Modelle und Methoden zur systematischen Entwicklung hygienegerechter Produkte

Die Motivation dieser Forschungsarbeit begründet sich in dem steigenden Bedarf an Produkten mit einer hygienegerechten Produktgestalt, nicht nur in der Lebensmittelin-dustrie, sondern gleichermaßen in anderen Bereichen, beispielsweise in der Medizin-technik. Die Folgen der Missachtung von Hygieneanforderungen bei der Gestaltung sind sehr unterschiedlich und betreffen in der Lebensmittelindustrie einerseits den Maschi-nenbetreiber durch einen erhöhten Reinigungsaufwand, andererseits durch eine Erhö-hung des Kontaminationsrisikos den Endkunden des Maschinenbetreibers, also den Le-bensmittelkonsumenten. Bisherige Konstruktionshilfsmittel für die Entwicklung hygiene-gerechter Produkte fokussieren vor allem die Entwicklungsphase der Feingestaltung und basieren auf der Erfahrung von Experten hinsichtlich spezieller Baugruppen. Die Kon-struktionshilfsmittel liegen zumeist in Form von Gestaltungsbeispielen vor und sollen bei der Optimierung bereits festgelegte Bauteile unterstützen. Gilt es hingegen neue, inno-vative Produkte zu entwickeln, existieren oftmals nur unzureichende oder nicht passende Hilfsmittel, da die Gestaltungsbeispiele lediglich bei der Optimierung bekannter Probleme einen Nutzen beitragen. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Erweiterung der Unterstützung bei der Entwick-lung hygienegerechter Produkte, welche von den bisherigen Konstruktionshilfsmitteln nicht erfasst werden, stellen Modellansätze dar, welche die Gestalt-Funktion-Zusammenhänge eines Produkts abbilden, bspw. der Contact and Channel-Ansatz (C&C²-Ansatz). Diese Ansätze beschränken sich jedoch auf die Abbildung beabsichtigter Funktionen oder Fehlfunktionen und sind nicht in der Lage bei der Aufdeckung fehlender Funktionen, beispielsweise fehlender Dichtfunktionen, die zur Leckage führen, zu unter-stützen, welche im Bereich der Entwicklung hygienegerechter Produkte von zentraler Bedeutung sind. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist die bisherigen Möglichkeiten zur Entwicklung hygie-negerechter Produkte zu erweitern, sodass Produktentwickler nicht mehr ausschließlich auf bestehende Gestaltungsbeispiele zurückgreifen müssen. Grundlage für die methodi-sche Unterstützung bei der Umsetzung hygienerelevanter Anforderungen in der Phase der Gestaltung ist das in dieser Forschungsarbeit entwickelte Wirkraummodell als Erwei-terung des C&C²-Ansatzes. Es wird gezeigt, dass fehlende Funktionen eines Produkts, sogenannte Nicht-Funktionen, Schwachstellen sind, die zu Kontamination führen kön-nen. Mit Hilfe des Wirkraummodells lassen sich systematisch verschiedene technische Systeme mit Hygienerelevanz analysieren und bisher nicht identifizierbare Schwachstel-len aufdecken. Darauf aufbauend wird gezeigt, dass verschiedene Syntheseprinzipien zur Umsetzung einer hygienegerechten Produktgestalt genutzt werden können. Das Wirkraummodell wird während des Festlegens von Gestalteigenschaften unterstützend genutzt, um die Anzahl hygienerelevanten Schwachstellen zu senken

Produktportfolio-übergreifendes Spezifizieren von Produktfunktionen der Sportwagenentwicklung im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung = Product Portfolio-spanning Specifying of Product Functions within Sports Car Development in the Model of PGE – Product Generation Engineering

