Modellierung von Vorentwürfen in der virtuellen Realität mit natürlicher Fingerinteraktion

In addition to stereoscopic visualization, virtual and augmented reality technologies allow the use of natural user interfaces. In the context of digital product development, this provides enormous potential for a more intuitive, efficient and effective design of work steps that were previously carried out using a computer mouse and keyboard. This is of particular interest for the preliminary design, for which neither hand sketches nor current CAD applications represent ideal tools. In this context, a method for natural finger interaction is conceptualized, which is based on a combination of physical simulation and heuristic approaches. In order to assess the applicability of natural interaction in the CAD context, VR-based methods for CAD-assembly modelling and CAD-preliminary design modelling are elaborated. The method for preliminary design modelling, which is central to the present dissertation, enables the user to create the geometry of a preliminary design. Using natural finger interaction, basic bodies chosen from a modular box of building blocks can be created, modified and linked via boolean operations. The evaluation results of the performed user studies indicate significant efficiency advantages of natural finger interaction for the arrangement of objects in space for tasks with more than two degrees of freedom compared to interaction via computer mouse. Assembly modeling and preliminary design modeling also benefit significantly in terms of efficiency and learnability compared to user interfaces that are currently utilized. In summary, the investigations lead to the conclusion that natural finger interaction offers significant advantages for the CAD-modelling workflow in the context of preliminary design shape synthesis.Die Technologien der virtuellen und der augmentierten Realität bieten neben der stereoskopischen Visualisierung zusätzlich die Möglichkeit zum Einsatz natürlicher Benutzungsschnittstellen. Im Kontext der digitalen Produktentwicklung eröffnet sich hierdurch das enorme Potenzial, bisher per Computermaus und Tastatur ausgeführte Arbeitsschritte intuitiver, effizienter und effektiver zu gestalten. Dies ist besonders im Hinblick auf die Vorentwurfsgestaltung von großem Interesse, für die weder Handskizzen noch aktuelle CAD-Anwendungen optimal geeignete Werkzeuge darstellen. Vor diesem Hintergrund wird eine Methode zur natürlichen Fingerinteraktion konzipiert, die auf einer Kombination aus physikalischer Simulation und heuristischen Verfahren fundiert. Um die Eignung natürlicher Interaktion im CAD-Kontext zu überprüfen, werden VR-basierte Methoden zur CAD-Baugruppenmodellierung und zur CAD-Vorentwurfsmodellierung erarbeitet. Die für die vorliegende Arbeit zentrale Methode zur Vorentwurfsmodellierung ermöglicht dem Anwender die Erstellung der Geometrie eines Vorentwurfs. Dabei können Grundkörper aus einem Baukasten durch natürliche Fingerinteraktion erstellt, verändert und über mengentheoretische Operationen verknüpft werden. Die Evaluationsergebnisse der durchgeführten Nutzerstudien zeigen, dass natürliche Fingerinteraktion zur Anordnung von Objekten im Raum bei Aufgaben mit mehr als zwei Freiheitsgraden deutliche Effizienzvorteile im Vergleich zur Interaktion per Computermaus bietet. Auch die Baugruppenmodellierung und die Vorentwurfsmodellierung profitieren hinsichtlich der Effizienz und der Erlernbarkeit im Vergleich zu aktuell verwendeten Bedienschnittstellen deutlich. Zusammenfassend führen die Untersuchungen zu der Erkenntnis, dass die natürliche Fingerinteraktion für Arbeitsschritte der CAD-Modellierung im Kontext der Vorentwurfsgestaltsynthese signifikante Vorteile bietet

Entwicklung von Konstruktionsrichtlinien für die Handhabung von 3D-CAD-Systemen zur Generierung komplexer Maschinenbaugruppen

