Wissensbasierte Überprüfung mikrotechnologischer Fertigungsabläufe

Die vorliegende Arbeit beschreibt ein wissensbasiertes System zur Konsistenzprüfung von mikrotechnischen Fertigungsabläufen. Die Inhalte führen von einer allgemeinen Betrachtung des Entwurfs in der Mikrotechnik und der noch benötigten Unterstützung im fertigungsgerechten Entwurf hin zur Vorstellung und Implementierung eines geeigneten Lösungskonzepts. Des Weiteren sind die Einbindung in eine bestehende Konstruktionsumgebung sowie die Verdeutlichung des Entwurfsvorgehens durch Beispiele Gegenstand der Ausarbeitung. Der Entwurfsprozess in der Mikrotechnik verlangt im Gegensatz zu den verwandten Domänen der Mikroelektronik und Mechatronik eine wesentlich stärkere Betonung der Fertigungsgerechtheit. Dies ist bedingt durch die Vielfalt einsetzbarer Fertigungsmethoden, die in der Regel nur sehr eingeschränkt zueinander kompatibel sind und zudem meist nur begrenzte Möglichkeiten zur Materialbearbeitung bieten. Aufgrund mangelnder Entwurfsunterstützung ist der Entwickler auf fundierte technologische Erfahrung angewiesen. Eine zeit- und kostenaufwändige iterative Optimierung des Bauteildesigns in Entwurf und Fertigung ist daher häufig die Regel. Entwurfswerkzeuge müssen diesen besonderen Anforderungen der Mikrotechnik gerecht werden. Bei den bisherigen Bemühungen, diesen Aspekt des Entwurfs mikrotechnischer Bauteile stärker zu berücksichtigen, lag der Schwerpunkt auf der Untersuchung der Herstellbarkeit konkreter Mikrostrukturen mit einzelnen Fertigungstechnologien. Hinsichtlich der technologischen Wechselwirkungen innerhalb der Fertigung wird in Analogie zur Mikroelektronik versucht, diese Probleme durch die Standardisierung von Fertigungsprozessen, kompatiblen Prozessfolgen und Komponenten zu umgehen. Die hierbei notwendige Festlegung auf bestimmte Technologien und deren Einstellungen führt jedoch zu einer Einschränkung der Lösungsmöglichkeiten. Der Entwurf domänenübergreifender Anwendungen, die z.B. elektromechanische, fluidische, optische oder andere Funktionselemente beinhalten, ist auf diese Weise bislang nicht möglich. Nur wenige Werkzeuge versuchen dagegen, eine Untersuchung der Wechselwirkungen von Technologien direkt in den Entwurf einzubeziehen, indem Inkonsistenzen in Fertigungsabläufen automatisiert erkannt werden. Die derzeit bestehende Unterstützung auf diesem Gebiet ist allerdings noch sehr elementar. Das in dieser Arbeit entwickelte Werkzeug RUMTOPF nutzt den aus dem Bereich der künstlichen Intelligenz stammenden Ansatz der regelbasierten Systeme, um diese Problemstellung des mikrotechnischen Entwurfs zu adressieren. Die Philosophie des Gesamtsystems liegt darin, seitens des Anwenders möglichst wenig technologisches Expertenwissen vorauszusetzen. Das zur Definition und Prüfung einer Fertigungsprozessfolge benötigte Wissen kann in im Netzwerk verfügbaren Wissensbasen bereitgestellt werden. Da die Strukturierung dieser Basen entscheidenden Einfluss auf die Flexibilität und Erweiterbarkeit des Gesamtsystems hat, wurden angepasste objektorientierte Datenmodelle zur Wissensrepräsentation von Technologien, Fertigungsabläufen und Kompatibilitätsbeziehungen entwickelt und implementiert. Den gleichen Stellenwert haben geeignete Anwenderschnittstellen, die zum einen zum Erwerb zusätzlichen Wissens und zur Information des Anwenders dienen, zum anderen die Nutzung dieses Wissens zur Konsistenzprüfung von Fertigungsabläufen ermöglichen. Dem Anwender wird daher u.a. eine graphische Oberfläche geboten, mit der Prozessfolgen einfach aus dem vorhandenen Technologiewissen konfigurierbar sind. Die schrittweisen Änderungen des zu fertigenden Mikrobauteils werden für jeden Fertigungsschritt in einer schematischen Darstellung visualisiert. Mit technologie-orientierten Regeln kann die definierte Prozessfolge auf mögliche Wechselwirkungen der eingesetzten Prozessierung geprüft werden. Hierzu wird die Diagnosekomponente des Werkzeugs genutzt, welche mit dem Anwender zur Meldung und Erklärung gefundener Mängel kommuniziert. Besonderes Augenmerk wurde auf die Möglichkeiten zur Formulierung von komplexen, möglichst allgemeingültigen Zusammenhängen gelegt, um die Inkompatibilitäten der Fertigung flexibel und kontextbezogen beschreiben zu können. Eine entsprechende Regelbeschreibungssprache wurde entwickelt. Für die Verwendung der erstellten und geprüften Prozessplänen in der Praxis wird die Möglichkeit zum Ausdruck gegeben. Ein generelles Defizit der Entwurfsunterstützung in der Mikrotechnik ist die mangelnde Integration der vorhandenen Werkzeuge. Sie stellen in sich Insellösungen dar, die lediglich einen konkreten Bereich des fertigungsgerechten Entwurfs abdecken können. Zusätzlich zur Prüfung der technologischen Wechselwirkungen ist die Fertigbarkeit der geometrischen Zielvorgaben durch den jeweiligen Fertigungsprozess zu untersuchen. In diesem Bereich ist bereits umfangreiche Entwurfsunterstützung vorhanden, sodass eine Integration der vorgestellten Anwendung mit technologiebezogenen Werkzeugen vollzogen werden kann. Das Vorgehen wurde am Beispiel des am Institut für Mikrotechnik entwickelten Ätzsimulationsprogramms SUZANA aufgezeigt. Abschließende Beispiele zur Herstellung einer planaren Mikrospule und eines 3D-Beschleunigungssensors zeigen die Möglichkeiten und eine generelle Vorgehensweise bei der Nutzung des Werkzeuges. In der Praxis wird ein paralleler Entwurf von Mikrobauteil und Fertigungsablauf angestrebt. Funktionale und somit geometrische Aspekte müssen bezüglich ihrer Herstellbarkeit mit einzelnen Technologien sowie im Rahmen der Gesamtfertigung untersucht werden. Dieses iterative Vorgehen, das bislang häufig erst in der Herstellung stattgefunden hat, kann somit in den eigentlichen Entwurfsprozess eingebunden und somit der fertigungsgerechte Entwurf in der Mikrotechnik umfassend unterstützt werden

