About the proof of safety case for a bord autonomous satellite based localisation unit for railways

Mit dieser Arbeit wird ein Beitrag zur Steigerung der Attraktivität des Schienenverkehrs durch den Wechsel von traditioneller streckenseitiger auf satellitenbasierte fahrzeugseitige Ortung geleistet. Hierbei wird eine Grundlage für den Entwicklungsprozess für die Selbstortung des Schienenfahrzeugs ohne streckenseitige Einrichtungen oder Aktivitäten des Fahrers erstellt, um die Zertifizierung und Typzulassung einer bordautonomen, mit ETCS Level 3 konformen satellitenbasierten Ortungseinheit für den Schienenverkehr zu erreichen. Anstelle der momentan im Schienenverkehr üblichen diskreten Zugortung können mit Einführung der satellitenbasierten kontinuierlichen Ortung eine Vielzahl an Vorteilen durch einen effizienteren Betrieb und den Verzicht auf streckenseitige Ortungskomponenten sowie Signalisierung ermöglicht und realisiert werden. Die hier konzipierte Ortungseinheit muss für eine Zertifizierung entsprechend dem gültigen normativen Rahmen entwickelt werden. Dafür werden der normative Rahmen und dessen historische Entwicklung analysiert und die beteiligten Organisationen im Normerstellungsprozess sowie die Entwicklungsprozesse in Europa betrachtet. Um die Ergebnisse dieser Arbeit auch weltweit für Entwicklungsprozesse nutzen zu können, wird auch der internationale normative Rahmen fokussiert. Darauf aufbauend soll die Begutachtung und Zertifizierung der satellitenbasierten Ortungseinheit im Schienenverkehr durchgeführt und der Prozess nachvollzieh und wiederholbar dargestellt werden. Die satellitenbasierte Zugortung soll in moderne Zugbeeinflussungssysteme eingebunden werden und ist somit nicht separat einsetzbar. Für die somit notwendige Integration wird hier die Grundlage gelegt, die Umsetzung erfolgt durch ein modulares Modellkonzept für die Schnittstellen.This thesis contributes to a more attractive railways by enhancing the change from traditional track side to satellite based vehicle self localisation. The development process for the self localisation of a rail vehicle without track side infrastructure and activities of the driver is created to reach the certification and type approval of a board autonomous localisation unit for railways compatible with ETCS level 3. Instead of the currently used discrete localisation in railways the advantages of satellite based localisation can be used for a continuous localisation. This leads to various benefits by an efficient operation and the abandonment of track side localisation as well as signalling components. The localisation unit designed in this thesis has to be developed for a certification according the normative background which is therefore analysed. Furthermore the historical background of the normative background is analysed and the participating organisations in the creation of a norm as well as the development process in Europe are focused. To use the results of this work for worldwide development processes, the international normative background is focused as well. On this basis, the certification and assessment of the satellite based localisation unit for railways is carried out with consistent and comprehensive process. The satellite based train localisation is integrated in modern train control system and can therefore not be used separately. For the necessary integration the fundamental work is done, the implementation is carried out by a modular model concept for the interfaces. To enable a clear structured description, a terminologically consistent approach is introduced and used. The focus is on the terms relevant for development and certification to enhance the comprehensibility and for a consistent implementation. This work is the basis for a safe system development and the connected certification with a clearly structured system. These are introduced here and are necessary to know the relevant parts for the safety analysis. This approach enables to identify potential problems and difficulties early and to adopt adequate solutions to be included in the development process. The necessary processes are introduced in general and subsequently applied to the certification of the satellite based localisation in railways

