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Berliner Kreis & WGMK
NEWS
Liebe Leserinnen und Leser,
innovative Produkte erfolgreich zu
entwickeln erfordert leistungsfähige
Methoden und Prozesse und ein tiefgreifendes Wissen zu den Maschinensystemen und deren Elemente.
Die Mitglieder der WiGeP mit ihren
Teams leisten dazu auf allen diesen
Gebieten durch Grundlagenforschung und angewandte Forschung
einen entscheidenden Beitrag um
so die Innovationsfähigkeit unserer
Unternehmen heute und auch in
der Zukunft zu stärken. Die vorliegenden WiGeP-News zeigen Ihnen
wieder Beispiele aus dem gesamten
Spektrum unserer Forschung. Lassen Sie sich bei der Lektüre anregen
zu neuen Ideen und Konzepten für
Produkte und Prozesse. Die WiGeP
mit Ihren rund 1100 Wissenschaftlern steht Ihnen als Partner für die
Realisierung gerne zur Verfügung!
Zögern Sie nicht – sprechen Sie uns
an und lassen Sie uns gemeinsam
innovative Lösungen entwickeln
und realisieren und so die Zukunft
gestalten.
Pro. Dr.-Ing. Dr.h.c. Albert Albers
Mitteilungen der WiGeP
WiGeP-Frühjahrstagung 2015 in
Stuttgart
Die Mitglieder zu Gast im Porsche-Museum
Die diesjährige Frühjahrstagung findet am
17. Juni im Porsche-Museum in Stuttgart
statt, wo sich die Mitglieder zu aktuellen
Themen im Bereich der Produktentwicklung austauschen. Dank großzügigem
Sponsoring werden keine Teilnehmegebühren erhoben. Die Mitglieder der drei
Kompetenzfelder Maschinenelemente
und Systeme, Methoden und Prozesse der
Produktentwicklung und Virtuelle Produktentwicklung treffen sich außerdem,
um mögliche Forschungskooperationen
anzustoßen und abzustimmen. Aus der
Querschnittsgruppe Lehre und Weiterbildung werden Erkenntnisse aus einer im
Mitgliederkreis durchgeführten Umfrage
zu aktuellen Trends der Lehre vorgestellt,
auf denen basierend über Möglichkeiten
der kontinuierlichen Verbesserung der
Lehre diskutiert wird. Die Mitglieder dürfen sich des Weiteren auf interessante
visionäre Keynote-Vorträge von Andreas
Barth, Managing Director EuroCentral bei
Dassault, Dr. Sven Lorenz, CIO bei Porsche
sowie Prof. Dr. Peter Gutzmer, Deputy CEO
bei Schaeffler freuen. Wie traditionell auf
jeder Frühjahrstagung der WiGeP, wird
auch dieses Jahr der an die WiGeP ange-
gliederte Industriekreis eingeladen sein.
Dieser erfreut sich regen Interesses, weswegen er zuletzt erweitert wurde.
Im Anschluss an die Frühjahrstagung der
WiGeP findet das diesjährige Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung
statt, zu dem das Fraunhofer IAO und IAT,
das Institut für Konstruktionstechnik und
Technisches Design und das Institut für
Maschinenelemente der Universität Stuttgart einladen. Die WiGeP unterstützt das
Symposium.
Michael Bartholdt
Bild 1:
Organisationsstruktur der WiGeP
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Productive Games
Ein Beitrag zur Motivation und Produktivität durch die Aktivierung grundlegender Fähigkeiten
Der Wandel zu einer Wissens- und Innovationsgesellschaft hat zur Folge, dass die
Anforderungen an den individuellen Wissenserwerb sowie den zielgerechten Einsatz dieses Wissens steigen. Neues Wissen
gilt es, effizient zu erlernen und mit vorhandenen Fähigkeiten und Fertigkeiten zu
kombinieren. Die Rechnerunterstützung
in der Wissensarbeit hat dabei eine entscheidende Bedeutung und leistet einen
wesentlichen Beitrag zur Bewältigung von
Problemlösungsprozessen, wie sie bspw.
in der Produktentwicklung vorliegen. Allerdings bleibt festzuhalten, dass im Mittelpunkt aller Bemühung zur Assistenz
und Unterstützung der Mensch verankert
ist. Aktuell drängt die Generation Gamer
in die Unternehmen. Eine auf Problemlösung orientierte Generation, die mit
Spielen aufgewachsen ist, in denen Logik,
Rätsel, räumliche Verteilung und komplexes Denken integriert sind. Aber nicht
nur die neuen, unerfahrenen Mitarbeiter
sind Spieler. Evolutionär betrachtet, bringen alle Menschen im Bezug auf die Fähigkeiten und Fertigkeiten im Spielen einen
umfangreichen Erfahrungsschatz mit. Die
Digitalisierung hat die Form der spielerischen Möglichkeiten gewandelt und bereichert. Die motivierenden Faktoren sind
jedoch ursprünglich und über alle Altersgruppen bekannt. Für die Unternehmen
Bild 2:
2
Bild 1:
Flow-Modell von Csikszentmihalyi
gilt es, diese Erfahrungen nutzbar zu machen und daraus einen Wettbewerbsvorteil zu generieren.
PRODUCTIVE GAMES
An der Professur für Maschinenelemente
und Rechnergestützte Produktentwicklung wird unter dem Projekttitel „Productive Games“ an Einsatzszenarien von
Befähigung im Bezug auf Konstruktionsphasen (Quelle: Ehrlenspiel)
Spieldesigntechniken und Spielmechanismen geforscht. Grundlegend ist dabei,
das in Bild 1 gezeigte Flow-Modell von
Csikszentmihalyi in Kombination mit den
Steuerelementen in Analogie zu Spielmechanismen. Flow ist ein Zustand höchster
Konzentration auf eine Aufgabe. Der Zustand wird ausschließlich erreicht, wenn
die gestellten Anforderungen und vorhandenen Fähigkeiten hoch sind. Digitale
Spiele richten ihre Herausforderungen
nach dem Flow-Modell aus. Sie detektieren fortlaufend die Fähigkeiten des
Anwenders und stellen Fähigkeitslücken
durch Wiederholung oder Feedback ab.
Auf der Anforderungsseite dienen Regeländerungen, Zielvorgaben oder Konflikte
zur Anpassung. Mit diesem Vorgehen erreichen erfolgreiche Spiele eine nachhaltige Nutzung, hohe Wiederkehrraten und
Beteiligungsbereitschaft. Zielgrößen, die
im Wissensmanagement hinsichtlich der
Teilungsbereitschaft, ausdauernden Partizipation oder dem methodischen Vorgehen bisher mit durchwachsenem Erfolg
angestrebt werden.
