Fachdidaktische Diskussion von Informatiksystemen und der Kompetenzentwicklung im Informatikunterricht

In der vorliegenden Arbeit wird ein Unterrichtsmodell zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen für die Sekundarstufe II vorgestellt. Der Bedarf wird u. a. damit begründet, dass Informatiksysteme zu Beginn des 21. Jahrhunderts allgegenwärtig sind (Kapitel 1). Für Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen sind diese in ihrer Einheit aus Hardware, Software und Vernetzung anhand ihres nach außen sichtbaren Verhaltens, der inneren Struktur und Implementierungsaspekten zu analysieren. Ausgehend vom Kompetenzbegriff (Kapitel 2) und dem Informatiksystembegriff (Kapitel 3) erfolgt eine Analyse des fachdidaktischen Forschungsstandes zur Kompetenzentwicklung mit Informatiksystemen. Die Ergebnisse lassen sich in die Bereiche (1) Bildungsziele, (2) Unterrichtsinhalte, (3) Lehr-Lernmethodik und (4) Lehr-Lernmedien aufteilen (Kapitel 4). In Kapitel 5 wird die Unterrichtsmodellentwicklung beschrieben. Den Zugang zu Informatiksystemen bildet in der vorliegenden Dissertationsschrift das nach außen sichtbare Verhalten. Es erfolgt eine Fokussierung auf vernetzte fundamentale Ideen der Informatik und Strukturmodelle von Informatiksystemen als Unterrichtsinhalte. Es wird begründet, dass ausgewählte objektorientierte Entwurfsmuster vernetzte fundamentale Ideen repräsentieren. In Abschnitt 5.4 werden dementsprechend Entwurfsmuster als Wissensrepräsentation für vernetzte fundamentale Ideen klassifiziert. Das systematische Erkunden des Verhaltens von Informatiksystemen wird im Informatikunterricht bisher kaum thematisiert. Es werden Schülertätigkeiten in Anlehnung an Unterrichtsexperimente angegeben, die Schüler unterstützen, Informatiksysteme bewusst und gezielt anzuwenden (Abschnitt 5.5). Bei dieser Lehr-Lernmethodik werden das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen, im Sinne einer Black-Box, und das Wechselspiel von Verhalten und Struktur bei vorliegender Implementierung des Systems als White-Box analysiert. Die Adressierung schrittweise höherer kognitiver Niveaustufen wird in die Entwicklung einbezogen. Unterstützend wird für das Unterrichtsmodell lernförderliche Software gestaltet, die vernetzte fundamentale Ideen in Entwurfsmustern und das Experimentieren aufgreift (Abschnitt 5.6). Schwerpunkte bilden im Unterrichtsmodell zwei Arten von lernförderlicher Software: (1) Die Lernsoftware Pattern Park wurde von einer studentischen Projektgruppe entwickelt. In ihr können in Entwurfsmustern enthaltene fundamentale Ideen der Informatik über ihren Lebensweltbezug im Szenario eines Freizeitparks analysiert werden. (2) Als weitere Art Lernsoftware werden kleine Programme eingesetzt, deren innere Struktur durch ausgewählte Entwurfsmuster gebildet und deren Verhalten direkt durch die darin enthaltenen fundamentalen Ideen bestimmt wird. Diese Programme können durch die Experimente im Unterricht systematisch untersucht werden. Mit dem Ziel, die normative Perspektive um Rückkopplung mit der Praxis zu ergänzen, werden zwei Erprobungen im Informatikunterricht vorgenommen. Diese liefern Erkenntnisse zur Machbarkeit des Unterrichtsmodells und dessen Akzeptanz durch die Schüler (Kapitel 6 und 8). Exemplarisch umgesetzt werden die Themen Zugriffskontrolle mit dem Proxymuster, Iteration mit dem Iteratormuster und Systemzustände mit dem Zustandsmuster. Der intensive Austausch mit Informatiklehrpersonen in der Kooperationsschule über Informatiksysteme und Kompetenzentwicklung sowie die Durchführung von zwei Lehrerfortbildungen ergänzen die Beobachtungen im unterrichtlichen Geschehen. Die erste Unterrichtserprobung resultiert in einer Weiterentwicklung des Unterrichtsmodells zu Informatiksystemen und Kompetenzentwicklung (Kapitel 7). Darin erfolgt eine Fokussierung auf das nach außen sichtbare Verhalten von Informatiksystemen und eine Verfeinerung der Perspektiven auf innere Struktur und ausgewählte Implementierungsaspekte. Anschließend wird die zweite Unterrichtserprobung durchgeführt und evaluiert (Kapitel 8). Am Schluss der Forschungsarbeit steht ein in empirischen Phasen erprobtes Unterrichtsmodell.In the 21st century, informatics systems are ubiquitous. Therefore, the author presents an educational model for competencies with respect to informatics systems (Chapter 1). To achieve such competencies at upper secondary level, observable behaviour, internal structure and implementation aspects of informatics systems have to be analysed by students. Based on a definition of the terms competency (Chapter 2) and informatics system (Chapter 3), the state of the art in Didactics of Informatics is investigated. In the national and international scientific work, (1) educational objectives, (2) themes and subject matters, (3) teaching and learning methods, as well as (4) educational means and media are identified (Chapter 4). In Chapter 5 the development of the educational model is described. The approach to competencies with respect to informatics systems concentrates on the observable behaviour of the systems. We focus on networked fundamental ideas of informatics as a quality factor and structural models of informatics systems. Selected object-oriented design patterns represent networked fundamental ideas. In Section 5.4 design patterns as knowledge representations of fundamental ideas are classified. Systematic exploration of informatics systems is uncommon in informatics education at upper secondary level. Therefore, students\u27 activities are developed according to educational experiments to enable students to use systems consciously (Section 5.5). Systematic exploration puts students in a position to analyse the observable behaviour as a black box. Given the source code and documentation of a system, experimenting with such a system relates behaviour to its internal structure. Succeeding cognitive processes are also considered in this approach. To support learning, software was developed, which emphasises fundamental ideas in design patterns and enables experimenting (Section 5.6). There are two kinds of learning software: (1) The learning software Pattern Park was developed by a student project group. In the software fundamental ideas within design patterns can be understood through a real-life analogy in the context of a theme park. (2) As a second kind of learning software we use small programs, whose internal structure is built by selected design patterns. Their observable behaviour depends on networked fundamental ideas of informatics. These programs can be analysed systematically by students. Aiming at complementing the normative perspective with concrete learning processes, two classroom practice projects were conducted. These offered results with respect to feasibility of the educational model and acceptance by the students (Chapter 6 and 8). Exemplarily, access control by Proxy design pattern, iteration by Iterator design pattern, and states of systems by State design pattern were chosen. Cooperation with teachers and conduction of teacher training workshops complement observations within the classroom projects. The first classroom project resulted in a refinement of theory to foster competencies with respect to informatics systems (Chapter 7). In particular, perspectives on informatics systems were elaborated. Afterwards, a second classroom project was conducted and evaluated (Chapter 8). In conclusion of the research project, there is an empirically tested educational model to foster competencies with respect to informatics systems

