Aufbau eines Experten- und Informationssystems der Raumfahrt

In dieser Arbeit wird ein Informationssystem beschrieben, welches für Studium, Arbeit und Wissenschaft benötigte Daten aus der Raumfahrt zur Verfügung stellt. Die Informationen sind leicht zugänglich und werden in leicht zu handhabender Weise dargestellt. Zusätzlich zu dem reinen Faktenwissen (Datenbank) welches zu einem großen Teil aus Zahlenmaterial besteht, wurde Expertenwissen in das Informationssystem integriert. Dieses Expertenwissen dient zunächst dem Auffinden von Informationslücken, aber auch zur Auffüllung dieser Lücken, sowie zur Überprüfung des bereits gespeicherten Faktenwissens. Die Speicherung des Faktenwissens ist als relationale Datenbank in Client/Server Architektur realisiert. Der Datenbankserver ist über das lokale Netzwerk oder per TCP/IP direkt erreichbar. Zusätzlich besteht die Möglichkeit durch ein CGI Interface über das World Wide Web (WWW) auf einen Teil der Datenobjekte zuzugreifen. Die Regelbasis besteht aus Formeln, Tabellen, Graphen und Ergebnissen von Simulationen. Es wurde aber auch die Vorgehensweise von menschlichen Raumfahrtexperten Lücken zu füllen nachgebildet. Hierzu wurden "rules of thumb" und Schätzgleichungen, die auf jahrelanger Erfahrung, bekanntem Wissen oder reiner Intuition beruhen, integriert. Der Benutzer erhält auf seine Informationsanfrage einen Datensatz zu einem bestimmten Objekt der Datenbank (Träger, Stufe, Triebwerk etc.) mit allen Informationen aus dem Faktenwissen sowie aus den durch das Expertensystem erzeugten Daten. Zu beiden Informationen kann in einer Erklärungskomponente die Herkunft der Daten abgerufen werden. Beim Faktenwissen ist dies die Quelle der Daten (in der Regel ein Buch, Paper, Skript etc.), bei den durch das Expertensystem erzeugten Daten sind dies die angewandten Regeln.With this doctoral thesis an information system was created, which makes available aerospace data, considered to be necessary for studies, work, science and education. The information is easily accessible and delivered in a very comfortable way for the different user groups. In addition to the storage of pure "fact knowledge" (that forms the relational database) which consists mainly of numerical data, "expert knowledge" is integrated into the information system. This expert knowledge is used for detecting gaps in the "fact knowledge" and for filling these gaps by application of rules. Applying the "expert knowledge" to the stored facts validates the existing "fact knowledge". The "fact knowledge" is stored in a Relational Database which is accessed by a commercial Client/Server RDBMS. The Database Server may be accessed directly over LAN connections or via TCP/IP. In addition database connections via WWW are possible by using a CGI interface. The rule base consists of formulae, tables, graphs and results of simulations. The system simulates the problem solving techniques of human experts. Therefore rules of thumb and estimations relying on years of experience, existing knowledge or mere intuition were integrated. As a result of a database query the user receives a set of data for a specific object (launcher, stage,engine etc.). This set includes all the information retrieved from the "fact knowledge" as well as data created by the expert system. For both information types an explanatory component giving the origin of the data can be consulted. In the case of "facts" that is the source (mainly a book, paper, etc.) in the case of data generated by the expert system this would mean the rules that were applied