Traffic Safety within a systemic context

Die Verkehrssicherheit, im ingenieurswissenschaftlichen Fokus, lässt sich aus vielen verschiedenen Blickwinkeln betrachten. Je nach Zugehörigkeit einer Domäne (z.B. Schienenverkehr, Straßenverkehr bzw. Luftverkehr oder Schifffahrt), dem Systemblickwinkel oder unterschiedlichen Detaillierungstiefen ergeben sich verschiedene Interpretationen und Ansätze die Sicherheit zu beeinflussen. Mit dem Ziel die Verkehrssicherheit zu verbessern, werden zum Teil komplexe technische Lösungen aufwendig entwickelt, ohne eine direkte oder indirekte sicherheitsfördernde Auswirkung zu prognostizieren. Auf Basis lokaler akuter Probleme werden häufig lokale Lösungen erstellt, deren erhoffte Wirkung jedoch teilweise ausbleibt. Mögliche Ursachen für die Entwicklung vorwiegend schneller lokaler Lösungen sind zum einen der akute Handlungsbedarf, der sich zum Teil durch die hohe Erwartungshaltung der Gesellschaft bei Unglücksfällen begründet, und zum anderen auch die hohe Komplexität des jeweils betroffenen Verkehrssystems selber, sowie die eher abstrakte und nicht unmittelbar messbare Größe der Verkehrssicherheit und dem damit verbundenen Problem, diese nicht direkt beeinflussen zu können. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf eine systemische, auf systemtheoretischen Grundlagen aufbauende Analyse der Systemsicherheit. Ein wesentlicher Bestandteil dieser Analyse ist die Verwendung von Begriffsmodellen zur Identifikation einer konsistenten Begriffswelt und somit zur Vermittlung eines umfassenden Systemwissens, um darauf aufbauend Theorien der Systemsicherheit in Verbindung mit generischen Sicherheitsimplementierungskonzepten formalisieren zu können. Anhand dieser systemübergreifenden jedoch konsistenten Betrachtungen gelingt die Portierung der Erkenntnisse auf das System Verkehr und die Formalisierung der Verkehrssicherheit mit einfachen verkehrssystemunabhängigen Modellen.Traffic Safety, from an engineer’s point of view, may be regarded from different perspectives. According to the belonging to different domains, e.g. railway or road traffic, aviation or shipping, various interpretations or approaches for increasing traffic safety exist. Even different levels of detail or system layers lead to different safety implementations without regarding the system holistic view. With the objective of increasing traffic safety to some extent complex technical solutions are developed without attempting to predict the safety promoting impacts. On the basis of locally identified problems the development of local solutions is not unusual and in consequence the expected effects often missed. Possible causes for premature and locally oriented solutions may be founded by the urgent need for action due to high social expectations after occurred accidents. But also the complex structure of the traffic system itself and the abstract and not physically measureable traffic safety value complicate the direct and immediate influence of traffic safety. The present thesis with the title „Traffic Safety within a systemic context” concentrates on a systemic analysis of system safety based on system-theoretically principles. An essential part of this analysis is the usage of conceptual models for the identification of a consistent universe of discourse and the generation of wide spread system knowledge in order to build up and formalize system safety theories as well as safety implementation concepts upon that. With that system unspecific but consistent considerations a porting of this expertise to traffic is achieved and the formalization of traffic safety is done with elementary models

Entwerfen Entwickeln Erleben in Produktentwicklung und Design 2021