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BEDEUTUNG FÜR DIE
DUKTENTWICKLUNG
PR O-
Welche Bedeutung sich für die Produktentwicklung ergibt, zeigt das Bild 2 am Beispiel der Problemlösefähigkeit. Je nach
Konstruktionsschritt weist das Erfahrungswissen von erfahrenen und unerfahrenen
Mitarbeitern eine unterschiedliche Ausprägung aus. Es muss somit gelingen, für den
Einzelnen, gemessen an den Anforderungen und seinen Fähigkeiten, Aufgaben zu
stellen, die möglichst häufig im Zustand
höchster Konzentration bearbeitet werden.
Erste Ergebnisse aus einem Forschungsprojekt bei einem Automobilunternehmen
zeigen Potenziale eines spielbasierten
Arbeitsumfeldes. Für Productive Games
hat sich in der Auswertung gezeigt, dass
sie im schnelllebigen Tagesgeschäft für
Entspannung und Abwechslung sorgen
sowie die zu erwartende motivierende
Wirkung zeigen. Darüber hinaus bringt
die Gestaltung von Spielen eine Vielfalt
an Messgrößen mit sich, die zur Detektion des Spielers und seines Fortschrittes
dienen. Diese Messbarkeit erzeugt einen
profitablen Mehrwert. Eine spielerische
Anwendung aus dem Forschungsprojekt
diente der Einarbeitung neuer Mitarbeiter mittels mobiler Endgeräte. Die primäre Zielstellung lag in der Entlastung
erfahrener Mitarbeiter, die grundsätzlich
für die Einarbeitung zuständig sind. Zusätzlich ergab die Datenauswertung Opti-
mierungsansätze für die Zusammenarbeit.
Zukünftige Forschungsaktivitäten stützen
sich auf die Identifikation weiterer Einsatzszenarien von Productive Games sowie auf
die Analyse der mittels Productive Games
erzeugbaren Daten. Im Fokus liegen die
Unterstützung des Wissensmanagements
und die Verbesserung der Mitarbeiterproduktivität im Sinne von rechnergestützten
Assistenzen.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Frank Mantwill
Dipl.-Wirt.-Ing. Mathias Tralau
Maschinenelemente und Rechnergestützte Produktentwicklung
Helmut-Schmidt-Universität
Universität der Bundeswehr Hamburg
Offene Plattform zur Unterstützung des Produktlebenszyklusmanagements
Während eines Produktlebens fallen viele Informationen in verschiedensten Systemen an. Gerade klein- und
mittelständische Unternehmen können die resultierende Komplexität kaum beherrschen und lassen daher
Wettbewerbsvorteile ungenutzt.
Zur Unterstützung der Beteiligten während eines Produktlebens existiert eine
Vielzahl an IT-Systemen. Allerdings können vorhandene Daten und Informationen
häufig nur unter deutlichem Mehraufwand
wiederverwendet werden. In der Initiative
amePLM (advanced platform for manufacturing engineering and PLM) wurde
daher eine Lösung zur Verbesserung der
Bild 1:
Prinzipielle Architektur _amePLM_
Situation und damit Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen erarbeitet.
FUNKTIONSWEISE
Wesentliche Bausteine der Lösung sind
Referenzprozesse, ein Referenzdatenmodell sowie eine offene Unterstützungsplattform, insbesondere für die an der
Produkt- und Produkt i o nsent ste hung Beteiligten.
Ausgangspunkt
und
Orientierungshilfe zur Realisierung robuster
firmenspezifischer
Prozesse
und
e n t s p re c h e n d e r
Workflows sind
die entwickelten
Referenzprozesse. Das Referenzdatenmodell
wurde als semantisches Datenmodell, welches
die Anpassung
des
allgemeinen Modells an
firmenspezifische Gegebenheiten auf
einfache Art und Weise ermöglicht, realisiert. Das ontologiebasierte Datenmodell
dient zunächst als gemeinsames Vokabular während der Konfigurationsphase bei
der Einführung der Lösung im Unternehmen. Außerdem dient es als einheitliche
Sprache im Sinne einer Datenschnittstelle
des offenen Unterstützungssystems. Die
Architektur (Bild 1) der offenen Plattform
ermöglicht es Anwendern, vorhandene
Systeme weiter zu nutzen, spezifische
Funktionen der amePLM-Lösung einzusetzen und zusätzliche Module anzudocken.
Durch die Möglichkeit, vorhandene IT-Systeme weiter zu nutzen, werden unnötige
Investitionen und Schulungen vermieden.
Die amePLM-Lösung bietet eine grafische
Benutzungsschnittstelle für den einheitlichen Zugriff auf verteilt vorliegende Informationen aus verschiedenen Quellen
sowie spezifische Module zur Unterstützung von Engineering-Aktivitäten wie Simulation und Optimierung.
ANWENDERBEISPIEL
Eines der Pilotunternehmen der amePLMInitiative ist ein Ingenieurdienstleister, bei
dem die Planung und der Aufbau eines
neuen Motorenwerks eines Kunden in
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der Akquise- sowie Konzept- bzw. Grobplanungsphase unterstützt werden sollen. Um eine schnelle Angebotsabgabe in
der Akquisephase zu ermöglichen, muss
der verantwortliche Ingenieur Zugriff auf
alle wesentlichen zur Verfügung stehenden Informationen über frühere Projekte
für den potenziellen Kunden haben. Außerdem kann er durch Informationen zu
ähnlichen Projekten bei anderen Kunden
unterstützt werden. Die amePLM-Lösung
ermittelt wesentliche relevante Informationen für die Projektakquise im Hintergrund, ohne nennenswerte Aufwände für
den Systemeinsatz. Auch während der
Grobplanung ist die Ermittlung relevanter
vorhandener Daten und Informationen
ohne Suchaufwände essenziell. Zur Unterstützung der Planer müssen Informationen
aus unternehmensweit durchgeführten
Projekten verfügbar gemacht werden, um
vorhandene Erfahrungen zu nutzen. Bei
der Entwicklung einer Lösung für das Planungsproblem können Planer weiterhin
die angedockten Simulations- und Optimierungsmodule einsetzen ohne Daten
erneut eingeben zu müssen.