Multiskalierbare Funktionenmodellierung in der Industrieplanung - Ein Beitrag zur integrierten Funktionenanalyse- und Synthese der nutzungs- und produkttechnologischen Aspekten von Industriebauwerken am Beispiel einer Einrichtung der Außer-Haus-Wirtschaft

Die Entwicklung innovativer, komplexer Produkte – Bauwerke, Maschinen, Software – wird durch immer kürzer werdende Entwicklungs- und Produktlebenszyklen, und immer höhere Erwartungen der Nutzer bezüglich Leistung, Funktionsumfang, Qualität und Kosten gekennzeichnet. Eine besondere Herausforderung stellen komplexe Industriebauwerke, bei denen Synergien zwischen Bautechnik und Mechatronik eine wichtige Rolle spielen. Der funktionale Zugang zum bautechnischen und mechatronischen Entwurf kann ein wichtiges Bindeglied für die Konzeptplanung darstellen. Fehlende Kenntnisse über die funktionalen Abhängigkeiten der Teilsysteme, sowie fehlende integrierte Modelle für die Nutzungs- und Produktfunktionen führen zu vergessenen oder nicht berücksichtigten, aber notwendigen Planungsaspekten im Bauwesen, die erst in späteren Produktlebensphasen entdeckt werden, und höhere Kosten so-wie längere Entwicklungszeiten nach sich ziehen. Ein weiteres Problem stellen versäumte Optimierungsmöglichkeiten wegen mangelnder Überschaubarkeit des Lösungsraumes dar. In dieser Arbeit werden ein integriertes Informationsmodell und die dazugehörige Notation für Nutzungs- und Produktfunktionen, sowie ein systematisches Vor-gehen zur multiskalierbaren Funktionenmodellierung in der Industrieplanung entwickelt. Dadurch wird die konzeptuelle Grundlage geschaffen, um eine funktionale Vernetzung der interdisziplinären Teilsysteme informationstechnisch abbilden und IT-basiert verarbeiten zu können. Auf diesem Konzept aufbauend können Softwaresysteme entwickelt werden, mit deren Hilfe der Lösungsraum rechnergestützt untersucht werden kann, um eine optimale Lösung mithilfe sämtlicher funktional verknüpften Informationen zu finden. Am Beispiel der Planung einer Einrichtung der Außer-Haus-Wirtschaft wird das Konzept zur Funktionenmodellierung in der Industrieplanung verifiziert. Dabei wird nachgewiesen, dass relevante funktionale Aspekte bautechnischer und mechatronischer Systeme informationstechnisch korrekt abgebildet und zur systematischen, rechnergestützten Bearbeitung verwendet werden können

Modulorientiertes Produktlinien Engineering für den modellbasierten Elektrik/Elektronik-Architekturentwurf

Heutzutage werden E/E-Architekturen modellbasiert entworfen, um in der Fahrzeugentwicklung frühzeitig den Reifegrad für die fahrzeugweite Vernetzung und Integration von Elektrik, Elektronik und Software abzusichern. Das methodische Konzept und die praktische Umsetzung durch das Modulorientierte Produktlinien Engineering ermöglicht eine Erhöhung der Modellierungseffizienz und der Modellqualität sowie eine Anwenderunterstützung für die Modellierung der komplexen E/E-Architekturmodelle

Änderungs- und Konfigurationsmanagement unter Berücksichtigung von Verwendungsinstanzen

