Systematik zur Bewertung von Varianten in der Angebotsphase von Common-Rail Pumpen der automobilen Zulieferindustrie auf Basis des Modells der PGE - Produktgenerationsentwicklung = Systematics for Evaluation of Variants in the Quotation Phase of Common-Rail Pumps of the Automotive Supplier Industry on the Basis on the Model of PGE - Product Generation Engineering

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Systematik entwickelt, mit der die Auswirkungen einer Variante auf bereits bestehende Systeme (z.B. Fertigungskonzept) in der Angebotsphase von Common-Rail Pumpen der automobilen Zulieferindustrie bewertet und objektiviert werden können. Auf Basis einer Literaturrecherche wird der Forschungsbedarf an der Bewertungssystematik identifiziert. Der Forschungsbedarf wird mit Hilfe von empirischen Untersuchungen – wie einer Fragebogenstudie (n=363) – bei einem automobilen Zulieferer für Common-Rail Pumpen spezifiziert. Darauf aufbauend werden die Ziele, die Anforderungen und die Randbedingungen der Arbeit abgeleitet. Um den Forschungsbedarf zu decken, wird die Bewertungssystematik entwickelt. Die Bewertungssystematik umfasst Bewertungsbögen, mit denen Entwicklerteams die Auswirkungen einer angefragten Variante auf die bestehenden technischen Systeme (z.B. Fertigungseinrichtungen) und die Strategien (z.B. Marktstrategie) – vor der Bewertung der Kosten in der Angebotsphase – bewerten können. Die Objektivierung und die Aggregation der Bewertungen erfolgt durch einen Bewertungsalgorithmus. Das Ergebnis des Bewertungsalgorithmus ist ein Faktor, durch den das Potential zur Einführung einer Variante in das Produktportfolio verdeutlicht wird. Der Wissensfluss zwischen den Entwicklerteams (z.B. Entwicklung, Fertigung, Einkauf) sowie die Verantwortlichkeiten der Entwicklerteams werden durch einen modellierten Bewertungsprozess konkretisiert. Mit Hilfe der Bewertungssystematik werden Faktoren identifiziert, die für die Entscheidung in der Angebotsphase maßgebend sind, ob eine Variante angeboten werden soll. Für die Anwendbarkeit in der Praxis wird die Bewertungssystematik als Tool umgesetzt. Zur Entwicklung des Tools werden computergestützte Demonstratoren zur Simulation der Funktionen und zur Visualisierung des Designs herangezogen. Die Bewertungssystematik und das Tool werden validiert, inwiefern die identifizierten Anforderungen der Arbeit erfüllt sind und somit das Ziel der Arbeit erfüllt ist. In diesem Zusammenhang werden unter anderem eine Fragebogenstudie (n=35) und vier Fallstudien bei dem automobilen Zulieferer implementiert. Im Ausblick werden die zusammengefassten Vorschläge von involvierten Experten zur Verbesserung der Bewertungssystematik und weiterführende Forschungsarbeiten beschrieben

Die Zukunft der Pflege – 2053: Ergebnisse eines Szenarioworkshops

Aktuelle Strategien zur Bewältigung der Herausforderung Pflege in einer Gesellschaft des langen Lebens stoßen zunehmend erkennbar an ihre Grenzen. Um tatsächlich neue Handlungsoptionen zu eröffnen, empfiehlt es sich, zunächst von bekannten und in der Regel linear verlängerten Problemlösungswegen abzulassen und – systematisch geleitet – einen erweiterten Blick in die Zukunft zu wagen. Der vorliegende Beitrag skizziert ein Projektvorhaben, mit dem mögliche Zukünfte der Pflege szenariobasiert entworfen wurden, um auf dieser Basis systematische Zukunftsdialoge zu ermöglichen und Optionen für das aktuelle Handeln abzuleiten. Fragen der Technikentwicklung und -nutzung erhalten demnach in einer transdisziplinär begründeten Pflegearbeit ganz entscheidende Bedeutung.Current strategies to meet the challenges of care in a society of longer living are apparently reaching their limits. To actually open up new options for action, it is advisable to refrain from known approaches to solving problems and to – systematically – risk a broad view of the future. This paper outlines a project in which possible futures of care were developed on the basis of scenarios and discussed regarding their importance for systematic dialogues on the future as well as providing options for current actions. Issues of technology development and use in care are of decisive importance here

On Interdisciplinary Development of Safety-Critical Automotive Assistance and Automation Systems

