Klassifizierung von CAx-Werkzeugen für die Produktentwicklung auf der Basis eines neuartigen Produkt- und Prozessmodells

In diesem Beitrag wird ein neuartiger Ansatz zur Modellierung von Produkten und — darauf aufbauend, aber hier nicht vertieft betrachtet — von Produktentwicklungsprozessen vorgestellt. Dieser wird anschließend zur Charakterisierung und Klassifizierung von informationstechnischen Werkzeugen für den Entwicklungs-/Konstruktionsprozeß (CAx-Werkzeugen, -Systemen) herangezogen, um deren Einsatzmöglichkeiten sowie mögliche Weiter- und Neuentwicklungen besser beurteilen zu können

Schlußfolgerungen für "Design for X" (DfX) aus der Perspektive eines neuen Ansatzes zur Modellierung von Produkten und Produktentwicklungsprozessen

Bis heute gibt es in der \u27klassischen\u27 Konstruktionsmethodik einen Bruch zwischen den relativ stark formalisierten frühen Phasen der Produktentwicklung und den Aktivitäten beim Entwerfen und Ausarbeiten (\u27späte Phasen\u27), die eher intuitiv ausgeführt werden und durch kaum formalisierte Methoden und Regelwerke unterstützt werden. Gerade in diesen Phasen liegt traditionell der Schwerpunkt des \u27Design for X\u27 (DfX). In diesem Beitrag wird ausgehend von dem in [WeWe-00] vorgestellten Ansatz zur Modellierung von Produkten und Produktentwicklungsprozessen eine stärker formalisierte Darstellung von DfX gegeben und darauf aufbauend das Wesen von DfX-Werkzeugen und typische Probleme bei deren Anwendung diskutiert. Es werden Möglichkeiten zur Klassifizierung und Neuausrichtung von DfXWerkzeugen (Kataloge, Regelwerke und Software) aufgezeigt

Unterstützung des Design Problem Solving: Einsatz und Nutzen einfacher externer Hilfsmittel in den frühen Phasen des konstruktiven Entwurfsprozesses

Due to its economic importance engineering design as a creative design problem solving has been the research subject of psychologists and design engineers for several years. Observations of designer's thinking and action processes show that especially in the early stages of the design process, in which requirements are clarified and ideas are developed, generating solutions is largely associated with the use of simple external representations such as sketches and material (physical) models. In the represented thesis the use and functions of such external aids were investigated at first with a questionnaire study consulting designers (N = 106) of different industries. The results demonstrate the dominance of sketches as well as the increasing use of CAD already in the early stages of product development. In contrast models are applied to a lesser extent. Thereby simple external aids are not only used as memory-relieving external information storages, but do also support solution development and testing, serve as an analysis aid and contribute helpfully to documentation and communication. Further in an experimental study the use and functions of sketching and manual modelling applied by engineering students and designers (N = 61) while working on two design problems of different complexity with free choice of the support form were analysed. The results verify the essential importance of sketching for the design process, since almost all subjects used sketches to deal with the two design problems, while material models were hardly applied. Again the sketches fulfil different functions, so besides documentation they mainly support solution development. These statement based findings that sketches in addition to their function as external storages for memory relief serve also as thinking aids, thus support the generating and further developing of solution concepts, could be confirmed by observation data based on the analysis of the individual design processes. Finally recommendations for the design of new and advanced computer-assisted design aids could be given.Das Konstruieren als schöpferisch-entwerfendes Problemlösen (design problem solving) ist aufgrund seiner wirtschaftlichen Bedeutung seit längerem Gegenstand der Forschung von Psychologen und Konstruktionswissenschaftlern. Beobachtungen des Vorgehens des Konstrukteurs zeigen, daß insbesondere in den frühen Phasen des konstruktiven Entwurfsprozesses, in denen Anforderungen geklärt und Ideen generiert werden, die Lösungsentwicklung in hohem Maße durch einfache externe Hilfsmittel, wie Skizzen und gegenständliche Modelle, unterstützt wird. In der dargestellten Dissertation wurde Einsatz und Nutzen dieser Hilfsmittel zunächst anhand einer Befragung von Konstrukteuren (N = 106) verschiedener Branchen untersucht. Die Ergebnisse belegen die Dominanz von Skizzen sowie die Zunahme der Nutzung von CAD bereits in den frühen Phasen der Produktentwicklung. Modelle finden dagegen weniger häufig Verwendung. Einfache externe Hilfsmittel werden dabei nicht nur als gedächtnisentlastende externe Speicher eingesetzt, sondern unterstützen ebenso die Lösungsentwicklung und -überprüfung, dienen als Analysehilfe und tragen hilfreich zur Dokumentation und Kommunikation bei. Weiterhin wurde in einer experimentellen Studie der Einsatz und die Funktionen des Skizzierens und manuellen Modellierens bei der Bearbeitung zweier Konstruktionsprobleme unterschiedlicher Komplexität durch Maschinenbaustudenten und Konstrukteure (N = 61) bei freier Wahl der Unterstützungsform näher untersucht. Die Ergebnisse verifizieren die essentielle Bedeutung des Skizzierens für den konstruktiven Entwurfsprozeß, da nahezu alle Probanden die beiden Konstruktionsprobleme von Anfang an skizzierend bearbeiteten, während einfache Modelle so gut wie gar nicht eingesetzt wurden. Die Skizzen erfüllten wiederum verschiedene Funktionen, neben der Dokumentation wurden sie v.a. zur Lösungsentwicklung verwendet. Dabei konnten diese auf Aussagen beruhenden Erkenntnisse, daß Skizzen neben der Gedächtnisentlastung auch eine Denkhilfe bieten, durch aus der Analyse der Entwurfsprozesse gewonnene Beobachtungsdaten bestätigt werden. Abschließend wurden Gestaltungsempfehlungen für die Neu- und Weiterentwicklung computergestützter Hilfsmittel des konstruktiven Entwurfsprozesses formuliert