Vor dem Hintergrund des Product Lifecycle Managements (PLM)beschäftigt sich die Dissertation mit der Gestaltung eines integrierten und konsistenten Informationsflusses im Produktentstehungsprozess. Zielsetzung ist es, eine transparente und verbindliche Dokumentation der Produktprojekte und eine Datendrehscheibe für alle Produktdaten des Produktentstehungsprozesses zu schaffen. Hierfür wird das Produktdatenmanagement (PDM) auf Basis einer vollständigen und integrierten Produktstruktur umgesetzt

Prozessgebundene Berechnungsbaugruppen - Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe

Interdisziplinäre Produktanforderungen, eine hohe Servicequalität und ein verändertes Nutzerverhalten führen in immer mehr Unternehmen von klassischen funktionsorientierten und abteilungsgebundenen Organisationsformen zu einer Prozessorientierung, in der das Abteilungsdenken durch das Erfolgsziel des Gesamtprozesses ersetzt wird. Dies gilt insbesondere für einen der wichtigsten Teilprozesse der Produktentwicklung, die Berechnung der im Erzeugnis verbauten Maschinenelemente. Deren Auslegung, Optimierung und Nachrechnung sind einerseits Teil eines übergeordneten und arbeitsteiligen Entwicklungsprozesses, bedürfen aber zur eigenen Bestimmung ebenfalls vieler einzelner parallel ablaufender interdisziplinärer Aktivitäten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung einer Methode zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Abläufe in der Produktentwicklung mit dem Schwerpunt der Auslegung und Berechnung von Maschinenelementen und deren Baugruppen. Es wurden die Baugruppen- und Prozessbildung, die Werkzeuge für die Modellbildung sowie eine prototypisch realisierte Baugruppenberechnung vorgestellt. Auf Basis der durchgeführten Literaturrecherche wurden die grundlegenden Vorgehensweisen und Methoden zur Organisation und Durchführung von Berechnungsprozessen identifiziert, analysiert und auf die Anwendbarkeit der Lösung, der im Rahmen dieser Arbeit gestellten Aufgaben zur Systematisierung und Erhöhung der Transparenz der Berechnungsabläufe im Bereich der Maschinenelementeberechnungen untersucht. Die Grundlage der neuen Methode bilden Ansätze, die sich bereits in der Konstruktionsmethodik und in der Informationstechnik bewährt haben. Ergänzt mit den Konzepten der Klassifikation und Prozessautomatisierung sowie den mathematisch-technischen Berechnungsalgorithmen der Ingenieurwissenschaften bilden sie die Basis dieser Methode. Die für die Automatisierung notwendige Formalisierung der Methode wurde basierend auf der Theorie der gerichteten Graphen, der SysML (Systems Modeling Language) und des Business Process Management (BPM) Ansatzes durchgeführt. Die gewonnenen theoretischen Erkenntnisse wurden in Form eines prototypisch entwickelten Design Process Management Systems realisiert, welches die Erreichung der in der Arbeit gesetzten Ziele ermöglicht und für ein nachhaltiges Wissensmanagement bei der Organisation der Berechnungsabläufe sorgt. Die Besonderheiten dieses workfloworientierten Management Systems liegen einerseits in einem Wissens-Repository, welches die modularen Bestandteile zur Definition der Berechnungsabläufe beinhaltet sowie andererseits in einem interaktiven Prozess-Designer, mit dessen Hilfe die Abläufe graphisch, schnell und intuitiv modelliert und ausgeführt werden können. In den Produktplanungsphasen vom Anforderungsmanagement bis zur Validierung nach dem Prinzip des „Systems Engineering“ kann dabei auf eine Bibliothek modularer Berechnungsobjekte in Form von Prozess-Bausteinen zugegriffen werden, deren Schnittstellen und Datenstrukturen ausnahmslos einheitlichen Definitionen entsprechen. Gemeinsam mit der nach eCl@ss - Standard entwickelten Merkmalsstruktur der Berechnungsobjekte wird so eine hohe Wiederverwendbarkeit erzielt. Die Klassifizierung der Berechnungsobjekte orientiert sich an konstruktionssystematischen Gesichtspunkten. Der eigentliche Prozess der Baugruppenbildung erfolgt mit einem Editor, der die Berechnungsobjekte miteinander verknüpft, indem er die zugehörigen Informationsobjekte, Datenbankzugriffe und Algorithmen in die Benutzeroberfläche und in den Prozess einbindet. Ebenso können externe Prozesse und Datenquellen nahtlos in die Modellierung einfließen. Schließlich wird die Vorgehensweise bei der Modellbildung einer Berechnungs-Baugruppe am Beispiel einer Getriebeauslegung dargestellt. Ausgehend von den geforderten Merkmalen der Lösungskonfiguration wird die Funktionsstruktur durch analoge Berechnungsobjekte abgebildet und anschließend über eine geeignete Logik miteinander verknüpft. Der dabei entstehende Prozess bildet die neue Berechnungs-Baugruppe der Getriebeauslegung und kann schließlich für Parameterstudien herangezogen werden. Mit den prozessgebundenen Berechnungsbaugruppen wurde eine Methode vorgestellt, die den Konstrukteuren die Möglichkeit bietet, ihre zum Teil mehrstufigen und rekursiven Berechnungen durch den Einsatz modularer Funktionsbausteine verbindlich, nachvollziehbar und vor allem zeitsparender zu gestalten. Dabei sind die Arbeitsergebnisse allen Ingenieuren und Abteilungen einer Community, vor allem auch dem Qualitätsmanagement und damit einem kontinuierlichen Verbesserungsprozess zugänglich. Inwieweit die hier vorgetragenen Methoden auch den Validierungsprozess unterstützen können, bleibt weiteren Untersuchungen vorbehalten

