Integrative Konzipierung von Produkt und Produktionssystem als Basis für eine erfolgreiche Produktentstehung

Aus der Einleitung: "Maschinenbauliche Systeme beruhen heute vielfach auf einem engen Zusammenwirken von Mechanik, Elektrotechnik/Elektronik, Regelungstechnik und Softwaretechnik. Über die Mechatronik hinausgehend werden sie eine inhärente Intelligenz aufweisen und damit Produktfunktionen ermöglichen, die bislang nur von biologischen Systemen bekannt sind. Begriffe wie Intelligente Objekte, Cyber-Physical Systems und Selbstoptimierung charakterisieren diese Perspektive (acatech 2009, 2011, Broy & Geisberg 2012, Adelt et al. 2009). Sie werden sich selbstständig und flexibel an wechselnde Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen anpassen können. Die Entwicklung derartiger Systeme kann nicht aus dem Blickwinkel einer Disziplin allein vorgenommen werden. Das gilt sowohl für mechatronische als auch für intelligente technische Systeme. Daher ist schon frühzeitig ein fachdisziplinübergreifendes Konzept zu erarbeiten, das den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise des Systems beschreibt und die Grundlage für die etablierten Ansätze der Entwurfs- und Ausarbeitungsphase bildet, wie z.B. die VDI-Richtlinie 2221 (Verein Deutscher Ingenieure 1993) oder das Y-Modell der Schaltungstechnik (Bleck et al. 1996).

Wissensbasierte Prozesskonfiguration im Bauwesen

Das Ziel der Prozesskonfiguration besteht darin, typische Bauprozesse wie Planungsprozesse, Ausführungsprozesse, Steuerungs- und Entscheidungsprozesse zu unterstützen. Infolgedessen bilden die Prozesse und der Einsatz von Prozessmodellen für verschiedene Aufgabenbereiche im Bauwesen die Grundlage für die computerunterstützte Bearbeitung von Bauvorhaben. Die Bauprozessmodelle werden meistens in einer semi-formalen Sprache dargestellt. Das erlaubt die weitere Formalisierung zum Zweck der intelligenten Konfiguration der Prozesse. Das bedeutet, dass die Prozesse auf Basis des formal beschriebenen Prozesswissens konfiguriert, zusammengestellt und instanziiert werden können. Solche Prozesse sind besonders aktuell im Bereich des Risikomanagements, das in den letzten Jahren im Bauwesen an Bedeutung gewonnen hat. Die Prozesse sollen bei der Suche nach einem alternativen Ablauf im Fall einer Prozessstörung ad-hoc konfiguriert und zur Verfügung gestellt werden. Dies kann semi-automatisch mit Einsatz wissensbasierter Methoden realisiert werden. Die Prozesse im Bauwesen bergen diverse spezielle Eigenschaften in sich, die die Problematik der typischen Konfigurationsvorgehensweise sichtbar werden lassen. Wesentliche Merkmale der Bauprozesse sind der durchgängige Informationsfluss und der hohe Kommunikationsbedarf zwischen allen Beteiligten im Bauprojekt. Das impliziert Anforderungen an eine effektive Interoperabilität innerhalb des Bauprojekts. In einem signifikant großen Projekt wie beispielsweise dem Flughafenbau, bei dem sich die Baustelle auf tausenden Hektar Fläche erstreckt und mehrere Dutzende Baufirmen involviert sind, die über unterschiedliche Software und Baudatenmodelle und Standards verfügen, ist die Koordination sowie ein effektiver Informationsaustausch und als Folge die Prozesskonfiguration gravierend erschwert. Dementsprechend spielt die Anwendung einer übergeordneten Struktur, die die Heterogenität der verteilten Umgebung einkapselt, eine bedeutende Rolle. Des Weiteren bringt ein ontologiebasierter Ansatz wesentliche Vorteile bei der Betrachtung der existierenden Problematik. Ontologie ist eine explizite, formale Spezifikation einer gemeinsamen Konzeptualisierung (Gruber 1993). Darunter kann eine konzeptuelle Formalisierung von Wissensbereichen und Begriffssystemen verstanden werden. Mittels Ontologie kann Wissen verteilt werden, was eine verbesserte Interoperabilität in komplexen Systemen mit vielen heterogenen Ressourcen, wie beispielsweise Bauwesensystemen, gewährleistet. Anwendungsbereiche der Ontologie sind Kommunikation und Repräsentation sowie Wiederverwendung von Wissen. Die Ontologie wird in der Regel in Form einer Taxonomie dargestellt. Solche Konstrukte ermöglichen es, Struktur in ein heterogenes Umfeld zu bringen. So kann eine allgemeine bereichsübergreifende Ontologie, eine Top-Level Ontology, eine übergeordnete Baustruktur gut abbilden. Potenziell ermöglicht eine Ontologie die Analyse des Domänenwissens auf semantischer Basis, wie Schlussfolgerung, Konsistenzprüfung und gezielte Suche. Die Flexibilität bei der Konfiguration wird durch die regelbasierte Anwendung unterstützt. Darüber hinaus können intelligente Lösungen durch Anwendung verschiedener Baustrategien, die den Prozessablauf optimieren, erzielt werden. Die Prozesse, Ontologien und Regeln können verschiedene Arten von Wissen abbilden und als Kombination eine effiziente, wissensbasierte Prozesskonfiguration ermöglichen. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf dem Schließen der Prozesskonfigurationslücke, in dem eine Kombination aus Prozessen, Prozesskonfiguration, Ontologien und Regeln präsentiert wird. Dabei zählt zu den wichtigsten Beiträgen der Arbeit, Interoperabilität innerhalb des Bauprojekts voran zu bringen, eine unternehmensübergreifende, übergeordnete ontologische Struktur für die effektive Zusammenarbeit in den verteilten Bauumgebungen zu erarbeiten und eine intelligente Prozesskonfiguration und -rekonfiguration zu gewährleisten

