Funktionsmodellierung

Kurzbeschreibung

Funktionsmodelle bilden Eigenschaften und Relationen von Systemen/Produkten auf abstrakter Ebene ab. Insbesondere bei komplexen Gesamtfunktionen dienen sie der Strukturierung in einfacher zu bearbeitenden Teilfunktionen. Die Funktionsmodellierung dient zudem zur Vorbereitung der Suche nach Lösungsalternativen.

Funktionsmodelle dienen zur Strukturierung komplexer Gesamtzusammenhänge in einfachere, leichter zu bearbeitende Teilfunktionen und stellen somit eine Abstraktion der Realität dar. Sie unterstützen das Verständnis für das zu entwickelnde System und bilden die gewünschte Struktur und das Verhalten des Systems lösungsneutral ab.

Die zunächst zu sammelnden Funktionen werden gegliedert und in Funktionsstrukturen dargestellt. Dabei können je nach dem darzustellenden Aspekt der gegenseitigen Funktionsbeziehungen unterschiedliche Modellierungsarten realisiert werden. Somit können unterschiedliche Sichten auf das System betrachtet werden.

Je nach Anwendungsfall können somit unterschiedliche Modellierungsarten zum Einsatz kommen:

Eine erste Möglichkeit zur Funktionsmodellierung bietet die hierarchische Struktur.
In der Regel wird die technische Realisierung der Gesamtfunktion nicht sofort ersichtlich sein. Deshalb ist eine Aufgliederung der Gesamtfunktion in Teilfunktionen vorzunehmen. Es ergibt sich eine Funktionshierarchie. Funktionen können top-down oder bottom-up dargestellt werden. Beim top-down-Verfahren wird zunächst die Hauptfunktion des Produkts identifiziert. Weiterhin werden die Hauptfunktionen in Teilfunktionen aufgeteilt.

Abb. 1: Funktionshierarchie top-down

Im Gegensatz dazu werden beim bottom-up-Verfahren im ersten Schritt die Teilfunktionen eines Systems festgehalten und dann untersucht, welche übergeordneten Hauptfunktionen existieren. Die identifizierten Funktionen können in einem Funktionsbaum eingetragen werden. Das Ziel beider Vorgehensweisen ist es, eine vollständige Funktionsbeschreibung auf abstrakter Ebene zu erreichen.

Bei Betrachtung von Stoff-, Energie- und Signalumsätzen vorhandener Produkte wie auch zur lösungsneutralen Abbildung der Vorgänge in zu konzipierenden Produkten bietet sich die umsatzorientierte Funktionsmodellierung bzw. Flussorientierte Funktionsmodellierung an (s. Abb. 2). Hier steht das Umsatzprodukt im Vordergrund. Es werden die Eigenschaftsänderungen des Umsatzprodukts dargestellt. Dadurch wird die Strukturierung der Gesamtfunktion in Teilfunktionen und damit ein systematisches Vorgehen der Lösungsfindung unterstützt.

Abb. 2: Umsatzorientierte Funktionsmodellierung am Beispiel einer Kaffeemaschine

Eine weitere Möglichkeit der Funktionsmodellierung bildet im Rahmen der TRIZ-Methodik die relationsorientierte Funktionsmodellierung. Mit Hilfe dieser Funktionsmodellierung kann ein Gesamtsystem in Teilsysteme zerlegt werden (s. Abb. 3)

Insbesondere nützliche und schädliche Funktionen sowie deren Zusammenhänge werden bei der relationsorientierten Funktionsmodellierung betrachtet. Sie dient weiterhin dazu, auftretende Widersprüche im modellierten System identifizieren. Auf Basis einer erstellten Funktionsstruktur können mithilfe von TRIZ in nachfolgenden Prozessschritten der Lösungsgenerierung z. B. identifizierte technische Widersprüche aufgelöst werden.

Abb. 3: Ausschnitt einer relationsorientierten Funktionsstruktur am Beispiel des Systems "Streusalz"

Für weitere Informationen zur Funktionsmodellierung der unterschiedlichen Modelle nutzen Sie bitte das unter zusätzliches Material zur Verfügung gestellte <media 1168>HowTo</media>.

Wie geht es weiter?

Nach der erfolgreichen Funktionsmodellierung erfolgt die Generierung von Lösungsalternativen, welche ein zentraler Bestandteil der Konzipierung ist. Können vorhandene Lösungen nicht angewendet werden, so sind kreativ neue Lösungsalternativen zu entwickeln. Zur Unterstützung können diverse Kreativitätstechniken eingesetzt werden.

Die Funktionsmodellierung dient zur Vorbereitung der Suche nach Lösungsalternativen. Für eine nachfolgende Variation der Funktionsstruktur eröffnet die Funktionsbetrachtung ein weiteres Handlungsfeld.

Die Vorteile der Funktionsmodellierung sind, dass :

  • die Betrachtung eines Systems in Funktionen das Produkt auf einer lösungsneutralen Ebene beschreibt und somit für eine anschließende Ideensuche/Lösungssuche das Denken in eingefahrenen/vorfixierten Lösungen vermieden wird,
  • eine funktionale Beschreibung den Zugang zu Lösungen aus anderen Bereichen/Disziplinen eröffnet und
  • die Strukturierung des Systems durch die Betrachtung in Funktionen gleichzeitig wertvoller Bestandteil der Dokumentation ist.
  • Karl-Heinz Rau, Eberhard Stickel: Daten- und Funktionsmodellierung. Gabler-Verlag, Wiesbaden, 1992
  • Terninko 1998
  • Ehrlenspiel, K.: Integrierte Produktentwicklung. Carl Hanser Verlag, München, 2 überarbeitete Auflage, 2003

Eingangsinformationen

Gesamtfunktion


Ausgangsinformationen

  • Funktionsstruktur, Funktionsmodell
  • Teilfunktionen

    Lehrstuhl für Produktentwicklung,
    Prof. Lindemann (www.pe.mw.tum.de)