Diagnosis of automotive electronic systems by structure analyses

In heutigen Fahrzeugsystemen ist ein großer Anteil der Funktionalität auf den Wunsch nach hoher Sicherheit, großem Komfort und der Reduktion der Schadstoffemissionen zurückzuführen. Diese Funktionen werden durch den Einsatz von immer mehr Elektrik und Elektronik realisiert, die im Rahmen der Fahrzeugdiagnose in der Werkstatt aufgrund der unübersehbaren Anzahl von Abhängigkeiten und Varianten nur schwer beherrscht werden können. Um diesen Problemen zu begegnen, werden in der Arbeit unterschiedliche Diagnoseverfahren miteinander verglichen und unter den Aspekten der effizienten Einbindung in den Entwicklungsprozess bei insgesamt guten Diagnoseergebnissen und Beherrschung der Variantenvielfalt bewertet. Dabei wurde ermittelt, dass kein bisher bekanntes Verfahren direkt diese Anforderungen erfüllt, und ein neuer Ansatz gefunden werden musste. Dieses Problem wurde gelöst, indem aus der Kombination der erkannten Stärken bekannter Diagnoseverfahren ein passendes neues Konzept entwickelt wurde. Für die neue Diagnoselösung wurde die bei probabilistischen Netzwerken verwendete Systemstruktur als wesentliches Element verwendet. Der wechselseitige Einfluss zwischen Funktionen und Steuergeräten wird systematisch betrachtet, indem die Fehlerfortpflanzungsmöglichkeiten direkt aus dem Entwicklungsprozess bestimmt werden. Dabei werden neben den üblicherweise für die Diagnose verwendeten elektrischen Abhängigkeiten auch logische Beziehungen in die Diagnoselösung einbezogen, die sich aus der Software und der Kommunikation der Steuergeräte untereinander ergeben. Wichtiger Aspekt der Betrachtungen ist die Frage "Wie hängen die Systemkomponenten voneinander ab?" um an sich völlig unterschiedliche Teilsysteme miteinander zu verbinden und diese Informationen für die Diagnose nutzbar zu machen. Gleichzeitig ist die praxisnahe Definition einer Anbindung an den Softwareentwicklungsprozess für eingebettete Systeme wesentlicher Bestandteil der Arbeit.In todays automotive systems a high percentage of the functionality is a result of the customers wish for security, comfort and reduced emissions. These functions are realized by more and more electric and electronic components. Existing garages' diagnostic systems insufficiently deal with the resulting systems because of the innumerable dependencies and variants. In order to address this problem, this paper compares different diagnostic approaches concerning their efficiency of the integration into the development process, diagnosis quality and variant management. As a result it is stated that no well-known method completely meets these requirements. Therefore a new approach has been developed consisting of a combination of the identified advantages of the known methods. As a basic element the new diagnostic system includes the system structure used by probabilistic networks. The reciprocal influence between functions and electronic control units is orderly addressed by deduction of the paths of error propagation from development models. Additionally to the derived electrical structures commonly used by diagnostic systems also logic dependencies are integrated into the diagnostic system. These logic dependencies are derived from software functions and communication links between electronic control units. In order to combine physically different parts of the system, an important question is "What are the system components interdependencies?" By answering this question, these dependencies can be used by a diagnosis system as part of a combined system structure. At the same time the practical definition of a connection to the development process for embedded systems is an essential part of the work

Methoden und Ansätze für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen

In dieser Arbeit werden das aktuelle Vorgehen und die Prozesse in der automobilen Produktentwicklung sowie die etablierten Methoden für die Entwicklung, Verifikation und Validierung von Fahrzeugregelungsfunktionen analysiert. Dem wird eine Taxonomie und Analyse aktueller Serienanwendungen und Forschungskonzepte gegenüber gestellt. Ziel ist es, durch eine ganzheitliche Betrachtung die aktuellen Rahmenbedingungen und Herausforderungen bei der Entwicklung innovativer Funktionen für die Automatisierung der Fahraufgabe zu identifizieren. Auf dieser Grundlage wird ein neuartiges Konzept für die Entwicklung und den Test prädiktiver Fahrzeugregelungsfunktionen erarbeitet. Das Kernstück des entwickelten Konzepts stellt die Reactive-Replay Methode dar. Sie ermöglicht eine enge Verzahnung von Erprobungsfahrten in der realen Welt mit der Ausführung der entwickelten Fahrzeugfunktion innerhalb einer Simulationsumgebung. Die adaptive Wiedergabe von während der Erprobung aufgezeichneten Daten des fahrzeuginternen Kommunikationsnetzes ermöglicht einen nahtlosen Übergang von der realen Welt im Fahrzeug in die Simulation im Büro. Auf diese Weise können in der Realität aufgetretene Situationen und Szenarien detailliert und unter Laborbedingungen untersucht und für Tests wiederverwendet werden. Darüber hinaus ermöglicht dieser Ansatz eine effiziente Generierung valider Testszenarien, die durch ihre Vielfältigkeit und Varianz zu einer verbesserten Testabdeckung beitragen. Um die entwickelte Methode systematisch in den produktiven Alltag der Funktionsentwicklung zu integrieren, wird ein schlankes, iteratives Vorgehen zur prozessualen Integration der Reactive-Replay Methode vorgeschlagen. Die Verifikation in der Simulationsumgebung wird so mit der Validierung in der Fahrzeugerprobung gekoppelt. Dies unterstützt die frühzeitige und durchgängige Qualitätsbewertung der entwickelten Fahrzeugfunktion. Weiter wird eine Methode zur kontinuierlichen Überprüfung von Anforderungen während der Simulationsausführung untersucht. Ein Ansatz zur effizienten Auswahl von Testszenarien auf Basis der innerhalb eines Szenarios erreichten Parameterüberdeckung rundet die Arbeit ab