Structural Compatible Ontologies for Automation Technology

Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist ein integriertes Entwurfsverfahren für Automatisierungssysteme, bei dem sowohl die verhaltenbeschreibende als auch die gerätetechnische Sicht gleichermaßen Berücksichtigung finden. Dieses Entwurfsverfahren basiert auf der Erkennung, Überprüfung und Einhaltung von Ähnlichkeiten, die zwischen geräte- und verhaltensbeschreibenden Systemmodellen herrschen. So können die während der Geräte- und Anlagenplanung entstehenden Spezifikationen (Stücklisten, Baugruppenhierarchien, Netzwerke) bis in die aus automatisierungstechnischer Sicht notwendige Detailltiefe in den Verhaltensmodellen konsistent nachgezogen werden. Auf der Basis prozesstheoretischer Überlegungen werden kombinierte Petrinetz- und Bondgraphen-Modelle als dynamische Beschreibungsmittel gewählt, um das für Automatisierungssysteme typische hybride Verhalten darstellen zu können. Für die Beschreibung gerätetechnischer Strukturen dient das STEP-Produktmodell nach ISO 10303. Um die Ähnlichkeiten zwischen der verhaltenbeschreibenden und der gerätetechnischen Sicht formal fassen zu können, werden die den Systemmodellen zugrundeliegenden Modellkonzepte in Ontologien überführt und diese dann mit strukturverträglichen Abbildungen, sogenannten Morphismen, aufeinander abgebildet. Sowohl die Ontologien als auch die über diesen Ontologien definierten Morphismen werden mit Mitteln der OMA (Object Management Architecture) in MOF/UML-Modelle und OCL-Spezifikationen übertragen. Diese Spezifikationen sind dann die Implementationsgrundlage einer Reihe von Softwarewerkzeugen, die einen Entwurfsrahmen bilden, mit dem das integrierte Entwurfsverfahren anhand von einfachen Beispielen näher untersucht wird.We present an integrated design methodology for automation systems, where both the behavioural and the device oriented aspects are considered. The design methodology is based on the recognition and compliance of similarities, which can be found between device oriented and behaviour describing system models. Herewith it is possible to align the behavioural models with existing device specifications (part lists, bills of material, assembly hierarchies networks) in a consistent way and with the granularity that is adequate for automation systems design. Based on a formal process theory the combination of Petrinets and Bondgraphs is choosen to represent the hybrid process dynamics which are characteristic for automation systems. The device oriented structures are described with STEP product models according to ISO 10303. The formal specification of the aforesaid similarities between device oriented and behavioural system models is achieved within two steps. First the used description methods are transformed into ontologies. Then the ontologies are mapped on each other based on structure respecting mappings called morphism. Both the ontologies and the morphisms are defined by means of OMA (Object Management Architecture), namely MOF/UML for the ontology specification and OCL for the morphism specification. These specifications are then the basis for the implementation of different software tools which are combined into one development framework. Utilizing this framework the integrated design methodology is examined with simple examples

Integrationsaspekte der Simulation: Technik, Orgnisation und Personal, Karlsruhe, 7. und 8. Oktober 2010 = Integration Aspects of Simulation: Equipment, Organization and Personnell, Karlsruhe, 7th and 8th October 2010

Die Integration technischer, organisatorischer und personalorientierter Aspekte in Simulationsverfahren ist das Leitthema der 14. Fachtagung der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM) innerhalb der Gesellschaft für Informatik, die vom Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation im Oktober 2010 ausgerichtet wurde. Der vorliegende Tagungsband gibt somit einen vertiefenden Einblick in neue Entwicklungen und Beispiele guter Praxis der Simulation über den deutschsprachigen Raum hinaus

Entwerfen Entwickeln Erleben 2016 - Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 30. Juni – 1. Juli 2016

Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2016 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmethodik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technische Universität Dresden und technischesdesign.org ermöglichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP) und dem Rat für Formgebung die fachübergreifende Diskussion des Schwerpunkt- Themas inmitten der interdisziplinären Dresdner Wissenschaftslandschaft. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (ISBN 978-3-95908-061-3, herausgegeben von Jens Krzywinski et al.) fasst die Beiträge zum Industrial Design zusammen.:Big Data Analytics für die Produktentwicklung Alfred Katzenbach · Holger Frielingsdorf 15 Das Industrial Internet – Engineering Prozesse und IT-Lösungen Martin Eigner 25 Nutzbarmachung des Potentials naturfaserbasierter Werkstoffe als Leichtbau- bzw. Konstruktionsmaterial Timo Kuntzsch · Frank Miletzky 39 Erarbeitung eines Beziehungssystems zur Entwicklung eigenschaftsoptimierter Karosseriekonzepte in Mischbauweise Jan Hasenpusch · Andreas Hillebrand · Thomas Vietor 51 Faserverbundleichtbau in der Großserie: Chancen und Herausforderungen für den Produktentwickler Olaf Helms 63 Gestaltung eines alltagstauglichen Hocheffizienz-Konzeptfahrzeugs Richard Eiletz · Enno Block · Christoph Warkotsch · Klaus Post 73 Entwicklung kompakter, gepulster Elektro-Dipolmagnete für die laserbasierte Protonentherapie Michael Schürer · Thomas Herrmannsdörfer · Leonhard Karsch · Florian Kroll · Umar Masood · Jörg Pawelke 91 Der Panzer des Helmwasserflohs: Erfolgreiches adaptives Design in der Natur Hans-Peter Prüfer 97 Anforderungen des Nicht-Elektrischen Explosionsschutzes im Produktentwicklungsprozess Sabrina Herbst · Frank Engelmann · Karl-Heinrich Grote 113 Begleitung des Entwicklungsprozesses durch einen Generalisten und der „Faktor Mensch“ als Erfolgspotential Michael Bader · Harald Lang 127 Agile PLM Strategy Development – Methods and Success Factors Dietmar Trippner · Karsten Theis 143 Quo vadis „Additive Manufacturing“ Heinz Simon Keil 161 ProVIL – Produktentwicklung im virtuellen Ideenlabor Albert Albers · Nikola Bursac · Benjamin Walter · Carsten Hahn · Jan Schröder 185 Organisatorische Unterstützung der Produktentwicklung mit SysMLModellen Johannes Kößler · Kristin Paetzold 199 Personal Resource Management (PRM) in der modernen Produktentwicklung Bettina Schleidt 213 SkiPo – Ein skizzen- und portbasiertes Modell für die Entwicklung von mechanischen Systemen Martin Grundel · Jutta Abulawi 223 Benutzer- und aufgabenorientiertes virtuelles Modell für die Produktentwicklung Christian Weber · Heidi Krömker · Stephan Husung · Stephan Hörold · Atif Mahboob · Andreas Liebal 239 Konzept zur internationalen Einführung vernetzter Virtual Obeya-Räume zur standortverteilten Produktentwicklung Michael Abramovici · Stefan Adwernat · Matthias Neges 253 Innovation in der Orthopädie- und Rehatechnik, 3D-Digitalisierung und CAD/CAM-Nutzung Thomas Mitzenheim · Christoph Knoch-Weber 265 Nutzerintegration bei der Produktentwicklung am Beispiel der Medizintechnik Axel Boese · Michael Friebe · Christoph Arens · Fabian Klink · Karl-H. Grote 283 NC-gestützte Fertigung von Bohrschablonen für die dentale Implantation Daniel Ellmann · Andreas Klar · Philipp Sembdner · Stefan Holtzhausen · Christine Schöne · Ralph Stelzer 293 Optimierung der Schaftkomponente von Kurzschaftendoprothesen