Augmented Reality in der Produktentstehung

AbstractAugmented Reality Systems (AR) increasingly gain importance in research and development by condensing and providing relevant information. The constantly increasing number of AR components enables compiling of a large number of AR system configurations for use, with personal experience and existing technology being an important factor. Based on the theory that AR systems can be systemised in a unit of task - function - technique an approach was developed to create task optimising AR systems. Considering the currently available technol-ogy and using a matrix of variables the theoretically possible potential of augmented reality in research and development was assessed for possible system configurations.This approach was tested on 2 different solutions in the construction of tools and mould mak-ing. The department of construction of tools and mould making was deliberately chosen as AR application had previously not been investigated in this sector and therefore new knowledge for the assignment of this technology in research and development could be gained. Based on an analysis of production faults in construction of tools and mould making two concrete applications were formulated and the relevant function was tested in two-demonstration implementation. The value of these implementations is calculated based upon the potential saving of the fault prognosis and the subsequent avoidance of faults.At the same time a system of great potential for direct use on machine tools was tested with the laser projection system and a process for calibration was introduced.It has been shown that AR solutions are meaningful when complex processes and procedures have to be examined, where a large number of components are utilised, diversity of positions and/ or diversity of variants exists and a potential saving against the expense of the acquisition and the operation of the AR solutions can be achieved. The potential saving in research and development consists mainly in the reduction of the degree of abstraction in the collation of information. The contextual representation of the information combined with the filtration of information reduces the amount of information to only that considered essential to the task and the end user can understand and appraise the information better.The above work is a contribution to the concrete approach of the formulation of task-specific AR solutions.KurzreferatDurch die Möglichkeit Informationen komprimiert und aufgabenbezogen bereitzustellen, ge-winnen Augmented Reality Systeme (AR) zunehmend an Bedeutung für die Produktentste-hung (PE). Mit der ständig zunehmenden Zahl von AR-Komponenten ist es möglich eine gro-ße Anzahl von unterschiedlichen AR-Systemkonfigurationen für eine Anwendung zusam-menzustellen, wobei persönliche Erfahrungen und vorhandene Technik einen maßgeblichen Einfluss haben. Ausgehend von der These, dass sich AR-Systeme in einer Einheit von Aufga-be-Funktion-Technik systematisieren lassen, wurde eine Herangehensweise erarbeitet, mit der aufgabenoptimierte AR-Systeme formulierbar sind. Unter Berücksichtigung der aktuell ver-fügbaren Technik wurde mit Hilfe einer Variantenmatrix das theoretisch mögliche Potenzial von Augmented Reality in der Produktentstehung an möglichen Systemkonfigurationen abge-schätzt.Diese Herangehensweise wurde für zwei unterschiedliche Lösungen im Werkzeug- und For-menbau getestet. Die Branche Werkzeug- und Formenbau wurde bewusst gewählt, da hier AR-Anwendungen bisher nicht untersucht wurden und deshalb neue Erkenntnisse für den Einsatz der Technik in der Produktentstehung gewonnen werden können. Aufbauend auf einer Analyse der Fertigungsfehler im Werkzeug- und Formenbau wurden zwei konkrete AR-Anwendungen formuliert und entsprechende Funktionen in zwei Demo-Anwendungen er-probt. Der Nutzen für diese Anwendungen berechnet sich über das Einsparpotenzial durch Fehlerprognose und letztendlich der Fehlervermeidung.Gleichzeitig wurde mit dem Laser-Projektionssystem ein System mit großem Potenzial für den direkten Einsatz an der Werkzeugmaschine untersucht und ein Verfahren zur Kalibrierung vorgestellt.Es hat sich gezeigt, dass AR-Lösungen dort sinnvoll sind:- wo komplexe Vorgänge und Zusammenhänge dargestellt werden müssen- eine große Bauteilanzahl, Positionsvielfalt und/oder Variantenvielfalt vorliegt und- die mögliche Einsparung über den Aufwendungen für die Anschaffung und den Be-trieb der AR-Lösung liegt.Das direkte Einsparpotenzial in der PE besteht vor allem in der Reduzierung des Abstrakti-onsgrads zur Erfassung der Informationen. Die kontextabhängige Darstellung der Informatio-nen in Kombination mit der gezielten Filterung der Informationen reduziert die Informati-onsmenge auf das wesentliche der Aufgabe und die Informationen sind für den Anwender besser zu erfassen und zu bewerten.Die vorliegende Arbeit ist ein Beitrag zur konkreten Herangehensweise der Formulierung einer aufgabenspezifischen AR-Lösung.Auch im Buchhandel erhältlich: Augmented Reality in der Produktentstehung / von Thomas Schilling. - Ilmenau: ISLE Ilmenau, 2008. -XII, 133 S. - ISBN 978-3-938843-42-

Methodik zur produktionsorientierten Produktanalyse für die Wiederverwendung von Produktionssystemen - 2REUSE : Konzept, Informationsmodell und Validierung am besonderen Beispiel des Karosserierohbaus in der Automobilindustrie