Die Konferenz Entwerfen Entwickeln Erleben bietet zum fünften Mal ein national einzigartiges fachübergreifendes Konferenz- und Ausstellungsformat an den Schnittstellen von Produktentwicklung und Industriedesign. Die fortschreitende Integration digitaler Technologien im Bereich Produktentwicklung und Industriedesign führt gerade zu einer massiven Transformation der Arbeitsprozesse und hin zu einer enormen Erweiterung von Möglichkeiten –angefangen von der Digitalisierung des Produktentstehungsprozesses mithilfe von Methoden und Techniken des Systems Engineering, über die Vernetzung und Automatisierung von Produktionsanlagen und Produkten, Predictive Maintenance durch digitale Zwillinge bis hin zur nachhaltigen Produktion vollständig recyclebarer Güter. Hinsichtlich der Einreichung sind Schnittstellen mit folgenden aktuellen Schlüsselthemen von besonderem Interesse: Virtuelle Methoden in der Produktentwicklung: Mit Blick auf den Lebenszyklus der Produktentwicklung stehen die digitalen Möglichkeiten bezüglich Innovation, Design und Umsetzung im Vordergrund. Wie können beispielsweise Daten über Produkte und deren Nutzung in Simulationen in Echtzeit zusammengestellt, zielgerichtet variiert und ausgewertet werden? Wie können digitale Tools in der Innovationsphase helfen, verteilte Informationen und Ideen zu sammeln und zu strukturieren? Ein besonderer Fokus liegt dabei auf dem Umgang und Einsatz des Systems Engineering, von Methoden der künstlichen Intelligenz und des machine learning. Mensch-Maschine-Interaktion: Mit der Weiterentwicklung der Automatisierung hin zur umfassenden Kooperation von Mensch und Technik bis hinein in Produktentwurf und -entwicklung stellt sich die Frage, wie diese zukünftige Partnerschaft durch nutzerzentrierte Designs gestaltet werden soll? Welche Zwischenschritte und Zugänge sind notwendig, um Interfaces zum Beispiel via VR/AR so adaptiv und lernförderlich wie möglich zu gestalten und zugleich notwendige Grenzziehungen zwischen Mensch und Maschine zu definieren? Kollaboration: Produktentwicklung und -design leben von kreativem Zusammenwirken. Wie kann diese Kreativität durch Methoden, Arbeitsumgebung und digitale Tools unterstützt werden? Lassen sich Kreativität und Serendipität messen und entsprechend planen? Welche Rolle spielt Kollaboration bei der agilen Produktentwicklung und bei der Organisation von umfangreichen Partner-Ökosystemen? Und wie lässt sich zum Beispiel die Zusammenarbeit in Design Teams auf die universitäre Lehre übertragen? Nachhaltigkeit/Transfer: Zentral für neue Produkte ist die Verbindung zur Gesellschaft im Allgemeinen und zur Nutzer- bzw. Anspruchsgruppe im Speziellen. Gerade mit Blick auf nachhaltige Produkte mit einem möglichst langen Lebenszyklus sind datengetriebene Analysen zum Nutzerverhalten genauso zentral wie die passgenaue Entwicklung und Planung für eine ressourcensparende Produktion. Dies sind alles wesentliche Bestandteile der additiven Fertigung und späteren Rekonfigurationen. Hierfür ist es unabdingbar Kategorien der Materialwissenschaften, Kreislaufwirtschaft und neueste Ansätze der Produktentwicklung miteinander zu verknüpfen, um die Effizienz der Entwicklung und die Nachhaltigkeit der Produkte gleichzeitig zu steigern.:Digitalisierung der Engineering Prozesse durch System Lifecycle Management (SysLM) Martin Eigner 11 Umgang mit Marktunsicherheiten in der Zielsystementwicklung: Methode zur Reduktion von Definitionslücken bei der Konkretisierung des Initialen Zielsystems Valentin Zimmermann, Christoph Kempf, Leo Hartmann, Nikola Bursac, Albert Albers 21 Digitale Lösungssammlung von Konstruktionsprinzipien für die Agile Entwicklung von Leichtbaustrukturen für Luftfahrzeuge Jutta Abulawi, Maximilian Weigand 35 Ansatz zur Erarbeitung einer Methodenauswahl für nachhaltige Produktentwicklung in KMUs Björn Ragnar Kokoschko, Laura Augustin, Christiane Beyer, Michael Schabacker 49 Kontrollierte Fragebogenentwicklung zur Messung erlebter Qualität von Produkten der Dräger Safety auf haptischer, optischer und akustischer Ebene Julia Schneider, Christian Wölfel, Sarah Wandel, Michael Richenberger 59 Was können wir von Ablehnung lernen? Eine Befragung von NichtnutzerInnen im Kontext einer Produktentwicklung Laura Augustin, Sabrina Pfrang, Björn Kokoschko, Andrea Wolffram, Michael Schabacker 71 Digitale Landwirtschaft und das User-Interface – eine Herstellersicht