Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Methodik zur modellbasierten Systemarchitekturdefinition von Smart-circular Product-Service Systems

2022 , Halstenberg, Friedrich Andreas

Induziert durch Digitalisierung und Servitisierung bieten Unternehmen in zunehmendem Maße Systeme aus vernetzten mechatronischen Produkten, Software und Dienstleistungen an: sogenannte Smart-circular Product Service Systems (Smart-circular PSS). Ungeklärt ist bislang, wie Teams bei der Entwicklung von Smart-circular PSS sachgerecht methodisch unterstützt werden können. Diese Arbeit begegnet diesen Beobachtungen mit der Forschungshypothese, dass sich Systemarchitekturen von Smart-circular PSS durch geeignete Methoden des Modellbasierten Systems Engineerings (MBSE) so entwerfen lassen, dass die Systeme effektiv und effizient zu einer CE beitragen. Aufbauend auf gewonnenen Erkenntnissen wurde die Methodik zur Definition von Smart-circular PSS-Systemarchitekturen (MESSIAH) entwickelt, die Entwicklungsteams bei der Konzeptionierung von Smart-circular PSS unterstützt. Die Methode beinhaltet eine Modellierungsgenerik, eine gerichtete Methode sowie einen Baukasten zum schnellen Prototypisieren von Services. MESSIAH wurde anhand von fünf Studien evaluiert und erprobt.

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Prototyping von Produkt-Service Systemen und Smart Services in der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses

2019 , Exner, Konrad

Aus politischer und wirtschaftlicher Sicht wurden in den letzten Dekaden zwei Treiber eines notwendigen Wandels fokussiert: Zum einen die systematische Unterstützung des gesamtwirtschaftlichen Trends hin zu einer Dienstleistungsgesellschaft, zum anderen die Digitalisierung und Automatisierung der Industrie zur Steigerung der Qualität und Effizienz. Die Evolution und Synthese dieser beiden Perspektiven führte zur Verbreitung und Akzeptanz ganzheitlicher Leistungsangebote sowie der damit einhergehende Bedarf der Wirtschaft diese Produkt-Service Systeme (PSS) erfolgreich zu entwickeln. Die vorliegende Arbeit fokussiert dazu die frühe Phase des Entstehungsprozesses und adressiert Lösungen, die es ermöglichen erste Konzepte von PSS mittels innovativer Prototypen für die am Prozess beteiligten Stakeholder erlebbar und bewertbar zu machen. Zudem befähigt die Methode die Konzeptionierung von Smart Services. Beide Lösungen sind synergetisch in einer ganzheitlichen Entwicklungsvorgehensweise verortet und bieten somit die Möglichkeit einer systematischen Entwicklung. Die entwickelten Ergebnisse befähigen die digitale Transformation der Unternehmen im Zeitalter der Digitalisierung.

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Hybride Interaktionstechniken des immersiven Skizzierens in frühen Phasen der Produktentwicklung

2009 , Israel, J.H.

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Nutzung von Felddaten in der qualitätsgetriebenen Produktentwicklung und im Service

2001 , Edler, A.

Im vorliegenden Forschungsbericht wird ein Ansatz vorgestellt, der es ermöglicht, auf Basis von Felddaten Teilaufgaben von Produktentwicklung und Service zu optimieren. Hierzu wurden Konzepte für die Erfassung sowie die rechnerunterstützte Abbildung und Nutzung felddatenbasierten Wissens entwickelt und prototypisch umgesetzt. Die Grundlage dafür bildet eine Fallbasis, die auf einer Repräsentation kausaler Relationen zwischen Sachverhalten wie Fehlern oder positiven Produktzuständen in Verbindung mit einem Abstraktionsmechanismus für die Betrachtung von Produktstrukturelementen basiert. Durch induktives Schließen können somit ähnliche Fälle zu einem konkreten Problem ermittelt werden, deren dokumentierte Lösungen geeignete Maßnahmenvorschläge liefern. Neben dieser auf Felddaten basierenden Unterstützung der Analyse kausaler Zusammenhänge, die vorrangig im Servicebereich zum Tragen kommt, wurde zur Optimierung der Produktentwicklung die Fehlermöglichkeits- und -einflussanalyse um methodische Elemente ergänzt, die eine Nutzung von Felddaten im Rahmen der Methodenanwendung ermöglichen. Hierzu wird das tatsächliche Fehlergeschehen von im Einsatz befindlichen Produkten her-angezogen, um die Identifikation potenzieller Fehler zu verbessern sowie die Risikoanalyse eines im Rahmen einer Konstruktions-FMEA betrachteten Produktes zu objektivieren.