Das Funktionsspektrum heutiger Generationen hochentwickelter Fahrzeuge hat sich im letzten Jahrzehnt, aufgrund steigender Kunden- und Anwenderanforderungen u.a. an Fahrerassistenz, Digitalisierung und Elektromobilität, mehr als vervierfacht. Empirische Untersuchungen dieser Arbeit zeigen, dass der Fokus auf den für Kunden oder Anwender wahrnehmbaren Funktionen liegt, die einen direkt greifbaren Wert oder Nutzen des Gesamtproduktes schaffen. In der automobilen Entwicklungspraxis zeigt sich zudem, dass solche, mitunter komplexe, Funktionen nicht mehr nur für einzelne, automobile Produktgenerationen, sondern übergreifend für das gesamte Produktportfolio eines Anbieters entwickelt werden müssen. Produktentwickelnde stehen daher vor der Herausforderung, teils diametrale Anforderungen sowie Wechselwirkungen vielfältiger Produktgenerationen aus verschiedenartigen Produktlinien bereits beim Spezifizieren der Funktionen zu berücksichtigen. Da es an geeigneter prozessualer und methodischer Unterstützung fehlt, stellt sich die Frage, wie eine transparente und durchgängige Funktionsentwicklung in diversifizierten Produktportfolios zukünftig im Rahmen der Produktspezifikation in der Frühen Phase synergistisch gestaltet werden kann? In der vorliegenden Arbeit wird daher, auf Grundlage des modelltheoretischen und methodischen Gefüges der KaSPro – Karlsruher Schule für Produktentwicklung, die prozessuale und methodische Unterstützung des Produktentwickelnden beim Produktportfolio-übergreifenden Spezifizieren aus Funktionssicht empirisch analysiert, in einer dreiteiligen Systematik synthetisiert sowie in der Entwicklungspraxis angewandt und evaluiert. Der erste Bestandteil der präskriptiven Systematik fokussiert die Definition eines konsistenten Verständnisses sowie die Abbildung und Variation von (Produkt-)Funktionen auf Basis des Referenzsystems im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung nach Albers. Zu diesem Zweck wird ein Produktfunktions-Modell aus empirischen Erkenntnissen entwickelt, das den Produktentwickelnden beim effektiven Spezifizieren leitet. Den zweiten Kernbestandteil bildet ein generisches Referenz-Produktmodell, das die komplexe Produktspezifikation durch Verknüpfung mit dem erweiterten Systemtripel Ansatz und dem Referenzsystem in der Frühen Phase strukturiert. Vervollständigt wird die Systematik mit einem Referenzprozess zum Produktportfolio-übergreifenden Spezifizieren von Produktfunktionen im Modell der PGE. Im Zuge dessen wird zwischen den vier iterativen Phasen der Generierung und Priorisierung von Funktionsideen [1], der Spezifikation einer Produktfunktion [2], der Realisierung einer Produktfunktion [3] und der Beendigung des Funktionslebenszyklus [4] differenziert. Eine Produktfunktions-Roadmap fungiert als durchgängiges und konsistentes Planungs- und Steuerungsinstrument. Die Evaluationsergebnisse und -erkenntnisse aus Fallstudien in der Sportwagenentwicklung zu Produktfunktionen der Fahrzeugaerodynamik bestätigen die effektive Anwendbarkeit der Unterstützungswerkzeuge und zeigen im Live-Lab IP – Integrierte Produktentwicklung initial einen Erfolgsbeitrag zur Transparenz und Durchgängigkeit der Produktspezifikation aus Funktionssicht