Michael Jendis 85 Data Model Canvas für die IT-System-übergreifende Integration von Datenmodellen zur Unterstützung von Datenanalyse-Anwendungen im Produktlebenszyklus Thomas Eickhoff, Andreas Eiden, Jonas Gries, Jens C. Göbel 99 Montagegerechte Gestaltungsrichtlinien mittels Deep Learning Johanna Gerlach, Alexander Riedel, Seyyid Uslu, Frank Engelmann, Nico Brehm 111 Hybride Simulationstechnik – Prototypenerkenntnisse in den Produktneuentwicklungsprozess einbinden Dennis Kaczmarek, Armin Lohrengel 123 Zeitliche und inhaltliche Konvergenz der Lösungsfindung als zentrale Herausforderung in Hybriden Produktentwicklungsprozessen – eine Empirische Analyse von Stanfords ME310-Prozessmodell Frank Koppenhagen, Tim Blümel, Tobias Held, Christoph Wecht 137 Better Change a Running System – Implementierung von Innovations- und Nachhaltigkeitsprozessen in Entwicklungsabteilungen Oliver Keller, Paul Stawenow, Marco Kapetan 155 User Research im Zukunftsorientiertem Design-Thinking: Eine Ganzheitliche Methode für das Stakeholder-Management in der Service-Optimierung Mehdi Mozuni, Maren Ohlhoff, Gerhard Glatzel 163 Virtual-Reality-Umgebung für die Visualisierung von Entwicklungszielgrößen auf Basis des Referenzsystems im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung Felix Pfaff, Simon Rapp, Albert Albers 175 Ausarbeitungsleitfaden für Nutzerstudien zur Evaluation von XR-Interfaces in der Produktentwicklung Jakob Harlan, Benjamin Schleich, Sandro Wartzack 189 Textile Engineering ›SurFace‹: Oberflächenentwurf von der taktilen zur grafischen zur taktilen Erfahrbarkeit im Design Engineering der Zukunft Marina-Elena Wachs, Theresa Scholl, Gesa Balbig, Katharina Grobheiser 201 Effiziente und Robuste Entwicklung komplexer Faserverbund-Triebwerkstrukturen Sebastian Spitzer, Fabian Folprecht, Alrik Dargel, Christoph Klaus, Albert Langkamp, Maik Gude 215 Maschinenkonzept zur additiven Fertigung großdimensionierter Titan-Bauteile Andreas Kalb, Florian M. Dambietz, Peter Hoffmann 227 VIKA – Konzeptstudien eines virtuellen Konstruktionsberaters für additiv zu fertigende Flugzeugstrukturbauteile Johann Steffen 237 Entwicklung einer agil-strukturierten Prozesslösung mittels ASD – Agile Systems Design für das technische Änderungsmanagement im After Sales eines OEM der Automobilindustrie Jonas Heimicke, Sascha Pfau, Linda Vetten, Albert Albers 255 Methoden für die durchgängige Anwendung einer EBOM mithilfe klassenbasierter Substitutionsobjekte Jonathan Leidich, Peter Robl, Julien Raphael Mrowka 271 Anforderungsmanagement in der Agilen Entwicklung Mechatronischer Systeme – ein Widerspruch in sich? Nikola Bursac, Simon Rapp, Lukas Waldeier, Steffen Wagenmann, Albert Albers, Magnus Deiss, Volker Hettich 283 Akzeptanzanalyse zum Einsatz von Hybriden Prototypen und Extended Reality in der Produktentstehung Liesa Zimmermann, Kathrin Konkol, Elisabeth Brandenburg, Rainer Stark 297 Interdisziplinäre Produktentwicklung – Beschreibung einer Kooperation aus Industrie, angewandter Forschung und Technischem Design zur Realisierung einer assistierenden Roboterzelle Christian Hermeling, Johannes Abicht, Thomas Theling, Ralf Hock 309 Szenarien Machen Mögliche Zukünfte Erlebbar – Szenen eines Forschungsvorhabens Maren Ohlhoff, Mehdi Mozuni, Gerhard Glatzel 323 3D-volldigitalisierte Behandlungsplanung bei Lippen-Kiefer-Gaumenspalten (LKGS-3D) Christiane Keil, Dominik Haim, Ines Zeidler-Rentzsch, Franz Tritschel, Bernhard Weiland, Olaf Müller, Thomas Treichel, Günter Lauer 335 Beam-colored Sketch and Image-based 3D Continuous Wireframe Reconstruction with different Materials and Cross-Sections Martin Denk, Klemens Rother, Kristin Paetzold 345 Diskussionsbeitrag zu einem methodischen Ansatz für Entscheidungen in Zielkonflikten während der Konzeptphase der Entwicklung automatisierter Produktionsanlagen Peter Lochmann, Jens-Peter Majschak 355 Generieren lastgerechter Materialparameter für FEM-gestützte Umformprognosen – am Beispiel von Karton Verbundmaterialien Toma Schneider, Antje Harling, Frank Miletzky 371 Erweiterte Analyse ausgewählter Schwingungsphänomene mit dem C & C²-Ansatz am Beispiel einer