Strategic technology planning using the example of Automotive Service Robotics

Im Technologiefeld der Automobilen Service Robotik werden innovative Robotersysteme für Service- und Wartungstätigkeiten an automatisiert fahrenden Fahrzeugen untersucht. Um die wirtschaftlichen und technologischen Zielstellungen in den zukünftigen Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten ressourceneffizient bearbeiten zu können, müssen im Rahmen des Technologiemanagements frühzeitig strategisch wichtige Handlungsbedarfe aufgedeckt und bewertet werden. Insbesondere innovative Technologiefelder befinden sich in frühen Reifegradphasen in einem Spannungsfeld aus hohen Unsicherheiten in der Potenzialabschätzung, interdisziplinären Abhängigkeiten zwischen Technologieprojekten und hoher Entwicklungsdynamik technischer und wirtschaftlicher Leistungsparameter. Bestehende Ansätze weisen durch ihren meist intuitiven Charakter Defizite in der Berücksichtigung von vielschichtigen Abhängigkeiten zwischen Einzelprojekten und dynamischen Reifegradentwicklungen auf. Eine effiziente und projektübergreifende Bewertung von Handlungsalternativen im Sinne der übergeordneten Technologiestrategie ist somit nicht möglich. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen strukturieren Ansatz zur Planung von Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten für innovative Technologiefelder mit komplexen dynamischen Wechselwirkungen zu schaffen, der eine Priorisierung von Handlungsalternativen auf Technologieebene ermöglicht und so die strategische Ausrichtung unterstützt. Hierzu wird ein mehrstufiger Ansatz entwickelt, der auf der Wechselwirkungsanalyse aufbaut, diese um Ansätze der Graphentheorie erweitert und mit der Methodik des Technologieroadmappings kombiniert. Im Rahmen des zyklisch aufgebauten Methodenansatzes werden zunächst relevante Einsatzszenarien zukünftiger Produkte identifiziert und mögliche Anwendungsfälle in ihrer funktionalen Struktur beschrieben. Die funktionale Beschreibung der Anwendungsfälle ermöglicht hierbei die Identifikation umsetzungsrelevanter Technologien und bestehender Konzepte. Ein Relationsmodell zur Abbildung technologischer, zeitlicher und monetärer Abhängigkeiten verknüpft die identifizierten Elemente miteinander, überführt das Technologiefeld in eine dynamische Graphendarstellung und strukturiert die Informationsgrundlage. Durch die Verwendung erweiterter Ansätze der Wechselwirkungsanalyse wird die technologische Realisierbarkeit von Einsatzszenarien und Anwendungsfällen systematisch untersucht und die Relevanz von einzelnen Technologieprojekten bestimmt.Automotive Service Robotics is a new research topic in the field of robotics. Motivated by the ongoing trend of automated driving, innovative robot systems for service and maintenance tasks on automated vehicles are investigated. In order to address the economic and technological objectives in future research and development activities in a resource-efficient manner, strategically important needs for action must be identified and evaluated in an early stage. Especially innovative technology fields are in an early stage of maturity in a conflict of aims between high uncertainties in the assessment, interdisciplinary dependencies between technology projects and high development dynamics of technical and economic performance parameters. Existing approaches in the field of strategic technology planning have major deficits in the consideration of complex dependencies between individual projects and dynamic maturity developments due to their mostly intuitive character. An efficient and cross-project evaluation of alternative courses of action in the sense of an overarching technology strategy is therefore not possible. The aim of this thesis is to create a structured approach for planning research and development activities in innovative technology fields with complex dynamic interactions, which enables prioritization of alternative courses of action at a technology level and thus supports the strategic alignment. To support the planning process, a multi-level approach is developed. This approach is based on the principles of cross-impact analysis and technology roadmapping, augmented by elements from the mathematical field of graph theory. In the first step of the cyclical approach, relevant application scenarios for future products are identified and possible applications are described in their functional structure. Through the abstraction of a functional description for each use case, potentially applicable technologies and existing products can be identified. A relationship model for mapping technological, temporal and financial dependencies links the identified elements with each other, converts the technology field into a dynamic graph representation and structures the information. Using adapted approaches of graph theory, the technological feasibility of scenarios and use cases can be examined. Furthermore, the relevance of technologies is determined and a need for action can be derived by balancing requirements and technological potentials