mittels Finite-Elemente-Analyse Claudia Kleinschrodt · Hans-Georg Simank · Bettina Alber-Laukant · Frank Rieg 303 Wissensbasierter Aufbau konstruktions-begleitender Finite-Elemente-Analysen durch ein FEA-Assistenzsystem Philipp Kestel · Sandro Wartzack 315 Fertigungsrestriktionsmodell zur Unterstützung des algorithmisierten PEP fertigungsgerechter Blechprodukte Katharina Albrecht · Thiago Weber Martins · Reiner Anderl 331 Prozessgebundene Berechnungs-Baugruppen: Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe Denis Polyakov · Willi Gründer 345 Elektronenstrahlschmelzen – ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren Burghardt Klöden · Alexander Kirchner · Thomas Weißgärber · Bernd Kieback · Michael Süß · Christine Schöne · Ralph Stelzer 359 Produktarchitekturgestaltung unter Berücksichtigung additiver Fertigungsverfahren Timo Richter · Hagen Watschke · David Inkermann · Thomas Vietor 375 Additive Fertigung von Metallen – Einsatz des LaserCUSING®s im Bereich Automotive Lisa Pastuschka · Peter Appel 393 Methoden zur Absicherung simulationsgerechter Produktmodelle René Andrae · Peter Köhler 403 Ein Doppelschneckenextruder zur Materialdosierung in einem Rapid Prototyping-Prozess Tobias Flath · Jörg Neunzehn · Michael C. Hacker · Hans-Peter Wiesmann · Michaela Schulz-Siegmund · Fritz Peter Schulze 419 Kosteneffiziente Technologien zur geometrischen Datenaufnahme im digitalen Reverse Engineering Tim Katzwinkel · Bhavinbhai Patel · Alexander Schmid · Walter Schmidt · Justus Siebrecht · Manuel Löwer · Jörg Feldhusen 429 3-D-Oberflächenerfassung- und 3-D-Druck-Potentiale für gerichtsverwertbare kriminaltechnische Untersuchungen Rainer Schubert · Marcus Mittasch 451 Das FEA-Assistenzsystem – Analyseteil FEdelM Tobias C. Spruegel · Sandro Wartzack 463 Entwicklung eines Doppelkolbenmotors – Konzept, Simulation und Prüfstandversuche Pascal Diwisch · Daniel Billenstein · Frank Rieg · Bettina Alber-Laukant 475 Interaktive Initialisierung eines Echtzeit 3D-Trackings für Augmented Reality auf Smart Devices mit Tiefensensoren Matthias Neges · Jan Luca Siewert 487 Virtuelle und experimentelle Methoden bei der Produktentwicklung einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien Marvin Richrath · Jan Franke · Jan-Hendrik Ohlendorf · Klaus-Dieter Thoben 503 Optimierung von Druckbehältern unterschiedlicher Geometrien und Werkstoffe Thomas Guthmann · Frank Engelmann 515 Customized Fabrication – Mass Customizing mit 3D-Druck Frank Lamack 527 Virtual Reality und Augmented Reality als Werkzeug in der Aufstellplanung Jens Mögel 537 XENOKAT – Biofilter für Xenobiotika in der Ressource Wasser Anett Werner · Ralf Hauser · Thomas Bley 549 Konzept für ein VR-System zur intuitiven Modellierung durch natürliche Interaktion Marius Fechter · Sandro Wartzack 561 Ansätze zur Betriebsdauerverlängerung von Suzlon Windkraftanlagen Jan Brökel 571 Augmented Reality Assistenzsystem mit graphenbasierter Zustandsanalyse für Produkte im Internet der Dinge Matthias Neges · Mario Wolf · Michael Abramovici 581 Datenqualität in Rapid Prototyping Prozessen Carsten Haugwitz 597 Erlebbarkeit von Anlagenkomponenten im Kontext Virtuelle Inbetriebnahme in virtuellen Umgebungen Andreas Geiger · Ingolf Rehfeld · Uwe Rothenburg · Rainer Stark 609 Management von Produktinformationen aus Entwicklungs- und Betriebsphase Stephan Günter Arndt · Bernhard Saske · Ralph Stelzer 62

