Modellintegrierte Produkt- und Prozessentwicklung (eBook)

Ilyas Mattmann absolvierte ein Doppelstudium in Computational Engineering und Angewandte Mechanik an der Technischen Universität Darmstadt. Während seiner Promotionszeit zum Doktor-Ingenieur arbeitete er am Fachgebiet Produktentwicklung und Maschinenelemente und war Mitglied des Sonderforschungsbereichs 666.

Geleitwort 6
Vorwort 8
Kurzfassung 10
Inhaltsverzeichnis 12
Abbildungsverzeichnis 18
Tabellenverzeichnis 25
Abkürzungsverzeichnis 26
Formelverzeichnis 28
1 Einleitung 30
1.1 Motivation 30
1.2 Makroskopische Zielsetzung 34
1.3 Einordnung in die Forschungsaktivitäten des SFB 666 36
1.4 Struktureller Aufbau 37
2 Stand der Forschung 40
2.1 Fertigungstechnologische Grundlagen des Spaltprofilierens und Spaltbiegens 40
2.1.1 Konventionelle Blechprodukte 40
2.1.2 Blechbauteile mit verzweigten Strukturen 41
2.1.3 Fertigung verzweigter Blechstrukturen durch Spaltprofilieren und -biegen 43
2.1.4 Fertigungsverfahrensinduzierte Eigenschaften spaltprofilierter Blechprodukte 45
2.1.5 Zwischenfazit 46
2.2 Produkt- und Prozessinnovationen 46
2.2.1 Innovationsbegriff 46
2.2.2 Market Pull und Technology Push 49
2.2.3 Zwischenfazit 50
2.3 Grundlagen zu Modellen und Methoden 51
2.3.1 Modelle 51
2.3.2 Methode und Methodik 55
2.3.3 Zwischenfazit 55
2.4 Modellierung technischer Systeme und Produkte 56
2.4.1 Systembegriff 56
2.4.2 Technische Systeme 61
2.4.3 Technische Produkte 62
2.4.4 Zwischenfazit 63
2.5 Eigenschaftsbasierte Beschreibung und Modellierung technischer Systeme und Produkte 64
2.5.1 Klassifizierung von Eigenschaften 64
2.5.2 Abbildung von Eigenschaftsrelationen 71
2.5.3 Soll-, Nenn- und Ist-Eigenschaften 73
2.5.4 Zwischenfazit 74
2.6 Anforderungen 76
2.6.1 Anforderungsquellen 76
2.6.2 Anforderungsarten 77
2.6.3 Klassifizierung von Anforderungen 85
2.6.4 Anforderungsdekomposition 91
2.6.5 Anforderungsdokumentation 92
2.6.6 Zielkonflikte 95
2.6.7 Standardisierte Anforderungscluster 96
2.6.8 Zwischenfazit 98
2.7 Produktmodellierung 99
2.7.1 Hierarchisches Produktmodell 99
2.7.2 Pyramidenmodell 101
2.7.3 Contact & Channel-Ansatz (C&
2.7.4 Eigenschaftsbasierte Modellierung der Produktkonkretisierung 109
2.7.5 Zwischenfazit 111
2.8 Prozessmodellierung 112
2.8.1 Technische Prozesse 113
2.8.2 Modellierung mit PETRI-Netzen 113
2.8.3 Prozessmodell nach HUBKA 115
2.8.4 Zustandsmodell nach BIRKHOFER 116
2.8.5 Erweitertes Prozessmodell nach HEIDEMANN 116
2.8.6 Realisierung von technischen Prozessen durch Verfahren 120
2.8.7 Zwischenfazit 121
2.9 Modellierung des Produktlebenslaufs und -zyklus 122
2.9.1 Prozessketten des Produktlebenslaufs 122
2.9.2 Prozessketten des Produktlebenszyklus 124
2.9.3 Produkt-, Prozess- und Technologiereifegrad 125
2.9.4 Zwischenfazit 126
2.10 Modellierung von Problemlösungs- und Entwicklungsprozessen 127
2.10.1 Grundlagen des Problemlösens 127
2.10.2 Systematisierung von Modellen des Entwicklungsprozesses 131
2.10.3 Phasen- und aktivitätenbasierte Entwicklungsmodelle 134
2.10.4 Problem- und lösungsorientierte Entwicklungsmodelle 138
2.10.5 Integrierte Entwicklungsmodelle 155
2.10.6 Zwischenfazit 179
3 Forschungsbedarf und Zielsetzung 180
3.1 Fazit zum Stand der Forschung und Forschungsdefizite 180
3.2 Forschungsfragen 185
3.3 Zielsetzung 186
4 Terminologie des Anforderungsbegriffs 190
4.1 Ableiten von Eigenschaften aus Anforderungen 191
4.2 Äquivalenz von Anforderungen und Eigenschaften 193
4.3 Prozessualer Bezug von Anforderungen 196
4.4 System- und Produktbeschreibung durch Anforderungen 196
4.5 Zusammenfassung 198
5 Durchgängige Modellierung von Anforderungen und Eigenschaften im Produktlebenslauf 200
5.1 Modellierungszweck 201
5.2 Durchgängige Modellierung des Produktlebenslaufs 201
5.3 Modellierung technischer Produkte im Prozesszusammenhang 203
5.3.1 Eigenschaftsbasierte Beschreibung der Konkretisierung technischer Prozesse 203
5.3.2 Anforderungen aus den technischen Prozessen des Produktlebenslaufs 211
5.4 Modellierung technischer Produkte im Funktionszusammenhang 214