In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept entwickelt, welches den effektiven Einsatz moderner 3D-CAD-Systemen für die Entwicklung von komplexen Produkten sicherstellt. An Hand eines charakteristischen Referenzunternehmens wird zunächst die konventionelle Umgebung der Produktentstehung analysiert. Aus einer zusammenfassenden Betrachtung der festgestellten Defizite wird klar, dass vor allem ein 3D-CAD-System für Erstellung eines zentralen Datenmodells erforderlich ist. Ausgehend von den festgestellten Defiziten, werden in der Folge die Anforderungen an einen 3D-CAD-basierten Entwicklungsprozess formuliert. Die Hauptforderung besteht dabei in einer Optimierung der Entwicklung. Dies bedingt neben dem Einsatz von geeigneten EDV-Systemen auch den Einsatz neuer Entwicklungsmethoden. Auf der Basis der dargestellten Anforderungen wird nunmehr gezeigt, welche Kriterien zur Auswahl der einzelnen Systemkomponenten maßgebend sind. Der Schwerpunkt dieser Arbeit befasst sich mit dem Thema, wie die Dokumente erzeugt werden. Hier gilt es, den erfahrenen 2D-Konstrukteuren Richtlinien zur Verfügung zu stellen. Diese gewährleisten, dass die in der Konstruktion entstehenden 3D-Daten möglichst optimal für die Weiterverarbeitung aufbereitet sind. Das Konzept zeigt, wie ein vorab definierter Katalog von allgemeinen Konstruktionsrichtlinien zu einem so genannten Konstruktionshandbuch vervollständigt und anschließend dem Anwender zur Verfügung gestellt werden kann. Da dieses Konstruktionshandbuch naturgemäß eine sehr umfangreiche Sammlung von Regeln beinhaltet, deren konsequente Einhaltung für das Erreichen der definierten Ziele unabdingbar ist, stellt das hier entwickelte Konzept darüber hinaus auch Mechanismen zur Verfügung, um die Einhaltung der formulierten Richtlinien soweit wie möglich sicher zu stellen. Die dazu erforderliche Integration aller beteiligten Software-Komponenten wird durch Eingriffe in die zentralen Systeme CAD und PDM durchgeführt. Diese entwickelten Integrationswerkzeuge liefern auf unterschiedlichen Ebenen die bestmögliche Unterstützung der Anwender im Sinne einer Arbeitsweise, die den zu Grunde liegenden Konstruktionsrichtlinien entspricht so dass für den Benutzer die Möglichkeit einer falschen Arbeitsweise gar nicht besteht. Das hier entwickelte Konzept wurde in dem vorab ausgewählten mittelständischen Referenzunternehmen eingeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass vor allem die Umstellung der Arbeitsweise in der Konstruktion, die mit der Einführung eines 3D-CAD-Systems verbunden ist, zunächst problematisch war, da die Konstrukteure oftmals versuchten ihre gewohnte Arbeitsweise aus dem 2D-Bereich auf das neue System zu übertragen. Dennoch wurden die Erwartungen erreicht und Teilweise sogar übertroffen

Ausarbeitungsleitfaden für Nutzerstudien zur Evaluation von XR-Interfaces in der Produktentwicklung

Technologien der erweiterten Realität (extended reality, XR) finden im gesamten Produktentwicklungsprozess Anwendung. Insbesondere Systeme zur aktiven Erzeugung und Veränderung digitaler Produktdaten bieten noch viel Potential. Die Erforschung und Entwicklung dieser immersiven Interfaces beruht maßgeblich auf der Evaluation durch Nutzerstudien, denn nur so kann die Einsatztauglichkeit der Mensch-Maschine-Schnittstellen seriös beurteilt und verglichen werden. Bei der Konzeptionierung und Durchführung dieser Nutzerstudien gibt es viel zu beachten. In dieser Arbeit wird ein Leitfaden für das Design von Evaluationen von XR Interfaces für die Produktentwicklung präsentiert. Zu Beginn müssen die Fragestellungen festgelegt werden, welche die Studie beantworten soll. Ausgehend von diesen müssen die zu testenden Versuchsbedingungen, die gestellten Aufgaben, die aufgenommen Metriken, die gewählten Probanden und der geplante Ablauf festgelegt werden. Zusätzlich zu der allgemeinen Darlegung wird das Vorgehen anhand eines Fallbeispiels angewandt. Die Gestaltung einer Nutzerstudie zur Evaluation der Usability und Eignung eines neuartigen Virtual Reality Interfaces zur natürlichen Gestaltung von Vorentwürfen wird vorgestellt