Monetäre Bewertung des belastungsbasierten Leasings für Werkzeugmaschinen

Die Anschaffungskosten von Werkzeugmaschinen stellen eine finanzielle Herausforderung für Unternehmen dar. Das Leasing als alternative Finanzierung zum kreditfinanzierten Kauf verspricht Vorteile. Durch die Fortschritte der Digitalisierung können neuartige Pay-per-X Modelle angeboten werden, welche eine höhere Flexibilität der Zahlungen in volatilen Märkten versprechen. Die aktuellen Modelle sind jedoch dem Prinzipal-Agenten-Problem ausgesetzt. Der Leasingnehmer ist an einer hohen Auslastung der Maschine interessiert, der Leasinggeber an deren Werterhalt. Die Nutzung der Maschine ist dem Leasinggeber nicht bekannt und eine übermäßige Belastung führt zu erhöhtem Verschleiß und Wertverlust. Folglich wird dieses Restwertrisiko in die Leasingrate eingepreist. Das belastungsbasierte Leasing verspricht die Auflösung die-ses Problems, indem die durch den Leasingnehmer verursachte Belastung in die Leasingrate integriert wird. Inwiefern sich ein solches Modell für den Leasingnehmer lohnt, ist durch die ungewisse Abnutzung der Maschine aktuell nicht im Vorfeld bestimmbar. In der vorliegenden Dissertation wird die monetäre Bewertung eines entwickelten belastungsbasierten Leasings für Werkzeugmaschinen als Grundlage einer Investitionsentscheidung des Leasingnehmers untersucht. Dazu wird das belastungsbasierte Leasing konzeptionell und mathematisch auf Basis des Leasingvertrags mit Teilamortisation entwickelt. Der Amortisationsanteil der Leasingrate wird durch die Abnutzung der Werkzeugmaschine auf Baugruppenebene bestimmt. Durch die Verrechnung der Belastung verändern sich die Anreize und damit das Nutzungsverhalten des Leasingnehmers. Diese Veränderung führt zu einem höheren erwarteten Restwert und niedrigeren Lebenszykluskosten in Form der Instandhaltungskosten. Darauf aufbauend wird die Bewer-tungsmethode zur Investitionsentscheidung als computerausführbares Simulationsmodell entwickelt. Die Unsicherheit bezüglich der Maschinenbelastung und der Leasingraten ist hierbei ein zentrales Element. Die Unsicherheit wird durch eine Monte-Carlo-Simulation modelliert, wobei n-fache Grundmietzeiten simuliert und anhand des Kapitalwerts aller entscheidungsrelevanten Kosten in mehreren Szenarien bewertet werden. Die Entscheidung erfolgt zweistufig. Nach einer Vorauswahl der Investitionsalternativen anhand der stochastischen Dominanz der alternativen Risikoprofile, werden diese anhand einer Risikonutzenfunktionen nach dem μ-σ-Prinzip bewertet und die beste Alternative ausgewählt. Die unsichere Maschinenbelastung während der Grundmietzeit wird über ein Simulationsmodell auf Basis historischer Instandhaltungs- und Betriebsdaten beschrieben. Dieser Simulationskern besteht zum einen aus der Ereignissimulation auf Basis statistischer, parametrischer Zuverlässigkeitsmodelle. Zum anderen besteht er aus der Abnutzungssimulation durch einen Gamma-Prozess als Approximation der Belastung. Die veränderte Nutzung der Maschine wird durch Manipulation der Datenbasen beschrieben. Der Bewertungsansatz wird am Beispiel einer Investitionsentscheidung eines mittelständischen Unternehmens validiert. Es wird gezeigt, dass sowohl in Bezug auf die Leasingraten als auch die Lebenszykluskosten das belastungsbasierte dem klassischen Leasing vorzuziehen ist, da es zu geringeren erwarteten Kosten und einem höheren Maschinenrestwert führt. Das neue Modell besitzt durch das gesunkene Restwertrisiko und die gesteigerte erwartete Gewinnmarge auch Vorteile für den Leasinggeber gegenüber dem klassischen Leasing

Modellbildung und Simulation von mobilen Arbeitsmaschinen - Untersuchungen zu systematischen Modellvereinfachungen in der Simulation von Antriebssystemen am Beispiel Bagger