5.4.1 Eigenschaftsbasierte Beschreibung der Konkretisierung technischer Produkte 214
5.4.2 Anforderungen an das technische Produkt 219
5.5 Modellierung von nicht-wertschöpfenden Prozessen im Produktlebenszyklus 222
5.6 Eigenschaftsrelationen 223
5.7 Unterschiede zwischen Anforderungen und Soll- Eigenschaften 225
5.8 Zusammenhänge zwischen Anforderungs-, Produkt- und Prozessmodellierung 231
5.8.1 Funktions- und prozessrelevante Lösungselemente 232
5.8.2 Gegenüberstellung der Anforderungsarten 233
5.8.3 Auswirkungen von Produkt- und Prozessanforderungen auf Eigenschaften 236
5.9 Anwendung der Modelltheorie zur Entwicklung einer multifunktionalen Linearführung 237
5.9.1 Prozessanforderungen der multifunktionalen Linearführung 238
5.9.2 Produktanforderungen der multifunktionalen Linearführung 240
5.10 Zusammenfassung 241
6 Methodik der Modellintegrierten Produkt- und Prozessentwicklung 243
6.1 Zweck der Modellierung 244
6.1.1 Paradigmenwechsel 245
6.1.2 Elementare Grundhypothesen 248
6.2 Modellräume der MiP2 253
6.3 Lösungsräume 257
6.3.1 Produktlösungsraum 258
6.3.2 Prozesslösungsraum 261
6.4 Eigenschaftsräume 264
6.4.1 Eigenschaftsraum im Funktionszusammenhang 265
6.4.2 Eigenschaftsraum im Prozesszusammenhang 266
6.5 Anforderungsraum 267
6.5.1 Zeitliche Dimension 271
6.5.2 Horizontale Dimension 272
6.5.3 Vertikale Dimension 273
6.5.4 Anforderungscluster 275
6.6 Projektionsebenen 277
6.7 Zielsystem 281
6.8 Transformationssystem 283
6.9 Zusammenfassung 284
7 Entwicklungsaktivitäten der MiP2 285
7.1 Problemlösungsprozess der MiP2 285
7.2 Anforderungsbasierte Entwicklungsaktivitäten 288
7.2.1 Anforderungserfassung 288
7.2.2 Anforderungsdetaillierung 290
7.2.3 Anforderungstransformation 294
7.2.4 Anforderungsdefinition 300
7.2.5 Beziehungen zwischen Anforderungen und Soll-Eigenschaften 300
7.3 Eigenschaftsbasierte Analyse- und Syntheseaktivitäten 301
7.3.1 Konkretisieren und Abstrahieren 303
7.3.2 Dekomponieren und Kombinieren 304
7.3.4 Lösungsanalyse und -synthese im Funktionszusammenhang 305
7.3.5 Lösungsanalyse und -synthese im Prozesszusammenhang 307
7.4 Integration von funktions- und prozessrelevanten Lösungselementen 311
7.5 Dekomposition in der Lösungskonkretisierung 312
7.6 Kontinuierliche Verifikation 313
7.7 Potenziale für algorithmenbasierte Entwicklungsprozesse 313
7.8 Zusammenfassung 314
8 Anforderungs- und Lösungsmodellierung der MiP2 mit SysML 315
8.1 Zweck der Modellierung 315
8.2 Vorteile von SysML 315
8.3 Modellierung der Anforderungsstruktur mit SysML 316
8.4 Modellierung von funktions- und prozessrelevanten Lösungselementen mit SysML 320
8.5 Modellierung von Soll-Eigenschaften und Soll-Größen 321
8.6 Zusammenfassung 322
9 Anwendung und Diskussion der Ergebnisse 323
9.1 Entwicklung eines multifunktionalen Informationsständers 324
9.1.1 Produktidee 324
9.1.2 Analyse von Referenzprodukten 324
9.1.3 Anforderungserfassung 325
9.1.4 Anforderungstransformation 326
9.1.5 Konkretisierung im Funktionszusammenhang 328
9.1.6 Konkretisierung im Prozesszusammenhang 330
9.1.7 Algorithmenbasierte Optimierung des Sockels 330
9.2 Entwicklung eines multifunktionalen Linearsystems 332
9.2.1 Produktidee 332
9.2.2 Anforderungserfassung 333
9.2.3 Transformation in funktions- und prozessrelevante Soll-Eigenschaften und Soll-Größen 335
9.2.4 Konkretisierung im Funktions- und Prozesszusammenhang 337
9.2.5 Algorithmenbasierte Optimierung des multifunktionalen Linearsystems 338
9.3 Fazit zur Anwendung der MiP2 340
10 Zusammenfassung und Ausblick 343
10.1 Zusammenfassung 343
10.2 Nutzen für die Konstruktionswissenschaft 345
10.3 Wissenschaftliche Innovation 347
10.4 Ausblick 350
11 Literaturverzeichnis 353
12 Eigene Veröffentlichungen 373
13 Betreute studentische Arbeiten 375
14 Anhang 376
A Methodik der MiP2 376
B Glossar 377
C Terminologische Definitionen des Anforderungsbegriffs 382
D Qualitätsmerkmale für Anforderungen 395
E Essenzielle Qualitätsmerkmale für Anforderungen im Kontext der MiP2 402