Modulares Informationsmanagement in der integrierten Produkt- und Prozeßplanung

Die Gewährleistung größtmöglicher Flexibilität in allen Stadien der Entwicklung und Produktion gewinnt angesichts schwieriger Marktbedingungen und sich immer schneller ändernder Kundenbedürfnisse immer mehr an Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modellkonzept erstellt, das auf abstrakter Ebene Informationen, Abläufe und funktionale Komponenten innerhalb der Produkt- und Prozeßplanung abbildet. Dieses Modell dient als Grundlage für den Aufbau rechnergestützter Werkzeuge und kann integrativ bis in die Produktion eingesetzt werden. Die im Kapitel 2 aufgezeigten Defizite bestehender Rechnerlösungen zeigen vor allem die Problematik sowohl der Heterogenität als auch der stark unterschiedlichen Sichtweisen der an der Planung beteiligten Personen auf. Eine frühzeitige Berücksichtigung von Realisierungs- und Implementierungsdetails in der Entwicklung dieser Werkzeuge verstärkt die Diversifikation in den Zielsystemen noch mehr. Eine umfassende Betrachtung und Überprüfung der korrekten Abbildung des realen Ausschnittes ist damit nicht mehr möglich. In den letzten Jahren nahm der Einsatz objektorientierter Methoden gerade im Bereich der Programmentwicklung zu. Die Elemente bei der Modellierung von Realitätsabschnitten entsprechen mehr der menschlichen Vorgehensweise im Vergleich zu den rein prozeduralen Sprachen herkömmlicher Softwaresysteme. Gleichzeitig ermöglichen sie die Abbildung komplexer Elemente, die mit Hilfe der modellinhärenten Abstraktion transparent bleiben. Die in Kapitel 3 aufgezeigten Elemente der Planung werden mittels der erwähnten objektorientierten Konstrukte abgebildet und für den Bereich der Produkt- und Prozeßplanung strukturiert. Es wird darauf Wert gelegt, daß eine Entkopplung zwischen Produkt- und Ressourceninformationen stattfindet. Diese informatorische Lücke wird durch ein Modul geschlossen, das in der Lage ist, nach beiden Seiten die jeweiligen Benutzersichten mit den entsprechenden Informationen zur Verfügung zu stellen. Die Beschreibung des Produktes innerhalb des Modells wird in Kapitel 4 aufgezeigt. Durch die Abbildung der Informationen als Objekte, die bei Instanziierung den Planungsfortgang steuern, kann der Produktplaner auf beliebigen Detaillierungsebenen und entsprechend seinem Informationsstand eine neutrale Beschreibung in Form von Produktzustandsübergängen definieren. Die neutrale Abbildung beinhaltet die Aufgaben, die durch die Prozesse innerhalb der Produktion erfüllt werden sollen. Im Gegensatz zu einer statischen Betrachtung, wird in Kapitel 5 zur Anbindung der Ressourcen eine Abbildung der funktionalen Eigenschaften in den Vordergrund gestellt. Ressourcenoperationen können damit als Bestandteil der Zielfunktion der Prozeßplanung direkt ermittelt und überprüft werden. Durch einen flexiblen hierarchischen Aufbau ist darüberhinaus eine beliebige Strukturierung nach verschiedenen technologischen Gesichtspunkten möglich. Die Verknüpfung der beiden beschreibenden Module durch eine neutrale Komponente, die Informationen aus fertigungs- und montagetechnologischen Anforderungen mit funktional operationsorientierten Komponenten verbindet, erfolgt in Kapitel 6. Der Vorteil des Moduls PROZESS ist einerseits die Darstellung der Menge an Technologiemöglichkeiten als Informationsbasis, die dem Produktplaner entsprechend seiner Benutzersicht prozeßorientiertes Wissen zur Verfügung stellt. Andererseits erfolgt durch die Abbildung der Technologien auf ressourcenneutrale Operationen eine Entkopplung von ressourcenbezogenen Randbedingungen, gleichzeitig aber auch die definierte Ausrichtung der Technologielösungen nach unternehmerischen Kriterien (Kosten, Standards usw.) Auf diese Weise verfügt der Prozeßplaner über ein Netzwerk an Lösungen, das ihm auf jeder Detaillierungsstufe die möglichen Alternativen aufzeigt und die gewählte Lösung wiederum in das System integriert. Die in den Kapiteln dargestellten Ausführungen für den Bereich des automatisierten Klebstoffauftrages werden in Kapitel 7 anhand einer beispielhaften Realisierung des Moduls PROZESS präzisiert. Die Ankopplung dieses Moduls an eine reale Montagezelle zeigt den über die Planung hinausgehenden Nutzen des Konzeptes für den Betrieb exemplarisch auf. Das in dieser Arbeit gezeigte Modellkonzept berücksichtigt in umfassender Weise die unterschiedlichen Strukturen und Sichtweisen im Planungsablauf. Bei der Entwicklung rechnergestützter Werkzeuge wird deshalb auf ein übergeordnetes Konzept gesetzt, das die Integration von Daten, Abläufen und Funktionen gewährleistet. Daraus leitet sich ein erhöhter Anspruch an Softwarelösungen ab, die künftig nicht mehr nur konkreten, isoliert betrachteten und spezialisierten Aufgaben genügen dürfen, sondern sich grundsätzlich auf übergeordneter Ebene in ein