[PDF] Grundlagen einer Konstruktionsmethodik für Hybride Intelligente

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Artur Alexander Hagen Crostack

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Grundlagen einer Konstruktionsmethodik

für Hybride Intelligente Konstruktions- elemente (HIKE)

Bericht Nr. 669

Institut für Konstruktionstechnik

und Technisches Design

Prof. Dr.-Ing. H. Binz

Grundlagen einer Konstruktionsmethodik für Hybride

Intelligente Konstruktionselemente (HIKE)

zur Erlangung der Würde eines Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.) genehmigte Abhandlung von

Dipl.-Ing. Artur Alexander Hagen Crostack

geboren in Hagen

Hauptberichter: Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz

Mitberichter: Prof. Dr.-Ing. Christian Weber

Tag der mündlichen Prüfung: 24.09.2018

Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design 2018
D 93

ISBN-10: 3-922823-91-2

ISBN-13: 978-3-922823-91-9

Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design

Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz

Pfaffenwaldring 9

D-70569 Stuttgart

Telefon +49 (0)711 685-66055

Telefax: +49 (0)711 685-66219

E-Mail: mail@iktd.uni-stuttgart.de

Vorwort

Stuttgart unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz. Die Arbeit ist zum Teil

Forschergrupp

gruppe. Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater, Herrn Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz, für das in mich gesetzte Vertrauen und für die Betreuung der vorliegenden Arbeit. Die Weiterhin danke ich den Herren Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche und Prof. Dr.-Ing. Christi- an Weber für ihre fachlichen Anmerkungen sowie die Übernahme des Mitberichts. lung danke ich den zahlreichen Kollegen des Instituts für Konstruktionstechnik und

Technisches Design (IKTD)

reichen Abschluss der Forscherguppe 981 beigetragen haben. Die kooperative Zusammenarbeit stellt eine wesentliche Grundlage der vorliegenden Arbeit dar. Mein ganz herzlicher Dank gilt insbesondere auch meiner Frau für die wertvolle Unter- stützung auch in Zeiten voller Stress oder fehlender Motivation, sodass die vorliegende

Arbeit fertiggestellt werden konnte.

Bad Sassendorf, den 24.09.2018 Alexander Crostack

Inhaltsverzeichnis - III -

Inhaltsverzeichnis

Inhaltsverzeichnis ........................................................................................................... III

Abkürzungsverzeichnis ................................................................................................. VII

Abstract ......................................................................................................................... IX

1 Einleitung .................................................................................................................. 1

1.1 Problemstellung .............................................................................................. 2

1.2 Zielsetzung der Arbeit ..................................................................................... 5

1.3 Aufbau der Arbeit ............................................................................................ 8

2 Analyse des Stands der Forschung und Technik .................................................... 11

2.1 Begriffsdefinitionen ....................................................................................... 11

2.1.1 Konstruktions- und Maschinenelemente ......................................... 11

2.1.2 Produkte und Systeme .................................................................... 11

2.1.3 Prozesse und verschiedene Arten von Prozessen .......................... 12

2.1.4 15

2.1.5 Methoden und Methodiken .............................................................. 15

2.1.6 Klassen und Instanzen .................................................................... 16

2.1.7 Merkmale und Eigenschaften .......................................................... 16

2.1.8 Gestaltungsrichtlinien ...................................................................... 17

2.2 Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) ...................................... 17

2.2.1 Entwickelte HIKE der Forschergruppe ............................................ 18

2.2.1.1 Pneumatischer textiler Aktor .............................................. 18

2.2.1.2 Nachspannendes Hebelelement ........................................ 19

2.3 Allgemeine Anforderungen an Konstruktionsmethodiken ............................. 22

2.4 Entwicklungs-/Konstruktionsprozesse und -methodiken ............................... 24

2.4.1 Prozesse und Methodiken der an HIKE beteiligten

Fachdisziplinen ............................................................................... 26