Rechnerunterstützung für die Suche nach verarbeitungstechnischen Prinziplösungen

Die hier zur Verfügung gestellte Datei ist leider nicht vollständig, aus technischen Gründen sind die folgenden Anhänge leider nicht enthalten: Anhang 3: Begriffshierarchie "verarbeitungstechnische Funktion" S. 141 Anhang 4: Begriffshierarchie "Eigenschaftsänderung" S. 144 Anhang 5: Begriffshierarchie "Verarbeitungsgut" S. 149 Anhang 6: Begriffshierarchie "Verarbeitungstechnisches Prinzip" S. 151 Konsultieren Sie die Druckausgabe, die Sie im Bestand der SLUB Dresden finden: http://slubdd.de/katalog?TN_libero_mab21079933:ABKÜRZUNGEN UND FORMELZEICHEN S. 5 1. EINLEITUNG S. 7 2. UNTERSTÜTZUNGSMITTEL FÜR DIE KONZEPTPHASE IN DER VERARBEITUNGSMASCHINEN-KONSTRUKTION - ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN, ENTWICKLUNGSSTAND 9 2.1. DIE BEDEUTUNG DER KONZEPTPHASE IN DER VERARBEITUNGSMASCHINENKONSTRUKTION S. 9 2.2. ALLGEMEINE ANFORDERUNGEN AN UNTERSTÜTZUNGSMITTEL FÜR DEN KONSTRUKTEUR ALS PROBLEMLÖSER S. 13 2.3. SPEZIFIK VERARBEITUNGSTECHNISCHER PROBLEMSTELLUNGEN S. 17 2.3.1. Verarbeitungstechnische Informationen im Konstruktionsprozeß von Verarbeitungsmaschinen S. 17 2.3.2. Komplexität verarbeitungstechnischer Probleme S. 19 2.3.3. Unbestimmtheit verarbeitungstechnischer Probleme S. 21 2.3.4. Beschreibungsspezifik verarbeitungstechnischer Problemstellungen S. 22 2.4. UNTERSTÜTZUNGSMITTEL FÜR DIE KONZEPTPHASE UND IHRE EIGNUNG FÜR DIE VERARBEITUNGSMASCHINENKONSTRUKTION S. 24 2.4.1. Traditionelle Unterstützungsmittel für die Lösungssuche S. 24 2.4.1.1. Lösungskataloge S. 24 2.4.1.2. Konstruktionsmethodik in der Prinzipphase S. 25 2.4.2. Rechnerunterstützung für die Konstruktion mit Relevanz für die Konzeptphase S. 28 2.4.2.1. Kurzüberblick über Konstruktionsunterstützungssysteme und ihre Einbindung in übergeordnete Systeme S. 28 2.4.2.2. Rechnerunterstützung zum Analysieren S. 31 2.4.2.3. Rechnerunterstützung zum Informieren S. 32 2.4.2.4. Rechnerunterstützung zum Synthetisieren S. 34 2.4.2.5. Rechnerunterstützung zum Bewerten und Auswählen S. 39 2.4.2.6. Integrierende Systeme mit Unterstützung für die Konzeptphase S. 41 2.4.3. Der Wissensspeicher Verarbeitungstechnik S. 43 2.5. SCHLUßFOLGERUNGEN AUS DER ANALYSE DES IST-STANDES S. 46 3. ANFORDERUNGEN AN EINE RECHNERUNTERSTÜTZUNG DER PRINZIPPHASE DER VERARBEITUNGSMASCHINENKONSTRUKTION 47 3.1. FUNKTIONSBESTIMMUNG S. 47 3.1.1. Typisierung der mit dem System zu lösenden Fragestellungen S. 47 3.1.2. Anforderungen an Funktionalität und Dialoggestaltung S. 50 3.2. INHALTLICHE ABGRENZUNG S. 54 3.3. ANFORDERUNGEN AN DIE WISSENSREPRÄSENTATION S. 57 4. INFORMATIONSMODELL DES VERARBEITUNGSTECHNISCHEN PROBLEMRAUMES S. 61 4.1. ÜBERBLICK ÜBER MÖGLICHE DARSTELLUNGSARTEN S. 61 4.1.1. Allgemeiner Überblick S. 61 4.1.1.1. Unterschiede