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Requirements-driven Identification and Validation of Reusable System and Development Elements

2021 , Sünnetcioglu, Atakan

The well-known benefits of reuse in product development are reduced necessary effort, shorter development cycles and increased product quality due to the more mature solutions that are integrated into new products. Although it sounds paradox, reusing existing solutions in new development projects is one of the possibilities to increase the innovation power of a company. By applying reuse in a systematic way where applicable, product development teams can create additional resources for more innovative aspects of new products. This book reveals a requirements-driven approach for the identification of reuse in development projects. In this approach, product developers compare requirements of ongoing and completed projects to identify related requirements, which are suitable for reuse since they can be fulfilled with same solutions. However, comparison of requirements specifications is an elaborate and time consuming task for product developers.

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Wissensbasierte Entwicklung nachhaltiger Produkte

2017 , Lindow, Kai

Basierend auf umfangreichen Analysen wird sowohl der wissenschaftliche Forschungsbedarf als auch der industrielle Handlungsbedarf für eine neue Vorgehensweise zur Entwicklung nachhaltiger Produkte beschrieben - unter Berücksichtigung der Ebenen Prozess und Organisation, Entwicklungsaktivitäten und -methoden, Informationstechnologien und Werkzeuge sowie Informationsartefakte und -standards. Diese Ebenen sind integrativ zu betrachteten und erfordern ein ideales Zusammenspiel. Vor diesem Hintergrund wird ein neues Vorgehensmodell vorgeschlagen, das so genannte Regelkreise zur Verbesserung der Konstruktion, zur verbesserten Bewertung des Konstruktionsmodells und letztendlich zur verbesserten Entscheidungsfindung beinhaltet. Das neue Vorgehensmodell wird konzeptionell beschrieben und exemplarisch umgesetzt. Es unterstützt Produktentwicklerinnen und -entwickler gezielt darin, ihrer Verantwortung für eine nachhaltige Entwicklung nachzukommen und Produkte über den gesamten Lebensweg ressourcenschonend, umweltfreundlich und sozialverträglich zu gestalten. Zugleich macht es den Einfluss deutlich, den die Produktentwicklung auf die Nachhaltigkeit eines Produktes hat.

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Informationsmanagement zur Planung und Verfolgung von Produktlebenszyklen

2007 , Jungk, H. , Krause, F.-L.

Bestrebungen hinsichtlich der Realisierung nachhaltiger Produkte und Produktlebenszyklen führen zur Einbeziehung des gesamten Produktlebens in die Produktplanung und -entwicklung und haben eine höhere Verantwortlichkeit seitens des Herstellers nach Auslieferung des Produkts zur Folge. Das hier vorgestellte Konzept zielt auf eine möglichst lange Nutzungsdauer der Produktkomponenten, sowohl durch mehrere aufeinander folgende Nutzungsphasen als auch durch rechtzeitige Durchführung von Anpassungsmaßnahmen, um Änderungen des Produktzustands oder der Anforderungen entgegenzuwirken. Als Datenmodell zur rechnerinternen Repräsentation individueller Produktzustände wird das Produktzustandsmodell eingeführt. In Verbindung mit den prototypisch implementierten Software-Werkzeugen, die Bausteine einer übergreifenden informationstechnischen Infrastruktur bilden, werden Daten über Produkte und Prozesse verfügbar gemacht und kontextbezogen bereitgestellt. Im Zusammenhang mit dem notwendigen Wissen, wie diese Daten zu interpretieren sind, können für jedes Produkt Einzelentscheidungen getroffen werden, die eine nachhaltige und möglichst geschlossene Kreislaufwirtschaft zum Ziel haben.