Entwicklung eines integrierten Ansatzes zur Optimierung von dünnwandigen Blechbauteilen im Karosserierohbau mithilfe von Toleranzsimulationen

Die Elektromobilität ist die wohl größte Herausforderung für die sich ständig weiterentwickelnde Automobilindustrie. Zur Bewältigung diese Wandels ist es zwingend notwendig, neben dem bestehenden Verbrenner-Produktportfolio ein zusätzliches Elektro-Produktportfolio zu installieren, um so den Anforderungen der Kunden gerecht zu werden. Dies führt allerdings zu einer Erhöhung der Derivatanzahlen im jeweiligen Unternehmen. Damit einher geht ein zusätzlicher Entwicklungsaufwand. Im Kontext des Karosserierohbaus bedeutet das, dass neben zusätzlichen neuen Anforderungen an den Rohbau (E-Drive, Batterieanbindung etc.), in gleichbleibender Entwicklungszeit mehr Fahrzeuge in die Serienreife überführt werden müssen. Vor dem Hintergrund einer drastischeren Verkürzung der Entwicklungszeit müssen die bestehenden Produktentwicklungsmethoden kritisch hinterfragt und optimiert werden. Eine Vernetzung der einzelnen Produktentwicklungsdisziplinen kann hier helfen. Dem Toleranzmanagement als bereichsübergreifende Disziplin kommt hier eine Schlüsselrolle zu. Diese Arbeit beschreibt die Methodik eines integrierten Ansatzes zur Optimierung von dünnwandigen Blechbauteilen im Karosserierohbau mithilfe von Toleranzsimulationen. Basierend auf der Analyse der Produkt- und Produktionsentwicklung im Kontext des Toleranzmanagements und der Optimierung wird Handlungsbedarf abgeleitet. Es werden informationstechnische, methodische, prozessuale und systemtechnische Defizite im heutigen Produktentstehungsprozess in Bezug auf das Toleranzmanagement ausgewiesen. Das im Syntheseteil der Arbeit vorgestellte Konzept, behebt schrittweise die ausgewiesenen Defizite. Im Vordergrund der Betrachtungen steht dabei vor allem die Beschreibung der informationstechnischen und methodischen Optimierungsmöglichkeiten. Abschließend wird das vorgestellte Konzept im Rahmen einer Software umgesetzt und basierend auf Produktentwicklungsdaten aus dem Karosserierohbau validiert.From the very beginning the automotive industry has been in a constant state of flux. Nowadays one of the mega trends is pointing towards electro mobility. To tackle this issue and to be more competitive, the automotive industry is forced to install a portfolio of electric vehicles beside the existing combustion engine vehicles. In industrial perspective, this leads to an increasing number of derivatives. The complexity hyped in development, boundary conditions and requirements (e.g. E-Drive, battery alignment etc.). The number of vehicles get into the series production at the same time increased. If consideration is taken for shortening the development time, current methods of product development has to be re-examined. One possible solution is a deeper interlinkage of the product development disciplines. Disciplines like dimensional management have a key role in that. By means of this research, a concept developed for the optimization of vehicle structure using tolerance analysis. Deficits are derived based on an analysis of product- and process development as well as optimization in context of dimensional management. In today’s context, identified deficits in data, methods, process as well as software. This causes problems in the dimensional management discipline. The synthesis part in this research is to solve stepwise the above mentioned deficits. Special attention made on deficits in the area of information provision and development methods. The research completed with concept implementation in software phase, as well as method validation using realistic (body-in-white) development data

Analyse von Maschinendaten zur Entscheidungsunterstützung bei der Produktverbesserung durch die Anwendung eines Feedback Assistenz Systems