zwischen wissensbasierten Systemen und anderen Wissensrepräsentationsformen S. 61 4.1.1.2. Algorithmische Modellierung S. 62 4.1.1.3. Relationale Modellierung S. 63 4.1.1.4. Darstellungsformen in wissensbasierten Systemen S. 64 4.1.2. Die verwendete Software und ihre Möglichkeiten S. 71 4.2. ÜBERBLICK ÜBER DEN SYSTEMAUFBAU S. 74 4.2.1. Gesamtüberblick S. 74 4.2.2. Sichtenmodell S. 78 4.2.3. Relationale Darstellung von Prinzipinformationen, Kennwerten und Kenngrößen S. 83 4.2.4. Bildinformationen S. 85 4.2.5. Ergänzende Informationen in der Benutzeroberfläche S. 86 4.3. MODELLIERUNG VON WISSENSKOMPONENTEN DER DOMÄNE VERARBEITUNGSTECHNIK S. 87 4.3.1. Abbildung verarbeitungstechnischer Funktionen S. 87 4.3.1.1. Darstellungsarten für verarbeitungstechnische Funktionen - Bedeutung, Verwendung, Probleme S. 87 4.3.1.2. Die Sicht "Verarbeitungstechnische Funktion" S. 89 4.3.1.3. Die Sicht "Eigenschaftsänderung" S. 90 4.3.2. Abbildung von Informationen über Verarbeitungsgüter S. 93 4.3.2.1. Beschreibungskomponenten und ihre Verwendung bei der Lösungssuche S. 93 4.3.2.2. Die Sicht "Verarbeitungsgut" S. 94 4.3.2.3. Abbildung von Verarbeitungsguteigenschaften S. 94 4.3.3. Abbildung verarbeitungstechnischer Prinzipe S. 96 4.3.3.1. Die Sicht "Verarbeitungstechnisches Prinzip" S. 96 4.3.3.2. Die Detailbeschreibung verarbeitungstechnischer Prinzipe S. 97 4.3.4. Verarbeitungstechnische Kenngrößen S. 99 4.3.5. Darstellung von Zusammenhängen mittels Regeln S. 100 4.3.6. Unterstützung der Feinauswahl S. 102 5. PROBLEMLÖSEN MIT DEM BERATUNGSSYSTEM VERARBEITUNGSTECHNIK S. 104 5.1. INTERAKTIVE PROBLEMAUFBEREITUNG S. 104 5.2. BESTIMMUNG DER LÖSUNGSMENGE - GROBAUSWAHL S. 109 5.3. FEINAUSWAHL S. 110 5.4. VERARBEITUNG DER ERGEBNISSE S. 112 6. WISSENSAKQUISITION S. 113 6.1. PROBLEME BEI DER WISSENSAKQUISITION S. 113 6.2. VORSCHLÄGE ZUR UNTERSTÜTZUNG UND ORGANISATION DER AKQUISITION FÜR DAS BERATUNGSSYSTEM VERARBEITUNGSTECHNIK S. 115 7. GEDANKEN ZUR WEITERENTWICKLUNG S. 116 7.1. INHALTLICHER UND FUNKTIONALER AUSBAU DES BERATUNGSSYSTEMS VERARBEITUNGSTECHNIK S. 116 7.1.1. Ergänzung der Sichtenbeschreibung durch weitere Sichten S. 116 7.1.2. Andere Erweiterungsmöglichkeiten S. 117 7.2. EINBINDUNGSMÖGLICHKEITEN FÜR DAS BERATUNGSSYSTEMS VERARBEITUNGSTECHNIK S. 118 8. ZUSAMMENFASSUNG S. 120 LITERATURVERZEICHNIS S. 123 Anhang 1: Beispiele für phasenübergreifende Rechnerunterstützung der Konstruktion 134 Anhang 2: Inhalt der Kerntabelle "Prinzip" S. 138 Anhang 3: Begriffshierarchie "verarbeitungstechnische Funktion" S. 141 Anhang 4: Begriffshierarchie "Eigenschaftsänderung" S. 144 Anhang 5: Begriffshierarchie "Verarbeitungsgut" S. 149 Anhang 6: Begriffshierarchie "Verarbeitungstechnisches Prinzip" S. 151 Anhang 7: Implementierung einer umstellbaren Formel am Beispiel Dichteberechnung S. 15