Semantische und organisatorische Interoperabilität kommunaler Geodaten im Kontext von INSPIRE

Mit INSPIRE, der Geodateninfrastruktur der Europäischen Gemeinschaft, wird das Ziel verfolgt, umweltrelevante und harmonisierte Geodatenbestände für eine nachhaltige europäische Umweltpolitik und zur allgemeinen Bereitstellung für die Bürger der EU verfügbar zu machen. Die Dissertation stellt einen wissenschaftlichen Beitrag zur Erfüllung der Aufgaben durch kommunale Verwaltungen dar. Es werden semantische und organisatorische Problemstellungen untersucht und Lösungen in Form eines Interoperabilitätsmodells für kommunale Geodaten und Geodienste unter Berücksichtigung von INSPIRE aufgezeigt

Ein Beitrag zum Modellverständnis der Produktentstehung - Strukturierung von Zielsystemen mittels C&CM

Vernetzung und Integration spielen in der heutigen Produktentstehung eine zentrale Rolle. Daraus ergeben sich vielfältige und unüberschaubare Prozesse. Es wird ein Modell vorgeschlagen mit dem sich die Prozesse an dem Zielsystem ausrichten lassen. Das Modell beruht auf dem Verständnis der Systemtechnik und auf dem etablierten C&CM Modell. Effiziente und Zielgerichtete Produktentwicklungsprozesse sind das Ergebnis

Digitales Assistenzsystem für das Product Lifecycle Management - Analyseansatz mit Fokus auf IT-Schnittstellen