Ein Beitrag zum Produkt-Produktions-CoDesign durch eine Methode zur Modellierung der Abhängigkeiten und Ableitung von Entwicklungsrisiken und -potentialen = A contribution to product-production co-design through a method for modeling dependencies and deriving development risks and potentials

Durch die Mechatronisierung und Digitalisierung von Produkten, einem hohen Kundenbedarf an individuellen Produkten auf der einen Seite und die hierfür notwendigen flexiblen Produktionssysteme unter dem Einsatz von Industrie 4.0 Technologien auf der anderen Seite, steigt die Komplexität in der Entwicklung von Produkten und den zugehörigen Produktionssystemen. Für einen effizienten Produktentstehungsprozess müssen diese beiden Domänen integriert betrachtet werden und Methoden für das Produkt-Produktions-CoDesign entwickelt werden, die die Entwickler hierbei unterstützen. Eine große Herausforderung hierbei ist es, die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem frühzeitig identifizieren zu können, um späte Änderungen im Produktentstehungsprozess zu vermeiden und damit die Entwicklungskosten zu reduzieren. In dieser Arbeit wird ein Vorgehensmodell samt Teilmethoden entwickelt, in dem auf Basis der Referenzsystemelemente aus dem Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem modelliert werden und die Ausbreitung von Änderungen in der in Entwicklung befindlichen Produktgeneration innerhalb und zwischen der Domänen Produkt und Produktionssystem untersucht werden. Hierzu werden einerseits Vorlagen für die Erfassung von Informationen aus den Ebenen Produktfunktion, Produktgestalt und Produktionsprozesse erstellt und andererseits eine Abhängigkeitsmatrix entwickelt, in der die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Ebenen dargestellt werden. Daraus wird unter Einbeziehung des Neuentwicklungsanteils das technische Entwicklungsrisiko alternativer Lösungen im Produkt-Produktions-CoDesign ermittelt, welches den Entwicklern in der Entscheidungsfindung unterstützt. Des Weiteren wird eine Teilmethode entwickelt, mit der Entwicklungspotentiale durch Nutzung von Industrie 4.0 Technologien an Produkt und Produktionssystem in den jeweiligen Produktentstehungsaktivitäten identifiziert werden können und den damit verbundenen Aufwänden in Bezug auf notwendige Menge und Detailgrad der Daten aus dem Produktionsprozess gegenübergestellt werden. Die Anwendung der entwickelten Teilmethoden in Forschungsprojekten und Anwendungsfällen der industriellen Praxis zeigt deren Anwendbarkeit und deren prinzipiellen Nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Entwicklungspotentiale als auch -risiken identifiziert werden können und den Produkt- und Produktionssystementwicklern somit eine Unterstützung im Produkt-Produktions-CoDesign geboten wird