NUTZEN UND FAZIT
Viele, insbesondere klein- und mittelständische Unternehmen haben schlechte
Erfahrungen mit IT-Systemen aus dem Kontext PLM und Digitale Fabrik gemacht. Die
Systeme gelten als komplex, unpraktisch
und teuer. Damit überwiegen die Nachteile
des Systemeinsatzes oft die jeweiligen Vorteile. Der Einsatz offener Unterstützungssysteme wie der amePLM-Lösung mit
Referenzprozessen, Referenzdatenmodell,
Anwendungsmodulen, grafischer Benutzerschnittstelle und Serverkomponente
bietet gute Erfolgsaussichten gerade für
klein- und mittelständischen produzierende Unternehmen. Erste Erfahrungen
mit den Pilotunternehmen zeigen, dass
unter Verwendung der entwickelten Lösung Zeiten, Aufwände und Kosten für
Projekte in verschiedenen Bereichen des
Produktlebenszyklus wesentlich reduziert
werden können – und dies bei einfacher,
intuitiver Bedienung und niedrigen Investitions- und Schulungskosten.
Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer
Dipl.-Ing. Joachim Lentes
Dipl.-Ing. Nikolas Zimmermann
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft
und Organisation IAO
Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität
Stuttgart
Biomechanische Menschenmodelle in der Produktentwicklung
Integration muskuloskelettaler Simulationsmodelle in 3D-CAD Systeme zur ergonomischen Gestaltung technischer
Systeme
Bereits in den 1940er Jahren stellte der
bekannte Industriedesigner Henry Dreyfuss fest, dass der von Nutzern empfundene Wert vieler Produkte stärker durch
ergonomische und ästhetische, als durch
funktionelle oder wirtschaftliche Aspekte
bestimmt wird. Angesichts einer alternden
Gesellschaft und der starken Kundenorientierung vieler Unternehmen ist das Thema
Produktergonomie heute aktueller denn
je. Technische Systeme sollten daher konsequent an den Eigenschaften und Fähigkeiten der späteren Nutzer ausgerichtet
werden. Prädiktive Simulationen mit digitalen biomechanischen Menschmodellen
können die Produktentwicklung hierbei
unterstützen.
BIOMECHANISCHE SIMULATIONEN
Ergonomische Anforderungen wie Komfort weisen immer einen Bezug zu Vorgängen im Organismus des Nutzers auf. Neben
emotionalen und kognitiven Aspekten
der Mensch-Technik Interaktion spielen
biomechanische Beanspruchungen eine
wichtige Rolle. Hiermit sind die inneren
Reaktionen des Bewegungsapparates auf
4
Bild 1:
Muskuloskelettales Menschmodell als CAD-Systemerweiterung
äußere Lasten gemeint, die sich aus der
Interaktion mit dem Produkt ergeben. So
stellt sich im Körper eines Autofahrers
abhängig von der Sitzposition sowie den
auftretenden Lenkkräften und Beschleunigungen ein bestimmtes Aktivitätsmuster der Muskulatur ein, das zusammen
mit den Reaktionskräften in den Gelenken Auskunft über den Beanspruchungszustand des Bewegungsapparates gibt.
Ergonomische Bewertungsmodelle auf
Grundlage derartiger Beanspruchungsgrößen sind seit einigen Jahren Gegenstand
arbeitswissenschaftlicher Forschung.
Gegenüber produktbezogenen Gestaltungsrichtlinien erwartet man von diesem
physiologisch-menschzentrierten Ansatz
eine universellere Gültigkeit. Voraussetzung für die praktische Anwendung
in der Produktentwicklung sind jedoch
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Verfahren, die eine Bestimmung biomechanischer Beanspruchungsgrößen mit
vertretbarem Aufwand möglichst schon
in frühen Entwicklungsphasen gestatten.
Im Bereich der Bewegungsmedizin arbeitet man seit den frühen 1990er Jahren an
muskuloskelettalen Simulationsmodellen,
die den menschlichen Bewegungsapparat als hochgradig redundantes Mehrkörpersystem beschreiben. Bestehende
Programmsysteme wurden in erster Linie
für inversdynamische Analysen experimentell ermittelter Daten konzipiert, d.h.
zur Bestimmung biomechanischer Beanspruchungen müssen Informationen über
die Bewegung des Menschen und aller
von außen auf den Körper einwirkenden
Kräfte vorliegen. Die hierzu nötigen Versuche mit Testpersonen lassen das Simulationsverfahren für eine Anwendung in
der Produktentwicklung, insbesondere in
frühen Phasen, in dieser Form ungeeignet
erscheinen.
INTEGRATION IN 3D-CAD SYSTEME
Ziel eines Forschungsprojektes am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik KTmfk (FAU
Erlangen-Nürnberg) ist es, eine vollständig virtuelle Prozesskette zur Ermittlung
biomechanischer Beanspruchungsgrößen
während der Nutzer-Produkt Interaktion
zu entwickeln. Ein Schwerpunkt ist hierbei
die Integration muskuloskelettaler Menschmodelle in 3D-CAD Systeme, was biomechanische Studien in unmittelbarem
Kontext des virtuellen Produktmodells
ermöglichen soll. Als Ergebnis der bisherigen Forschungsarbeiten ist ein Softwaredemonstrator auf Grundlage des CAD
Bild 2:
Informationstechnische Kopplung
Systems Creo Parametric (PTC) und der
bewegungsmedizinischen Simulationsumgebung OpenSim (Stanford University)
entstanden. Bei OpenSim handelt es sich
um eine quelloffene Softwareplattform,
die weltweit von Humanwissenschaftlern
zur Erstellung muskuloskelettaler Menschmodelle eingesetzt wird. Da die meisten Forscher ihre Modelle innerhalb der
Gemeinschaft frei zur Verfügung stellen,
ist OpenSim zugleich eine Quelle interdisziplinären Wissens, die es für die Produktentwicklung zu erschließen gilt. Die
informationstechnische Kopplung ist als
Systemerweiterung (mfkErgonomikus)
für Creo Parametric umgesetzt (vgl. Bild
1). Der Anwendungsprozess orientiert
sich an gängigen CAX-Werkzeugen: Innerhalb einer CAD-Baugruppe wird ein
beliebiges, in OpenSim erstelltes Simulationsmodell durch ein geometrisches Menschmodell (Avatar) repräsentiert, dessen
kinematische Struktur exakt mit der des
zugrunde liegenden muskuloskelettalen
Mehrkörpersystems übereinstimmt. Der
Avatar wird automatisch aus den OpenSim Modelldefinitionen erzeugt und dem
CAD-Datensatz in Form einer Unterbaugruppe hinzugefügt (Bild 2). Die Vorbereitung einer Analyse (preprocessing)
besteht im Wesentlichen aus der Beschreibung der Interaktionen zwischen Menschmodell und Produktgeometrie. Hierzu
definiert der Anwender geometrische
Beziehungen (Interaktionsbedingungen)
zwischen menschlichen Effektoren (z.B.