Gesamtkonzept mit einer dedizierten Funktion einordnen müssen. Die Nutzung eines objektorientierten Ansatzes ermöglicht die Detaillierung in jeder Phase der Entwicklung von Lösungen und stellt gleichzeitig ein besseres Äquivalent für die Abbildung menschlichen Planungsvorgehens dar. "Human Resources” können deshalb in das Modell problemlos eingegliedert werden. Ein Vorteil, der in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen wird, um die menschliche Kreativität als Rationalisierungspotential verstärkt nutzen zu können, was bei vorgegebenen, starren Strukturen in weitaus geringerem Maße möglich ist. Die Entwicklungen im Bereich des "Rapid Prototyping” haben in den letzten Jahren bereits zu erheblichen Einsparungen in der Produktentwicklung geführt. Für einen bestimmten Fertigungsprozeß werden rechnergestützte Werkzeuge miteinander gekoppelt und die Prozeßkette wird für einen dedizierten Bereich optimiert. Das Ergebnis der Planung ist ein physisches Modell, das allerdings immer wieder neu erstellt werden muß, sobald eine Änderung am Produkt erfolgt. Gefordert wird heute ein System, das in jedem Stadium der Produktentwicklung Änderungen an Design, Funktionalität, Gestalt, Material usw. erlaubt, ohne daß aufwendige Neuplanungen notwendig sind. Gleichzeitig sollen Wechselwirkungen mit anderen Bereichen in kürzester Zeit dargestelit werden können. Beim "Virtual Prototyping” wird ein Ansatz verfolgt, bei dem vollständig auf physische Modelle in der Planung verzichtet wird und verschiedene rechnergestützte Werkzeuge mit Hilfe eines rechnerinternen Modells verknüpft werden sollen. Das Rationalisierungspotential, das diese Entwicklungsmethodik bietet, läßt sich weiter deutlich erhöhen, wenn sich einzelne Komponenten beliebig austauschen lassen und alle Planungsinstanzen umfassend abgebildet sind. Dabei gilt es, eine Betrachtung weitaus umfassender Strukturen als bisher durchzuführen, diese zu beherrschen und zu koordinieren. Aufgrund der damit verbundenen Integration vielschichtiger, verteilter und heterogener Informationsobjekte (Text, Bild, Ton, Video, Netzwerke usw.) kann die Analyse und Entwicklung solcher Systeme nicht mehr ausschließlich auf datentechnischer Ebene erfolgen, sondern muß künftig auf einem Abstraktionsniveau durchgeführt werden, das dem Anwender alle Informationen in seiner Sichtweise und unabhängig von ihrem Ursprung zur Verfügung stellt. Systeme, die die geforderte Flexibilität bei gleichzeitiger Kontrolle der modularen Strukturen gewährleisten, stützen sich auf ein Informationsmanagement, das auf dem in dieser Arbeit entwickelten Modellkonzept aufbaut. Künftige Lösungen, sei es auf übergreifender Ebene oder nur für Teilbereiche, werden sich deshalb beim Aufbau von rechnergestützten Werkzeugen für die Produkt- und Prozeßplanung an dem hier beschriebenen Ansatz orientieren.Ensuring the greatest possible flexibility in all stages of development and production is becoming increasingly important in view of difficult market conditions and ever faster changing customer needs. In the present work, a model concept is created that depicts information, processes and functional components within the product and process planning on an abstract level. This model serves as the basis for the construction of computer-aided tools and can be used integratively into production. The deficits of existing computer solutions shown in Chapter 2 above all show the problems of both heterogeneity and the very different perspectives of the people involved in the planning. An early consideration of implementation and implementation details in the development of these tools increases the diversification in the target systems even more. A comprehensive consideration and verification of the correct representation of the real section is no longer possible. In recent years, the use of object-oriented methods has increased, particularly in the area of program development. The elements in the modeling of reality sections correspond more closely to the human approach compared to the purely procedural languages of conventional software systems. At the same time, they enable the mapping of complex elements that remain transparent with the help of the inherent abstraction. The planning elements shown in Chapter 3 are mapped using the object-oriented constructs mentioned and structured for the area of product and process planning. It is important that there is a decoupling between product and resource information. This information gap is closed by a module that is able to provide the respective user views with the corresponding information on both sides. The description of the product within the model is shown in Chapter 4. By displaying the information as objects that control the planning process when instantiated, the product planner can define a neutral description in the