Vorgehensweisen zum Einsatz universitärer Produktentwicklung als Innovationstreiber

Der demografische Wandel in Deutschland geht mit einer Vielzahl von Herausforderung in Wirtschaft und Gesellschaft einher. In einer besonders starken Ausprägung ist Sachsen-Anhalt von diesen Entwicklungen betroffen. Damit bildet dieses Bundesland bei der Betrachtung demografischer Daten das Schlusslicht in Deutschland und gehört zudem im europäischen Vergleich zu den Regionen mit der schlechtesten Bevölkerungsentwicklung (MLV 2013). Die entscheidende Ursache für diesen negativen Trend liegt in der Wirtschaftssubstanz der Region. Sachsen-Anhalts ökonomische Struktur ist von Klein- und Mikrounternehmen mit lokalen und regionalen Aktionsradien geprägt. In der Folge finden nur unzureichende F&E-Aktivitäten in den Unternehmen statt, da die notwendigen Ressourcen nicht vorhanden sind. So stagnieren die F&E-Investitionen des Landes seit 2003 1-1,5 % des BIP (BMBF 2012). Der überwiegende Anteil dieser Mittel stammt aus öffentlichen Finanzierungsquellen. Weiterhin deutet die geringste Exportquote aller Bundesländer (26,6 %) auf eine unzureichende Internationalisierung hin. Ähnliche Sachverhalte zeigen sich bei Ländervergleichen mit Bezug auf die Erfindungstätigkeit und bei den internen F&E-Aufwendungen. Folglich ist das Innovationspotenzial der regionalen Wirtschaft sehr begrenzt und dies geht einher mit dem mangelhaften Entstehen von lukrativen Arbeitsplätzen. Deshalb verlassen derzeit etwa 65 % der Hochschulabsolventen Sachsen-Anhalt (Hartmann et al. 2013), wodurch der demografische Wandel beschleunigt wird. Dieser Beitrag soll aufzeigen, in welcher Weise Universitäten als Partner für Innovationen der regionalen mittelständischen Wirtschaft agieren können. Hierzu soll mit der interdisziplinären Projektarbeit mit Unternehmen im Rahmen des Integrated Design Engineering (IDE) an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg ein vielfach sehr erfolgreich verwendeter Unterstützungsansatz für die Produktentwicklung vorgestellt werden, der durch eine synergetische Verbindung aus technisch, betriebswirtschaftlich und gestalterisch getriebener Produktentwicklung eine F&E-Kompetenz für Unternehmen ermöglicht, welche durch die Nutzung universitärer und studentischer Ressourcen Mehrfachnutzen für Unternehmen generieren kann

Ein Ansatz zur anwenderorientierten Systemmodellierung für die interdisziplinäre Produktentwicklung = A User-Oriented Concept of Systems Modeling for Interdisciplinary Product Engineering

Die Welt verändert sich, auch für den Menschen in der Produktentwicklung. War früher die Kompetenz eines Entwicklers durch disziplinspezifisches Fachwissen geprägt, ist heute und in Zukunft eine interdisziplinäre Ausrichtung des Kompetenzprofils erforderlich. Die Karlsruher Schule der Produktentwicklung begreift diesen Menschen als denkendes und handelndes Zentrum in der Produktentstehung

Model Based Systems Engineering zur Unterstützung der Baukastenentwicklung im Kontext der Frühen Phase der Produktgenerationsentwicklung

In Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wird ein Framework zur Produktmodellierung vorgestellt, das Entwickler bei der Synthese und Analyse von Baukästen und den dazugehörigen Produkten unterstützt. Es wird aufgezeigt, wie Informationen aus vorherigen Produktgenerationen genutzt werden können, um Produktmodelle mithilfe des Model Based Systems Engineering Ansatzes, im Kontext der Frühen Phase der Produktgenerationsentwicklung, effizient zu erstellen

Erweiterte Anwendungsfallmodellierung (e-AFM) – Ein Beitrag zur nutzerzentrierten Entwicklung von Power-Tools = Advanced Use Case Modeling (e-AFM) – A Contribution to the User-Centered Development of Power Tools

Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wird die Methodik der erweiterten Anwendungsfallmodellierung (e-AFM) entwickelt. Die Methodik unterstützt Produktentwickler bei der nutzerzentrierten Entwicklung von Power-Tools. In vielen Anwendungen stehen technische Systeme in direkter Beziehung mit dem Menschen oder wechselwirken mit ihm. Besonders stark sind diese Wechselwirkungen bei handgehaltenen Geräten, sogenannten Power-Tools. Bei Power-Tools hängt die Funktionserfüllung stark von dem Nutzungsverhalten ab – von welchem Anwender, in welcher Anwendung, unter welchen Umweltbedingungen und mit welchem Arbeitsziel es genutzt wird. Daher sollte das Nutzungsverhalten möglichst umfänglich erfasst, beschrieben und für die Produktentwicklung nutzbar gemacht werden. Das Nutzungsverhalten kann bei der realen Benutzung von Power-Tools beobachtet werden. Aus dem Nutzungsverhalten lassen sich Anforderungen und quantifizierbare Messgrößen für die Produktentwicklung inklusive der Validierung ableiten. Um eine Vergleichbarkeit über mehrere Anwender zu erreichen, muss das Nutzungsverhalten geclustert, abstrahiert und in Anwendungsfälle (generalisierte Tätigkeiten) überführt werden. Anwendungsfälle können mit der Systems Modeling Language (SysML) modelliert werden. Allerdings besteht Forschungsbedarf, um die Modellierungssprache, der Entwicklungspraxis von Power-Tools anzupassen. Auf Basis des Stands der Forschung wird eine initiale Methodik der erweiterten Anwendungsfallmodellierung (e-AFM) entwickelt. Die Methodik besteht aus drei Phasen mit Aktivitäten und unterstützenden Methoden. Die e-AFM-Methodik geht über die klassischen Modellierungsansätze hinaus. Sie kombiniert die Top-Down mit der Bottom-up-Modellierung und stellt Entwicklern Methoden sowie Handlungs-empfehlungen zur Verfügung, um das Nutzungsverhalten bei der Power-Tool-Benutzung zu erfassen, zu beschreiben und zu analysieren. Um die Methodenentwicklung bestmöglich auf die Bedürfnisse von Power-Tool-Entwicklern auszurichten, werden Interviews mit Experten sowie eine projektbegleitende Fallstudie durchgeführt. Basierend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen wird die Methodik weiterentwickelt und in zwei Fallbeispielen validiert. Abschließend wird im Ausblick aufgezeigt, wie die Forschung in dem Forschungsfeld der Anwendungsfallmodellierung weitergeführt werden kann

Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung im Kontext der Modellbildung technischer Systeme und einer Modellierungstechnik für Zielsystem und Objektsystem technischer Systeme in SysML auf Grundlage des ZHO-Prinzips = Basis definition of a common language of product engineering in the context of modeling of technical systems and a modeling technique for the systems of objectives and objects of technical systems on the basis of the ZHO-principle

Die Arbeit begegnet den Herausforderungen einer erfolgreichen Kommunikation in der fachdisziplinübergreifenden Zusammenarbeit durch eine Basisdefinition einer gemeinsamen Sprache der Produktentwicklung für den Kontext der Modellbildung technischer Systeme. Darauf basierend wird eine Modellierungstechnik als zentrales Werkzeug zur Handhabung der umfangreichen und heterogenen Daten und Informationen vorgestellt