Hände, Füße) und dem Produkt. Da infolgedessen Massenkräfte des Produktes auf
den Körper übertragen werden können,
werden die betreffenden Komponenten
des Produktmodells als massebehaftete
Körper in das OpenSim Mehrkörpermodell eingefügt. Ferner ist es möglich, bekannte äußere Kräfte zu definieren. Auf
Grundlage der Interaktionsbedingungen
wird anschließend eine möglichst realistische Körperhaltung des Menschmodells
bestimmt. Hierbei kommt ein auf numerischer Optimierung und inverser Dynamik
basierendes Verfahren zur Anwendung.
Es werden Körperhaltungen bevorzugt,
die eine möglichst geringe muskuläre
Beanspruchung nach sich ziehen. Da
das Aktivitätsmuster der Muskulatur als
Nebenprodukt der Haltungsvorhersage
bekannt ist, können davon abhängige biomechanische Beanspruchungsgrößen
wie Gelenkreaktionskräfte sehr effizient
berechnet werden. Zur Auswertung der
Ergebnisse (postprocessing) stehen dem
Anwender verschiedene Visualisierungsmöglichkeiten zur Verfügung. So werden
Aktivierungsniveau und Energieverbrauch
der einzelnen Muskeln direkt auf dem
Avatar anhand von Farbe und Dicke der
Muskelstränge dargestellt. Daran ist beispielsweise sofort ersichtlich, wenn eine
bestimmte Körperhaltung die physischen
Möglichkeiten des Menschmodells und
damit die der betrachteten Nutzergruppe
übersteigt.
ANWENDUNGEN UND AUSBLICK
Simulationen mit muskuloskelettalen
Menschmodellen gewähren einen Einblick
in den inneren biomechanischen Beanspruchungszustand des menschlichen
Bewegungsapparates. In Analogie zum
Beanspruchungsbegriff aus der Festigkeitslehre stellen diese Informationen die
Grundlage für universell gültige ergonomische Bewertungsmethoden dar. Die
Relevanz des Ansatzes erstreckt sich somit
auf alle technischen Systeme, die durch
eine enge Interaktion mit dem Menschen
gekennzeichnet sind. Dies schließt neben
klassischen Fragen der Produktergonomie
(Komfort, Gebrauchstauglichkeit) auch die
Planung von Arbeitsprozessen in der Produktionstechnik sowie die Entwicklung
medizinischer Geräte für Training und
Rehabilitation mit ein. Die vorgestellte Integration der bewegungsmedizinischen
Simulationsplattform OpenSim in ein
modernes 3D-CAD System ist Teil einer
vollständig virtuellen Prozesskette, die
den Einsatz muskuloskelettaler Menschmodelle bereits in frühen Phasen der Produktentwicklung ermöglicht. Bislang ist
der entwickelte Prototyp auf die Analyse
statischer Körperhaltungen beschränkt.
Aktuelle Forschungsaktivitäten widmen
sich deshalb der algorithmischen Synthese
komplexerer menschlicher Bewegungen.
Zudem gilt es die Varianz menschlichen
Verhaltens im Hinblick auf die Interaktionsbedingungen mit dem Produkt zu berücksichtigen.
Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack
Dipl.-Ing. Daniel Krüger
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik (KTmfk)
Friedrich-Alexander-Universität ErlangenNürnberg
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Technische Vererbung in der Produktentwicklung
Mit Industrie 4.0 einen Vorsprung bei der Entwicklung neuer Produktgenerationen erzielen
läufe zur Erzeugung eines hohen Automatisierungsgrades. Dies beinhaltet ebenso
die Integration von Wissen, wie beispielsweise neuartiger KBE-Methoden, als auch
eine erhöhte Flexibilität innerhalb der Prozesskette. Mit den Enablern aus dem SFB
kann die Produktentwicklung unterstützt
werden, indem eine generationsübergreifende Prozessbetrachtung durchgeführt
wird. Dieser Prozess wird als „technische
Vererbung“ bezeichnet und ist definiert
als: „Überführung gesammelter und verifizierter Informationen aus der Produktion
und Nutzung zur nächstfolgenden Anpassung“. Bild 1 verdeutlicht, dass in allen
Phasen des Produktlebenszykluses eine
Vielzahl von Daten entstehen kann, welche
durch die Aufbereitung zu Informationen
für die Entwicklung der nachfolgenden
Generation verwendet werden können.
Durch eine Weiterentwicklung von Spezifikations- und Modellierungstechniken kann
der Lebenszyklus für diverse technische
Systeme sehr genau hinsichtlich der Informationsflüsse abgebildet werden. Darüber
hinaus ermöglicht eine nachgeschaltete
Analyse die Identifikation entwicklungsrelevanter Informationen. Durch die
Berücksichtigung physikalischer, menschbezogener und ökonomischer Aspekte
sowie technologischer Trends, können Hypothesen zum eigenen Produkt aufgestellt
werden. Um diese Fragestellungen über
den Lebenszyklus zu beantworten, kann
einerseits auf eine bestehende Messtech-
Im Sonderforschungsbereich (SFB) 653
„Gentelligente Bauteile im Lebenszyklus“
werden Grundlagen im Rahmen der Industrie 4.0 erforscht. Dazu zählt neben
der vernetzten Industrie auch die Verwendung von Nutzungsdaten. Gentelligente
Bauteile sind definiert als: „Mechanische
Komponenten, welche über physikalische
Prinzipien befähigt werden, Lebenszyklusdaten zu sammeln, speichern und übermitteln können, damit eine Anpassung
der Nachfolgegeneration erfolgen kann“.
Durch derartige neue intelligente Systeme
ist es möglich, im kompletten Lebenszyklus Daten zu generieren, welche bei richtiger Interpretation zu Vorteilen bei der
Entwicklung der nächsten Produktgeneration führen. Am Institut für Produktentwicklung und Gerätebau wird diese Art
der Datenrückführung untersucht. Dazu
werden die grundlegenden Prozesse analysiert, Informationsketten aufgebaut und
zielgerichtet Informationen aus dem Lebenszyklus identifiziert, transferiert und in
die Phasen der Produktentwicklung für die
Produktadaption zurück geführt.
TECHNISCHE VERERBUNG
Der Fokus in den Untersuchungen liegt in
der Erforschung, Erarbeitung und Adaption von Methoden, Werkzeugen, Hilfsmitteln sowie Prozessen für die Unterstützung
einer ganzheitlichen Produktentwicklung.