Assistenz- und Automationssysteme im Automobil zeichnen sich verstärkt durch eine große Komplexität und einen hohen Vernetzungsgrad aus. Weiterhin existiert eine Vielzahl von Anforderungen anderer Fachdisziplinen an die Funktionsentwicklung, beispielsweise im Bereich der funktionalen Sicherheit. Somit ergibt sich für Entwickler nicht nur eine gestiegene Komplexität der Systeme, sondern auch der einzuhaltenden Entwicklungsprozesse. Die vorliegende Arbeit liefert eine neue Methode, die Entwickler bei der Bewältigung dieser Komplexität unterstützt. Dabei wird ihnen problemorientiert und zielgerichtet relevantes Wissen anderer Fachdisziplinen aufbereitet und zur Verfügung gestellt. Somit können Entwurfsalternativen früher als bisher im Kontext der Gesamtentwicklung bewertet werden, was sich positiv auf Produktqualität und Entwicklungszeit auswirkt. Die Basis dieser Methode ist die offen und flexibel gestaltete Formalisierung des Entwicklungsprozesses unter Verwendung der Web Ontology Language (OWL). Darauf aufbauend werden interdisziplinäre Entwicklungsaktivitäten verknüpft und die Analysierbarkeit des formalisierten Wissens wird für automatische Schlussfolgerungen genutzt. So werden insbesondere Einflussanalysen möglich, um über die eigene Domäne hinaus Änderungen bezüglich des Gesamtentwicklungsprozesses zu bewerten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine prototypische Werkzeugkette implementiert, die die beschriebene Methode umsetzt und deren technische Realisierbarkeit demonstriert. Als Anwendungsbeispiel dient die angedeutete Weiterentwicklung eines radarbasierten Abstandsregeltempomaten zu einem Notbremssystem. Dabei wird insbesondere der Einfluss der funktionalen Sicherheit auf die Funktionsentwicklung beleuchtet, indem aus einem formalisierten Wissensmodell des Standards ISO 26262 notwendige Anforderungen und Methoden für den Gesamtentwicklungsprozess abgeleitet werden.Automotive assistance and automation systems increasingly present high levels of complexity and connectivity. In addition, more and more specific requirements in disciplines like functional safety have to be considered during functional development. Thus, developers have to cope with increasing levels of product complexity, but also complexity of the development process. This thesis presents a new method which supports developers in handling these dimensions of complexity. Therefore relevant knowledge of other disciplines is presented to them in a solution-oriented way. Thus, design alternatives can be assessed much earlier in the overall development process which has a positive impact on product quality and development cycles. The method’s base is an open and flexible formalization of the development process using the Web Ontology Language (OWL). OWL is used to link different interdisciplinary development activities whereas the analyzability of formalized knowledge enables automated reasoning. This especially introduces an impact analysis to assess major cross-cutting changes to the product in the context of the overall development process. For this thesis a prototype toolchain has been developed which implements the described method and demonstrates its technical feasibility. The extension of a radar-based adaptive cruise control system towards an emergency braking system is sketched as an example for the prototype toolchain. In this example, the impact of functional safety on the functional development is focused, involving a formalized model of requirements and methods from ISO 26262

Eine Methode zur effizienten und effektiven Unterstützung der kontinuierlichen Validierung im Kontext der PGE - Produktgenerationsentwicklung = A Method for an Efficient and Effective Support of Continuous Validation in the Context of PGE - Product Generation Engineering

In Zeiten immer komplexer werdender Produkte, die gleichzeitig häufig einen höchst multi-disziplinären Charakter aufweisen, wird es für die Produktentwickler immer schwieriger, die Funktionsweisen und Zusammenhänge der Systeme übergreifend und im Detail zu durchdringen. So lässt sich das Verhalten eines Teilsystems im Kontext des Übersystems im Verlauf der Entwicklung nur sehr schwer und mit hoher Unsicherheit voraussagen. Durch kontinuierliche Validierungsaktivitäten können die Produktentwickler diese Wissenslücken kompensieren und die Unsicherheit reduzieren. Jedoch sind die Produktentwicklungsprozesse aufgrund der immer kürzer werden Entwicklungszyklen einem großen Effizienzdruck unterworfen. Die Herausforderung ist dabei, dass eine Steigerung der Effizienz auch und vor allem der sehr aufwendigen Aktivität der Validierung nicht zu einem unverhältnismäßig ansteigenden Entwicklungsrisiko führen darf. In dieser Arbeit wird eine Methode zur Priorisierung von Validierungsaktivitäten entwickelt, die auf der Bestimmung der Kritikalität einzelner Teilsysteme / Funktionen basiert. Hierfür werden unterschiedliche Kriterien ermittelt und in geeigneter Weise zusammengeführt. Die Unsicherheit der Entwickler bzgl. der Funktionsweise einzelner Teilsysteme sowie die Auswirkungen einer notwendigen Änderung werden dabei berücksichtigt. Der auf diese Auswahl bzw. Priorisierung folgende Schritt der Definition der durchzuführenden Tests wird ebenfalls methodisch unterstützt. Hierbei kann keine konkrete und gleichzeitig allgemeingültige Herangehensweise definiert werden. Vielmehr wird in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, die die Entwickler dabei unterstützt, die in den Unternehmen und einzelnen Abteilungen vorhandene Erfahrung bei der Testdefinition zielführend einzusetzen. Zu diesem Zweck wird ein Test-Beschreibungsmodell entwickelt, mit dem Tests beschrieben und dokumentiert werden können um daraus Referenzprozesse für die zukünftige Validierung abzuleiten