Entwicklung einer Systematik zur Validierung interaktiver Produkte in Augmented-Reality-Umgebungen in der Frühen Phase im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung = Development of an Approach for the Validation of Interactive Products in Augmented Reality Environments in the Early Phase in the Model of PGE – Product Generation Engineering

Die Fähigkeit von Unternehmen möglichst genau und schnell auf Kundenwünsche zu reagieren ist angesichts des globalen Wettbewerbs und sich verkürzender Produktlebenszyklen ein zentraler Erfolgsfaktor in vielen Branchen. Produktentwickler stehen dadurch vor der Herausforderung die Unsicherheit hinsichtlich der marktlichen Anforderungen an ein Produkt bereits frühzeitig zu reduzieren. Als zentraler wissensgenerierender Aktivität im Produktentwicklungsprozess kommt dabei der Produktvalidierung eine besondere Bedeutung zu. Gerade Validierungsaktivitäten in der Frühen Phase des Produktentwicklungsprozesses sind jedoch mit besonderen Herausforderungen verbunden. Der Einsatz der Virtual-Reality- und Augmented-Reality-Technologie zur Validierung interaktiver Produkte in frühen Entwicklungsphasen bietet das Potenzial diesen Herausforderungen zu begegnen. Die Technologien ermöglichen es mithilfe illusorischer Stimuli unterschiedliche Varianten eines Produkts frühzeitig für den Anwender erfahrbar zu machen. Im Vergleich zur Virtual-Reality-Technologie besteht das besondere Potenzial für den Einsatz der Augmented-Reality-Technologie bei der Validierung interaktiver Produkte in der Möglichkeit zur bedarfsgerechten Kombination physischer und virtueller Prototypen. Aufbauend auf den Inhalten der KaSPro – Karlsruher Schule für Produktentwicklung als modelltheoretischem und methodischem Rahmen wird in dieser Arbeit eine Systematik zur methodischen Unterstützung der Validierung interaktiver Produkte in Augmented-Reality-Umgebungen in frühen Entwicklungsphasen entwickelt und in drei Fallstudien angewandt und evaluiert. Zu den zwei zentralen Bestandteilen der Systematik zählen ein Beschreibungsmodell für AR-basierte Validierungsumgebungen sowie ein Referenzprozessmodell. Das Referenzprozessmodell unterstützt Produktentwickler und Produktentwicklungsteams entlang des gesamten Vorgehens zur AR-gestützten, kundenintegrierten Produktvalidierung in der Frühen Phase. Es umfasst das Festlegen und Konkretisieren der Validierungsziele, das Konfigurieren und den Aufbau der AR-basierten Validierungsumgebung, die Durchführung des Tests und die abschließende Interpretation der Testergebnisse. Die Evaluationsergebnisse aus den durchgeführten Fallstudien bestätigen die grundsätzliche Eignung der Systematik für die praktische Anwendung und zeigen ihren Beitrag zur Reduktion von Unsicherheiten bzgl. Kunden- und Anwenderanforderungen in frühen Entwicklungsphasen

