidungsprozesses aus Schritt 4. Es beschreibt die konkrete technische Lösung, die den gestellten Anforderungen entspricht. Das Technische Prinzip beinhaltet die Komponenten und Technologien, die benötigt werden, um die Lösung umzusetzen.
  6. Konkretisiertes Technisches Prinzip: Das konkretisierte Technische Prinzip beschreibt die detaillierte Umsetzung des ausgewählten Technischen Prinzips. Hier werden alle notwendigen Komponenten, Materialien und Technologien im Detail beschrieben und geplant. Dabei werden auch Fragen der Kosten, Verfügbarkeit von Materialien und die Umsetzbarkeit in der Praxis berücksichtigt. Das konkretisierte Technische Prinzip bildet die Grundlage für die Implementierung der Lösung.

  Insgesamt dient die Pinzipsynthese also dazu, eine große Anzahl von möglichen Lösungsvarianten zu generieren und diese systematisch zu bewerten, um das beste technische Konzept zu finden.

Phase 3: Entwurfsphase

Diese Phase umfasst die Erstellung von Entwürfen und Konzepten auf Basis der Ergebnisse der vorherigen Phasen, insbesondere der Funktionsstruktur und der Lösungskonzepte aus der Konzeptphase. In dieser Phase geht es darum, die verschiedenen Komponenten und Teilsysteme des Produkts zu entwerfen und zu definieren und sicherzustellen, dass sie den Anforderungen und Spezifikationen entsprechen.

Zu den Aufgaben in der Entwurfsphase gehören unter anderem:

• Ausarbeitung von Konzepten und Entwürfen: Auf Basis der in der Konzeptphase erarbeiteten Lösungskonzepte werden nun detaillierte Entwürfe erstellt. Diese können in Form von 3D-Modellen, Zeichnungen, Skizzen oder sogar Prototypen vorliegen.
• Komponentendesign: Jede Komponente (Einzelteil) des Produkts wird entworfen und definiert, einschließlich der Auswahl von Materialien, Abmessungen und Toleranzen.
• Integration von Baugruppen (Teilsystemen): Die Baugruppen werden zusammengefügt und ihre Integration wird geplant und gestaltet.
• Erstellung und Überprüfung der Entwürfe für die Fertigung: Die Entwürfe werden auf ihre Machbarkeit, Funktionalität, Sicherheit und Kosten hin überprüft, und werden gegebenenfalls Korrekturen vorgenommen. Dazu gehören unter anderem Einzelteilzeichnungen, Stücklisten sowie auch eine Gesamtbauzeichnung, siehe auch Ausarbeitungsphase.

Die Entwurfsphase endet mit der Erstellung eines finalen Entwurfs oder Prototyps, der für die Produktion freigegeben werden kann.

Phase 4: Ausarbeitungsphase

• Erstellung von technischen Dokumentationen: Hierbei werden auch technische Dokumentationen (inklusive Stücklisten, Zeichnungen etc.) Handbücher und Bedienungsanleitungen, Montage- und Justiervorschriften usw. erstellt.
• Festlegung von Prüfverfahren: Es werden Prüfverfahren festgelegt, um sicherzustellen, dass die Produkte den Anforderungen entsprechen.

Die Ausarbeitungsphase ist nicht explizit als separate Phase im KEP definiert. In der Regel endet die Entwicklungsphase mit der detaillierten Ausarbeitung des ausgewählten Konzepts und geht dann direkt in die Realisierungsphase über, in der das Produkt tatsächlich gebaut oder entwickelt wird.

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Phase 5: Realisierungsphase

(Eine fünfte Phase kann auch in Betracht gezogen werden.)

Die letzte Phase im KEP ist die Realisierungsphase, auch Implementierungsphase genannt. In dieser Phase wird das ausgewählte Technische Prinzip detailliert ausgearbeitet und in ein reales Produkt oder System umgesetzt. Die Realisierungsphase umfasst die folgenden Schritte:

1. Fertigung: In dieser Phase wird das ausgewählte Technische Prinzip, welches bereits in eine detaillierte Konstruktion umgesetzt wurde, gefertigt.
2. Montage und Integration: In diesem Schritt wird das System oder Produkt montiert und die verschiedenen Komponenten werden integriert.
3. Test und Validierung: Das fertige Produkt oder System wird getestet, um sicherzustellen, dass es den Anforderungen und Spezifikationen entspricht.
4. Dokumentation: Alle Schritte, Ergebnisse und Entscheidungen werden dokumentiert, um sicherzustellen, dass das Produkt oder System ordnungsgemäß gebaut und getestet wurde.
5. Schulung: Bei Bedarf werden Mitarbeiter geschult und in der Verwendung des Produkts oder Systems geschult.
6. Einführung: Das Produkt oder System wird schließlich eingeführt und in den Betrieb genommen.

In der Realisierungsphase sind auch die Herstellungskosten und die Produktionsprozesse zu berücksichtigen, um sicherzustellen, dass das fertige Produkt oder System auch wirtschaftlich sinnvoll ist.