Globally Distributed Projects in Product Development

Die Arbeit beschreibt ein Vorgehensmodell zur Lösung der komplexen Problemstellungen bei der Kooperation in global verteilten Projekten der Produktentwicklung. Das Vorgehensmodell dient somit als Leitfaden zur Gestaltung global verteilter Projekte über alle Phasen der Produktentwicklung hinweg. Neben dem methodischen Vorgehen zur Problemlösung auf Basis der systemtheoretischen Ansätze steht auch der effektive und effiziente Einsatz informationstechnologischer Werkzeuge im Mittelpunkt der Betrachtung.The dissertation describes a process model for solving the complex cooperation problems in globally distributed product development projects. The process model is a procedure for designing globally distributed projects through all phases of the product development process. Beside the methodological process of problem solving based on the approaches of system theory the efficent and effective use of information technology is in the focus of the process modell

Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2021

Die Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben bietet zum fünften Mal ein national einzigartiges fachübergreifendes Konferenz- und Ausstellungsformat an den Schnittstellen von Produktentwicklung und Industriedesign. Die fortschreitende Integration digitaler Technologien im Bereich Produktentwicklung und Industriedesign führt gerade zu einer massiven Transformation der Arbeitsprozesse und hin zu einer enormen Erweiterung von Möglichkeiten –angefangen von der Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses mithilfe von Methoden und Techniken des Systems Engineering, über die Vernetzung und Automatisierung von Produktionsanlagen und Produkten, Predictive Maintenance durch digitale Zwillinge bis hin zur nachhaltigen Produktion vollständig recyclebarer Güter. Hinsichtlich der Einreichung sind Schnittstellen mit folgenden aktuellen Schlüsselthemen von besonderem Interesse: Virtuelle Methoden in der Produktentwicklung: Mit Blick auf den Lebenszyklus der Produktentwicklung stehen die digitalen Möglichkeiten bezüglich Innovation, Design und Umsetzung im Vordergrund. Wie können beispielsweise Daten über Produkte und deren Nutzung in Simulationen in Echtzeit zusammengestellt, zielgerichtet variiert und ausgewertet werden? Wie können digitale Tools in der Innovationsphase helfen, verteilte Informationen und Ideen zu sammeln und zu strukturieren? Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Umgang und Einsatz des Systems Engineering, von Methoden der künstlichen Intelligenz und des machine learning. Mensch-Maschine-Interaktion: Mit der Weiterentwicklung der Automatisierung hin zur umfassenden Kooperation von Mensch und Technik bis hinein in Produktentwurf und -entwicklung stellt sich die Frage, wie diese zukünftige Partnerschaft durch nutzerzentrierte Designs gestaltet werden soll? Welche Zwischenschritte und Zugänge sind notwendig, um Interfaces zum Beispiel via VR/AR so adaptiv und lernförderlich wie möglich zu gestalten und zugleich notwendige Grenzziehungen zwischen Mensch und Maschine zu definieren? Kollaboration: Produktentwicklung und -design leben von kreativem Zusammenwirken. Wie kann diese Kreativität durch Methoden, Arbeitsumgebung und digitale Tools unterstützt werden? Lassen sich Kreativität und Serendipität messen und entsprechend planen? Welche Rolle spielt Kollaboration bei der agilen Produktentwicklung und bei der Organisation