Wissensbasierter Aufbau konstruktions-begleitender Finite-Elemente-Analysen durch ein FEA-Assistenzsystem

Aus der Einleitung: "Aufgrund der wachsenden Produktanforderungen bei gleichzeitig immer kürzeren Entwicklungszeiten gewinnen computergestützte Simulationsverfahren, wie die Finite-Elemente-Analyse (FEA), in der Produktentwicklung zunehmend an Bedeutung [Müller 2009]. Für eine effiziente Nutzung der FEA muss diese jedoch frühzeitig in der Produktentwicklung angewendet werden. Darüber hinaus wird für einen erfolgreichen Einsatz umfangreiches Expertenwissen vorausgesetzt. Dieses Wissen konzentriert sich in den Unternehmen hauptsächlich auf erfahrene Berechnungsingenieure, die aufgrund zeitlicher Engpässe Simulationen meist nur zur Nachrechnung bereits ausdetaillierter Produktmodelle durchführen. Konstruktionsbegleitende Simulationen werden hingegen zu selten eingesetzt oder sind nicht aussagekräftig genug, wenn diese nicht von Berechnungsexperten erstellt werden. Um den steigenden Anforderungen an die Produktentwicklung gerecht zu werden, muss das erforderliche Simulationswissen daher auch weniger erfahrenen Benutzergruppen, wie Konstruktionsingenieuren, zugänglich gemacht werden. Darüber hinaus müssen wiederkehrende Arbeitsschritte für den Simulationsaufbau standardisiert und automatisiert werden, um die Qualität der Berechnungsergebnisse abzusichern und diese Prozesse zu beschleunigen. ...

Wissensbasierter Aufbau konstruktionsbegleitender Finite-Elemente-Analysen durch ein FEA-Assistenzsystem [Präsentationsfolien]

Motivation - Steigende Produkt- und Prozessanforderungen bei gleichzeitig verkürzten Entwicklungszeiten - Verstärkter Einsatz von Finite-Elemente-Analysen (FEA) in der Produktentwicklung notwendig - Erforderliches Expertenwissen jedoch hauptsächlich auf erfahrenen Berechnungsingenieure konzentriert - Konsturktionsbgleitende FEA bisher zu selten durchgeführt oder zu wenig aussagekräfti

Ein Werkzeug zur schnellen Konfiguration biomechanischer Simulationen in der Produktentwicklung

Aus Punkt 1: "Neben der Funktionserfüllung und den Kosten ist der wirtschaftliche Erfolg eines Produktes nicht zuletzt dadurch gegeben, wie gut es den Wünschen, Bedürfnissen und Fähigkeiten seiner Nutzer entspricht. Zwischen Nutzer und Produkt existieren vielfältige Wechselwirkungen, die erfasst und verstanden werden müssen, um Produktkonzepte hinsichtlich der oben genannten Kriterien bewerten und optimieren zu können. Die Philosophie der menschzentrierten Produktentwicklung (MZP) besteht folglich darin, in allen Phasen der Produktentwicklung konsequent das Gesamtsystem bestehend aus Nutzer, Produkt und Umwelt zu betrachten.

Konzept für ein VR-System zur intuitiven Modellierung durch natürliche Interaktion

Aus der Einführung "Kreative Ideen sind die Grundlage für Unternehmen, um eigene Produkte an sich verändernde Marktbedingungen anzupassen, neue Möglichkeiten zu nutzen und auf dem Markt zu bestehen (Shalley et al. 2004). Organisationen versuchen deshalb, kreativitätsfördernde Arbeitsbedingungen zu schaffen, indem die Unternehmenskultur und Arbeitsumgebungen entsprechend gestaltet oder spezielle Werkzeuge zur Verfügung gestellt werden. Ein im Produktentwicklungsprozess häufig eingesetztes Werkzeug ist das parametrisch assoziative CAD-System (Computer-Aided Design). Die effiziente Bedienung einer umfangreichen WIMP (Window, Icon, Menu, Pointing)- basierten Software muss durch umfangreiche Schulungen erlernt und regelmäßig angewendet werden, um die Modellierfähigkeiten zu erhalten. Die zur Bedienung erforderliche kognitive Leistung führt häufig zur Beeinträchtigung der Kreativität eines Konstruktionsingenieurs (Chandrasegaran et al. 2013), v. a. bei wenig geübten Nutzergruppen. Am Übergang zwischen Konzeptphase und der frühen Entwurfsphase (Arbeitsabschnitt 5 der VDI 2221) wird deshalb vorwiegend mit Skizzen und noch nicht im parametrischen CAD-System gearbeitet (VDI 2223 2004). Für die Erstellung der Vorentwürfe wäre es im Sinne des „Frontloading“ jedoch wünschenswert, früh erste rechnergestützte Methoden zur Gestaltung einsetzen zu können. Durch den Einsatz von virtueller Realität (VR) eröffnet sich die Möglichkeit zur Entwicklung intuitiver Interaktionsmethoden, die eventuell neue Modellierstrategien ermöglichen. Diese erlauben dem Produktentwickler, natürlich mit den virtuellen Modellen umzugehen. Durch die im Vergleich zum parametrisch assoziativen CAD-System intuitive Bedienung würde die Kreativität bei der groben Gestaltung der Vorentwürfe weniger eingeschränkt. ...