form of product status transitions at any level of detail and according to his level of information. The neutral figure contains the tasks that should be carried out by the processes within the production. In contrast to a static view, chapter 5 on the connection of resources focuses on the depiction of the functional properties. Resource operations can thus be directly identified and checked as part of the objective function of process planning. Thanks to a flexible hierarchical structure, it is also possible to structure it according to various technological aspects. The combination of the two descriptive modules by means of a neutral component, which combines information from production and assembly technology requirements with functional, operation-oriented components, takes place in Chapter 6. The advantage of the PROCESS module is, on the one hand, the presentation of the amount of technology options as an information base that corresponds to the product planner provides process-oriented knowledge to its user perspective. On the other hand, by mapping the technologies to resource-neutral operations, a decoupling of resource-related boundary conditions takes place, but at the same time the defined orientation of the technology solutions according to entrepreneurial criteria (costs, standards, etc.) In this way, the process planner has a network of solutions that shows the possible alternatives at every level of detail and in turn integrates the selected solution into the system. The explanations given in the chapters for the area of automated adhesive application are specified in Chapter 7 using an exemplary implementation of the PROCESS module. The coupling of this module to a real assembly cell shows the benefits of the concept for operation that go beyond the planning. The model concept shown in this work comprehensively takes into account the different structures and perspectives in the planning process. When developing computer-aided tools, a higher-level concept is therefore used that guarantees the integration of data, processes and functions. This leads to an increased demand for software solutions, which in future will no longer only be able to meet specific, isolated and specialized tasks, but will have to be integrated into an overall concept with a dedicated function at a higher level. The use of an object-oriented approach enables detailing in every phase of the development of solutions and at the same time represents a better equivalent for the mapping of human planning procedures. "Human resources" can therefore be integrated into the model without any problems. An advantage that will become increasingly important in the future will gain in order to be able to use human creativity as a potential for rationalization, which is possible to a much lesser extent with given, rigid structures. The developments in the field of "rapid prototyping" have already led to considerable savings in product development in recent years. Computer-aided tools are coupled with one another for a specific manufacturing process and the process chain is optimized for a dedicated area. The result of the planning is a physical model which, however, has to be created again and again as soon as a change is made to the product. Today, a system is required that allows changes in design, functionality, design, material, etc. at any stage of product development without the need for time-consuming re-planning Interactions with other areas should be shown in a very short time. "Virtual prototyping" follows an approach in which physical models are completely omitted in the planning and various computer-aided tools are linked using an internal computer model should be. The rationalization potential that this development methodology offers can be further increased significantly if individual components can be exchanged as desired and all planning instances are comprehensively mapped. It is important to consider far more extensive structures than before, to master and coordinate them. Due to the associated integration of multi-layered, distributed and heterogeneous information objects (text, image, sound, video, networks, etc.), the analysis and development of such systems can no longer be carried out exclusively at the data technology level, but must in future be carried out at an abstraction level which Provides users with all information in their perspective and regardless of their origin. Systems that guarantee the required flexibility while simultaneously checking the modular structures are based on information management that is based on the model concept developed in this work. Future solutions, whether at a comprehensive level or only for sub-areas, will therefore be based on the approach described here when building computer-aided tools for product and process planning