Robuste Auslegung von Mehrkörpersystemen : frühzeitige Robustheitsoptimierung von Fahrzeugmodulen im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik erarbeitet, um im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse im automobilen Umfeld zu einer optimal robusten Auslegung von Modulen zu kommen. Hierfür werden Unsicherheiten automobiler Entwicklungsprozesse identifiziert und quantifiziert. Vertiefender Schwerpunkt der Arbeit ist die Modulklasse Kinematikmodule, deren Module jeweils durch Mehrkörpersysteme modelliert werden können

Robuste Auslegung von Mehrkörpersystemen : frühzeitige Robustheitsoptimierung von Fahrzeugmodulen im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik erarbeitet, um im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse im automobilen Umfeld zu einer optimal robusten Auslegung von Modulen zu kommen. Hierfür werden Unsicherheiten automobiler Entwicklungsprozesse identifiziert und quantifiziert. Vertiefender Schwerpunkt der Arbeit ist die Modulklasse Kinematikmodule, deren Module jeweils durch Mehrkörpersysteme modelliert werden können

Entwicklung einer Hochvolt-Traktionsbatterie als Produktgeneration 1 – Variationsinduzierte Validierungs- und Verifikationsplanung im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung = Development of a high-voltage traction battery as a product generation 1 – Variation-induced validation and verification planning in the PGE model – Product Generation Engineering

Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wird die Entwicklung von Hochvolt-Traktionsbatterien als Entwicklung einer Produktgeneration 1, kurz G1, im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung untersucht. Bei einer G1-Entwicklung verfügt die entwickelnde Entität über keine direkte Vorgängergeneration als Referenz. Das Ziel ist, ein grundlegendes Verständnis zur Sonderform G1 sowie methodische Unterstützung hinsichtlich der Validierungs- und Verifikations-Aktivität in diesem Kontext zu entwickeln. Auf Basis teilnehmender Beobachtungen werden die beiden genannten Themen-schwerpunkte initial in der Forschungsumgebung analysiert. Der erste Teil der Arbeit betrachtet technische und prozessuale Herausforderungen bei der Entwicklung einer G1. In der kategorisierenden Auswertung von Experteninterviews kristallisieren sich elf Herausforderung heraus, die besonders in ihrer Häufung und Ausprägung als G1-typisch aufgefasst werden. Davon ausgehend wird eine Systematik zur prospektiven Einordnung von Produktentwicklungen hinsichtlich ihres G1-Charakters entwickelt. Die daraus resultierende Tendenzaussage, die anhand von sieben Kriterien hergeleitet wird, ermöglicht die Ableitung spezifischer Maßnahmen für die Produktentwicklung. Motiviert durch die Erkenntnis, dass in einer G1-Entwicklung mit einer erhöhten Anzahl an Variationen zu späten Entwicklungszeitpunkten gerechnet werden kann, wird im zweiten Teil eine Methodik für die variationsinduzierte Bestimmung des Testumfangs zur erfolgsorientierten Validierung und Verifikation entwickelt. Die Methodik basiert auf vier Schritten. Der Abgleich von erwartetem Entwicklungsrisiko im Zuge der Variationsimplementierung und Variationsursache stellt im ersten Schritt die Notwendigkeit der eingehenden Variation sicher. Basierend auf vorhandenen Werkzeugen, wie beispielsweise der Produkt-FMEA, wird im zweiten Schritt der Zusammenhang zwischen der eingehenden Variation und möglichen Tests abgebil-det. Darauf aufbauend werden in Schritt drei sowohl inhärent durch die spezifische Testauswahl als auch durch Variierung einzelner Parameter Validierungs- und Verifikations-Alternativen generiert. Die dadurch gewonnenen Alternativen werden im Anschluss in Schritt vier anhand der drei Dimensionen Zeit, Kosten, Qualität bewertet. Der wechselseitige Austausch mit dem Referenzsystem ermöglicht den Wissensaufbau und die Wiederverwendung der Informationen in jedem einzelnen Schritt. Die Anwendbarkeit sowohl der Einordnungssystematik als auch der Methodik zur variationsinduzierten Validierungs- und Verifikations-Planung wird an Beispielen im Rahmen der Entwicklung einer Hochvolt-Traktionsbatterie in der Forschungsumge-bung aufgezeigt. Die Methodik wird zudem mittels eines Fragebogens positiv evaluiert. Die abschließende Diskussion weist auf Limitationen und den kritischen Umgang bei Übertragung der Forschungsergebnisse in andere Umgebungen hin, deren Potenzial zur Weiterentwicklung im Ausblick aufgezeigt wird