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

KI-gestützte produktionsgerechte Produktentwicklung : Automatisierte Wissensextraktion aus vorhandenen Produktgenerationen

Produzierende Unternehmen stehen heutzutage vor der Herausforderung, aufgrund des starken globalen Wettbewerbsdrucks in immer kürzerer Zeit dennoch innovative Pro-dukte zu einem möglichst günstigen Preis auf den Markt zu bringen. Insbesondere für die Produktentwicklung entsteht dadurch ein enormer Zeit- und Kostendruck, allerdings ist die sogenannte Time-to-Market entscheidend für den Markterfolg eines Produktes. Durch die Wiederverwendung von bereits existierenden Produktmodellen sowie dem darin enthaltenen Wissen besteht großes Potenzial, diese Entwicklungszeit zu reduzie-ren. Jedoch wird diese Wissensbasis in Form bestehender Produktmodelle häufig noch nicht systematisch genutzt. Das Problem ist, dass dieses größtenteils implizite Wissen häufig nicht ohne weiteres formalisierbar ist. Durch die zunehmende Nutzung digitaler Tools auch im Bereich der Produktentwicklung und die damit einhergehende wachsen-de Datenbasis ergibt sich über datengetriebene Ansätze jedoch die Möglichkeit, dieses (implizite) Wissen zu extrahieren, zu formalisieren und nutzbar zu machen. Das Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung einer Methode zur automatisierten Ex-traktion von implizitem Wissen in Form von Features und Mustern aus vorhandenen Produktmodellen mit Hilfe von Verfahren des Maschinellen Lernens sowie dessen anschließende Nutzung zur Unterstützung in der Produktentwicklung. Hierfür werden über Autoencoder zunächst die relevanten geometrischen Eigenschaften aus den Produkt-modellen in Form von CAD-Modellen erlernt. Darüber hinaus werden weitere produkt-beschreibende Informationen, die insbesondere die spätere Produzierbarkeit beeinflus-sen, extrahiert. Dieser geometrische Fußabdruck einer Produktkomponente bildet die Grundlage für die entwickelte Methode. Auf Basis von Konstruktionsmustern, die mit Hilfe von Recurrent Neural Networks aus den Produktmodellen erlernt werden, kann für einen gegebenen Konstruktionszustand der Folgezustand prädiziert werden. Auf Grundlage der geometrischen Eigenschaften dieser Vorhersage werden für das gege-bene (halbfertige) CAD-Modell die ähnlichsten bereits existierenden finalen Modelle aufgezeigt. Diese können anschließend bezüglich der weiteren Produktinformationen sortiert werden. Anhand der Menge der ähnlichsten Modelle können die produktionsre-levanten Produkteigenschaften des aktuellen Konstruktionszustandes durch das Auf-zeigen von üblichen Ausprägungskombinationen bewertet werden. Das Vorgehen wird anhand von mechanischen Komponenten eines industriellen Da-tensatzes demonstriert. Für verschiedene Konstruktionszustände beispielhafter Produk-te werden die Ähnlichkeitssuche, die Bewertung produktionsrelevanter Produkteigen-schaften, die Vorhersage nächster Konstruktionszustände sowie die Interaktion der ein-zelnen Methodenbausteine aufgezeigt. Durch die Methodik können bereits für anfängliche Konstruktionszustände ähnliche Produktmodelle identifiziert werden, wodurch die Wiederverwendung von Wissen ge-fördert sowie die Generierung von Dubletten reduziert werden. Darüber hinaus können bereits frühzeitig Hinweise auf mögliche Probleme bezüglich der späteren Produzierbarkeit gegeben werden

MBSE-gestützte Methoden zur Strukturierung und Anwendung von Baukästen in der Frühen Phase der PGE - Produktgenerationsentwicklung mechatronischer Steuergeräte im Einsatz in Kleinantrieben im Automobilbereich = MBSE-supported methods for Structuring and Application of Modular Kits in the Early Stages of PGE - Product Generation Engineering of Mechatronic Control Units in Small Drives in the Automotive Sector