Systematische Prozessunterstützung für die Entwicklung laufzeitkritischer Softwaresysteme: Systematische Prozessunterstützung für die Entwicklung laufzeitkritischer Softwaresysteme: PROKRIS-Methodik und -Framework

In vielen Bereichen des täglichen Lebens, angefangen vom Online-Banking bis hin zur Steuerung im Flugzeug, kommt Software mit laufzeitkritischen nicht-funktionalen Eigenschaften (NFE) zum Einsatz. Die Erfüllung der NFE spielt in diesen Anwendungen eine zentrale Rolle. Um dies zu erreichen, ist eine systematische und zielorientierte Behandlung dieser Anforderungen während der Entwicklung zwingend erforderlich. NFE zeichnen sich im Gegensatz zu funktionalen Eigenschaften durch besondere Merkmale aus, die ein adaptives Vorgehen zur Definition des Entwicklungsprozesses erzwingen. In der Arbeit wird eine Methodik zur kontextbasierten Anpassung von Vorgehensmodellen an laufzeitkritische NFE auf der Basis von Prozessmustern sowie das PROKRIS-Framework als unterstützende Umgebung vorgestellt

Entwicklung eines Konzeptes für die Optimierung von Produktentwicklungsprojekten auf Basis eines integrierten Produktdaten- und Projektmanagements

Eine Analyse der gegenwärtigen EDV-Unterstützung der Produktentwicklung zeigt, dass dieser Prozess im Wesentlichen durch Produktdatenmanagement (PDM) und Projektmanagement (PM) assistiert werden. Aufgrund von unterschiedlichen Datenmodellen, redundanter Datenhaltung und des Fehlens einer zentralen Arbeitsoberfläche können diese Systeme den Anforderungen an eine wettbewerbsfähige Produktentwicklung lediglich partiell gerecht werden. Obwohl zu beiden Systemtypen zahlreiche Anwendungen existieren, fehlt bislang ein konsistentes Gesamtkonzept, welches die beiden Systemtypen zu einer durchgängigen EDV-Lösung vereinigt. In dieser Dissertation wird ein neuartiges Konzept für eine ganzheitliche EDV-Unterstützung von Produktentwicklungsprojekten erarbeitet. Der dargelegte Lösungsansatz besteht aus einer neu entwickelten Projektmanagementkomponente und der Erweiterung eines kommerziellen PDM-Systems. Die Beschreibung des Konzeptes wird in zwei Teilschritten vollzogen. Einleitend wird die Projektmanagementkomponente vorgestellt. Diese ist im Gegensatz zu herkömmlichen PM-Systemen auf die Anforderungen von Produktentwicklungsprojekten ausgelegt. Weiterhin werden bei ihrer Entwicklung Benutzerfreundlichkeit und Anpassungsfähigkeit als zentrale Randbedingungen berücksichtigt. In einem zweiten Schritt erfolgt die Integration der Projektmanagementkomponente in ein exemplarisches PDM-System. Dieses bildet die funktionale Basis für den erarbeiteten Lösungsansatz. Das PDM-System wird zu diesem Zweck über seine Programmierschnittstellen an die Anforderungen einer durchgängigen EDV-Unterstützung angepasst. Dabei bleibt durch die Systemarchitektur des entwickelten Lösungskonzeptes gewährleistet, dass die PM-Komponente unter geringem Anpassungsaufwand mit einem beliebigen PDM-System kombiniert werden kann. Abschließend werden anhand einer prototypenhaften Implementierung die Realisierbarkeit und der Nutzen des dargelegten Konzeptes nachgewiesen

Logistische Beherrschung von Technologieänderung am Beispiel der Schmiedeindustrie

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Parallele und kooperative Simulation für eingebettete Multiprozessorsysteme

Die Entwicklung von eingebetteten Systemen wird durch die stetig steigende Anzahl und Integrationsdichte neuer Funktionen in Kombination mit einem erhöhten Interaktionsgrad zunehmend zur Herausforderung. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Arbeit Methoden zur SystemC-basierten parallelen Simulation von Multiprozessorsystemen auf Manycore Architekturen sowie zur Verbesserung der Interoperabilität zwischen heterogenen Simulationswerkzeugen entwickelt, experimentell untersucht und bewertet

Model-based condition and process monitoring based on socio-cyber-physical systems