2.4.1.1 Entwickeln in der Steuerungs- und Regelungstechnik ....... 26

2.4.1.2 Entwickeln im Maschinenbau ............................................ 28

2.4.2.1 Entwicklung mechatronischer Systeme ............................. 29

2.4.2.2 Entwicklung adaptronischer Systeme ................................ 31

2.4.2.3 Entwicklung Cyber-Physischer Systeme (CPS) ................. 31

2.4.2.4 Entwicklung selbstoptimierender Systeme ........................ 32

2.4.3 Schlussfolgerungen auf Basis der analysierten Methodiken und

Prozesse ......................................................................................... 32

- IV - Inhaltsverzeichnis

2.5.1 Identifikation und Abgrenzung des Prozesses ................................. 34

2.5.2 Erhebung des Prozesses ................................................................ 34

2.5.2.1 Methoden und Werkzeuge zur Prozesserhebung .............. 35

2.5.2.2 Modellierungssprachen zur Prozessmodellierung .............. 36

2.5.3 Analyse Ist-Stand und Definition Soll-Prozess ................................ 37

2.5.4 Einführung des Zielprozesses in Unternehmen ............................... 39

2.5.5 Schlussfolgerungen für die Erarbeitung eines Zielprozesses .......... 39

2.6 Gestaltungsrichtlinien in der Produktentwicklung .......................................... 40

2.6.1 Vorgehensweise zur Formulierung von Gestaltungsrichtlinien ........ 42

2.6.2 Arten und Sammlungen von Gestaltungsrichtlinien ......................... 43

2.7.1 Characteristics-Properties Modelling (CPM) nach Weber ............... 45

2.8 Informations-/Wissensbasen in der Produktentwicklung ............................... 49

2.8.1 Produkt-Daten-Management-Systeme (PDMS) .............................. 49

2.8.2 Datenbanken und Datenbankmanagementsysteme (DBMS) .......... 50

2.8.3 Merkmal-/Eigenschaftsbasierte Informations-/Wissensbasen ......... 51

3 Detaillierung der Aufgabenstellung .......................................................................... 55

4 Erarbeitung eines Referenzprozesses für HIKE ...................................................... 57

4.1 Identifikation und Abgrenzung der Konstruktionsprozesse ........................... 57

4.2 Erhebung der Konstruktionsprozesse von HIKE ........................................... 58

4.2.1 Vorgehen für die Erhebung der Konstruktionsprozesse der HIKE ... 58

4.2.2 Konstruktionsprozess des pneumatischen textilen Aktors ............... 60

4.3 Analyse der Konstruktionsprozesse .............................................................. 62

4.3.1 Vorgehen zur Erarbeitung des generischen

Konstruktionsprozesses .................................................................. 62