Considering emotional impressions in product design: Taking on the challenges ahead

Aus Punkt 1.: "We state a growing importance in of implicit factors in user's decision making. The products they choose to use are no longer sufficient only addressing the basic functional requirements. Due to higher living standards, the users now ask for more than just the consideration of accessibility terms. "[…] People have gradually enhanced their survival mentality from the materialistic fulfilment into the emotional one. This phenomenon has transcended producers’ role in the market. They do not only manufacture products and provide goods, but they should also create a kind of product that can create atmosphere and stories, so that consumers can experience deeper satisfaction and emotions in their purchase behaviour." (Huang & Guan 2014) There is a stronger focus on emotional aspects affecting users' product selection as ever before. Physiological UCD, however, already is a challenging task itself, regarding all parties and factors influencing its decision making process, so the concentration on other, more subjective factors still remain widely unconsidered. Recent User Centred Design (UCD) approaches already take up this fact, but still this is at the very beginning regarding UCD implementation (Law et al. 2010). ...

Das FEA-Assistenzsystem – Analyseteil FEdelM

Die simulative Absicherung von Produkten in den frühen Phasen der Produktentwicklung wird immer wichtiger, um den Anforderungen nach steigender Effizienz gerecht zu werden. Da das Angebot an erfahrenen Berechnungsingenieuren mit langjähriger Berufserfahrung begrenzt ist gilt es weniger erfahrene Simulationsanwender bei der Durchführung von aussagekräftigen Finite-Elemente-Simulationen zu unterstützen. Die Autoren stellen im Rahmen des Beitrags das Konzept des Analyseteils FEdelM eines FEA-Assistenzsystems vor, welches strukturmechanische Finite-Elemente (FE) Simulationen auf Plausibilität überprüft und auftretende Fehler möglichst automatisiert zu erkennt und behebt. Hierbei werden die einzelnen Module und deren Verknüpfungen untereinander und zu anderen Anwendungen vorgestellt

Einsatz von Graphdatenbanken für das Produktdatenmanagement im Kontext von Industrie 4.0

Im Zuge der digitalen Transformation im Kontext von Industrie 4.0 tun sich eine Vielzahl neuer Datenquellen auf, die im Produktdatenmanagement berücksichtigt werden müssen. Ein Beispiel neuer Datenquellen sind Daten der Industrie 4.0, die zum Beispiel über Sensoren in der Fertigung erhoben werden. Kennzeichen dieser Datenquellen sind die zunehmende Heterogenität der Daten, die nicht mehr in einer Tabelle erfasst werden können. So könnten dies unter anderem Bilder einer optischen Bauteilprüfung sein oder Code zur Bauteilprüfung. Dieser Umstand führt zum Aufbau vieler einzelner neuer Silos, in denen die Daten separat und getrennt vom PDM-System ver-rbeitet werden müssen. Zudem werden dort abgeschottet von den restlichen Silos Daten gespeichert. Daneben führt eine Vielzahl neuer Autorensysteme (Prüfsoftware, Kundenmanagement, Anforderungsmanagement) zu einer gesteigerten Datenmenge, die nicht mehr in klassischen tabellenbasierten und rein-relationalen Datenbanksystemen sinnvoll erfasst werden können. Um an Informationen zu gelangen, sind im Fall rein-relationaler Datenbanksysteme oft komplizierte Abfragen nötig. Diese greifen dann auf mehrere unterschiedliche Tabellen innerhalb der Datenbank zu und stellen daraus wiederum relevante Informationen bereit. Je mehr größer jedoch diese Datenbanken werden und je mehr Informationen miteinander relational verbunden werden müssen, desto mehr Expertenwissen über das jeweilige Datenbanksystem wird benötigt. Somit büßen rein-relationale (SQL-basierte) Systeme auch einen Großteil der Vorteile ihres logischen strukturellen Aufbaus ein. Um den oben genannten Problemen zu begegnen, können neue Ansätze aus dem Bereich der Linked Data herangezogen werden. Bei Linked Data werden nicht nur die reinen Daten verwendet, sondern auch beschreibende und verknüpfende Informationen um die Daten zu interpretieren verwendet und weitergegeben. Durch diesen Mehrwert an Information wird es in einem ersten Schritt möglich, heterogene Produkt- und Prozessdaten, also Daten aus verschiedensten Quellen, wie zum Beispiel Konstruktion, Simulation und Qualitätssicherung, miteinander zu verknüpfen. Durch diese Verknüpfung kann eine höherwertige Darstellungsform geschaffen werden, die neben den reinen Daten auch die sinnvolle Verknüpfung enthält und so eine semantisch höherwertige Repräsentation darstellt. Die so entstehende, vernetzte Datenbank kann z.B. über eine graphenorientierte Datenbank oder Graphdatenbank implementiert werden. Im vorliegenden Beitrag wird untersucht, inwieweit die Modellierung mit gegenwärtig existierenden Lösungen für Graphdatenbanken möglich ist. Ausgehend von einem Beispiel mit einem vereinfachten Produkt- und Prozessdatenmodell der Blechmassivumformung, wird eine allgemeine Methode vorgestellt, durch die ein SQL-basiertes Datenbanksystem in eine Graphdatenbank überführt werden kann. Anhand dieser Methode wird dargestellt, wie bestehende Lösungen teilweise auch parallel zu neuartigen Linked Data Datenbanken existieren können, um diese Schritt für Schritt in eine Graphdatenbank zu überführen. Die Ergebnisse des Beitrags sind auf der einen Seite das allgemeine Vorgehensmodell zur Einführung von Graphdatenbanken und auf der anderen Seite Aussagen über die Nutzbarkeit der vorgestellten Lösung für das Produkt- & Prozessdatenmanagement. [... aus der Einleitung