Darunter fallen Betrachtungen hinsichtlich
performanter und effizienter ProzessabDatenanalyse
1.Generation
6
n+1Generation
Entwicklungsprozess
Entwicklungsprozess
Entwicklungsprozess
Herstellung
Herstellung
Herstellung
Verkauf
Verkauf
Verkauf
Anwendung
Bild 1:
Datenanalyse
2.Generation
Anwendung
Anwendung
Nutzung
Nutzung
Nutzung
Instandhaltung
Instandhaltung
Instandhaltung
Recycling
Recycling
Recycling
Vererbung
nik zurückgegriffen werden. Andererseits
können gentelligente Enabler aus einem
Konstruktionskatalog ausgewählt und ins
technische System integriert werden, um
die Monitoringstrategie zu realisieren.
Damit einhergehend werden Data Mining
Methoden direkt in die Phasen
der Produktentwicklung integriert, sodass
die Datenmenge auf ein Minimum reduziert wird, indem die Messdaten typischen
Situationen des technischen Systems im
Lebenszyklus zugeordnet werden können. Durch die Prozesse der technischen
Vererbung können somit Informationen
produktspezifisch erzeugt werden, welche
auf diese Weise einen großen Vorteil für
die Entwicklung der Nachfolgegeneration
generieren.
BAUTEILADAPTION
Weiterhin werden im Rahmen des Teilprojektes N4 „Gestaltevolution durch algorithmisierte Informationsrückführung aus dem
Produktlebenszyklus“ im SFB 653 virtuelle
Produktmodelle entwickelt, die eine Integration von Nutzungsinformationen unterstützen. Mit Hilfe dieser Modelle wird eine
automatische Anpassung von Produkten
an veränderte Nutzungsbedingungen ermöglicht. Mit dem Fokus auf mechanische
Komponenten wird ein generativer parametrischer Modellierungsansatz entwickelt, mit dem der mögliche Lösungsraum
abgebildet wird. Über die Kopplung von
generativen parametrischen Modellen
mit Simulationsumgebungen wird mittels
genetischen Optimierungsalgorithmen sowohl konzeptionell, als auch geometrisch
eine Bausteilgestalt erzeugt, die optimal
an die jeweiligen Nutzungsinformationen
angepasst ist. Die Autoren danken der
Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
für die Förderung des Forschungsvorhabens im Rahmen des SFBs 653.
Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer
Dipl.-Ing Bastian Sauthoff
Dipl.-Ing. Philipp Gottwald
Institut für Produktentwicklung und Gerätebau
Leibniz Universität Hannover
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Strukturierung von Anwendungsfeldern für Technik im
Alltag Älterer aus Nutzersicht
Vorstellung des Kooperationsprojektes „ATASeN“
Im Rahmen des Programms „IKT 2020 –
Forschung für Innovationen“ fördert das
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit der VDI/VDE Innovation
+ Technik GmbH als Projektträger wissenschaftliche Vorprojekte zur „Mensch-Technik-Interaktion für den demografischen
Wandel“. Im Rahmen der Ausschreibung
werden Forschungsvorhaben gefördert,
die „neue und realistische Anwendungsszenarien im Bereich der „Mensch-TechnikInteraktion“ entwickeln und so Wege für
die Weiterentwicklung des Förderschwerpunktes aufzeigen“. Dieser Herausforderung stellen sich die Institut für Technische
Produktentwicklung und für Allgemeine
Soziologie der Universität der Bundeswehr
München gemeinsam. Neue Technologien
können hervorragend dazu beitragen, ältere Menschen in ihrem Alltag bei einer
selbstbestimmten und selbstständigen
Lebensführung zu unterstützen. Heute
werden jedoch konkrete Wünsche und Bedürfnisse der Älteren vor dem Hintergrund
ihrer spezifischen Lebenssituation und
jeweiligen Technikdeutungen zu wenig
berücksichtigt. Dies führt dazu, dass Produkte nicht akzeptiert sind, was wiederum
negative Auswirkungen auf die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit und damit die
Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen
hat.
Kombination ingenieurwissenschaftlicher und sozialwissenschaftlicher
Methoden und Konzepte
Die Effektivität von Produkten ist verstärkt durch die Art und Weise, wie der
Mensch mit diesen umgeht, geprägt. Die
Produktnutzung ist nicht nur durch individuellen Kompetenzen geprägt sondern
auch von der Lebens- und Handlungssituation. Ziel des Projektes ist es, ein besseres
Verständnis für die Situationen, in denen
der Mensch Produkte nutzt, zu schaffen,
um auf dieser Basis die Anforderungen
für die Entwicklung dieser zu präzisieren.
Dazu werden älteren Menschen in ihrer
Lebenssituation mit Hilfe des Konzeptes
der Lebenslage aus der Soziologie analysiert und beschrieben. Die Lebenslage
des Menschen wird über die Faktoren
Vermögen, materielle Versorgung, soziale
Einbindung, Bildung, Partizipation, gesundheitliche Disposition und Unterstützung bei Hilfebedarf aus subjektiver Sicht
beschrieben, die mittels ausgewählter,
qualitativer Methoden strukturiert erhoben werden. Die Lebenslagebeschreibung
geht deutlich über körperliche bzw. individuelle Kompetenzbeschreibungen hinaus.
Eine bei bekannten Ansätzen vorgenommene Fokussierung auf altersbedingte
Einschränkungen wird gezielt vermieden,
da neben Restriktionen auch Ressourcen in
den verschiedenen Bereichen berücksichtigt werden. Parallel dazu werden typische
Handlungsfelder älterer Menschen erfasst,
Tätigkeiten also, die im täglichen Leben
eine bedeutende Rolle spielen. Ziel ist es,
sogenannte Problemlagen herauszuarbeiten, also Handlungsfelder, die mit Hilfe der
vorhandenen Situationen nicht mehr problemlos bewältigt werden können. Dies
liefert wesentliche Impulse dafür, wie und
wann technische Lösungen tatsächlich zur
Bewältigung von Alltagsproblemen beitragen können. Gleichzeitig können unter
Nutzung sozialwissenschaftlicher Methoden anhand der Lebenslage die Motive
der Älteren für oder gegen den Technikeinsatz abgleitet werden. Auf dieser Basis
dieser Erkenntnisse gilt es im Rahmen des
Projektes weiterhin, Ansätze zur Technikdeutung abzuleiten. Dieses Wissen hilft,
die Anforderungen an Produkte so zu präzisieren, dass eine frühzeitige Absicherung
der Akzeptanz der Produkte möglich wird.