In the present work a systematic approach is presented. With this approach it is possible to take concerted simplifications in building models of power train systems of mobile machines. The adopted systematic simplifications are aimed essentially of reducing the order of the system. The basis for this is the introduction of hydraulic replacement elements. Their mathematical structure is based on reduced-dynamic, stationary and event-oriented considerations

Modellbildung und Simulation von mobilen Arbeitsmaschinen - Untersuchungen zu systematischen Modellvereinfachungen in der Simulation von Antriebssystemen am Beispiel Bagger

In der vorliegenden Arbeit wird eine systematische Vorgehensweise vorgestellt, um gezielt Vereinfachungen im Modellaufbau von Antriebssystemen mobiler Arbeitsmaschinen vornehmen, jedoch das Betriebsverhalten bezüglich der geforderten Arbeitsaufgabe noch hinreichend genau beschreiben zu können. Die systematischen Vereinfachungen zielen hierbei auf die Reduzierung der Ordnung des Systems auf Grundlage der Beschreibung durch reduziert-dynamische, stationäre sowie ereignisorientierte Elemente

Prozessmodellierung in der Hochtemperaturverfahrenstechnik

Prozesse zur Herstellung von Grundstoffen basieren oft auf der Anwendung hoher Temperaturen und können so der Hochtemperaturverfahrenstechnik zugeordnet werden. Die Hochtemperaturverfahrenstechnik und die Werkstoffwissenschaft bilden gemeinsam die Basis für die Wissenschaft von der Herstellung der Metalle, der Metallurgischen Prozesstechnik, einer Basis der industriellen Wertschöpfungskette. Die Kombination aus Informatik und mathematischer Modellierung ermöglicht die Modellierung von Produktionsprozessen im interdisziplinären Fachgebiet Wissenschaftliches Rechnen. In der Hochtemperaturverfahrenstechnik ist die Konzeption, Implementierung und Anwendung komplexer Modelle ein wichtiger Forschungszweig. Als Abbilder der realen Stoffumsetzungsprozesse sind Prozessmodelle in Forschung und Produktion unverzichtbar. Diese Arbeit liefert den genannten Fachgebieten eine wissenschaftliche Untersuchung folgender Fragen: Was ist ein Prozessmodell - Definition? Wie entsteht ein Prozessmodell - Genese? Wozu dient ein Prozessmodell - Telos? Wie wird ein Prozessmodell bewertet - Qualifikation? Die Arbeit liefert eine exemplarische Synthese zwischen den Grundlagen und den für die Umsetzung in die Praxis notwendigen Erfahrungen. Damit werden die Grundlagen für ein neues wesentliches Element von Anlagen in der Prozessindustrie gelegt: Prozess-Meta-Modelle, die es erlauben, in einem dynamischen Umfeld ständig optimale Ergebnisse zu liefern. Diese Arbeit stellt die Grundlagen für diese Vision und eine Qualitätssicherung in der Prozessmodellierung dar.Production processes for basic materials often require the application of high temperatures and thus belong to the field of high temperature process engineering (HTPE). Together with the material science this field forms the fundament for the science of metal production, the metallurgical process technology, as the basis of the industrial value creation chain. The combination of computer science and mathematical modelling allows the modelling of industrial production processes in the interdisciplinary field of scientific computing. In high temperature process engineering, the conception, implementation and application of complex models is an important area of research. By representing real material conversion processes, process models are essential in research and production. To all these fields, this work delivers a scientific investigation of the following questions: What is a process model - definition? How to produce a process model - genesis? What is the purpose of a process model - telos? How can a process model be assessed - qualification? This work delivers an exemplary synthesis of the fundamentals and of the experiences required for the practical implementation. It forms the basis of an essential element of facilities in the process industry: Process-meta-models allowing to deliver optimum results in a dynamical environment. This work provides the fundamentals for this vision and a basis for quality assurance in process modelling