Die Digitalisierung ist die treibende Kraft der aktuellen Entwicklungen unter dem Schlagwort Industrie 4.0. Heterogene und dezentral entstandene IT-Systeme in Unternehmen zu vernetzen ist derzeit eine der Hauptheraus-forderung in der Industrie. Erst auf Grundlage dieser Basis können Prozesse automatisiert und vernetzt realisiert werden. Besonders die Schnittstellen zwischen den IT-Systemen bilden eine Schlüsselrolle. Um diese effizienter zu gestalten, ist im Rahmen dieser Dissertation eine Methode vorgestellt, die Verantwortliche im Bereich der Digitalisierung unterstützt. In der vorliegenden Arbeit wurde ein Ansatz zum IT-Schnittstellenmanagement entwickelt. Als Ausgangspunkt wurden die Aspekte des Produktlebenszyklusmanagements untersucht. Aufbauend auf den Erkenntnissen wurde ein Digitales Assistenzsystem (DAs) entwickelt. „DAs“ ist eine Methodik für die Analyse einer IT-Systemlandschaft mit Fokus auf die IT-Schnittstellen. Durch die Analyse können Schnittstellenpo-tenziale und Workflows identifiziert werden. Des Weiteren können IT-Systeme hinsichtlich monetären und nicht- monetären Faktoren verglichen werden. Die Methode ist mithilfe der IT-Systemlandschaft im Industrie 4.0 Collaboration Lab am Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen verifiziert und validiert

Prozess und Perspektive: von der pragmatistischen Sozialphilosophie zur soziologischen Analyse von Wissenschaft und Technik

'Der Beitrag geht der These nach, dass es insbesondere die im Pragmatismus bereits angelegte und in der Sozialtheorie von Anselm L. Strauss soziologisch ausgearbeitete, besondere Fassung des Verhältnisses von Perspektivität und Prozessualität ist, die die Leistungsfähigkeit des pragmatistisch-interaktionistischen Ansatzes ausmacht, und dass dieses Potential gerade durch die spezifischen Themen und Probleme der neueren Wissenschafts- und Technikforschung im Kontext der 'Science and Technology Studies' (STS) zur Entfaltung kommt und so Anstöße auch in Richtung auf die allgemein-soziologische Theoriebildung geben kann. Dazu wird zunächst das soziologische und sozialphilosophische 'Erbe' des pragmatistischen Interaktionismus rekapituliert, also vor allem die Bezugspunkte im klassischen Pragmatismus und in der Chicagoer Soziologie. Die daraus gewonnen theoretischen und methodischen Positionen werden auf zentrale Fragen der aktuellen Wissenschafts- und Technikforschung (heterogene Kooperation, Faktenstabilisierung, Handlungsbeteiligung von Artefakten) bezogen und abschließend auf ihr allgemein-theoretisches Potential befragt.' (Autorenreferat)'Assuming that it is the special conception of, and emphasis on, the relationship between perspective and process that makes the pragmatist version of interactionism especially powerful in the analysis of current problems in science and technology, the article proceeds in three steps: first, the legacy of interactionisms in both the pragmatist philosophy and the early Chicago-style sociology is recapitulated. The resulting theoretical and methodological positions are then related to current issues in science and technology studies (STS), such as heterogeneous cooperation, black-boxing, and the contribution of artifacts in processes of action. Finally, the over-arching potential of this approach for general theoretical reasoning in sociology is examined: especially its potential for endeavours and products like non-dualistic theorizing, for the scalability of theoretical concepts developed in empirical research, for the integrative handling of the micro-macro distinction and for the construction of a dynamic analytical model of the relationship between structure and action.' (author's abstract)

Prozess und Perspektive: von der pragmatistischen Sozialphilosophie zur soziologischen Analyse von Wissenschaft und Technik