4.3.2 Der generische Konstruktionsprozess für HIKE .............................. 64

4.3.3 Vergleich mit bekannten Prozessen und Methodiken ...................... 66

4.4 Erarbeitung des Referenzkonstruktionsprozesses von HIKE ........................ 69

4.4.1 Vorgehen zur Erarbeitung des Referenzprozesses ......................... 69

4.4.2 Der Referenzprozess mit exemplarisch zugeordneten Methoden ... 70

5 Definition von Gestaltungsrichtlinien für HIKE ......................................................... 81

5.1 Vorgehen zur Definition von Gestaltungsrichtlinien ....................................... 81

5.2 Erhobene Gestaltungsrichtlinien für das Thixoschmieden ............................ 83

Inhaltsverzeichnis - V -

6 Erarbeitung einer Informations-/Wissensbasis ........................................................ 89

6.1 Anforderungen an das zu entwickelnde System ........................................... 89

6.2 Konzept der Informations-/Wissensbasis ...................................................... 91

6.2.1 Grundlegendes Konzept .................................................................. 91

6.2.2 Untersuchung und Erweiterung des Strukturierungsansatzes ......... 94

6.3 Erstellung des Datenbankdesigns ................................................................ 95

6.4 Erfassung und Modellierung der HIKE .......................................................... 98

7 Evaluation der Ergebnisse .................................................................................... 107

7.1 Evaluation des Referenzprozesses ............................................................ 107

7.1.1 Evaluationskonzept und -vorgehen ............................................... 107

7.2 Evaluation der ermittelten Gestaltungsrichtlinien ........................................ 113

7.2.1 Evaluationskonzept und -vorgehen ............................................... 113

7.2.2 Ergebnisse der Evaluation ............................................................ 115

7.2.2.1 Ergebnisse der Evaluation der Gestaltungsrichtlinien für

das Sandwichelement ...................................................... 116

7.2.2.2 Ergebnisse der Evaluation der Gestaltungsrichtlinien für

den pneumatischen textilen Aktor .................................... 117

7.2.2.3 Ergebnisse der Evaluation der Gestaltungsrichtlinien für

das nachspannende Hebelelement ................................. 119

7.3 Evaluation der Informations-/Wissensbasis ................................................ 120

7.3.1 Evaluationskonzept und -vorgehen ............................................... 121

7.3.2 Ergebnisse der Evaluation der Informations-/Wissensbasis .......... 122

7.4 Diskussion der Ergebnisse ......................................................................... 127

8 Zusammenfassung ................................................................................................ 131

9 Ausblick ................................................................................................................. 133

Literaturverzeichnis ..................................................................................................... 137

Anhang ........................................................................................................................ 163

A.1 Sandwichbauteil mit Faltkernstruktur .......................................................... 163

A.2 Glasfaserzugstabendaktivierung................................................................. 164

A.3 Aktorisches Seil .......................................................................................... 165

A.4 Leitfragen für die Prozesserhebung ............................................................ 166

A.6 Axiomatic Design nach Suh ........................................................................ 168

- VI - Inhaltsverzeichnis A.8 Eigenschaftsbasierte Produktentwicklung nach Krehmer ........................... 171 A.9 Function-Behaviour-Structure Framework (FBS) nach Gero ...................... 172 A.10 Concept and Knowledge Theory (C-K Theory) nach Hatchuel ................... 174 A.11 System Modeling Language (SysML) zur Modellierung im Model-Based Systems Engineering (MBSE) ..................................................................... 176

A.12 Ontologien................................................................................................... 178

GAUSEMEIER14, S. 65 ff.] ............................................................................. 180

exemplarisch zugeordneter Methoden und Werkzeuge .............................. 186 A.15 Gestaltungsrichtlinien für das Sandwichelement ......................................... 202 A.16 Gestaltungsrichtlinien für das kapazitive Sensorgarn ................................. 206

A.17 Gestaltungsrichtlinien für das Thixoschmieden ........................................... 211

A.18 Anforderungsliste für die Informations-/Wissensbasis ................................ 216 A.19 Kurzbeschreibung der entwickelten Prozeduren für die Informations-

/Wissensbasis ............................................................................................. 221

A.20 Fragen und gegebene Anmerkungen der Evaluation des

Referenzprozesses ..................................................................................... 226

A.21 Fragen und gegebene Anmerkungen der Evaluation des

Sandwichelements ...................................................................................... 231

A.22 Fragen und gegebene Anmerkungen der Evaluation des pneumatischen

textilen Aktors ............................................................................................. 234

A.23 Fragen und gegebene Anmerkungen der Evaluation des nachspannenden

Hebelelements ............................................................................................ 237

A.24 Fragen und gegebene Anmerkungen der Evaluation der Informations-

/Wissensbasis ............................................................................................. 240

Abkürzungsverzeichnis - VII -

Abkürzungsverzeichnis

A Affordance (beim Function-Behaviour-Structure Framework) B Behaviour (beim Function-Behaviour-Structure Framework)

C Concept (bei der Concept and Knowledge Theory)

C&C²A Contact and Channel Approach

C&K Concept and Knowledge Theory

CAs Customer attributes (beim Axiomatic Design)

Cj Characteristics (beim Characteristics-Properties Modelling)

CPM Characteristics-Properties Modelling

CPS Cyber-Physische Systeme

Cs Constraints (beim Axiomatic Design)