Die Entwicklung des Automobils hin zu einem HiTech Multimediaprodukt ist nicht erst durch die neusten Erkenntnisse im Bereich des autonomen Fahrens abzusehen. Bereits seit dem Einzug der Mechatronik ins Fahrzeug ist eine stete Zunahme an Funktionalität zu beobachten. Im Zentrum des Geschehens stehen dabei die Steuergeräte, die als intelligente Schaltzentralen außerhalb oder innerhalb der elektrischen Komponenten des Fahrzeuges agieren. Der Bereich der elektrischen Kleinantriebe stellt bis heute einen der bedeutendsten Sektoren dieser Komponenten dar. Durch den zunehmenden globalen Wettbewerb sind auch in diesem Segment Individualität und Differenzierung zu unverzichtbaren Verkaufsargumenten geworden. Standardisierungsmethoden allen voran die Baukastenentwicklung bieten an dieser Stelle die Aussicht, sich langfristig am Markt zu behaupten. Anders als in der Automobilindustrie, deren Baukästen über Jahre bestehen bleiben, zeichnet sich die Steuergeräteentwicklung aufgrund der unterschiedlichen Entwicklungszyklen der beteiligten Domänen, durch eine sehr hohe Innovationsdynamik aus. Gepaart mit den Trends der Hochintegration und der zunehmenden Funktionsdichte führt dies zu einem drastischen Anstieg der Produktkomplexität. Gerade in der frühen Phase eines Produktentstehungsprozesses, die sich ohnehin durch eine hohe Unsicherheit auszeichnet, gilt es geeignete Wege zum Umgang mit der vorherrschenden Komplexität zu ermöglichen. Hieraus entsteht der Bedarf nach geeigneten Ansätzen die spezifischen Herausforderungen der Steuergeräteentwicklung im Einsatz elektrischer Kleinantriebe mittels Baukastenentwicklung adressieren zu können. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden, an die Spezifika der frühen Phase der PGE – Produktgenerationsentwicklung mechatronischer Steuergeräte angepasste Methoden zur Baukastenstrukturierung und -anwendung entwickelt. Methodisches und modelltheoretisches Fundament des Forschungsvorhabens bilden dabei die Erkenntnisse der KaSPro – Karlsruher Schule für Produktentwicklung. Mittels der Strukturierungsmethode wird eine detaillierte Vorgehensweise beschrieben, die den Leser ausgehend von einem Produktportfolio mechatronischer Steuergeräte zur Erstellung eines MBSE-gestützten Baukastenmodells führt. Um die Anwendung des Baukastens in der industriellen Praxis zu ermöglichen, wird eine Toolkette entwickelt, die dazu in der Lage ist, basierend auf realen Kundenanforderungen Produktempfehlungen aus dem Baukastenmodell heraus zu generieren und gegeneinander abzuwägen. Die unter der Durchführung von Fallstudien und Experteninterviews generierten Evaluationsergebnisse bestätigen die Eignung der Methoden zum praktischen Einsatz. Die automatisierte Baukastenanwendung zeichnet sich zusätzlich durch einen signifikanten Beitrag hinsichtlich der Effizienzsteigerung in der Ableitung von Produktkonzepten in der frühen Entwicklungsphase aus

Methodische Unterstützung der initialen Zielsystembildung in der Automobilentwicklung im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung = Methodical support of the definition of initial system of objectives in automotive develepoment in the model of PGE – Product Generation Engineering

Produkte werden in der Regel nicht auf dem „weißen Blatt Papier“, sondern in Generationen entwickelt. Diese Erkenntnis ist die Grundlage des Modells der PGE – Produktgenerationsentwicklung nach ALBERS. Die systematische Variation von Teilsystemen gegenüber Referenzprodukten des Referenzsystems sowie der damit verbundene Erkenntnistransfer ist dabei die Basis für die methodische Unterstützung komplexer Produkte – wie dem Automobil. Die Automobilentwicklung steht vor großen Herausforderungen: Technologische Umbrüche, wie die zunehmende Vernetzung des Fahrzeugs, steigern die Komplexität in der Gesamtfahrzeugentwicklung. Gleichzeitig verändern Trends, wie die fortschreitende Urbanisierung, Kundenbedürfnisse nachhaltig, bieten aber auch Chancen für Innovationen. Ein an den Kundenbedürfnissen ausgerichtetes Zielsystem ist daher ein zentraler Erfolgsfaktor für eine neue Fahrzeuggeneration. Die Basis für ein erfolgreiches Fahrzeug wird dabei in der Frühen Phase der PGE mit dem initialen Zielsystem gebildet. Auch für das initiale Zielsystem ist ein ganzheitliches und systemisches Verständnis von Zielen unerlässlich. Dabei müssen verschiedenste Ziele, Anforderungen und Randbedingungen berücksichtigt werden, welche durch unterschiedliche organisationale Funktionsbereiche bereitgestellt und verantwortet werden. Aus den skizzierten Herausforderungen resultiert der Bedarf, Prozesse und Methoden zur Unterstützung der initialen Zielsystembildung zu hinterfragen, bestehende Ansätze zu überarbeiten und mit neuen Lösungen zu kombinieren. In dieser Arbeit wird das Verständnis der PGE auf die initiale Zielsystembildung übertragen. Das Produktprofil, welches die Bedarfssituation einer neuen Produktgeneration aus Sicht des Kunden und Anwenders argumentiert, gleichzeitig aber auch den Anbieternutzen berücksichtigt, bildet dabei den methodischen Rahmen. Auf dieser Basis wird ein Referenzproduktmodell entwickelt, welches kundenerlebbare Produkteigenschaften nutzt, um den flexiblen Umgang mit heterogenen Zielabstraktionsgraden in der Frühen Phase der PGE zu ermöglichen. Außerdem wird ein Referenzprozess eingeführt, welcher den spezifischen Rahmenbedingungen der initialen Zielsystembildung in der Automobilentwicklung Rechnung trägt und die robuste Entwicklung des Produktprofils ermöglicht. Ein zentrales Element stellt dabei die bereichsübergreifende Entwicklung und Bewertung des Eigenschaftsprofils dar. Unterstützt wird der Prozess der initialen Zielsystembildung durch spezifische Methoden und Werkzeuge, welche im Rahmen einer menschzentrierten Entwicklung gezielt die Aspekte der PGE mit dem Profilverständnis verknüpfe