"Der Beitrag geht der These nach, dass es insbesondere die im Pragmatismus bereits angelegte und in der Sozialtheorie von Anselm L. Strauss soziologisch ausgearbeitete, besondere Fassung des Verhältnisses von Perspektivität und Prozessualität ist, die die Leistungsfähigkeit des pragmatistisch-interaktionistischen Ansatzes ausmacht, und dass dieses Potential gerade durch die spezifischen Themen und Probleme der neueren Wissenschafts- und Technikforschung im Kontext der "science and technology studies" (STS) zur Entfaltung kommt und so Anstöße auch in Richtung auf die allgemein- soziologische Theoriebildung geben kann. Dazu wird zunächst das soziologische und sozialphilosophische "Erbe" des pragmatistischen Interaktionismus rekapituliert, also vor allem die Bezugspunkte im klassischen Pragmatismus und in der Chicagoer Soziologie. Die daraus gewonnen theoretischen und methodischen Positionen werden auf zentrale Fragen der aktuellen Wissenschafts- und Technikforschung (heterogene Kooperation, Faktenstabilisierung, Handlungsbeteiligung von Artefakten) bezogen und abschließend auf ihr allgemein-theoretisches Potential befragt." (Autorenreferat)"Assuming that it is the special conception of, and emphasis on, the relationship between perspective and process that makes the pragmatist version of interactionism especially powerful in the analysis of current problems in science and technology, the article proceeds in three steps: First, the legacy of interactionisms in both the pragmatist philosophy and the early Chicago-style sociology is recapitulated. The resulting theoretical and methodological positions are then related to current issues in science and technology studies (STS), such as heterogeneous cooperation, black-boxing, and the contribution of artifacts in processes of action. Finally, the over-arching potential of this approach for general theoretical reasoning in sociology is examined: especially its potential for endeavours and products like non-dualistic theorizing, for the scalability of theoretical concepts developed in empirical research, for the integrative handling of the micro-macro distinction and for the construction of a dynamic analytical model of the relationship between structure and action." (author's abstract

Lebenszyklusengineering und -management von Service Systemen: Ein Beitrag zur ganzheitlichen Betrachtung und logischen Beschreibung von Sach- und Dienstleistungssystemen

Während der (empirische) Bedeutungszuwachs von Dienstleistungen weitgehend unstrittig ist (Fließ 2009; Klodt et al. 1997), gibt es bei der theoretischen Fundierung, was genau eine Dienstleistung ist, Probleme. Eine dieser Schwierigkeiten besteht darin, Dienstleistung(en) überhaupt zu definieren (vgl. u.a. Richter 2012; Paal 2005; Klodt et al. 1997; Corsten 1985) , insbesondere bei der Definition durch eine sektorenbezogene Negativbestimmung von Dienstleistung . Allgemein gesprochen herrscht eine diffuse Definitionslage von Dienstleistungen. Es gibt sowohl prozess- als auch ergebnisorientierte Definitionen (Richter 2012) – welche sich z.T. gegenüberstehen. Weiterhin gibt es einen Dimensionierungsansatz, welcher die Dienstleistung in drei Dimensionen (Potential-, Prozess-, Ergebnisdimension) unterteilt (Böttcher 2009; Bullinger et al. 2006) und auf diese Weise ergebnisorientierte wie auch prozessorientierte Definitionen zusammenbringt. Jedoch geht auch diese Form der Definition von Dienstleistungseigenschaften aus, welche nicht unumstritten sind (Lovelock und Gummesson 2004)(Vargo und Lusch 2004). Verschiedene Schulen aus dem Service Engineering, dem Service Design, dem Service Management (Grönroos 2007, 1990)(Fitzsimmons und Fitzsimmons 2006) und des Marketings (SD-Logic) (Vargo und Lusch 2004) stoßen bei der Definition immer wieder aufeinander. Ziel der Arbeit ist die Schaffung einer digitalen Grundlage um die Digitalisierung von Service Systemen, sowie deren Engineering und Management, zu fördern. So liegt der Fokus auf der Verbesserung der Informationsverteilung innerhalb des Lebenszyklus von Service Systemen und in komplexen Wertschöpfungsnetzwerken. Gleichzeitig ist es Ziel der Arbeit, diese Erweiterung offen zu gestalten, sodass Informationsflüsse in andere Systeme ermöglicht werden. Es werden auf diese Weise die technischen Grundlagen geschaffen, um von den klassischen produktorientierten digitalen Unterstützungswerkzeugen zu hybriden Unterstützungswerkzeugen zu gelangen. Ergebnis der Arbeit ist ein Vorgehensmodell sowie eine Ontologie für das Lebenszyklusengineering und -management von Service Systemen basierend auf einem Vergleich und Konsolidierung von 26 Vorgehensmodellen bzw. -ansätzen und vier thematisch nahen Ontologien sowie auf vier realen Anwendungsfällen (u.a. Ersatzteilmanagement für Industrieanlagen) welche detailliert analysiert wurden. Für das Vorgehensmodell wurden 44 einzelne Phasenmodule (Methoden) erarbeitet und auf ihre Eignung in besonderen Kontexten (z.B. industrielle Dienstleistungen), der Einsatzphasen sowie der identifizierten Werkzeuge ausgearbeitet. Um die Beschreibung einer Ontologie zu fundieren, wurde der Wissensraum für das Lebenszyklusengineering und -management für Service Systeme mittels der Description Logic modelliert. Anschließend hieß es, diese Beschreibung in ein OWL und damit in die technische Anwendbarkeit zu überführen. Diese Ontologie wurde hierbei mittels Protegé modelliert und implementiert. Insgesamt wurden mehr als 50 Klassen extrahiert und formal beschreiben