CTS Cybertronisches System

D Description (beim Function-Behaviour-Structure Framework)

DBMS Datenbankmanagement-System

DFG Deutsche Forschungsgemeinschaft

DfX Design for X

DIN Deutsches Institut für Normung

DPs Design Parameter (beim Axiomatic Design)

Dx Dependencies (beim Characteristics-Properties Modelling) E Environment space (bei der Concept and Knowledge Theory) ECj Externe Randbedingungen (beim Characteristics-Properties Modelling)

ERP Enterprise Research Planning

F Function (beim Function-Behaviour-Structure Framework)

FBS Function-Behaviour-Structure Framework

FMEA Failure Mode and Effects Analysis

FRs Functional requirements (beim Axiomatic Design) - VIII - Abkürzungsverzeichnis

HIKE Hybride Intelligente Konstruktionselemente

HTML Hypertext Markup Language

IMDS Internationales MaterialDatenSystem

INCOSE International Council on Systems Engineering ISO International Organization for Standardization K Knowledge (bei der Concept and Knowledge Theory)

MBPB Matrixbasierte Produktbeschreibung

MBSE Model-Based Systems Engineering

MCj Modellierungsbedingungen (beim Characteristics-Properties Modelling) P Perception (beim Function-Behaviour-Structure Framework)

PDD Product-Driven Development

PDMS Produkt-Daten-Management-System

PHP PHP: Hypertext Preprocessor

Pj Properties (beim Characteristics-Properties Modelling)

PVs Process variable (beim Axiomatic Design)

Rj Relations (beim Characteristics-Properties Modelling) S Structure (beim Function-Behaviour-Structure framework)

SE Systems Engineering

SQL Structured Query Language

SysML System Modeling Language

TP Teilprojekte

UML Unified Modeling Language

VDI Verein Deutscher Ingenieure

Abstract - IX -

Abstract

In recent years, the field of product development has seen increasing emphasis placed on the integration of electronic components (mechatronization of products) and the The main difference between these HIKE and well-known mechatronic systems is the higher degree of functional integration, especially during the manufacture of simple design elements such as cable (rope). In the context of such HIKE, the basic elements of a general development methodology for developing hybrid intelligent design elements have been defined in this PhD thesis. rules in the context of the HIKE have been developed, in addition to a knowledge base for storing the development results. The defined development process serves as a foundation for the other elements and was thus defined first. In order to be able to consider the later phases of the product lifecycle as well, the design rules in the context of HIKE were defined in a second step. Furthermore, a knowledge base was created in order to support the development of HIKE with a view to sharing information. In this knowledge base, the structure of the common demonstrator of the research group and the contained HIKE have been captured and stored. Since existing reference-development processes, for example those used for develop- ing mechatronic systems (e.g. the V-Model from [VDI2226 2004]), cannot be applied in their entirety to develop HIKE due to their different structure and purpose, it has become necessary to define a specific HIKE development process. An approach based on process-management methods has been applied to define such a generic development process. Based on the information gathered by the HIKE devel- opers, the initial HIKE-specific processes were therefore defined first and generalized afterwards. The commonalities of the individual processes have thus been identified. Subsequently, steps which are also necessary for the process were identified based on the comparison with well-known reference processes (e.g. the V-model from [VDI2226

2004]). In addition to several intermediate checks, the reference was finally evaluated.