Das Ziel dabei ist die Absicherung der prinzipiellen Herstellbarkeit eines Produktes auf die jeweilige Produktionslinie. Diese Anforderungsabstimmungen sind ein wesentlicher Faktor für hohe Qualität und effizienten Änderungsbedarf vor Anlauf der Produktion, gemäß dem Motto:“Do it right the first time“. Durch einen Feedback-Prozess werden die relevanten Anforderungen von den späteren Phasen des Produktlebenszyklus an die Produktentwicklung und Produktionsplanung zurückgeführt

A system-technical method for the safeguarding of simulations during the design process

Inhalt dieser Arbeit ist die Definition einer Methodik zur Entwicklung von Unterstützungs-systemen zur Absicherung konstruktionsbegleitender Simulationen in CAD-Systemen. Der Fokus der Vorgehensweise liegt auf der systemtechnischen Umsetzung im Sinne der modell-basierten Systementwicklung (MBSE). Die Methode teilt sich auf in die Erstellung einer Wis-sensbasis, die Systementwicklung mittels der System Modeling Language (SysML) und die Implementierung ins CAD-System. Mit diesem Leitfaden soll gerade im Bereich der Formalisierung und der Implementierung von KBE-Systemen der Entwickler solcher Systeme bei der Kommunikation im Team und der Implementierung unterstützt werden. Zur Qualifizierung werden praktische Beispiele gezeigt, wie unterschiedliche KBE-Techniken aus einem neutralen Systemmodell abgeleitet werden können. Die Validierung erfolgt an einem aktuellen Forschungsprojekt aus dem Bereich der spritzgussgerechten Konstruktion.Content of this thesis is the definition of a method for the development of support systems to safeguard simulations during the design process in CAD systems. The focus of the proce-dure is on the technical implementation in terms of model-based system development (MBSE). The method is divided into creating a knowledge base, system development using the System Modeling Language (SysML) and implementation into the CAD system. This guide is intended to support the developers of such systems in team communication and implementation, especially in the area of formalization and implementation of KBE systems. For qualification, practical examples of how different KBE techniques can be derived from a neutral system model are shown. The validation is carried out at a current research project in the field of injection-moulded part design

Marktorientierte Produktentwicklung und optimierte Time-to-Market durch den Einsatz eines Produkt-Information-Management-Systems (PIM) im Gerätebau

IT- gestützte Verfahren, wie CAD und CAM ermöglichen heute eine schnelle und effiziente Entwicklung von Produkten bei gleichzeitig kontinuierlicher Qualitäts- und Leistungssteigerung. Die damit einhergehende Verkürzung der Innovations- und Produkt­lebenszyklen führt unter anderem auch zu einem anhaltenden Preisverfall. Dadurch ergeben sich insbesondere in den Bereichen der Großserienproduktion neue Herausforderungen für das Product Lifecycle Management (PLM). In diesem Zusammenhang hat die Analyse sehr deutlich gezeigt, dass die Produkt­verbesserungen zu viel Zeit erfordern, was z.B. auch durch einen fehlenden oder sehr zögerlichen Informationsfluss hervorgerufen wird. Deshalb müssen hier moderne IT-Komponenten zum Einsatz kommen, welche die Unternehmen in allen Bereichen bei dem Aufbau, dem Transfer und der Nutzung aller Informationen unterstützen, welche die Produkte beschreiben. Dafür ist ein System zu konzipieren, bei welchem die Markt­orientierung im Vordergrund steht und das insbesondere alle für den Prozess begleitenden und / oder erzeugenden bzw. ergänzenden Informationen verwalten kann, damit marktbedingte Produkt-Änderungen möglichst schnell ausgeführt und bereits durchgeführte Änderungen transparent nachvollziehbar gestaltet werden können. Für derartige Aufgabenstellungen sind in der jüngeren Vergangenheit so genannte Product Information Management - Systeme (PIM-System) entwickelt worden, mit denen alle Produktdaten, die für den Vertrieb, die Vermarktung und den Service relevant sind, verwaltet werden können. Damit die Produktdaten entlang der gesamten Wertschöp­fungskette auch aus anderen EDV-Systemen genutzt werden können, muss das PIM-System mit Hilfe geeigneter Schnittstellen zu den anderen EDV-Systeme (ERP, PLM, etc.) in eine gemeinsame IT-Architektur eingebunden werden. Dieses Gesamtsystem erfordert die Definition einer Vielzahl von Klassen und Objekten, mit denen die Benutzeroberfläche gestaltet und die Anbindung an verschiedene andere Erzeugersysteme vorgenommen werden können. Des Weiteren gestattet ein Workflow-Management den Anwendern den Zugriff auf alle definierten Prozesse und stellt ihnen automatisch für ihre anfallenden Aufgaben die jeweils dafür benötigten Informationen zur Verfügung. Mit dem Einsatz des PIM-Systems wird eine Verkürzung der Produkteinführungsphase und ein früherer Markteintritt erreicht, wodurch die strategische Position des Unter­nehmens erheblich verbessert wird. Ein einheitlicher Qualitätssicherungs- und Freigabe­prozess gewährleistet die Schaffung von konsistenten und aktuellen Produktdaten in allen angeschlossenen Systemen. Gleichzeitig werden ständig gezielt alle Marktanforderungen gesammelt, die in quali­fizierter Form der Produktplanung wieder zur Verfügung gestellt werden. Der Nachweis für die Machbarkeit des Konzeptes und der damit gewonnene Nutzen konnte mittels eines Beispiels aus der Konsumgüterindustrie gezeigt werden