von umfangreichen Partner-Ökosystemen? Und wie lässt sich zum Beispiel die Zusammenarbeit in Design Teams auf die universitäre Lehre übertragen? Nachhaltigkeit/Transfer: Zentral für neue Produkte ist die Verbindung zur Gesellschaft im Allgemeinen und zur Nutzer- bzw. Anspruchsgruppe im Speziellen. Gerade mit Blick auf nachhaltige Produkte mit einem möglichst langen Lebenszyklus sind datengetriebene Analysen zum Nutzerverhalten genauso zentral wie die passgenaue Entwicklung und Planung für eine ressourcensparende Produktion. Dies sind alles wesentliche Bestandteile der additiven Fertigung und späteren Rekonfigurationen. Hierfür ist es unabdingbar Kategorien der Materialwissenschaften, Kreislaufwirtschaft und neueste Ansätze der Produktentwicklung miteinander zu verknüpfen, um die Effizienz der Entwicklung und die Nachhaltigkeit der Produkte gleichzeitig zu steigern.:Digitalisierung der Engineering Prozesse durch System Lifecycle Management (SysLM) Martin Eigner 11 Umgang mit Marktunsicherheiten in der Zielsystementwicklung: Methode zur Reduktion von Definitionslücken bei der Konkretisierung des Initialen Zielsystems Valentin Zimmermann, Christoph Kempf, Leo Hartmann, Nikola Bursac, Albert Albers 21 Digitale Lösungssammlung von Konstruktionsprinzipien für die Agile Entwicklung von Leichtbaustrukturen für Luftfahrzeuge Jutta Abulawi, Maximilian Weigand 35 Ansatz zur Erarbeitung einer Methodenauswahl für nachhaltige Produktentwicklung in KMUs Björn Ragnar Kokoschko, Laura Augustin, Christiane Beyer, Michael Schabacker 49 Kontrollierte Fragebogenentwicklung zur Messung erlebter Qualität von Produkten der Dräger Safety auf haptischer, optischer und akustischer Ebene Julia Schneider, Christian Wölfel, Sarah Wandel, Michael Richenberger 59 Was können wir von Ablehnung lernen? Eine Befragung von NichtnutzerInnen im Kontext einer Produktentwicklung Laura Augustin, Sabrina Pfrang, Björn Kokoschko, Andrea Wolffram, Michael Schabacker 71 Digitale Landwirtschaft und das User-Interface – eine Herstellersicht Michael Jendis 85 Data Model Canvas für die IT-System-übergreifende Integration von Datenmodellen zur Unterstützung von Datenanalyse-Anwendungen im Produktlebenszyklus Thomas Eickhoff, Andreas Eiden, Jonas Gries, Jens C. Göbel 99 Montagegerechte Gestaltungsrichtlinien mittels Deep Learning Johanna Gerlach, Alexander Riedel, Seyyid Uslu, Frank Engelmann, Nico Brehm 111 Hybride Simulationstechnik – Prototypenerkenntnisse in den Produktneuentwicklungsprozess einbinden Dennis Kaczmarek, Armin Lohrengel 123 Zeitliche und inhaltliche Konvergenz der Lösungsfindung als zentrale Herausforderung in Hybriden Produktentwicklungsprozessen – eine Empirische Analyse von Stanfords ME310-Prozessmodell Frank Koppenhagen, Tim Blümel, Tobias Held, Christoph Wecht 137 Better Change a Running System – Implementierung von Innovations- und Nachhaltigkeitsprozessen in Entwicklungsabteilungen Oliver Keller, Paul Stawenow, Marco Kapetan 155 User Research im Zukunftsorientiertem Design-Thinking: Eine Ganzheitliche Methode für das Stakeholder-Management in der Service-Optimierung Mehdi Mozuni, Maren Ohlhoff, Gerhard Glatzel 163 Virtual-Reality-Umgebung für die Visualisierung von Entwicklungszielgrößen auf Basis des Referenzsystems im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung Felix Pfaff, Simon Rapp, Albert Albers 175 Ausarbeitungsleitfaden für Nutzerstudien zur Evaluation von XR-Interfaces in der Produktentwicklung Jakob Harlan, Benjamin