Konstruktionsmethoden

Heuristische Fallen in der Konstruktion

| Autor / Redakteur: Andreas Loebner* / Juliana Pfeiffer

Vertrauen in eine vorhandene Spur.
Vertrauen in eine vorhandene Spur. (Bild: Theo Glauser)

Konstrukteure fällen Entscheidungen aus dem Bauch heraus, schnell und unkompliziert. Solche heuristischen Falle können fatale Folgen haben. Anhand einer Untersuchung zu tödlichen Lawinenunfällen bei Skitouren ergeben sich sechs heuristische Fallen, die auf den Bereich der Konstruktion übertragen wurden. Der erste Teil dieses Artikels, behandelt die Fallen „Vertrautheit“ und „Festlegung auf ein Ziel“.

In weiten Teilen des Konstruktionsablaufs werden heuristische Entscheidungen, also erfahrungsbasierte „Bauchentscheidungen“ gefällt. „Heuristische Kompetenz“ wird vom Konstrukteur verlangt. Ein grosser Vorteil ist die im Vergleich zum systematisch- methodischen Vorgehen viel höhere Geschwindigkeit [1]. Der Preis ist hingegen, dass man bei dieser Vorgehensweise in “heuristische Fallen“ geraten kann, die dann zu Konstruktionsfehlern führen. Solange heuristische Entscheidungen im Umfeld bekannter, oder besser gesagt gewohnter Umgebungsbedingungen stattfinden, sind sie recht gut [2]. Ändern sich diese, öffnen sich heuristischen Fallen. Der Begriff und die Aufzählung der heuristischen Fallen wurden einer Untersuchung zu tödlichen Lawinenunfällen bei Skitouren entnommen [3][4]. Die Untersuchung stellt - statistisch abgesichert - fest, dass die überwiegend selbstverschuldeten Lawinenabgänge wegen intuitiver Nichtbeachtung der geänderten Umgebungsbedingungen wie Schneedeckenaufbau, Temperatur etc. ausgelöst werden. Die sechs heuristischen Fallen werden nun auf den Bereich der Konstruktion übertragen. Die Absicht des Autors ist es, praktizierenden, unter Zeitdruck stehenden, Konstrukteuren den Blick und das Gefühl für ihre stets ablaufenden heuristischen Entscheidungen bewusster zu machen und die Gefahren der Fallen aufzuzeigen. Der erste Teil dieses Artikels, behandelt die Fallen „Vertrautheit“ und „Festlegung auf ein Ziel“.

1. Heuristische Falle : Vertrautheit

McCammon weist nach, dass Tourengehern auf Touren in vertrautem Gelände, viel mehr Fehleinschätzungen unterlaufen, als bei Neubegehungen. Das Sicherheitsgefühl, das die zu einem früheren Zeitpunkt unfallfrei verlaufene Tour hinterlassen hat, macht also blind für die aktuelle Situation der Schneebeschaffenheit etc. und kann so ins Verderben führen.

Ein sehr großer Arbeitsumfang der Konstruktionsbüros, gerade in spezialisierten Klein- und Mittelbetrieben, umfasst Produkterweiterung, Variantenbildung, Anpassung an Kundenwünsche usw.. Die Konstrukteure bewegen sich dabei in ihrem vermeintlich vertrauten Terrain. Doch ändern sich Randbedingung, so ist schnell etwas übersehen.

Lautet die Aufgabe für den Konstrukteur, die neue Konstruktion von einer bestehenden abzuleiten, wobei z.B. geometrische Änderungen nötig oder andere Lasten, Durchflüsse, Betriebsdauern etc. zu berücksichtigen sind, so sind die Risiken, in einem heuristischen Ansatz etwas falsch zu machen, vergleichsweise hoch. Das „Bauchgefühl“ arbeitet nicht zuverlässig. Dazu ein paar Beispiele:

  • Längere erwartete Betriebsdauer – Folge: Dauerfestigkeitsprobleme treten zu Tage.
  • Geänderte Aufstellungshöhe z.B. eine Elektromotors – Folge: Kühlprobleme zeigen sich.
  • Zeitsparendes Strecken einer Wellenkonstruktion bei Beibehaltung der Lagerung. Die Nachprüfung der Festigkeit erfolgt, die der Steifigkeit unterbleibt – Folge: Schwingungsprobleme.
  • Vergrösserungen des Durchmessers von Rohren und Behältern bei gleichem Druck führen zu einem quadratischen Zuwachs an axialen Kräften. Heuristisch werden z.B. Schweissnähte nur linear verstärkt – Folge: die Sicherheitsreserven werden angegriffen und im extremen Fall aufgezehrt.

Wird ein technischer Stand auf eine modifizierte Variante übertragen, so ist es besonders tückisch wenn beim Variieren „Umschlagspunkte“ überschritten werden z.B.:

  • Erhöhen von Lasten und/oder Verändern von Geometrie kann eine mechanische Struktur instabil machen – Folge Bauteilversagen durch Knicken, Beulen etc.
  • „Beraubung“ von Freiheitsgraden oder die Schaffung von neuen Freiheitsgraden in einem bestehenden statischen Gebilde - Folgen: neue Zwängungen bzw. Instabilitäten treten auf
  • Es wird übersehen, dass ein Behälter, der bisher nur für Überdruck eingesetzt wurde in einer neuen Verwendung auch Unterdruck „sieht“. – Folge Implosion
  • Selbsthemmung. – Folge Bewegungsbehinderung
  • Taupunktunterschreitungen – Folge Korrosion
Ergänzendes zum Thema
 
Kleine Hilfe zur Selbstrefelektion

Unüberlegte heuristische Ansätze mit verhängnisvollen Auswirkungen

Besteht die Aufgabe, einen vertrauten Stand der Technik qualitativ für andere Gegebenheiten zu verändern, so können unüberlegte heuristische Ansätze, wie das Folgende veranschaulicht, verhängnisvolle Auswirkungen haben.