The defined reference-development process has a similar structure to the V-Model and contains more than 200 activities and decisions. Due to the high degree of integration of - X - Abstract functions during the manufacturing process, a high degree of communication is needed between the departments involved. To develop the HIKE new or adapted manufacturing processes have been developed (e.g. semi solid metal casting), thus rendering the transfer of knowledge between the manufacturing specialists and the developers is mandatory. For this purpose, design rules serve as simple guidelines for the developers to facilitate the manufacturability of the HIKE and avoid unnecessary iterations in the process. There are potential design rules for every phase of the product lifecycle. In order to define design rules in the context of HIKE well-known approaches were identified and adapted. Based on inter- views, more than 90 design rules for three HIKE were defined by the HIKE developers. These design rules were subsequently formalized and finally evaluated. Due to the fact that the modeling of products using the hitherto available tools and methods does not fulfill all requirements, a knowledge base has been developed ac- -Properties ocused due to the nature of the HIKE, the development process and the general trend of shared de- velopment. Here, the usage of outdated product models could be avoided and parallel work on the product model conducted. In an initial step, a concept was defined based on the requirements which were identified in the course of literature research and by the HIKE developers. From this concept, certain points were realized in a prototype to show the main functionalities of the knowledge base. Detailed modeling of the HIKE is possi- ble with the knowledge base due to the CPM as well as the link to the design rules, allowing all aspects of the PhD thesis to be combined. Moreover, presentation of the contained information is possible in different visualization forms, such as design cata- logues. Due to the need to estimate the impact of changes to the product, a qualitative impact analysis was implemented with the assumption that one characteristic or proper- ty of a given product would be changed. The knowledge base was subsequently evaluated by the HIKE developers. Although the basic elements of a methodology for HIKE have already been developed, further investigation is still required. Firstly, a more detailed evaluation is required in the form of developing a HIKE using the reference process, while secondly, the aspect of assigning methods to the process steps must be investigated in greater depth. In addi- tion, the HIKE must be further developed and investigations must be conducted into their competitiveness and the applicability of the concepts in other sectors. - 1 -

1 Einleitung

Die Produktentwicklung, die den Prozess ausgehend von der Entwicklung eines initialen Anforderungssystems bis zu einem produzierbaren und funktionalen Produkt umfasst [PONN11, S. 16], ist mit einer Vielzahl von Herausforderungen konfrontiert. So führt lung und Produktion berücksichtigt werden müssen [BINZ11, S. 80]. Individualisierte [BINZ11, S. 79]. Dabei sind die Entwicklungszeit und -kosten zu reduzieren, was zu dar [LINDEMANN09, S. 7]. Diese Faktoren werden als Spannungsdreieck [SCHMITT15, S. s PFEIFER14, S. 6] bezeichnet, aus deren Zusammenspiel zumindest gleichbleibenden [KRATZER15, S. 1]. Durch das Zusammenwirken der Informationstechnik mit mechanischen Komponenten und der Elektronik werden neue Funktionen in Produkten realisiert [BIRKHOFER09A, S. 4]. Ein Beispiel ist die Weiterentwicklung mechanischer Uhren zu Smartwatches. Letztere Dekompressionszeiten [HÄUßERMANN06, S. 178], weitere Funktionen, wie bspw. die Pulsmessung [SAMSUNG15]. Dabei unterscheiden sich Gewicht und Abmessungen von Smartwatches und mechanischen Uhren kaum. Eine vergleichbare Weiterentwicklung gab es bei Konstruktionselementen nicht, da hierbei der Fokus auf der Weiterentwick-

Arbeit der DFG-Forschergruppe 981

(HIKE) an, um neuartige Konstruktionselemente mit sensorischen, aktorischen und Systeme eine steigende Anzahl an Fachdisziplinen mit eigenem Know-how und eige- zu einem Experten in allen Fachdisziplinen zu werden [GERICKE13A, S. 1]. - 2 - 1 Einleitung Zurzeit wird insbesondere die Einbettung von Software in Produkte fokussiert nicht ausreichen, sind für die Produktentwicklung und die Bestimmung der Produktei- eine systematische und methodische Vorgehensweise notwendig [EDER08B, S. 62]. von Entwicklungsmethodiken. Durch ihre Verwendung soll u. a. die Entwicklung besse- rer Produkte mit optimalem Kundennutzen/optimalen Kundenkosten sowie die Rationalisierung des Konstruierens durch Verkürzung der Konstruktions- und Produkt- verbessert und die Objektivierung und die Nachvollziehbarkeit der Entwicklung werden gesteigert. [EHRLENSPIEL13, S. 10] Ähnliche Ziele und Effekte werden in [SCHNEIDER01, S. 3 ff.; JÄNSCH07, S. 16 ff.; PAHL07, S. 10 f.; LINDEMANN09, S. 14; BIRKHOFER11, S. 4 f.; VAJNA14, S.3] beschreiben. problematisch [EHRLENSPIEL13, S. 12]. So konnte für einzelne Methoden aus den frühen die Entwicklungszeit und die Herstellkosten des Produkts nachgewiesen werden [SCHNEIDER01, S. 137]. Es existieren jedoch nicht genug Beweise für eine allgemeine