Ein Molekül-Atom-Datenmodell für Non-Standard-Anwendungen : Anwendungsanalyse, Datenmodellentwurf und Implementierungskonzepte

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung und Nutzbarmachung von Datenbankkonzepten für sog. Non-Standard-Anwendungen. Darunter versteht man im OB-Bereich Anwendungen aus den Gebieten CAD/CAM, VLSI-Entwurf, Software-Entwicklung, Büroautomatisierung, Expertensysteme etc. Die zentralen Fragestellungen, zu denen es Antworten zu finden gilt, sind: - Welche Anforderungen werden von den Non-Standard-Anwendungen an die Datenhaltung gestellt? - Wie sehen dazu passende Architekturen und Datenmodelle für NDBS (das sind DBS für Non-Standard-Anwendungen) aus? - Nach welchen Konzepten sind solche NDBS zu entwerten und zu implementieren? Dazu werden verschiedene OB-basierte Prototypen analysiert und vergleichend einander gegenübergestellt. Im einzelnen wurden basierend auf konventionellen Datenbanksystemen verschiedenen Typs (Netzwerk- und Relationenmodell) Anwendungssysteme aus unterschiedlichen ingenieurwissenschaftlichen Bereichen (3D-Modellierung, Verwaltung geographischer Daten und VLSI-Entwurfswerkzeug) sowie aus dem Expertensystembereich (Diagnosesystem) entwickelt; ihr Leistungsverhalten wurde unter einer praxisnahen Last aufgezeichnet und detailliert untersucht. Ausgehend von diesen Analyse- und Vergleichsergebnissen wird ein Anforderungskatalog erstellt, der konkrete Aussagen über die Datenstrukturen der Anwendungsobjekte und die zugehörigen Verarbeitungscharakteristika zusammenfaßt

Variantenentwicklung im ZHO-Modell im Kontext der PGE - Produktgenerationsentwicklung – Methode zur Entscheidungsunterstützung bei der Konzeptentwicklung in der Angebotsphase auf Basis abgeleiteter Varianten = Variant Development using the System Triple Approach in the Context of PGE - Product Generation Engineering – Method for Decision Support during Concept Development in the Offering Phase based on Derived Variants

