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Hier erfahren Sie, wie Sie komplexe Probleme mithilfe der als funktionale Zerlegung bekannten Technik in überschaubare Probleme aufteilen
11.Oktober 2019 / 7 Minuten Lesezeit
Dieser Artikel wurde von der Originalversion vom Oktober 2015 bearbeitet.
Haben Sie jemals ein Produkt gesehen, das so komplex und doch so elegant in der Ausführung ist, dass Sie glauben, sein Designer habe eine Art göttliche Inspiration gehabt? Dass in seinem genialen Verstand das Design mit unzähligen Elementen, die voneinander abhängig sind, um eine Vielzahl von Funktionen auszuführen, vollständig geformt herauskam?
Für mich ist dieses geniale Produkt der Schreibautomat, der Ende der 1700er Jahre von Pierre Jaquet-Droz entworfen und gebaut wurde. Diese selbstbedienende Maschinenpuppe gilt als entfernter Vorfahr des modernen programmierbaren Computers und verwendet eine Gänsefeder, um benutzerdefinierten Text zu schreiben. Es ist ein Wunderwerk der Präzision und Bewegung, kombiniert mit akribischer Handwerkskunst. Überzeugen Sie sich selbst von den erstaunlichen Funktionen:
Wie hat Jaquet-Droz dieses unglaublich komplexe Designproblem gelöst? Er hat es natürlich in überschaubare Stücke zerlegt.
In der Maschinenbauschule wurde den meisten von uns beigebracht, eine funktionale Zerlegung durchzuführen. Dieser Prozess unterteilt ein Problem in die Ein- und Ausgänge eines Produkts. Dann wird jedes Teil in eine der folgenden drei Kategorien eingeteilt:
- Energie
- Material
- Information
Dieser funktionale Zerlegungsprozess zerlegt zwar das Problem und hilft Designern, sich von ihren vorgefertigten Produktkonzepten zu trennen, ist aber auch umständlich und oft zu losgelöst von möglichen Lösungen. Schauen Sie sich nur diese Zerlegung eines Nagelknipsers von der University of Michigan an.
Whoa. Ich bin mir nicht sicher, ob ich näher dran bin, einen Nagelknipser zu entwerfen. Wie würden wir die funktionale Zerlegung eines komplexeren Produkts wie der Saturn V abbilden?
Wenn Sie nur eine schrittweise Änderung an Ihrem Produkt vornehmen— z. B. es kleiner oder leichter machen oder die Leistung senken, ist eine strenge funktionale Zerlegung wahrscheinlich nicht erforderlich. Bei wirklich neuen oder schwierigen Produktentwicklungsherausforderungen wie dem Automaten von Jaquet-Droz ist es jedoch wichtig, das Problem funktional zu zerlegen, um letztendlich eine Lösung zu finden. Ein praktischer Ansatz besteht darin, das Problem in seine Hauptfunktionen aufzuteilen. Es ist einfach, diese Funktionen zu identifizieren, ohne das Problem auf das Niveau des oben genannten Nagelknipsers zu reduzieren.
Aber wie?
Arbeiten Sie zuerst an den schwierigsten Problemen
Wenn Sie nicht sicher sind, wo Sie anfangen sollen, Ihr Problem zu lösen, versuchen Sie, eines der beiden anzugehen:
- Das Problem, das Sie am wenigsten zu lösen wissen
- Das Show-Stopper—Problem – dasjenige, das bestimmt, ob Ihr Produkt funktioniert oder nicht.
Der Schlüssel: Konzentrieren Sie sich zuerst auf die Hauptprobleme. Arbeiten Sie daran, diese Lösungen zu finden, ohne sich übermäßig mit allen anderen Problemen des Designs wie Verpackung oder anderen Interaktionen zu befassen. (Ja, all diese Themen sind auch wichtig. Aber wenn Sie das Produkt überhaupt nicht zum Laufen bringen können, ist es nicht so wichtig, ob es klein ist oder gut zusammenpasst. Während dieses Prinzip offensichtlich erscheinen mag, habe ich viele Male in meiner Karriere gesehen, wie Designs sich verzettelten, als Ingenieure im Unkraut gefangen wurden. Zu oft verhindern Fragen wie die folgenden den Fortschritt:
- “ Was sollte dieser Spanwinkel auf den Schneidzähnen sein?“
- „Wie groß ist der Akku?“
- „Wie werden wir eine Sicherheitsverriegelung implementieren?“
Und die ganze Zeit gibt es nicht einmal einen funktionierenden Prototyp.