1.1 Problemstellung

Eine Methodik besteht im Zusammenwirken von Prozessen, Methoden, Werkzeugen und der Umgebung [EIGNER13, S. 101]. Die (Entwicklungs-)Methodik ist ein Handlungs- plan, dem die Transformation der Operanden (zu entwickelnde Produkte) unter Einwirkung der Konstrukteure, Arbeitsmittel, Fachinformationen, aktiven Umgebung und Umgebung, Informationssysteme und technische Mittel als Operatoren im Fall einer allgemeinen Methodik kaum beeinflussbar, da diese je nach Unternehmen variieren. Für neuartige technische Systeme wie die in dieser Arbeit behandelten Hybriden Intelli- genten Konstruktionselemente (HIKE), deren Ziel die fertigungstechnische Integration

1.1 Problemstellung - 3 -

der mechatronischen Grundelemente (Sensorik, Aktorik und Informationsverarbeitung) in Konstruktionselemente darstellen (Definition in Kapitel 2.2), ergeben sich die folgen- den Schritte. So müssen ein Referenzprozessmodell für das Konstruieren von HIKE im Folgenden Referenzprozess genannt definiert und passende Methoden und Werk- eine Entwicklungsmethodik nach [EHRLENSPIEL13, S. 12] ei darstellen, die für alle Produkte, Personen und Unternehmen gilt. Dies entspricht einem niedrigen Detaillierungsgrad. Demgegenüber muss für die Anwendung in der Praxis ein meingültigkeit steht [FELDHUSEN13, S. 21]. Hierzu muss auch das Umfeld des jeweiligen Unternehmens betrachtet werden [GERICKE13B, S. 2]. Ein zu hoher Detaillierungsgrad führt ggf. zu einer Unterstützung nur für spezielle Situationen [MAIER12, S. 238]. Somit existiert keine für jeden Kontext passende Entwicklungsmethode oder -methodik [MCMAHON16, S. 71]. Folglich sollte ein Spielraum zur Interpretation gegeben sein, [MAIER12, S. 238]. Die entsprechende Anpassung muss für jedes Unternehmen nach- S. 468]. Unterschiede zwischen bspw. großen und kleinen Unternehmen hinsichtlich des Prozessmanagements, der Methoden oder auch des Grads der Nutzung von IT- Systemen müssen hierbei berücksichtigt werden [ROSSI14, S. 458 f.]. und ein Ziel erfüllender Komponenten sind [DEMING93, S. 50], zu denen Prozesse und rungspotenziale liegen in den Systemen und damit u. a. den Prozessen [DEMING93, unternehmerischen Prozesse stellt einen wesentlichen Bestandteil des prozessorientier- Fachdisziplinen notwendig [BROY13, S. 80 f.]. Allerdings liegen die Hauptprobleme beit der Beteiligten [SENDLER12, S. 49], da die bisherigen Entwicklungsprozessmodelle - 4 - 1 Einleitung die Interaktion zwischen den Fachdisziplinen kaum unterstützen und somit isolierte Darstellungen überwiegen [GERICKE12, S. 177 f.]. Weiter zeigt sich, dass die verschie- denen Methoden und auch Werkzeuge, die für die Unterstützung bspw. der Produktentwicklung eingesetzt werden, nur für die Unterstützung einzelner Prozesse und Arbeitsschritte gedacht sind, aber nicht für die Unterstützung der Gesamtprozesse [SENDLER12, S. 50 f.]. Da beim Entwickeln Produktbeschreibungen erstellt werden [EDER08A, S. 12], ist die alleinige Fokussierung auf den Prozess nicht ausreichend. werden [WEBER07, S. 4]. Hier übernehmen Produktmodelle die Funktionen der Filte- rung, Strukturierung, Integration und Steuerung der Informationsflüsse [ZHENG14, S. 283]. Allerdings erlauben aktuelle Produktdatenmodelle keine ausreichende Unter- stützung bei der Entwicklung mechatronischer Systeme [ZHENG14, S. 286]. Es müssen Modelle entstehen, die von allen Fachbereichen verstanden werden, was mit den heutigen, nur für einzelne Fachbereiche, verfügbaren Modellen nicht sichergestellt werden kann [PFENNING14, S. 105]. So steht eine Zusammenführung und Verbindung haben ein zentrales Produktdatenmodell oder vernetzen verschiedene Modelle. In letzterem Fall ist die Wahrung der Konsistenz eine Herausforderung, da bspw. die Detaillierungsgrade der Modelle variieren [REICHWEIN11, S. 1347]. Durch die Verwen- dung eines zentralen Modells kann eine Vereinfachung der Zusammenarbeit erzielt werden, da auch die Kommunikationspfade eindeutig definiert werden und die Verfüg- S. 145]. Allerdings führt ein zentrales Modell ggf. zu einem unübersichtlichen Modell benutzt wird, ist die Identifikation und Bereitstellung der wesentlichen Beeinflussungs- die Produktfunktionen optimiert werden [LUFT14A, S. 294]. Diese detaillierte Modellie- rung der direkt und indirekt beeinflussbaren Aspekte eines Produkts erlaubt die