In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die Konstrukteure in der Angebotsphase beim Ableiten, Bewerten und Auswählen kunden- und anbietergerechten Varianten auf Basis von Referenzprodukten eines bestehenden Baukastens unterstützt. Die Verwendung von Referenzprodukten für neue Kundenanfragen gewinnt für automobile Zulieferunternehmen zunehmend an Bedeutung, um innerhalb der geforderten Fristen Angebote erstellen zu können. Die Angebotserstellung wird ferner erschwert durch steigende Variantenvielfalt und zunehmend komplexere Produkte zur Abdeckung immer vielfältigerer Kundenanforderungen. Hinzu kommt, dass vielfach in der Angebotsphase Zielvorgaben variiert werden. Die Variantenentwicklung in der Angebotsphase ist damit ein stark unsicherheitsbehafteter Prozess der häufig hohe Konstruktionsaufwände bedingt, um fallspezifisch zielführende Varianten ableiten, bewerten und auswählen zu können. Die Problem- und Bedarfssituation resultiert aus den Erfahrungen des Autors, der seit mehr als zehn Jahren als Konstrukteur für Ventiltriebkomponenten im Entwick-lungsbereich eines Tier-1-Automobilzulieferers tätig ist. Durch eine Fragebogen-Studie in drei Konstruktionsabteilungen des fallgebenden Zulieferunternehmens sowie durch eine begleitende Konstruktionsdatenanalyse von abgeschlossenen Anfrage- und Serienprojekten wird die Problem- und Bedarfssituation bestätigt. Hieraus ergibt sich der primäre Bedarf, zu einem frühen Zeitpunkt in der Angebotsphase die Konstruktionsaktivitäten auf die zielführenden Varianten fokussieren zu können. Hiermit sollen die nicht zielführenden Aktivitäten minimiert werden, um die Zeitvorgaben des Kunden einhalten und Entwicklungskosten reduzieren zu können. Die Methode wird praxisnah anhand einer detaillierten Produktanalyse zu gebauten Nockenwellensystemen entwickelt und wissenschaftlich auf Grundlage des erweiterten ZHO-Modells beschrieben. Mit den Analyseergebnissen wird die wissenschaftliche Methode verifiziert und im Rahmen eines Softwareprototyps operationalisiert. Mit Hilfe dieses Prototyps wird das Methodenpotential in einer Interview-Studie mit Konstrukteuren evaluiert. Der hieraus resultierende, zentrale Bedarf, die Firmenexpertise bei der Variantenbewertung zu berücksichtigen, wird durch die Einbeziehung der Variationsanteile der PGE - Produktgenerationsentwicklung für die Entscheidungsunterstützung abgedeckt und durch retrospektive Methodenanwendung auf historische Projektdaten zweier angeschlossener Industrieprojekte evaluiert. Die Methode leistet durch die Berücksichtigung der Firmenexpertise einen zentralen Beitrag zur systematischen Variantenbeurteilung. Mit der Methode kann variantenspezifisch Risiko, Aufwand und Potential ermittelt werden. Darüber hinaus lässt sich mit der Entscheidungsunterstützung erkennen, ob die Firmenexpertise für konkret angefragte Produkte ausreicht oder der aktuelle Baukasten erweitert werden muss

Planungswerkzeug zur wissensbasierten Produktionssystemkonzipierung

Kürzere Produktlebenszyklen zwingen Unternehmen dazu notwendige Produktionssysteme in immer kürzeren Abständen neu zu planen oder anzupassen. Grundlegende Entscheidungen über den Aufbau des Produktionssystems werden bereits in der Konzipierungsphase festgelegt. Anhand des vorliegenden Produktkonzepts sind Produktionsprozesse zu spezifizieren und umsetzende Betriebsmittel auszuwählen. Zur Reduzierung der Planungsaufwände und zur Wiederverwendung bewährter Lösungen ist eine gezielte Bereitstellung von Fach- und Lösungswissen erforderlich.Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Planungswerkzeug, welches die Planer während der Produktionssystemkonzipierung durch den kontinuierlichen Zugriff auf verfügbares Wissen unterstützt. Mittels semantischer Technologien wird das Wissen repräsentiert und in einer Wissensbasis bereitgestellt. Benötigte Abfragen werden automatisch erzeugt und das Wissen direkt für die graphische Spezifikation des Produktionssystemkonzepts verwendet. Eine einheitliche Spezifikation wird über Modellierungsregeln sichergestellt. Ein Vorgehensmodell beschreibt die einzelnen Planungsschritte, die exemplarisch am Praxisbeispiel einer Knetstraße erläutert werden.Shorter product life cycles force companies to develop or adapt production systems in shorter intervals. Important decisions about the structure of the production system are already defined in the early design phase. Based on the principal solution of the product the necessary production processes have to be specified and appropriate production resources have to be selected. To reduce the planning effort and to support the reuse of proven solutions, knowledge available in the company has to be used in an efficient manner. The present work describes a planning tool that supports the planners during the conceptual design of a new production system. This is achieved by continuous access to available knowledge about known processes and resources. Using semantic technologies the knowledge is represented and provided in a knowledge base. Required queries are generated automatically and the knowledge is directly used for the graphical specification of the production system concept. Modeling rules ensure a uniform specification and a procedure model describes the necessary activities. The use of the planning tool is illustrated and explained by means of an application example.Tag der Verteidigung: 18.12.2014Paderborn, Univ., Diss., 201