Ein neues Konzept für das bedarfsgerechte Informations- und Wissensmanagement in Unternehmenskooperationen der Multimaterial-Mikrosystemtechnik

In der Arbeit wird ein Konzept zur Kooperation mittelständischer Unternehmen der Mikrosystemtechnik vorgestellt, das neben der zeitlichen Entwicklung der Kooperationsintensität auch ein zeitabhängiges, die Kooperations-Kernprozesse unterstützendes Informations- und Wissensmanagement adressiert. Die Arbeit identifiziert drei Entwicklungsphasen, insbesondere unter dem Aspekt der verteilten Produktentwicklung. Für die Kooperationsprozesse werden bedarfsgerechte Softwarewerkzeuge vorgestellt

Modelling of Complex Requirements

Die moderne Produktentwicklung wird immer komplexer und komplizierter, da Produkte verstärkt interdisziplinären Charakter aufweisen, eine hohe Variantenvielfalt gefordert wird und die geforderten Markteinführungszeiten immer kürzer werden. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, werden Produkte heutzutage häufig in Kooperationsnetzwerken entwickelt und nach Baukastenprinzipen gestaltet. Durch den sich immer weiter verschärfenden Konkurrenzdruck kommt der systematischen Erfüllung der Kundenwünsche auf der einen und der zielgerichteten Erreichung der Unternehmensziele auf der anderen Seite eine entscheidende Bedeutung zu. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, ein Modellierungskonzept zu entwickeln, dessen Kern die Erfassung, Verarbeitung und Bereitstellung von Anforderungen bildet. Die Modellierung soll sich den modernen Herausforderungen der Produktentwicklung stellen und einen ganzheitlichen Ansatz ermöglichen. Zunächst werden die Herausforderungen an eine moderne Produktentwicklung systematisch identifiziert. Als Schwerpunkte werden Produktentwicklungsprozesse verschiedener Fachbereiche, die Schwierigkeiten verteilter Produktentwicklung und die besonderen Herausforderungen bei der Entwicklung von Baukastensystemen betrachtet. Dann werden verschiedene Möglichkeiten der Modellierung untersucht und grundlegende Aussagen zu relevanten Partialmodellen, Beschreibungssprachen und Auswertemechanismen getroffen. Schließlich wird auf Basis der Systems Modelling Language (SysML) ein umfassendes Modellierungskonzept erarbeitet, mit dessen Hilfe das Produkt auf Systemebene ganzheitlich betrachtet werden kann. Durch die entwickelten Rechnerhilfsmittel wird eine zielgerichtete Auswertung der Modelle ermöglicht. Dadurch kann das Anforderungsmodell deutlich verbessert und systematisch Zielkonflikte identifiziert werden. Schließlich wird ein Vorgehen vorgestellt, um mit dem Konzept zielgerichtet Baukastensysteme in der interdisziplinären, verteilten Produktentwicklung zu erarbeiten.Modern product development is getting more and more complex and complicated. This is due to a more and more interdisciplinary character of products, a high demanded variant diversity and short expected market introduction time. To cope with these challenges products are often developed in cooperation networks and designed following modular approaches. The tightening competition pressure induces the need for systematic fulfilment of customer wishes and purposive achievement of enterprise goals. This work aims towards a modelling concept, whose core is made of gathering, processing, and providing requirements. The resulting models shall face the modern challenges of product development and allow an holistic approach. Initially, challenges on modern product development are systematically identified. The analysis focuses on product development processes of different disciplines, difficulties of distributed development, and particularities of modular system development. Then different possibilities of modelling are analyzed and basic information of relevant partialmodells, modelling languages and evaluation mechanisms is worked out. Afterwards, a comprehensive modelling concept basing on the Systems Modelling Language (SysML) is developed that allows considering the product holistically. With the help of the developed computer aided tools a goal-oriented model evaluation is possible. The requirements model can be considerably improved and goal conflicts can be systematically identified. A process is proposed that uses the developed concept for a goal-oriented elaboration of modular systems within an interdisciplinary, distributed design process. The acceptance of the developed concept in practical use is examined by means of a sample problem within a lecture. Eventually, the practicality for a complex problem and product is proved in the scope of the collaborative research project „Robotic Systems for handling and Assembly” (SFB 562)

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