1.2 Zielsetzung der Arbeit - 5 -

Identifikation von Ursachen für Fehler, deren Analyse und die Analyse von Alternativen [LUFT13A, S. 2]. Allerdings muss der ganze Produktlebenszyklus berücksichtigt werden [WEBER07, S. 2]. Ein Mittel hierfür sind Gestaltungsrichtlinien. Sie erlauben die Erfassung, Speicherung und Wiederverbindung von notwendigem Entwicklungswissen, um eine Berücksichti- sen diese allerdings kontinuierlich angepasst werden [KIM10, S. 670 f.]. Zusammenfassend zeigt sich, dass für die erfolgreiche Produktentwicklung, gerade in Als ein Element hiervon muss ein Konstruktionsprozess entwickelt werden. So fordern auch Binz et al. [BINZ11, S. 85] einen neuen bzw. angepassten Entwicklungsprozess für dem Aspekt der Produktdatenmodellierung auf Ebene der Produkteigenschaften sowie des Austauschs der Informationen und des Wissens gerade in Hinblick auf den Produkt- dienen sowohl die Entwicklungsprozesse als auch die Produktdatenmodelle als Aus- gangsbasis für die Definition von Methoden und Werkzeugen [BROY13, S. 75]. Daraus resultierend lautet die übergeordnete Forschungsfrage: Wie sieht eine Konstruktionsmethodik für Hybride Intelligente Konstruktionselemente (HIKE) auf Basis eines Referenzprozesses für das Konstruieren von HIKE, der Model- lierung der Produkte unter Beachtung des Prozesses sowie der Definition von HIKE-

Gestaltungsrichtlinien aus?

1.2 Zielsetzung der Arbeit

Aufgrund der vorgestellten Definitionen für eine Methodik und der identifizierten Prob- die Definition eines Referenzprozesses für das Konstruieren von HIKE, die Definition von Gestaltungsrichtlinien im Kontext der HIKE anhand der Erfah- rungen der Forschergruppe und die Erarbeitung einer Informations-/Wissensbasis für die Modellierung der HIKE - 6 - 1 Einleitung hinzugefügt. Der Prozess kann anhand der Erfahrungen definiert werden und wird

EDER08A, S.

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