Konzept zur Identifikation relevanter Produkteigenschaften zur Unterstützung einer positiven User Experience

Technische Raffinesse, ein hohes Maß an Funktionalität und eine sehr gute Gebrauchstauglichkeit werden vom Nutzer zunehmend als gegeben vorausgesetzt. Stattdessen rückt das positive Erleben von Technologie, also eine positive User Experience (UX) stärker in den Fokus. Dabei geht es nicht mehr um das Produkt im eigentlichen Sinne, sondern um die Erlebnisse und Gefühle, die der Nutzer bei der Produktnutzung erfährt (Hassenzahl & Tractinsky 2006). Besondere Bedeutung hat dabei die Interaktion zwischen Nutzer und Produkt und wie diese durch den Menschen wahrgenommen und verarbeitet wird (Saucken 2017). Mit dem Ziel eine angenehme Nutzer-Produkt-Interaktion (NPI) zu schaffen, treten vor allem die verschiedenen Produkteigenschaften und -merkmale in den Fokus. Je nachdem, wie diese ausgeprägt sind, kann das Erlebnis negativ gestört oder positiv beeinflusst werden (Beispiel siehe Abbildung 1). Kopfhörer können sich aufgrund der gewählten Form sowie des verwendeten Materials bspw. weich und bequem anfühlen. Eine weniger ergonomische Gestalt oder der Einsatz rauer Materialien wirken sich hingegen negativ aus, sprich das Tragen der Kopfhörer fühlt sich unangenehm und kratzend an. Entscheidend für ein gutes Nutzungserlebnis wäre in diesem Beispiel insbesondere die Eigenschaft Tragekomfort. Aufgrund der Fülle an Produkteigenschaften ist es nicht immer einfach, diese auf die für die NPI Wesentlichen zu reduzieren. Der vorliegende Beitrag nimmt sich dieser Problematik an und stellt ein Konzept zur Identifikation der für die NPI relevanten Eigenschaften vor. So wird der Produktentwickler für mögliche Störquellen der NPI sensibilisiert und kann diesen entgegenwirken – was letztlich die Grundlage für eine positive UX schafft

Ausarbeitungsleitfaden für Nutzerstudien zur Evaluation von XR-Interfaces in der Produktentwicklung

Technologien der erweiterten Realität (extended reality, XR) finden im gesamten Produktentwicklungsprozess Anwendung. Insbesondere Systeme zur aktiven Erzeugung und Veränderung digitaler Produktdaten bieten noch viel Potential. Die Erforschung und Entwicklung dieser immersiven Interfaces beruht maßgeblich auf der Evaluation durch Nutzerstudien, denn nur so kann die Einsatztauglichkeit der Mensch-Maschine-Schnittstellen seriös beurteilt und verglichen werden. Bei der Konzeptionierung und Durchführung dieser Nutzerstudien gibt es viel zu beachten. In dieser Arbeit wird ein Leitfaden für das Design von Evaluationen von XR Interfaces für die Produktentwicklung präsentiert. Zu Beginn müssen die Fragestellungen festgelegt werden, welche die Studie beantworten soll. Ausgehend von diesen müssen die zu testenden Versuchsbedingungen, die gestellten Aufgaben, die aufgenommen Metriken, die gewählten Probanden und der geplante Ablauf festgelegt werden. Zusätzlich zu der allgemeinen Darlegung wird das Vorgehen anhand eines Fallbeispiels angewandt. Die Gestaltung einer Nutzerstudie zur Evaluation der Usability und Eignung eines neuartigen Virtual Reality Interfaces zur natürlichen Gestaltung von Vorentwürfen wird vorgestellt