Die Erkenntnisse aus den sozialwissenschaftlichen Untersuchungen sind nun für
den Entwicklungsprozess zugänglich zu
machen. Hierzu werden die Problemlagen
detailliert analysiert. Das typische Nutzerverhalten in Problemlagen ist detailliert
zu beschreiben und in einem zweiten
Schritt in die einzelnen hierfür erforderlichen Funktionen herunter zu brechen,
um hieraus wiederum Anforderungen und
konkrete technische Parameter für die
Produktentwicklung ableiten zu können.
Zur Spezifizierung der Anforderungen
kann zusätzlich auf die Interpretation der
Technikdeutung zurückgegriffen werden.
Hierzu gilt es Ansätze zu entwickeln, mit
deren Hilfe aus der Technikdeutung heraus Eingrenzungen bzw. Aufweitungen
des Lösungsspektrums begründet werden.
Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, um einerseits die Anforderungsbeschreibungen für Produkte gezielter an
die Lebenssituation des Menschen anzupassen. Andererseits ergeben sich aus der
Lebenslagebeschreibung in Kombination
mit der Technikdeutung neue Ansätze zur
Clusterung von Nutzergruppen, die eine
Modularisierung und Variantenbildung
unterstützen, um die Effektivität und Effizienz der Produktentwicklung abzusichern.
Durch die enge Kooperation von Sozialwissenschaftlern und Produktentwicklern
wird im Sinne der Nutzerzentrierung ein
Instrumentarium geschaffen, um Nutzerbedürfnisse systematisch zu erfassen,
zu interpretieren und im Sinne der Produktentwicklung aufzubereiten. Die enge
Kooperation zwischen Soziologen und
Ingenieuren erweitert dabei nicht nur den
Blickwinkel auf den Nutzer, sondern legt
den Grundstein dafür, dass gewonnene
Erkenntnisse im Sinne der Verbesserung
der Lebensqualität Verwendung finden.
Die heute durchaus übliche soziologische
Begleitforschung, die bislang erst nach
der eigentlichen Entwicklung ansetzt,
wird nun in die frühen Phasen gezogen
und findet bereits in der Ideenentwicklung und Anforderungsbeschreibung Berücksichtigung. Dies hilft nicht nur, das
Entwicklungsrisiko zu reduzieren und die
spätere Akzeptanz des Produktes zu verbessern. Es ist auch zu erwarten, dass eine
solche Denkweise auch zu neuartigen Produktkonzepten zur Unterstützung der Älteren beiträgt.
Prof. Dr.-Ing. Kristin Paetzold
Dipl.-Ing. Johanna Walter
Institut für Technische Produktentwicklung
Universität der Bundeswehr München
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New s l e t t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2 0 1 5
Synergetische Produktentwicklung in Wertschöpfungsnetzwerken
Unternehmensübergreifend erfolgreich zusammenarbeiten - Ergebnisse des Verbundprojekts SynProd
Höchste Produktqualität, Zuverlässigkeit und
kurze Entwicklungszeiten bei der Erfüllung
individueller Kundenwünsche sind entscheidende Erfolgsfaktoren für Unternehmen.
Dabei werden die Unternehmen vor immer
größere Herausforderungen gestellt. Vor
allem durch die Zusammenarbeit unterschiedlicher Disziplinen steigt die Komplexität von Produktentwicklungsaufgaben,
was sich bei der Erstellung mechatronischer
Lösungen durch die Integration von Komponenten aus den Domänen Maschinenbau
und Elektrotechnik sowie Funktionen aus
dem Bereich der Informationstechnik zeigt.
Für die Unternehmen rückt deshalb eine effiziente Gestaltung interdisziplinärer Zusammenarbeiten mit spezialisierten Firmen
zunehmend in den Fokus (vgl. Bild 1). Um
die Synergien bei der unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit optimal auszuschöpfen, war es Ziel des BMBF-geförderte
Verbundprojekts „Synergetische Entwicklung mechatronischer Produkte in Wertschöpfungsnetzwerken“ (SynProd), eine
softwaregestützte Methodik für eine engere
Verknüpfung der Arbeitsschritte zur Bearbeitung von auftragsinitiierten Entwicklungsprojekten zu erarbeiten.
Herausforderungen
Insbesondere kleine und mittlere Unternehmen (KMU) verfügen oftmals nicht über
die Ressourcen und das Wissen, um mechatronische Produkte vollständig vom Kundenwunsch über Prototypen verschiedener
Reifegrade bis zum Produktionsstart in ihren
eigenen Abteilungen entwickeln zu können.
Sie sind auf die Einbindung von Zulieferern
aus den verschiedenen Domänen angewiesen, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten im
Produktentstehungsprozess eingebunden
werden (vgl. Bild 2).
Die Produktentwicklung mit verteilten Entwicklungspartnern bringt allerdings Hemmnisse und Herausforderungen mit sich,
welche die Effizienz der Zusammenarbeit
mindern. Die Unternehmen sind auf unterschiedliche Weise voneinander getrennt.
Zum einen örtlich – was zu längeren Kommunikationswegen führt –, zum anderen
organisatorisch. Sie agieren als eigenstän8
dige Organisationen mit unterschiedlichen
Zielen. Die Voraussetzungen für eine barrierefreie Zusammenarbeit sind dadurch nicht
gegeben. Es fehlen oftmals Methoden und
Werkzeuge, die es den Unternehmen ermöglichen, Potentiale für eine bessere Zusammenarbeit zu erkennen und zu nutzen.
SynProd-Methodik
Im Verbundprojekt wurde deshalb eine
Methodik entwickelt, welche die Sichtweisen der Produktentwicklung, Produktion und Betriebswirtschaft verknüpft und
Informationen aus den unterschiedlichen
Unternehmen und Unternehmensbereichen zusammenführt, um eine ganzheitliche Sicht auf die Produktentstehung zu
gewährleisten. Ein Software-Werkzeug stellt
dafür Hilfsmittel für die Produktkonzeption,
Wertstrommodellierung und Projektplanung
bereit. Somit können unterschiedliche Partialmodelle erzeugt werden, die einen oder
mehrere Arbeitsschritte unterstützen. Eine
eindeutige Definition von Querbezügen zwischen diesen Partialmodellen gestattet einen
effizienten Informationsaustausch und somit
die unternehmens-, abteilungs- und projektübergreifende Anwendung der Methoden in
unterschiedlichen Bereichen der Unternehmen. Je nach Rolle innerhalb des Gesamtprojekts erhalten die Beteiligten eine spezifische
Sichtweise und können relevante Informationen einpflegen oder auslesen.