Modellbasierte Unterstützung der Produktentwicklung - Potentiale der Modellierung von Produktentstehungsprozessen am Beispiel des integrierten Produktentstehungsmodells (iPeM) = Model Based Support of Product Development - Potentials of Modelling Product Engineering Processes using the example of the Integrated Product Engineering Model (iPeM)

In dieser Arbeit erfolgt eine Spezifizierung des Nutzens und Aufwands der Prozessmodellierung in der Produktentwicklung. Im Rahmen von systematisch aufeinander aufbauenden Studien werden Möglichkeiten und Grenzen erforscht, um einen Modellierungsansatz in der Praxis anwendbar zu machen. Aus der Evaluation verschiedener Werkzeuge und Modellierungstechniken folgt als Kernergebnis der Dissertation eine Erweiterung des zugrunde gelegten Modellverständnisses in Form eines fraktalen Metamodells

Methods and tools for ontology-based software development

Wiederverwendung wird in der Software-Technik eingesetzt, um sowohl Effizienz als auch die Qualität eines Produkts konstruktiv zu beeinflussen. Während einem Software-Projekt in den späten Phasen ausgereifte Techniken und Werkzeuge zur Verfügung stehen, fehlt weitgehend eine entsprechende Unterstützung bei der Untersuchung des Gegenstandsbereichs und der zugehörigen konzeptuellen Modellierung der Anforderungen. Dabei haben diese Aktivitäten einen entscheidenden Einfluss auf spätere Entwicklung und erfolgreiche Durchführung eines Software-Projekts. Um die Wiederverwendung auf der konzeptuellen Ebene zu ermöglichen, wird in dieser Arbeit zunächst eine Infrastruktur entwickelt, die mit Hilfe einer Domänen-Ontologie einen Wissens-Austausch zwischen den beteiligten Projekten erlaubt. Anschließend wird ein auf dieser Infrastruktur aufbauender Prozess zur Ontologie-Entwicklung definiert und seine Anbindung an die klassische oder agile Vorgehensmodelle beschrieben. Ergänzend dazu wird ein Werkzeug zur Prozessunterstützung vorgestellt.Re-use is employed in software engineering to influence efficiency constructively and the overall quality of a product. While well-established tools and technologies are available in the advanced phases of software projects, support is missing to a large extent for analysis of the universe of discourse and the corresponding conceptual modelling of the requirements. At the same time these activities have a decisive influence on later development and successful implementation of software projects. To enable re-use at the conceptual level, this thesis describes first of all, how to develop an infrastructure, which allows an exchange of knowledge between participating projects with the help of domain ontology. Subsequently, a process of an ontology development will be defined, which is based on this infrastructure; its connection to the classical or agile process models will also be described. In addition, a tool to support the process will be introduced