Schleich, Sandro Wartzack 189 Textile Engineering ›SurFace‹: Oberflächenentwurf von der taktilen zur grafischen zur taktilen Erfahrbarkeit im Design Engineering der Zukunft Marina-Elena Wachs, Theresa Scholl, Gesa Balbig, Katharina Grobheiser 201 Effiziente und Robuste Entwicklung komplexer Faserverbund-Triebwerkstrukturen Sebastian Spitzer, Fabian Folprecht, Alrik Dargel, Christoph Klaus, Albert Langkamp, Maik Gude 215 Maschinenkonzept zur additiven Fertigung großdimensionierter Titan-Bauteile Andreas Kalb, Florian M. Dambietz, Peter Hoffmann 227 VIKA – Konzeptstudien eines virtuellen Konstruktionsberaters für additiv zu fertigende Flugzeugstrukturbauteile Johann Steffen 237 Entwicklung einer agil-strukturierten Prozesslösung mittels ASD – Agile Systems Design für das technische Änderungsmanagement im After Sales eines OEM der Automobilindustrie Jonas Heimicke, Sascha Pfau, Linda Vetten, Albert Albers 255 Methoden für die durchgängige Anwendung einer EBOM mithilfe klassenbasierter Substitutionsobjekte Jonathan Leidich, Peter Robl, Julien Raphael Mrowka 271 Anforderungsmanagement in der Agilen Entwicklung Mechatronischer Systeme – ein Widerspruch in sich? Nikola Bursac, Simon Rapp, Lukas Waldeier, Steffen Wagenmann, Albert Albers, Magnus Deiss, Volker Hettich 283 Akzeptanzanalyse zum Einsatz von Hybriden Prototypen und Extended Reality in der Produktentstehung Liesa Zimmermann, Kathrin Konkol, Elisabeth Brandenburg, Rainer Stark 297 Interdisziplinäre Produktentwicklung – Beschreibung einer Kooperation aus Industrie, angewandter Forschung und Technischem Design zur Realisierung einer assistierenden Roboterzelle Christian Hermeling, Johannes Abicht, Thomas Theling, Ralf Hock 309 Szenarien Machen Mögliche Zukünfte Erlebbar – Szenen eines Forschungsvorhabens Maren Ohlhoff, Mehdi Mozuni, Gerhard Glatzel 323 3D-volldigitalisierte Behandlungsplanung bei Lippen-Kiefer-Gaumenspalten (LKGS-3D) Christiane Keil, Dominik Haim, Ines Zeidler-Rentzsch, Franz Tritschel, Bernhard Weiland, Olaf Müller, Thomas Treichel, Günter Lauer 335 Beam-colored Sketch and Image-based 3D Continuous Wireframe Reconstruction with different Materials and Cross-Sections Martin Denk, Klemens Rother, Kristin Paetzold 345 Diskussionsbeitrag zu einem methodischen Ansatz für Entscheidungen in Zielkonflikten während der Konzeptphase der Entwicklung automatisierter Produktionsanlagen Peter Lochmann, Jens-Peter Majschak 355 Generieren lastgerechter Materialparameter für FEM-gestützte Umformprognosen – am Beispiel von Karton Verbundmaterialien Toma Schneider, Antje Harling, Frank Miletzky 371 Erweiterte Analyse ausgewählter Schwingungsphänomene mit dem C & C²-Ansatz am Beispiel einer Einscheibentrockenkupplung Peter M. Tröster, Thomas Klotz, Simon Rapp, Yulong Xiao, Sascha Ott, Albert Albers 383 Ein Klassifizierungssystem für Industrielle Augmented Reality Anwendungen Jan Luca Siewert, Matthias Neges, Detlef Gerhard 401 Nutzerzentrierte Entwicklung einer ortsunabhängigen Maschinenabnahme mittels Augmented Reality Nedim Kovacevic, Jantje Meinzer, Rainer Stark 417 Augmented Reality als intuitive Benutzungsschnittstelle für das Roboterprogrammieren Carolin Horn, Christoph-Philipp Schreiber 431 Design von Produkt-Dienstleistungssystemen für Kreislaufwirtschaft Ursula Tischner 443 Nachhaltigkeit: Avoiding Design – Warum gutes Design kein Design ist und auch das Nicht-Designen und Vermeiden von Produkten Gestalterhandwerk sein muss Philipp Schütz, Oliver