Aus Sicht der Produktentwicklung wird dabei
ein Produktmodell erstellt, welches die Produktanforderungen, die tatsächlichen Produkteigenschaften sowie die Produktstruktur
abbildet. Über Verknüpfungen werden die
Komponenten oder Teilsysteme dieses Produktmodells an Wertstrommodelle der Produktionsprozesse gekoppelt, durch welche
die Dauer und Kosten der Fertigung präziser
abgeschätzt werden können. Aus Sicht der
Projektplanung werden die Prozesse des
Gesamtprojekts auf Basis der Informationen
über Komponenten und Fertigungsprozesse
unternehmensübergreifend gesteuert.
Das Software-Werkzeug kann während der
Produktentwicklung sowohl von dem zentralen Unternehmen eines Wertschöpfungsnetzwerks (z. B. Systemhersteller) als auch
Bild 1:
Zusammenarbeit von Unternehmen unter-
schiedlicher Domänen bei der gemeinsa-
men Entwicklung eines Produkts
von den Zulieferern eingesetzt werden und
unterstützt unterschiedliche Prozesse auf
allen Unternehmensebenen.
Praxiserfahrungen und Fazit
Die Validierung der SynProd-Methodik
erfolgte im Projekt durch eine Anwendung
in Fallstudien - teilweise nur fiktiv - unter
Beteiligung von vier Unternehmen mit unterschiedlichen Rollen im Produktentstehungsprozess. Obwohl diese Unternehmen bereits
in der Vergangenheit gemeinsame Projekte
bearbeitet haben, wurde deutlich, dass für
eine synergetische Zusammenarbeit weitreichende Anpassungen etablierter Arbeitsweise in den Unternehmen notwendig sind.
Insbesondere KMU stellt dies oftmals vor
große Herausforderungen.
Beispielsweise muss ein Umdenken bezogen auf den Umgang mit Wissen erfolgen.
Das Wissen, welches oftmals nur einzelnen
Personen vorgelegen hatte und nicht formalisiert wurde, muss in das Software-Werkzeug eingepflegt werden. Dadurch wird ein
wesentliches Element der Kompetenz der
Unternehmen preisgegeben. Die Voraussetzung dafür ist ein grundlegendes Vertrauen
zwischen den Unternehmen, welches erst
durch eine langfristige Nutzung der SynProdMethodik gefestigt werden kann.
Ausblick
Mit Abschluss des Verbundprojekts stehen eine Methodik und ein prototypisches
Newslet t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2015
zusammenarbeiten,
Herausgeber: Thomas Vietor, Christoph Herrmann, Thomas S. Spengler
Verlag: Shaker, 2015 (gebunden, 235 Seiten)
ISBN: 3844034374
Hintergrund
Bild 2:
Die SynProd-Methodik zielt darauf ab, Wissen von Zulieferern, die erst später in den Produktentste-
hungsprozess eingebunden werden, bereits früh nutzen zu können.
Software-Werkzeug zur Verfügung, welches
im betrachteten Wertschöpfungsnetzwerk
angewendet wurde. Es muss nun eine Weiterentwicklung erfolgen, so dass die Methodik
in unterschiedlichen Unternehmen Anwendung finden kann. Dafür sind Workshops
mit weiteren regionalen KMU geplant, um
weitere unternehmensspezifische Bedarfe
und Randbedingungen für die synergetische
Produktentwicklung zu identifizieren.
Weiterhin können die im Rahmen des Projekts identifizierten Informationsstrukturen
als Grundlage genutzt werden, um weitere Lösungen zu entwickeln, die auf eine
automatisierte Informationsbereitstellung
innerhalb des gesamten Produktentstehungsprozesses abzielen. Der Einsatz von
Industrie 4.0-Lösungen bietet in diesem
Zusammenhang herausragende Möglichkeiten, Informationen aus Produktentwicklung, Produktions- und Planungssystemen
zu vernetzen, um kritische Entscheidungen
abzusichern.
Buchveröffentlichung
Die Ergebnisse des Verbundprojekts wurden
in einem Buch veröffentlicht, in dem alle Partner als Autoren auftreten:
Titel: Synergetische Produktentwicklung:
Unternehmensübergreifend erfolgreich
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt
wurde mit Mitteln des Bundesministeriums
für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für
die Produktion von morgen“ gefördert und
vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut.
Neben dem Institut für Konstruktionstechnik
sind als Mitglieder des Niedersächsischen
Forschungszentrums Fahrzeugtechnik (NFF)
das Institut für Werkzeugmaschinen und
Fertigungstechnik und das Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion
als Forschungseinrichtungen beteiligt. Die
Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.
Prof. Dr.-Ing. Thomas Vietor
Dipl.-Ing. Timo Richter
Institut für Konstruktionstechnik
Technische Universität Braunschweig
Betriebsverhalten von Radialwellendichtringen wird berechenbar!
Berücksichtigung von thermischen und mechanischen Wechselwirkungen ermöglicht realitätsnahe Simulationen
In den letzten Jahrzehnten haben sich
Simulationsmodelle als Werkzeuge
bei der Entwicklung von technischen
Anwendungen fest etabliert. Das Betriebsverhalten einer Vielzahl von Maschinenelementen, wie beispielsweise
Wälzlager, Zahnräder oder Wellen kann
mittlerweile zuverlässig berechnet werden. Im System Radialwellendichtring
(RWDR) ist ein allgemein anerkanntes Simulationsmodell derzeit noch nicht verfügbar. In der Vergangenheit wurden zwar
Modelle für Dichtringe entwickelt, diese
waren aber stets auf einen sehr eng abgesteckten Anwendungsbereich spezialisiert.
Ein Ansatz, der für einen breiten Bereich
an Betriebsbedingungen und DichtringWerkstoffen anwendbar ist, war lange Zeit
nicht verfügbar. Der Bedarf an modellseitiger Unterstützung bei der Entwicklung
und Auswahl von RWDR hingegen ist hoch.
Bei der Untersuchung der Langzeitdichtheit als Ergänzung zu experimentellen
Dauerlaufprüfungen, bei der Entwicklung
reibungsreduzierter Dichtungen zur Verbesserung der Energieeffizienz im Antriebsstrang von PKW oder zur Ermittlung
thermischer Leistungsgrenzen bei der
Auswahl geeigneter Elastomermaterialien
könnte der experimentelle Prüfaufwand
deutlich reduziert werden.Um diese Lücke
zu schließen werden am Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
(MEGT) der TU Kaiserslautern seit dem Jahr
2009 Simulationsstrategien und –modelle
für das RWDR-System entwickelt.