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

Dynamische Rekonfigurationsmethodik für zuverlässige, echtzeitfähige Eingebettete Systeme in Automotive

Currently, dynamically reconfigurable systems are not used in automotive and there is no process model for their development. The focus of this dissertation is to explore methods and approaches for the development of such systems. One major architectural driver is autonomous driving, another is functional high integration on central computing platforms. Taking these into account, dynamic reconfiguration is classified and explored

Regionalized implementation strategy of smart automation within assembly systems in China

Produzierende Unternehmen in aufstrebenden Nationen wie China, sind bestrebt, die Produktivität der Produktion durch eine Verbesserung der Lean Produktion mit disruptiven Technologien zu erreichen. Smart Automation ist dabei eine vielversprechende Lösung, allerdings können Unternehmen aufgrund von mangelnden Ressourcen oft nicht alle Smart Automation Technologien gleichzeitig implementieren. Ebenso beeinflusst eine Vielzahl an Einflussfaktoren, wie z.B. Standortfaktoren. Dementsprechend herausfordernd ist die Auswahl und Priorisierung von Smart Automation Technologien in Form von Einführungsstrategien für produzierende Unternehmen. Der Stand der Forschung untersucht nur unzureichend die Analyse der Interdependenzen zwischen Standortfaktoren, Smart Automation Technologien und Key Performance Indikatoren (KPIs). Darüber hinaus mangelt es an einer Methode zur Ableitung der Einführungsstrategie von Smart Automation Technologien unter Berücksichtigung dieser Interdependenzen. Entsprechend trägt diese Arbeit dazu bei, eine regionalisierte Einführungsstrategie von Smart Automation Technologien in Montagesystemen zu ermöglichen. Zunächst werden die Standortfaktoren, Smart Automation Technologien und KPIs identifiziert. In einem zweiten Schritt werden, mit Hilfe von qualitativen und quantitativen Analysen, die Interdependenzen bestimmt. Anschließend werden diese Interdependenzen auf ein Montagesystem mittels hybrider Modellierung und Simulation übertragen. Im vierten Schritt wird eine regionalisierte Einführungsstrategie durch eine Optimierung und eine Monte-Carlo-Simulation abgeleitet. Die Methodik wurde im Rahmen des deutsch-chinesischen Forschungsprojekts I4TP entwickelt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird. Die Validierung wurde erfolgreich mit einem produzierenden Unternehmen in Beijing durchgeführt. Die entwickelte Methodik stellt einen neuartigen Ansatz zur Entscheidungsunterstützung bei der Entwicklung einer regionalisierten Einführungsstrategie für Smart Automation Technologien in Montagesystemen dar. Dadurch sind produzierende Unter-nehmen in der Lage, individuelle Einführungsstrategien für disruptive Technologien auf Basis wissenschaftlicher und rationaler Analysen effektiv abzuleiten

Integrationsaspekte der Simulation: Technik, Orgnisation und Personal, Karlsruhe, 7. und 8. Oktober 2010 = Integration Aspects of Simulation: Equipment, Organization and Personnell, Karlsruhe, 7th and 8th October 2010

Die Integration technischer, organisatorischer und personalorientierter Aspekte in Simulationsverfahren ist das Leitthema der 14. Fachtagung der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM) innerhalb der Gesellschaft für Informatik, die vom Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation im Oktober 2010 ausgerichtet wurde. Der vorliegende Tagungsband gibt somit einen vertiefenden Einblick in neue Entwicklungen und Beispiele guter Praxis der Simulation über den deutschsprachigen Raum hinaus

Glaubwürdigkeit und Einsatz des szenariobasierten X-in-the-Loop-Tests für Fahrerassistenzsysteme