Die produzierende Industrie strebt im Rahmen der vierten industriellen Revolution, Industrie 4.0, die Optimierung der klassischen Zielgrößen Qualität, Kosten und Zeit sowie Ressourceneffizienz, Flexibilität, Wandlungsfähigkeit und Resilienz in globalen, volatilen Märkten an. Im Mittelpunkt steht die Entwicklung von Smart Factories, in denen sich relevante Objekte, Produktions-, Logistik- und Informationssysteme sowie der Mensch vernetzen. Cyber-physische Systeme (CPS) tragen als sensorisierte und aktorisierte, resiliente und intelligente Gesamtsysteme dazu bei, Produktionsprozesse und -maschinen sowie die Produktqualität zu kontrollieren. Vordergründig wird die technische Komplexität von Produktionssystemen und damit auch zugehöriger Instandhaltungsprozesse durch die Anforderungen an deren Wandlungsfähigkeit und den zunehmenden Automatisierungsgrad ansteigen. Heraus-forderungen bei der Entwicklung und Implementierung von CPS liegen in fehlenden Interoperabilitäts- und Referenzarchitekturkonzepten sowie der unzureichend definierten Interaktion von Mensch und CPS begründet. Sozio-cyber-physische Systeme (Sozio-CPS) fokussieren die bidirektionale Interaktion von Mensch und CPS und adressieren diese Problemstellung. Gegenstand und Zielstellung dieser Dissertationsschrift ist die Definition von Sozio-CPS in der Domäne der Zustands- und Prozessüberwachung von Smart Factories. Untersucht werden dabei Nutzungsszenarien von Sozio-CPS, die ganzheitliche Formulierung von Systemarchitekturen sowie die Validierung der entwickelten Lösungsansätze in industriellen Anwendungsszenarien. Eine erfolgreiche Umsetzung von Sozio-CPS in drei heterogenen Validierungsszenarien beweist die Korrektheit und Anwendbarkeit der Lösungsansätze.Within the scope of the fourth industrial revolution, Industry 4.0, the manufacturing industry is trying to optimize the traditional target figures of quality, costs and time as well as resource efficiency, flexibility, adaptability and resilience in volatile global markets. The focus is on the development of smart factories, in which relevant objects and humans are interconnected . Cyber-physical systems (CPS) are used as sensorized and actuatorized, resilient and intelligent overall systems to control production processes, machines and product quality . The technical complexity of production systems and their associated maintenance processes are rising due to the demands on their adaptability and the increasing automation. Challenges in the development and implementation of CPS include the lack of interoperability and reference architecture concepts as well as the insufficiently defined interaction of people and CPS. Socio-cyber-physical systems (Socio-CPS) focus on bidirectional interaction of humans and CPS to address this problem. The scope and objective of this dissertation is to define Socio-CPS in the condition and process monitoring of smart factories. This dissertation utilizes scenarios of Socio-CPS, holistically defines system architectures and validates the solutions developed in industrial applications. The successful implementation of Socio-CPS in three heterogeneous validation scenarios proves the correctness and applicability of the solutions

Forum Bauinformatik 2009 : 23. bis 25. September 2009, Universität Karlsruhe (TH)

Tagungsband des 21. Forum Bauinformatik am 23. bis 25. September 2009 an der Universität Karlsruhe (TH). Beiträge von jungen Wissenschaftlern aus den Bereichen Simulationsmodelle, Numerische Methoden, Visualisierung, Informationsvermittlung, Prozess- und Produktmodellierung sowie weiterer informationstechnischer Anwendungen im Bauwesen

"Ich verstehe sie falsch und sie verstehen mich falsch": Die schulische Situation von Kindern und Jugendlichen mit Autismus-Spektrum-Störungen und hoher intellektueller Begabung - Eine explorative Mixed-Method-Studie

Inhalt der vorliegenden Studie ist die schulische Situation von Schülern mit Autismus-Spektrum-Störungen und hoher intellektueller Begabung aus Sicht der Akteure Schüler, Eltern und Lehrer. Dabei stellt sich insbesondere die Frage nach subjektiv relevanten Schüler- und umweltbezogenen Ressourcen und Risikofaktoren im schulischen Kontext. In einer explorativ angelegten Mixed-Method-Studie wurden 67 Probanden mit Fragebögen und qualitativen Leitfadeninterviews zur schulischen Situation der fokussierten Klientel befragt. Daten wurden statistisch und qualitativ-inhaltsanalytisch ausgewertet.This study focuses the school situation and the academic circumstances of children and adolescents with autism spectrum disorders (ASD) and high intellectual ability / giftedness. 67 participants (pupils with ASD, their parents and teachers) were asked and interviewed in this mixed methods study