Der technologische Fortschritt führt dazu, dass immer mehr Daten erzeugt und verwaltet werden. Dieser Trend lässt sich auch im Kontext des Produktlebenszyklus beobachten. Hier werden während der Nutzungsphase in der Umgebung und am Produkt selbst mit steigender Tendenz Daten mittels Sensoren automatisch erfasst. Aber auch manuell werden durch Betreiber oder Servicemitarbeiter immer mehr Daten in Informationssysteme eingegeben. Diese Daten werden für einen spezifischen Verwendungszweck, wie die Abrechnung von Dienstleistungen genutzt und anschließend archiviert. Dabei kann aus diesen Daten über ihren eigentlichen Verwendungszweck hinaus Wissen zur Verbesserung von Produkten generiert werden, wofür die Basis in der Produktentwicklung gelegt wird. Eine erfolgreiche Produktentwicklung führt zu qualitativ hochwertigen Gütern und zufriedenen Kunden und damit zu hohen Verkaufszahlen der Güter, was den Unternehmenserfolg auf dem Markt ausmacht. Daher ist die Verbesserung der Produktentwicklung immer wieder Gegenstand der Forschung. Aktuell werden hierzu im Produktlebenszyklus der Produktentwicklung nachgelagerte Phasen, speziell die Nutzungsphase kaum betrachtet. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher einen Wissenstransfer zu realisieren, in dem aus den Produktnutzungsdaten anwendbares Wissen in die Produktentwicklung zurückgeführt wird. Der Fokus liegt dabei auf Industriegütern, bei denen die Feedbackdaten strukturiert in verschiedenen Datenquellen vorliegen und ein enger Kontakt zwischen Kunden und Herstellern gegeben ist. Zur Verwaltung und Analyse der Daten wird ein Feedback Assistenz System (FAS) konzipiert und entwickelt. Hier werden die Daten aus den verschiedenen Quellen hin transferiert und in ein einheitliches Datenbankschema übertragen. Auf diese zentrale Datenbasis lassen sich wissensbasierte Methoden anwenden u.a. aus dem Bereich des Data Mining. Diese assistieren dem Produktentwickler bei der Verbesserung bestehender Produktgenerationen. Die erfassten und umfangreichen Datenmengen werden verdichtet und Muster werden aufgedeckt, die der Bereitstellung von entscheidungsrelevantem und intuitiv verständlichem Wissen für den Produktentwickler dienen. Im Rahmen der Produktverbesserung sind hierzu explizit drei Bereiche identifiziert worden, in denen die Feedbackdaten erfolgsbringend eingesetzt werden können: die Überprüfung der Kundenanforderungen, die Fehlerdiagnose und die Bewertung von Verbesserungsalternativen. Mittels der Feedbackdaten werden Kosten- und Zeitindikatoren aufgestellt und berechnet zur Überprüfung der Kundenanforderungen mit dem Ziel bei nicht erfüllen den Produktverbesserungsprozess auszulösen. Sodann wird während der Analysephase der Produktverbesserung eine Methode zur Diagnose von Schwachstellen und Fehlerursachen entwickelt und angewandt. Ziel ist hier die Aufdeckung von Verbesserungspotentialen und somit die Senkung der Fehleranfälligkeit von Produkten. Zur Verbesserung des Produktes stehen dem Produktentwickler eine Vielzahl von Alternativen zur Verfügung, die bewertet werden müssen, nach den Zielsetzungen aus der Produktentwicklung und/oder mittels der Feedbackdaten. Hierzu ist eine Methode aus der multikriteriellen Entscheidungstheorie konzipiert und umgesetzt worden.Technological progress leads to an increasing number of generated and managed data. This trend can also be observed in the context of the product life cycle. During the use phase data are collected from the product automatically, with increasing tendency, by means of on-site, embedded or mounted sensors. In addition, the operator or service staffs insert substantial data into information systems. The accumulated data are used for specific purposes, such as billing of services, and afterwards are archived in the repositories. Knowledge can be generated from the collected data with the intention to support development and especially improvement of the product. A successful product development leads to high-quality goods and customer satisfaction which ultimately influences on the company’s success in the market with large scale sales of goods. Hence, the product development is consistently a subject of research. Currently in the product life cycle, the subsequent phases, especially the use phase is not considered. The aim of this work is to realize a knowledge transfer where applicable knowledge from the product use data is fed back into product development. The focus is on industrial goods, where the feedback data are structured in multiple data sources, and also manufacturers and customers are in close contacts. For the management and analysis of data, a feedback assistance system (FAS), is designed and developed. Here the data from different sources are transferred into a unified database. On this data layer, knowledge-based methods can be applied i.e. from the field of data-mining. These methods should assist product developers in the improvement of existing product generations. The captured, extensive amounts of data are, therefore, condensed, and patterns are detected. As a result, the FAS provide the product developer with decision-relevant and intuitively under-standable knowledge. In the scope of product improvement, important is to determine the areas in which the feedback data can be used successfully. So for the FAS, a combination of methods for three main applications will be integrated (1) verification of customer requirements, (2) fault diagnosis, and (3) evaluation of improvement potential. Cost and time indicators are deployed for the verification of requirements which consequently reveal the non-achieved objectives of the product improvement process. So the diagnosis should be applied to detect weak points and failure causes as improvement potential such as reduction of the error rate. To eliminate the existing weaknesses and deficiencies, the product developers should evaluate a variety of alternatives according to the objectives of the product development on the basis of the feedback data. For this purpose, a method from the multi-criteria decision theory is implemented

Entwerfen Entwickeln Erleben 2014 – Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 26.-27. Juni 2014

Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2014 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Phy­sical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmetho­dik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technischen Universität Dresden und technischesdesign.org ermög­lichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP), dem Mathematisch-Physikalischen Salon der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden und der Hochschule für Bildende Künste Dresden die fachüber­greifende Diskussion des Schwerpunkt-Themas inmitten der Dresdner Altstadt. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-144950, herausgegeben von Mario Linke et al.) fasst die Bei­träge zum Technischen Design zusammen.:Beschreibungsmethode für die Repräsentation cyber-physischer Produktionssysteme Daniel Strang, Nadia Galaske und Reiner Anderl 13 Industrie 4.0 und der „Faktor“ Mensch: Psychologische Herausforderungen der vierten industriellen Revolution Bettina Schleidt 27 Modell Based Systems Engineering auf einer Plattform für PLM Martin Eigner 39 Enterprise Integration als Herausforderung und Ziel im Produktlebenszyklus Michael Spranger, David Hein und Alexander Hoffmann 57 Innovation Management: Erfolgreiche Innovationen durch Einbindung aller Mitarbeiter Ulf Köster 69 Zukunft der Wertschöpfung aus Sicht des Lebenszyklusmanagement Heinz-Simon Keil 75 bee® – eine Software zur Integration von VR im Planungs- und Montageprozess Oliver Schwarz und Olaf Zupke 93 Produktmodelle als Dreh- und Angelpunkt der Entwicklung von cyberphysischen Systemen Michael Pfenning, Christian Tschirner und Andreas Uhlig 103 Umsetzung einer eigenschaftsbasierten Simulationsplanung in einem PDM-System Johannes Kößler, Jochen Reitmeier und Kristin Paetzold 113 Risikoidentifizierung zur proaktiven Qualitätsabsicherung in der Virtuellen Produktentstehung Rainer Stark, Roland Jochem, Pascal Lünnemann und Johannes Schober 127 Integration von elektrischem Energiebedarf als Planungsgröße in der Produktionsfeinplanung Detlef Gerhard 141 Lebenszyklusorientiertes Konfigurationsmanagement – Neue Anforderungen an PLM Patrick Müller, Roland Drewinski und Helmut Auler 155 Product Lifecycle Management und Dienstleistungen: Methode und Werkzeug zur Unterstützung von Dienstleistungen innerhalb des PLM-Ansatzes Christian Zinke, Lars-Peter Meyer und Frieder Swoboda 167 Wartungsprozesse dynamisch unterstützen – ein Modell für die Zukunft? Thomas Burger 177 Advanced Virtual Reality and Visualization Support for Factory Layout Planning Sebastian Pick, Sascha Gebhardt, Kai Kreisköther, Rudolf Reinhard, Hanno Voet, Christian Büscher and Torsten Kuhlen 187 Durchgängige Lösung zur Unterstützung von Wartungsprozessen durch Augmented Reality mit Smart Devices Michael Abramovici und Matthias Neges 199 Nutzung von Virtual Reality als interaktive Testumgebung in der Produktentwicklung Eckhart Wittstock, Mario Lorenz, Franziska Pürzel und Volker Wittstock 213 Prototypen mit einer Mixed-Reality-Brille erleben – Vom Entwurf zur Simulation und Visualisierung Sebastian Voigt, Martin Großer, Marius Vopel und Günter Kunze 225 Effektive Anwendung optischer 3D-Messsysteme im Produktionsprozess von Gussteilprototypen sowie beim Reverse Engineering Andreas Knoch 239 Entwicklung eines Leitfadens zur methodischen Weiterentwicklung von Bauteilen anhand von Praxisbeispielen Andreas Meyer-Eschenbach und David Rudolz 251 Untersuchung generativ gefertigter medizinischer Prüfkörper durch das Streiflicht-Scanverfahren Fabian Klink und Kevin Kuhlmann 263 Vom Ideal- zum Realmodell: Bauteile mit Fertigungsabweichungen durch automatische FE-Netzadaption simulieren Sebastian Katona, Philipp Kestel, Michael Koch und Sandro Wartzack 275 3D-Digitalisierung und Datenaufbereitung zweier Monumentalplastiken mit unterschiedlichen Verfahren – ein Praxisbericht Christine Schöne 287 Interdisziplinäre Kooperation bei der Erstellung virtueller geschichtswissenschaftlicher 3D-Rekonstruktionen Sander Münster 299 Nutzung digitaler Werkzeuge für die Umsetzung eines künstlerischen Entwurfs Wolfgang Steger, Christine Schöne, Lisa Ewald und Ulrich Eißner 313 3D-Druck von metallischen Mikrobauteilen mittels Mikro Laser Sintern Joachim Göbner und Matthias Winderlich 325 Additive Manufacturing – Integration von Fertigung und Produktentwicklung Alexander Martha, Thivakar Manoharan und Peter Köhler 331 Bionische Radien als User Defined Feature Martin Wiesner und Sándor Vajna 345 Faser-Thermoplast-Verbund: Neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Leichtbauprodukten