Fahrerassistenzsysteme tragen gerade im Bereich der Nutzfahrzeuge zur Verkehrssicherheit bei. Darüber hinaus bietet das hochautomatisierte Fahren neue Geschäftsmodelle. Eine zentrale Herausforderung bei der Entwicklung dieser Systeme ist die steigende Breite und Tiefe der Testfälle. Bereits in heutigen Entwicklungsprojekten stoßen vorhandene Realtestkapazitäten an ihre Grenzen. Daher sind neue Methoden zum Test von Fahrerassistenzsystemen erforderlich. Die Kombination aus szenariobasiertem Testen und X-in-the-Loop-Testumgebungen ist ein vielversprechender Ansatz. In dieser Dissertation werden drei Einsatzmöglichkeiten des szenariobasierten XiL-Tests in einem Serien-Entwicklungsprojekt eingeführt und diskutiert. Als besonders geeignet wird hierbei der Einsatz beim Software-Qualifizierungstest bewertet und in einem Prozessentwurf weiter detailliert. Schwerpunkt ist die Zuordnung von Szenarien auf Testumgebungen mit dem Ziel, die Testabdeckung, die Glaubwürdigkeit der Testergebnisse und die Effizienz der Testdurchführung zu optimieren. Ein entscheidender Prozessschritt ist die sogenannte Glaubwürdigkeitsbewertung. Diese bewertet ein konkretes Szenario in einer spezifischen Testumgebung und besteht je nach Konfidenzanforderung aus den drei Schritten Prädiktion, Plausibilisierung und Validierung. In der Prädiktion werden mithilfe von Unsicherheitsmodellen für drei Subsysteme der XiL-Umgebung und einer Monte-Carlo-Simulation Testergebnis-Verteilungen generiert und mit einem Multinomialansatz Konfidenzintervalle ermittelt. Die Plausibilisierung prüft mithilfe von Pass/Fail-Kriterien und Szenariodistanzmaßen die Äquivalenz einzelner Testausführungen in XiL und Realtest. Bei der Validierung findet ein statistischer Abgleich der Testergebnis-Verteilungen aus XiL und Realtest mithilfe des Barnard-Tests statt. Die Glaubwürdigkeitsbewertung wird auf Basis von Software-in-the-Loop-Daten eines Entwicklungsprojekts für Fahrerassistenzsysteme für insgesamt sieben konkrete Szenarien evaluiert

Analysis Of Uncertainty Over The Factory Life Cycle

The cost and performance structure of a factory is determined in factory planning and activated in the operation phase with a time delay. Even though the majority of investments result from structural planning, the first conceptual and most important step in factory planning, the majority of costs occur during factory operation, the longest phase of a factory life cycle. Life cycle-oriented factory planning seeks to anticipate operation in order to increase the performance potential and reduce total costs over the entire factory life cycle. Experience shows that this can reduce total costs by about one-third, 80% of which are unplanned operating costs. Therefore, it is imperative to be aware of possible uncertainties in the course of a factory life cycle as a factory planner. Up to now, there has been an inconsistent understanding in this regard. By definition, the emphasis has been on long-term change drivers influenced by megatrends due to the strategic orientation of factory planning. The current crisis situation illustrates the relevance of an operational view on potential short-term uncertainties. The goal of the paper is to analyze the uncertainty over the factory life cycle in its entirety and to create a common understanding for factory planning so that life cycle-oriented planning and evaluation of factories can be aligned accordingly

A review of frameworks, methods and models for the evaluation and engineering of factory life cycles

Factories are complex systems, which are characterized by interlinked and overlapping life cycles of the constituent factory elements. Within this context, the heterogeneity of these life cycles results in life cycle complexity and corresponding conflicts and trade-offs that need to be addressed in decision situations during the planning and operation of factory systems. Also with respect to the transformation need towards environmental sustainability, there is a need for methods and tools for life cycle oriented factory planning and operation. This paper systematically reviews existing life cycle concepts of factory systems as well as frameworks, models and methods for the evaluation and engineering of factory life cycles. In order to respond to the above challenges, a general understanding about the factory life cycle, e.g. life cycle stages, related activities and interdependencies, is developed and action areas of life cycle engineering are discussed that could supplement factory planning. Following that, the paper presents an integrated, model-based evaluation and engineering framework of factory life cycles. © 2022 The Author