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Assistenzsystem für die Entwicklung nachhaltiger Produkte

2020 , Buchert, Tom

Entscheidungen in der Produktentwicklung definieren die Gestalt und Wirkungsweise eines Produktes und legen damit dessen Lebensweg sowie auftretende Nachhaltigkeitswirkungen fest. IT-basierte Assistenzsysteme bieten das Potenzial, Entwickler bei ihren Entscheidungen zu unterstützen, indem zusätzliche Informationen mit Nachhaltigkeitsbezug für den Entscheidungsträger aufbereitet werden. In dieser Dissertationsarbeit erfolgt daher eine systematische Analyse relevanter Entscheidungssituationen sowie hierfür benötigter Informationen. Kern der vorgeschlagenen Lösung sind modulare ""Building-Blocks"", welche es Unternehmen erlauben, selbstständig Assistenzsysteme für die Entwicklung nachhaltiger Produkte aufzubauen. Dieses flexible Konzept ermöglicht eine individuelle Anpassung des Systems an die Charakteristika der Organisation (Prozesse, Methoden, IT-Welt etc.). Um dieses Prinzip zu demonstrieren, werden in der Arbeit drei Umsetzungen eines Assistenzsystems für wesentliche Entscheidungssituationen bei der Entwicklung nachhaltiger Produkte vorgestellt. Diese reichen von übergreifenden Systembetrachtungen über Konzeptentscheidungen auf Produktebene bis hin zur Optimierung einzelner Bauteile.

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Verwendung von Traceability-Modellen zur Unterstützung der Entwicklung technischer Systeme

2014 , Beier, Grischa

Die Arbeit stellt ein breites Spektrum innovativer Lösungen zur Nutzung von Traceability-Daten in der Produktentwicklung vor. Dazu zählen die Unterstützung etablierter Entwicklungsmethoden (wie bspw. House of Quality oder FMEA), ein Visualisierungswerkzeug für die Abhängigkeiten zwischen mehreren Entwicklungsmodellen sowie eine Methode zur frühen Abschätzung von Änderungsauswirkungen - alles auf Basis von Traceability-Daten. Eine Vielzahl von Nutzerstudien belegt die Wirksamkeit der entwickelten Lösungen, deren Realisierbarkeit mittels eines Software-Prototyps demonstriert wird. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen wichtigen Forschungsbeitrag auf dem Weg, die Hemmschwelle zur Einführung von Traceability in Unternehmen weiter zu senken.

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Applications of subdivision techniques in product development

2004 , Gross, N. , Krause, F.-L.

Die digitale Darstellung von Flächen in glatter, parametrischer Form ist im Maschinenbau von zentraler Bedeutung. Um ein Objekt mit Unterstützung des Computers zu fertigen, ist es notwendig, eine digitale Darstellung dieses Objekts zu finden. Dabei hat sich die Darstellung als Freiformfläche als besonders umfassend herausgestellt. Mathematische Grundlage für solche Darstellungen sind nach Stand der Technik Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS). Diese basieren auf einem viereckigen Gitternetz und können beliebige Topologien nicht problemlos wiedergeben. Subdivisionflächen wurden als Verallgemeinerung der B-Splines auf allgemeine Topologien entwickelt und haben sich in der Computergraphik weitgehend durchgesetzt. Im Ingenieurbereich wurden sie aus verschiedenen Gründen erst zögerlich eingesetzt: Um diese Hindernisse zu überwinden, wird in der vorliegenden Arbeit der sogenannte Faired Interpolating NURBS (FIN) Algorithmus vorgeschlagen. Die Stärken des Algorithmus werden an Beispielen aus der Flächenrückführung, dem Industriedesign und der Fertigung durch NC-Fräsen aufgezeigt.Es wird somit nachgewiesen, dass Subdivisiontechniken in der Produktentwicklung erfolgreich eingesetzt werden können und erhebliche Vorteile gegenüber anderen Methoden der Flächenberechnung haben. The representation of surfaces in smooth, parametric form is of central importance in mechanical engineering. In order to machine a shape using a computer, it is necessary to produce a computer-compatible description of that shape. Subdivision techniques are a surface representation that generalizes B-splines to arbitrary topology. Due to their strong geometric properties, they enjoy growing popularity in computer graphics. Their application in engineering has been much more hesitant because of several reasons. To overcome these hindrance reasons the so-called Faired Interpolating NURBS (FIN) algorithm is introduced in this thesis. The advantages of this algorithm are demonstrated on examples from reverse engineering, industrial design and manufacturing.

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