Konzeption und Wirtschaftlichkeit rechnerintegrierter Planungssysteme

In der vorliegenden Arbeit werden technologische und wirtschaftliche Anforderungen für den Einsatz rechnerintegrierter Planungswerkzeuge im Produktionsbereich dargestellt. Von wesentlicher Bedeutung sind dabei die Wechselwirkungen zwischen Planung und Fertigung einerseits und zwischen technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen andererseits. Aufgrund der besonderen Bedingungen wird ein Schwerpunkt auf die Montage und den Einsatz von Industrierobotern als neuer Produktionstechnologie gelegt. In der Montage ergeben sich für die Planung besondere Anforderungen, da im Gegensatz zur Teilefertigung der Gegensatz zwischen manueller Fertigung mit hoher Flexibilität und automatisierter Fertigung mit hoher Produktivität noch nicht überwunden ist. In der Montageplanung wurden bisher aufgrund der unterschiedlichen Fertigungskonzepte getrennte Ansätze für kurzfristige Funktionen wie die Montageplanerstellung oder Zeitermittlung in der manuellen Montage und langfristige Funktionen wie die Geräteauswahl und Layoutplanung in der automatisierten Montage verfolgt. Für Planungssysteme in der Produktion ergibt sich damit die Zielsetzung, einerseits lang- und kurzfristige Funktionen in einem Konzept zu integrieren, andererseits müssen neue Planungsfunktionen wie die NC-Programmierung von Industrierobotern unterstützt werden. Hierzu werden mögliche Integrationsstufen für durchgängige Planungskonzepte dargestellt. Zentraler Bestandteil ist das rechnerinterne Planungsmodell, das während des Planungsprozesses erstellt und genutzt wird. Konzepte, Methoden und Realisierungsansätze graphisch-interaktiver und automatisierter, aufgabenorientierter Verfahrensketten werden erläutert. Zur Kennzeichnung des Integrationsgrades werden Abstraktionsebenen eingeführt, wobei der Übergang zu einer höheren Ebene mit zusätzlichen Modellinformationen und Planungsmechanismen verbunden ist. Die Wirkungen beim Einsatz von Planungssystemen auf die Auftragsabwicklung wird anhand dieser Modellinformationen analysiert. Wesentlich ist hierbei der Zusammenhang zwischen Planungsumfang und Fertigungsflexibilität, die zu diesem Zweck im Hinblick auf die auszuführenden Planungsfunktionen definiert wird. Anhand von zwei Beispielen aus der elektronischen und mechanischen Montage mit hoher und geringer Fertigungsflexibilität werden die Wirkungen der Rechnerintegration auf den Planungs- und Programmierprozeß erläutert. In der starr automatisierten Linienfertigung betrifft dies den umfangreichen Planungsprozeß vor der eigentlichen Produktion. Mit steigender Integration ergibt sich die Möglichkeit, verschiedene Aufgaben simultan durchzuführen, was gegenüber der konventionellen Sukzessivplanung eine größere Planungssicherheit mit kürzeren Planungszeiten und höherer Qualität ergibt. In der flexiblen Fertigung wird der Einfluß der Werkstattsteuerung auf den Planungsprozeß aufgezeigt. Schnelle Umdispositionen erfordern die Bereitstellung maschinenunabhängiger Fertigungsunterlagen und einen verteilten Planungsprozeß auf Planungs- und Steuerungsebene. Am Beispiel einer Sonderbestückzelle wird gezeigt, wie durch steigende Integration die verteilte Planung und Modellbildung möglich ist. Auf der Basis der beschriebenen Ausprägungen und Wirkungen der Integration im Planungsbereich wird im zweiten Teil der Arbeit die Wirtschaftlichkeit rechnergestützter Systeme untersucht. Hierzu wird eine differenzierte Kosten- und Nutzenbetrachtung durchgeführt, da Planungssysteme nicht über direkte Erlöswirkungen bewertet werden können. Für die Bewertung wird ein ablauforientiertes Kostenmodell herangezogen, das die Abbildung von Planungsprozessen ermöglicht, die über geeignete Bezugsgrößen analog zum Fertigungsbereich quantifiziert werden können. Das Kostenmodell wird zur Nutzenbewertung der beschriebenen Planungskonzepte in konkreten Anwendungsfällen herangezogen. Nutzenpotentiale in der Planungs- und Produktionsphase von Fertigungssystemen werden aufgezeigt. Anhand der erzielten Ergebnisse werden die Möglichkeiten einer ganzheitlichen Bewertung kurz- und langfristiger Flexibilitätsstrukturen von Fertigungssystemen aufgezeigt. Alle verfügbaren Kosteninformationen sind im Sinne einer planungsbegleitenden Kalkulation generell in den Planungsprozeß zu integrieren. Die Arbeit zeigt Ansätze für den Einsatz und die Bewertung zukünftiger Planungstechnologien auf. Im Mittelpunkt steht dabei die integrierte Betrachtung von Planungs- und Fertigungsprozessen im Rahmen der Auftragsabwicklung. Diese Sichtweise ermöglicht im Gegensatz zu bisherigen Konzepten auch die Einbindung und Bewertung langfristiger Planungsfunktionen hinsichtlich umfassenderer Flexibilitätsstrukturen in der Produktion. Die Anwendung eines ablauforientierten Kostenmodelles zur Bewertung der Planungstechnologien macht die Notwendigkeit zur Weiterentwicklung bestehender Ansätze deutlich.In this work, technological and economic requirements for the use of computer-integrated planning tools in the production area are presented. The interaction between planning and production on the one hand and between technical and economic issues on the other are of crucial importance. Due to the special conditions, a focus is placed on the assembly and use of industrial robots as new production technology. In assembly, there are special requirements for planning because, in contrast to parts production, the contrast between manual production with high flexibility and automated production with high productivity has not yet been overcome. In assembly planning, separate approaches for short-term functions such as the assembly plan creation or time determination in manual assembly and long-term functions such as device selection and layout planning in automated assembly have been pursued so far due to the different manufacturing concepts. For planning systems in production, this results in the goal of integrating long and short-term functions in one concept, on the other hand, new planning functions such as NC programming by industrial robots must be supported. For this, possible integration levels for integrated planning concepts are presented. The central component is the computer-internal planning model, which is created and used during the planning process. Concepts, methods and implementation approaches of graphically interactive and automated, task-oriented process chains are explained. Abstraction levels are introduced to identify the degree of integration, with the transition to a higher level being associated with additional model information and planning mechanisms. The effects of using planning systems on order processing are analyzed using this model information. What is essential here is the relationship between the scope of planning and manufacturing flexibility, which is defined for this purpose with regard to the planning functions to be carried out. The effects of computer integration on the planning and programming process are explained using two examples from electronic and mechanical assembly with high and low manufacturing flexibility. In rigidly automated line production, this affects the extensive planning process before the actual production. With increasing integration, there is the possibility to carry out different tasks simultaneously, which results in greater planning security with shorter planning times and higher quality compared to conventional successive planning. The influence of workshop control on the planning process is shown in flexible production. Rapid re-planning requires the provision of machine-independent manufacturing documents and a distributed planning process at the planning and control level. Using the example of a special assembly cell, it is shown how distributed planning can be achieved through increasing integration and modelling is possible. On the basis of the characteristics and effects of integration described in the planning area, the economic feasibility of computer-based systems is examined in the second part of the thesis. For this purpose, a differentiated cost and benefit assessment is carried out, since planning systems cannot be assessed via direct revenue effects. A process-oriented cost model is used for the evaluation, which enables the planning processes to be mapped, which can be quantified using suitable reference values analogously to the production area. The cost model is used to evaluate the benefits of the planning concepts described in specific applications. Potential benefits in the planning and production phase of manufacturing systems are shown. Based on the results obtained, the possibilities for a holistic evaluation of short and long-term flexibility structures of manufacturing systems are shown. All available cost information must generally be integrated into the planning process in the context of a calculation that accompanies the planning. The work shows approaches for the use and evaluation of future planning technologies. The focus is on the integrated consideration of planning and manufacturing processes in the context of order processing. In contrast to previous concepts, this view also enables the integration and evaluation of long-term planning functions with regard to more extensive flexibility structures in production. The use of a process-oriented cost model to evaluate the planning technologies makes it clear that there is a need to further develop existing approaches

Planung und Steuerung des Werkzeug- und Formenbaus auf Basis eines integrierten Produktmodells

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