Proceedings EMV Kongress 2022 : Internationale Fachmesse und Kongress für Elektromagnetische Verträglichkeit

Proceedings der EMV 202

Die Monte-Carlo-Simulation in der Unternehmensbewertung : eine financial-modeling-basierte Fallstudie

Die Automobilindustrie befindet sich in einem fundamentalen Wandel. Gesetzgeber drängen den Herstellern von Fahrzeugen aufgrund des Klimawandels vermehrt Vorlagen auf. Diese zwingen die Hersteller wiederum, Fahrzeuge mit weniger oder gar keinen CO2- Emissionen zu produzieren. Ausserdem ist eine vermehrte Ökosensibilität der Konsumierenden zu beobachten. Diese führt zu einem anderen Konsumverhalten und einer Verlagerung der Märkte von Fahrzeugen, die mit fossilen Brennstoffen betrieben werden, zu Fahrzeugen, welche kein CO2 emittieren. Auch die globale Wirtschaftslage und die Inflation tragen zu der künftigen Unsicherheit bei. Dies wirft die Frage auf, wie ein Unternehmen in der Automobilindustrie bewertet werden kann. Eine deterministische Unternehmensbewertung wird diesem Umfeld nicht gerecht. Durch die Erweiterung des deterministischen Modells mit einer MCS kann die Unsicherheit in das Modell miteinbezogen werden. Für die Bewertung wurde der Volkswagen-Konzern gewählt, da dieser einer der weltweit grössten Hersteller von Automobilen ist. Um den Volkswagen-Konzern zu bewerten, wurde in einem ersten Schritt anhand einer PESTEL-Analyse («Political», «Environmental», «Economic», «Social», «Technological» und «Legal») und einer SWOT-Analyse («Strengths», «Weaknesses», «Opportunities» und «Threats») das Umfeld des Volkswagen-Konzerns sowie der Konzern selbst analysiert. In einem zweiten Schritt wurden die Daten für die Annahmen aufbereitet. Diese wurden dann durch die Kombination der Auswertungen der historischen Daten sowie Prognosen anderer Quellen und der PESTEL- sowie der SOWT-Analyse hergeleitet. Im Anschluss wurde mit einer Discounted-Cashflow- Berechnung eine deterministische Bewertung des Volkswagen-Konzerns gemacht. Dieses Modell wurde um die Monte-Carlo-Simulation erweitert, um die Unsicherheit miteinzubeziehen. Die Ergebnisse deuten auf eine starke Unterbewertung des Volkswagen-Konzerns hin. Die in der deterministischen Bewertung ermittelte Marktkapitalisierung von € 162'745 Mio. ist höher als diejenige zum 31.12.2021 mit € 112'848 Mio. und die Marktkapitalisierung von € 98'274 Mio. zum 31.03.2022. Die durch die Monte-Carlo- Simulation ermittelten Werte deuten darauf hin, dass der Wert des Volkswagen-Konzerns die Marktkapitalisierung am 31.12.2021 mit einer Wahrscheinlichkeit von 93.8% übersteigt und diejenige am 31.03.2022 mit einer Wahrscheinlichkeit von 95.3%. Die Monte-Carlo-Simulation kann eine deterministische Bewertung mit mehr Informationen bereichern und bezieht die Unsicherheit mit in die Bewertung ein. Sie ist jedoch kein Allheilmittel, welche die Zukunft zu prognostizieren vermag. Die Subjektivität ist ein zentraler Bestandteil der Bewertung. Auch wenn die Annahmen auf soliden statistischen Analysen und Logik basieren, sind Annahmen ultimativ eine Entscheidung, welche zu einem Zeitpunkt von einer Person aufgrund eines persönlichen Glaubens gefasst wurde. Ausserdem macht die Gewichtung des TV einen Grossteil des Wertes aus und die Ressourcen sollten entsprechend alloziert werden. Aus den Ergebnissen kann auch geschlossen werden, dass Märkte möglicherweise nicht effizient sind und von Emotion sowie Momentum getrieben sein können