Einscheibentrockenkupplung Peter M. Tröster, Thomas Klotz, Simon Rapp, Yulong Xiao, Sascha Ott, Albert Albers 383 Ein Klassifizierungssystem für Industrielle Augmented Reality Anwendungen Jan Luca Siewert, Matthias Neges, Detlef Gerhard 401 Nutzerzentrierte Entwicklung einer ortsunabhängigen Maschinenabnahme mittels Augmented Reality Nedim Kovacevic, Jantje Meinzer, Rainer Stark 417 Augmented Reality als intuitive Benutzungsschnittstelle für das Roboterprogrammieren Carolin Horn, Christoph-Philipp Schreiber 431 Design von Produkt-Dienstleistungssystemen für Kreislaufwirtschaft Ursula Tischner 443 Nachhaltigkeit: Avoiding Design – Warum gutes Design kein Design ist und auch das Nicht-Designen und Vermeiden von Produkten Gestalterhandwerk sein muss Philipp Schütz, Oliver Gerstheimer, Philipp Englisch 461 Nachhaltigkeit als strategischer Imperativ für die Gesellschaft und Unternehmen Heinz Simon Keil, Detlef Tietze 475 Simulation modularer Produktarchitekturen durch modellbasierte Konfiguration Florian M. Dambietz, Dieter Krause 491 MBSE-Ansatz für eine Vernetzte Stoffstrommodellierung zur Verbesserung der Partnersuche in der Kreislaufwirtschaft Franz Wieck, Philipp Kronenberg, Manuel Löwer 501 Konstruktion eines Inserts für Faserverbund- Halbzeuge Frank Weidermann, Stefanie Zimmermann, Andrea Pino 517 Der Ingenieur an seinem Arbeitsplatz – gesund und kompetent! Bettina Schleidt 529 Digitale Arbeitsumgebungen in der Produktentstehung – Mit Action Design Research Web-Anwendungen zur produktiven Zusammenarbeit entwickeln Stephan Scheele, Daniel Mau, David Foullois, Frank Mantwill 541 Nutzerzentrierung in Zeiten von Social Distancing – Evaluierung eines extracurricularen Lehrformats für Studierende der Produktentwicklung Anne Wallisch, Kristin Paetzold 559 The Digitalization Principles from a User-Centered Design Perspective – A Conceptual Framework for Smart Product Development Carolina Sallati, Klaus Schützer 575 Brain of Materials – die Plattform für Designer, Entwickler und Materialhersteller Hans Peter Schlegelmilch 587 Gibt es ein Patentrezept für erfolgreiche IT-Projekte? Alfred Katzenbach 591 Mockup einer Betriebsleitstelle für Automatisierte Shuttlebusse – Konzeption und Design eines Universellen, Visuellen und Auditiven Interfaces Ingmar S. Franke, Sönke Beckmann, Olga Biletska, Hartmut Zadek 601 Co-Creation bei komplexen Consumer Products Linda Geißler, Nico Herzberg, Natalie Mundt 613 Bessere Kundenorientierung bei der Entwicklung physischer Produkte – Nutzung agiler Vorgehensweisen kombiniert mit Additiven Fertigungsverfahren Philipp Blattert, Werner Engeln 621 Ermittlung von Anforderungen an eine Anwendungsfall-Spezifische Einführung Agiler Ansätze – Erkenntnisse aus der Anwendung des Agile-Stage-Gate Hybrids Jonas Heimicke, Ahmed Spahic, Luis Bramato, Albert Albers 633 goG – die Neue Urbane Mobilität Hans-Georg Höhne 645 Vergleich der Motivationsprofile von Scrum-Teammitgliedern mit dem Agilen Manifest zur Entwicklung von Gamification-Strategien David Kessing und Manuel Löwer 655 Zeichnen als Weltentwurf: Analog + Digital – Die Bedeutung des Zeichnens in der Primarausbildung mit Blick auf Design Engineering in Europa Marina-Elena Wachs 665 Intelligentes Nesting in der Kreislaufwirtschaft zur Steigerung der Ressourceneffizienz Philipp Kronenberg, Franz Wieck, Sebastian Weber, Manuel Löwer 673 Remote Innovation – Co-Creation During Times of Pandemic Oliver Gerstheimer, Philipp Schütz, Philipp Englisch, Erhard Wimmer 681 Analyse des Einflusses von Faktoren auf die agilen Fähigkeiten von Organisationseinheiten in der Entwicklung physischer Systeme Jonas Heimicke, Tobias Rösel, Alber Albers 691 Entwicklung Angepasster Konstruktionsmethoden für Nachhaltige Hochvolt-Speicher Robert Kretschmann, Gerd Wagenhaus, Christiane Beyer 703 Automatisierung des Datenaufbereitungsprozesses für AR/VR-Anwendungen im Engineering Maximilian Peter Dammann, Wolfgang Steger, Ralph Stelzer 714 Nutzer- und Aufgabengerechte Unterstützung von Modellierungsaktivitäten im Kontext des MBSE-Model-Based Systems Engineering Constantin Mandel, Matthias Behrendt, Albert Albers 72