  • Beim Ersetzen von, auf den ersten Blick austauschbaren Zulieferteilen, kann übersehen werden, dass die neuen Teile dann doch im Detail andere Merkmale aufweisen. Die versteckten guten Eigenschaften der vertrauten Komponenten sind, da nie Probleme auftraten, dem auswählenden Konstrukteur gar nicht bewusst.
  • Beim Wechsel von Werkstoffen, der aus Gründen der Liefermöglichkeit und/oder des Preises nötig sind wird das Augenmerk verstärkt auf die erwünschten passenderen Eigenschaften (Preis, Liefermöglichkeit….) gerichtet und die weniger offensichtlichen Eigenschaften wie Schweissbarkeit, thermische Ausdehnung, Korrosion usw. werden übersehen.

2. Heuristische Falle: Festlegung auf ein Ziel

Die Untersuchung von McCammon zeigt, dass Tourengruppen, die das beim Start ins Auge gefasste Ziel bzw. die Route konsequent verfolgen, einem höheren Risiko in eine Lawine zu geraten ausgesetzt sind, als Gruppen, die ihre Route flexibel angehen. In vielen Fällen ist Fixierung auf ein Ziel eine große Hilfe und Erleichterung, sie kann jedoch auch zur heuristischen Falle werden.

Den Bereichen Skitouren und Konstruktion gemeinsam ist der mehr oder weniger grosse Zeitdruck.

Konstruktionsaufträge, oft ohne Beteiligung der dann Ausführenden festgelegt, umfassen neben Terminplan, Konstruktionsstunden, erwartenden Herstellkosten auch mehr oder wenig gut durchdachte technische Lösungen. Die Abschätzung der Termine stützt sich auf die Aufwandabschätzung eben dieser Lösungen.

Während der Detaillierung der Konstruktion sind Abweichungen vom Festgelegten so gut wie sicher. Das Bauchgefühl sagt dem Konstrukteur nun: „Folge der Festlegung und halte den Termin ein“, der handwerkliche Stolz hingegen: „Weiche von der Festlegung ab, mach etwas Richtiges und lass den Termin „sausen“. Eine stressgeladene Arbeitsatmosphäre ist die Folge.

Zu unterscheiden sind Abweichungen die von außen in den Projektablauf wirken, und solche die aus der Firma heraus entstehen.

Zu den von außen kommenden Einflüssen wird, in aufsteigender Bedeutung, genannt:

  • Termin- oder Qualitäts- oder Preisprobleme bei Zulieferern.
  • Unhaltbare Schnittstellenfestlegungen von früheren Projektstadien zu z.B. anderen Gewerken
  • Geänderte Kundenwünsche bei feststehendem Endtermin.
  • Während der Projektabwicklung wird bekannt, dass der Wettbewerb eine überlegene Entwicklung auf den Markt bringen wird oder gebracht hat, die die Lösung, an der gearbeitet wird, „alt aussehen“ lässt.

Aus dem Unternehmen und dem normalen Arbeitsfluss heraus kommen folgende Einflüsse, wieder in aufsteigender Folge der Bedeutung für das Ergebnis des Konstruktionsprozesses, zum Tragen:

  • Die übliche Folge beim Abarbeiten von konstruktiven Arbeiten ist Skizze – Vorentwurf – Entwurf und Detailkonstruktion. In den Investitionsgüterbrachen ist es oft üblich, zur Sicherheit Vorentwürfe vor Abschluss eines Kundenauftrages zu erstellen. Diese dort gemachten Festlegungen werden, auch wegen des Zeitdrucks, dann ohne tiefere Prüfung übernommen.
  • Genauere Nachrechnungen, neue Ergebnisse von in Betrieb befindlichen Anlagen, Resultate von Versuchen usw. stellen den festgelegten Weg in Frage.

Der erste Teil dieses Artikels, der die beiden Fallen „Vertrautheit“ und „Festlegung auf ein Ziel“ behandelte, berührte vornehmlich technische Aspekte des Konstruktionsprozesses. Im zweiten Teil, der im nächsten Heft zu lesen sein wird, werden weitere heuristischen Fallen nämlich „Anerkennung“, „Aura des Experten“ und “Soziale Förderung“ beleuchtet. Die letzte Falle „Seltene Gelegenheit“ führt zu einer Analogie zwischen Skisport und Verhalten von Unternehmen im Markt. (jup)

  • 1. K.Ehrlenspiel, H.Meerkamm; Integrierte Produktentwicklung; 6.überarbeitete und erweiterte Auflage 2017
  • 2. G. Gigerenzer; Bauchentscheidungen.Die Intelligenz des Unbewussten und die Macht der Intuition; München 2007
  • 3. Ian McCammon; Heuristic Traps in Recreational Avalanche Accidents: Evidence and Implications; Avalanche News, No.68, Spring 2004
  • 4. Chris Utzinger; Human Factors USA (2)- Heuristischen Fallen bei Lawinenunfällen; Bergundsteigen 1/2004

* Furnace Design GmbH Bern

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