Lösen Sie Probleme unabhängig für die Effizienz
Bei der funktionalen Zerlegung wird ein Problem in kleinere Funktionsmodule zerlegt, wobei jedes Modul gleichzeitig unabhängig voneinander gelöst und dann die führenden Lösungen zusammengeführt werden.
In jeder Phase des funktionellen Zersetzungsprozesses gibt es drei Schlüsselschritte:
- Grundlegende Funktionen identifizieren
- Priorisieren Sie sie nach Wichtigkeit
- Lösen Sie sie unabhängig voneinander
Dies trennt den Aufwand, begrenzte Entwicklungsressourcen systematisch für kritische Designelemente bereitzustellen. Das Befolgen dieser drei Schritte schützt Ihr Team auch davor, von nachgelagerten Anforderungen (wie Produktgröße und -kosten) abgelenkt zu werden, wenn die grundlegende Funktionalität nicht vollständig bekannt ist. Aber, fragen Sie, laufe ich nicht Gefahr, das Problem in Produkte zu zerlegen, die ich bereits kenne? Brauche ich deshalb nicht die funktionale Zerlegung?
Ja, das ist ein Risiko. Denken Sie jedoch daran, sich auf Funktionen und nicht auf Formulare zu konzentrieren.
Dies ist ein Grund, warum Sie in vielen Fällen getrennt funktionale Prototypen (solche, die nur die Funktionalität eines Geräts berücksichtigen) und Usability-Prototypen (solche, die nicht funktionieren, aber zum Testen der Benutzerinteraktion und -form erstellt wurden) entwickeln sollten. Versuchen Sie nicht, sie zu früh zu kombinieren, damit diese Prototypen am effektivsten sind.
Iteration ist der Schlüssel zum Erfolg
In diesem Stadium könnten Sie sich Sorgen machen, dass Sie ein Frankenstein-Produkt erhalten, das Teile trennt, um jede Funktion auszuführen. Kehren wir zu unserem treuen Nagelknipser zurück: Ist dieses Bild unten nicht das logische Ergebnis einer funktionalen Zerlegung? Eine Lösung für jede Funktion?
Wenn Sie bei Ihrer anfänglichen Zerlegung angehalten haben, ist ein Ergebnis wie das Nagelknipser-Beispiel eine eindeutige Möglichkeit. Ärgern Sie sich nicht, wiederholen Sie einfach den Vorgang.
Nachdem Sie die großen Probleme gelöst haben, suchen Sie nach offensichtlichen Möglichkeiten, die Funktionalität zu kombinieren (z. B. sind die Klingen und Federn des Nagelknipsers dieselben Teile). Wenn Sie an einem komplexeren Problem arbeiten, müssen Sie es wahrscheinlich auf einer gröberen Ebene zerlegen (mehr Funktionen auf einmal implementiert).
Ein wirklich effektives Design wird durch die folgenden iterativen Schritte erreicht:
- Das Problem zerlegen
- Lösungen entwickeln
- Physische Modelle erstellen
- Auswerten / testen
- Wiederholen
Der Wert eines systematischen Designansatzes
Was lernen wir daraus?
Selbst sehr komplexe Geräte, wie der Automat von Jaquet-Droz, können auf eine überschaubare Ebene heruntergebrochen werden, um das Problem zu lösen.
Wie sich herausstellt, ist dieser scheinbar geniale Designer genau wie Sie: Jaquet-Droz löste überschaubare Probleme, kombinierte und entwickelte dann sein Design in so vielen Schritten wie nötig, bis die endgültige Lösung gefunden wurde.
Dieses Design – das auf der Oberfläche mit unzähligen Interaktionen und der Eleganz von Da Vinci irreduzibel komplex erscheint – wurde von einem intelligenten Designer entworfen. Einer, der sich dem Problem systematisch näherte und fleißig an einer vollständigen Produktlösung arbeitete. Mit dem hier beschriebenen systematischen Ansatz können auch Sie Ihre komplexesten Probleme lösen.
Mark Foohey – Engineering
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