Maik Gude, Michael Krahl, Christian Garthaus und Michael Stegelmann 357 Grafikorientierte Darstellung verteilter Simulationsergebnisse und Entscheidungsprozesse Hans-Peter Prüfer 369 Integration der GPS in den methodischen Konstruktionsprozess nach VDI 2221 Erhard Leidich, Marko Ebermann und Sophie Gröger 383 Methodische Konstruktion eines Nachlauf Range Extenders zur Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen Carsten Haugwitz, Kevin Kuhlmann, Jonas Crackau und Karl-Heinrich Grote 397 Methode zur kundenorientierten Validierung im Entwicklungsprozess innovativer Fahrzeugsysteme Albert Albers, Jürgen Becker, Matthias Behrendt, Oliver Sander und Fabian Schille 407 Webgestützte Konstruktionsmethodik im Einsatz: Eine erste Evaluation Marc Oellrich und Frank Mantwill 417 Ein Ansatz zur methodischen, CAD integrierten Toleranzsynthese Tim Katzwinkel, Jan Erik Heller und Jörg Feldhusen 433 Einsatz von Ontologien zur Vernetzung von Wissensdomänen in der nachhaltigen Produktentstehung am Beispiel des Sonderforschungsbereiches 1026 Rainer Stark, Wei Min Wang, Anne Pförtner und Haygazun Hayka 451 Untersuchungen von Toleranzketten im parametrischen 3D-CADSystem Stephan Husung, Axel Oberänder, Annika Geis und Christian Weber 465 3D-Aufstellpläne für komplexe Industrieanlagen Robert Bonca 477 Approximation der Wirklichkeit – Hairy root Wachstumssimulation mit 3D-Visualisierung Felix Lenk, Patrick Oberthür und Thomas Bley 485 CAD im Kontext der Industrie 4.0 Thomas Hagenreiner, Peter Köhler und Thivakar Manoharan 497 Computergestützte Wissenserhebung und visuelle Modellierung von Konfigurationsregeln für komplexe Produkte Marius Brade, Robert Bonca und Rainer Groh 509 Gestaltung und Konstruktion historischer Leuchten Peter Schulze, Hartmut Stabler, Annette Jacob und Thomas Hinz 517 Innovative Applikationen für zellulare metallische Werkstoffe für Biosensorik und Biokatalyse Anett Werner, Ralf Hauser und Thomas Bley 527 Klassifikation und Handhabung von Unsicherheiten zur entwicklungsbegleitenden Erfassung des Produktreifegrades Thomas Luft und Sandro Wartzack 535 Produkt- und Prozessdatenmodellierung im Kontext der Blechmassivumformung Thilo Breitsprecher, Andreas Meinel, Martin Thummet und Sandro Wartzack 551 Leichtbaugussteile mittels Niederdruck-Vollformgießverfahren Malchasi Aitsuradze, Jürgen Bast und Bertram Hentschel 565 Blechdickenreduktion an einem PKW-Mittelschalldämpfer mit Hilfe innovativer Optimierungsmethoden Alexander Krauß, Christoph Schleicher und Uwe Fischer 577 Mit innovativer Technologie und optimaler Auslegung zum effizienten Gesamtprozess – Integrative Produkt- und Prozessoptimierung beim Thermoformen Marcus Stein, Sascha Bach, Ronald Claus und Jens-Peter Majschak 589 Überlegungen zur digitalen Verknüpfung von Normen und standardisierten Algorithmen zu Berechnungsbaugruppen Denis Polyakov und Willi Gründer 605 Auswahl anwendungsoptimaler Antriebssysteme als Basis für die Komposition von Antriebsbaukästen Alexander Klause und Detmar Zimmer 619 Neue Konzepte zur Erstellung komplexer Konfigurationen Michael Wegner, Georg Freitag und Markus Wacker 637 Parametrische und interkonnektive Synthesemethoden zur effizienten Entwicklung neuer Mechanismen Maik Berger, Stefan Heinrich und Andreas Heine 649 Generative Fertigung – Handlungsbedarfe und entscheidungsgestützte Prüfung auf RPT-gerechte Konstruktion Alexander Arndt und Reiner Anderl 667 Sah!-Methode zur Verbesserung der Zusammenarbeit mittels der Identifikation interdisziplinärer Netzwerke Mathias Tralau, Fernando Kabisch und Frank Mantwill 681 Speed Design – Konstruieren mit Köpfchen Frank Mantwill 697 Systematische Entwicklung von Lösungskonzepten für spezifische Problemstellungen im Montageanlagenbau Dieter Fischer, Andreas Schulz, Andreas Richter und Carsten Keller 703 Über die gestalterische Phase des Konstruktionsprozesses unter dem Gesichtspunkt der objektorientierten Informatik Peter Sigalov 715 Untersuchungen der Form- und Maßabweichungen von generativ gefertigten dünnwandigen Hohlzylindern Kevin Kuhlmann, Fabian Klink, Tobias Stefaniak, Patrick Hebner und Karl-H. Grote 725 Validierung kundenorientierter funktionaler Anforderungen unter Berücksichtigung abweichungsbehafteter Geometrien und systembedingter Variationen Matthias Ehlert, Andreas Stockinger und Sandro Wartzack 743 Die Bedeutung von Prototypen für den Lernerfolg von interdisziplinären studentischen Produktentwicklungsprojekten Katharina Albrecht, Paul Gerber, Ingmar Langer, Julian Sarnes, Susanne Sprenger und André Stocker 75