Gerstheimer, Philipp Englisch 461 Nachhaltigkeit als strategischer Imperativ für die Gesellschaft und Unternehmen Heinz Simon Keil, Detlef Tietze 475 Simulation modularer Produktarchitekturen durch modellbasierte Konfiguration Florian M. Dambietz, Dieter Krause 491 MBSE-Ansatz für eine Vernetzte Stoffstrommodellierung zur Verbesserung der Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft Franz Wieck, Philipp Kronenberg, Manuel Löwer 501 Konstruktion eines Inserts für Faserverbund- Halbzeuge Frank Weidermann, Stefanie Zimmermann, Andrea Pino 517 Der Ingenieur an seinem Arbeitsplatz – gesund und kompetent! Bettina Schleidt 529 Digitale Arbeitsumgebungen in der Produktentstehung – Mit Action Design Research Web-Anwendungen zur produktiven Zusammenarbeit entwickeln Stephan Scheele, Daniel Mau, David Foullois, Frank Mantwill 541 Nutzerzentrierung in Zeiten von Social Distancing – Evaluierung eines extracurricularen Lehrformats für Studierende der Produktentwicklung Anne Wallisch, Kristin Paetzold 559 The Digitalization Principles from a User-Centered Design Perspective – A Conceptual Framework for Smart Product Development Carolina Sallati, Klaus Schützer 575 Brain of Materials – die Plattform für Designer, Entwickler und Materialhersteller Hans Peter Schlegelmilch 587 Gibt es ein Patentrezept für erfolgreiche IT-Projekte? Alfred Katzenbach 591 Mockup einer Betriebsleitstelle für Automatisierte Shuttlebusse – Konzeption und Design eines Universellen, Visuellen und Auditiven Interfaces Ingmar S. Franke, Sönke Beckmann, Olga Biletska, Hartmut Zadek 601 Co-Creation bei komplexen Consumer Products Linda Geißler, Nico Herzberg, Natalie Mundt 613 Bessere Kundenorientierung bei der Entwicklung physischer Produkte – Nutzung agiler Vorgehensweisen kombiniert mit Additiven Fertigungsverfahren Philipp Blattert, Werner Engeln 621 Ermittlung von Anforderungen an eine Anwendungsfall-Spezifische Einführung Agiler Ansätze – Erkenntnisse aus der Anwendung des Agile-Stage-Gate Hybrids Jonas Heimicke, Ahmed Spahic, Luis Bramato, Albert Albers 633 goG – die Neue Urbane Mobilität Hans-Georg Höhne 645 Vergleich der Motivationsprofile von Scrum-Teammitgliedern mit dem Agilen Manifest zur Entwicklung von Gamification-Strategien David Kessing und Manuel Löwer 655 Zeichnen als Weltentwurf: Analog + Digital – Die Bedeutung des Zeichnens in der Primarausbildung mit Blick auf Design Engineering in Europa Marina-Elena Wachs 665 Intelligentes Nesting in der Kreislaufwirtschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz Philipp Kronenberg, Franz Wieck, Sebastian Weber, Manuel Löwer 673 Remote Innovation – Co-Creation During Times of Pandemic Oliver Gerstheimer, Philipp Schütz, Philipp Englisch, Erhard Wimmer 681 Analyse des Einflusses von Faktoren auf die agilen Fähigkeiten von Organisationseinheiten in der Entwicklung physischer Systeme Jonas Heimicke, Tobias Rösel, Alber Albers 691 Entwicklung Angepasster Konstruktionsmethoden für Nachhaltige Hochvolt-Speicher Robert Kretschmann, Gerd Wagenhaus, Christiane Beyer 703 Automatisierung des Datenaufbereitungsprozesses für AR/VR-Anwendungen im Engineering Maximilian Peter Dammann, Wolfgang Steger, Ralph Stelzer 714 Nutzer- und Aufgabengerechte Unterstützung von Modellierungsaktivitäten im Kontext des MBSE-Model-Based Systems Engineering Constantin Mandel, Matthias Behrendt, Albert Albers 72

Universität Kassel, Vorlesungsverzeichnis WiSe 2007 / 2008

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