ERFOLGREICHE SYSTEMBESCHREIBUNG MIT PARAMETERWECHSELWIRKUNGEN
Eine Hauptherausforderung bei der Simulation von RWDR sind die stark ausgeprägten Wechselbeziehungen der
Systemparameter. Über das temperaturabhängige Verhalten des Elastomermaterials
hinaus beeinflussen sich Reibmoment,
Verschleiß, radiale Anpresskraft und Temperatur im Kontakt gegenseitig. Deshalb
ist eine rein mechanische oder eine rein
thermische Herangehensweise nicht zielführend. Die am MEGT entwickelten Simulationsmodelle sind in der FE-Umgebung
Abaqus aufgebaut und zeichnen sich
9
New s l e t t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2 0 1 5
durch eine Kopplung von mechanischen
und thermischen Simulationsschritten aus.
In einem Python-Skript sind Berechnungsansätze zur Verschleiß-, Reibmoment- und
Kontakttemperaturberechnung gekoppelt
(siehe Bild 1). Die im praktischen Einsatz
von RWDR auftretenden Wellenexzentrizitäten und -schwingungen können
ebenfalls berücksichtigt werden. Durch
Modellierung der viskoelastischen Elastomereigenschaften kann die Versagensgrenze, ab der sich ein Spalt zwischen
Welle und Dichtlippe ausbildet, simuliert
werden. Durch den parametrischen Modellaufbau sind Parameterstudien von Geometrie- und Materialvariationen einfach
möglich.
EINFACHE ERMITTLUNG VON MATERIALKENNWERTEN MIT KLAR DEFINIERTEN PRÜFMETHODEN
Um einen zielgerichteten und zuverlässigen Einsatz der Simulationsmodelle und
eine hohe Ergebnisgüte zu erzielen ist die
detaillierte Kenntnis über die zu verwendenden experimentellen Prüfmethoden
zur Ermittlung von Materialkennwerten
notwendig. Bei der Bestimmung von
thermischen und mechanischen Materialkenngrößen und systemspezifischen Eingangsgrößen für das Reibungs- und das
Verschleißmodell wurden am MEGT einfache Prüfmethoden definiert und dokumentiert. Durch strikte Einhaltung dieser
Prüfmethoden ist eine hohe und reproduzierbare Ergebnisqualität sichergestellt.
NUTZEN FÜR DEN ANWENDER
Die Berechnung von RWDR-Systemen
ermöglicht in allen antriebstechnischen
Anwendungsbereichen eine realitätsnahe
Bewertung und Optimierung des Betriebsverhaltens unter dem Einfluss verschiedener Betriebsparameter. Dadurch können
die kostenintensive Prototypenherstellung
und Prüfstandsversuche auf ein
Minimum reduziert werden. Mit
Hilfe der Berechnungsergebnisse
kann ferner eine
wir tschaf tliche
Dimensionierung des Ge samtsystems wie
beispielsweise
eines Getriebes
erfolgen. So lässt
sich der Energiebedar f des
Gesamtsystems
z.B. durch eine
bessere Energieeffizienz des
RWDR-Systems
weiter optimieren.
Bild 1:
Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer
Jun. Prof. Dr.-Ing. Balázs Magyar
Dipl.-Ing. Daniel Frölich
Dipl.-Ing. Barbara Jennewein
Lehrstuhl für Maschinenelemente und Getriebetechnik
TU Kaiserslautern
Kopplung der Berechnungsschritte im RWDR Simulationsmodell
Entwicklung von Leichtbau-Lösungen im Maschinenschutz
Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD) der Universität Stuttgart und FraunhoferInstitut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickeln gemeinsam Leichtbau-Lösungen für
eine Maschinenschutztür
Leichtbau ist längst nicht mehr nur in der
Luft- und Raumfahrt oder im Motorrennsport von Bedeutung. Auch für Bauteile
und Baugruppen im Bereich Produktionstechnik, die vom Produktnutzer gehandhabt und bewegt werden müssen, steigert
Leichtbau den Kundennutzen, indem die
Belastung des Werkers durch eine Gewichtsoptimierung reduziert wird. Auch
für Sicherheitsschutztüren von Bearbeitungszentren spielt der Leichtbau damit
10
eine entscheidende Rolle. Als innovativer
Hersteller modernster Metallbearbeitungszentren war es deshalb der Wunsch
der Hedelius Maschinenfabrik GmbH, eine
Schutztür für ein Bearbeitungszentrum
deutlich leichter zu gestalten, um dem Maschinenbediener das Öffnen und Schließen
der Maschinentür zu erleichtern. Zwar bietet Hedelius auch Bearbeitungszentren mit
automatischen Schutztüren an, die meistverkauften Maschinen besitzen jedoch
eine manuell zu betätigende Schutztür.
Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) und
das Institut für Konstruktionstechnik und
Technisches Design (IKTD) der Universität
Stuttgart entwickelten in einem gemeinsamen Projekt Leichtbau-Lösungen für
eine solche manuelle Schutztür eines Bearbeitungszentrums.
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forderungen relativ
zueinander gewichtet. Die Funktionen
der Tür wurden
identifiziert und als
Funktionsstruktur
abgebildet. Das Projektteam wies den
Funktionen einen
prozentualen Anteil
zu, mit dem diese
jeweils zur Erfüllung
der Anforderungen
beitragen. Darauf
aufbauend konnten den Funktionen
Bild 1:
Systematische Entwicklung von Leichtbau-Lösungen am Beispiel
Massenziele und
des Querschnitts der Maschinenschutztür
die bisher für die
Funktionserfüllung
AUSGANGSSITUATION
aufgebrachten
Massen
zugewiesen werDie Schutztür des betrachteten Bearbeiden.
Durch
die
Vernetzung
der Funktion
tungszentrums wiegt in ihrem Ausgangsmit
der
Masse
kann
ermittelt
werden, welzustand ca. 134 kg. Diese große Masse stellt
che
Funktionen
für
die
Kundenanfordeeine erhebliche Belastung für den Maschinenbediener dar, wenn die Tür mehrmals rungserfüllung wichtig sind und welche
am Tag geöffnet und geschlossen werden Funktionen welche Masse in das Produkt
muss. Der ambitionierte Wunsch von He- einbringen. Mit dieser Systematik kann ein
delius war es, das Gewicht um 50 % zu re- Grundverständnis für die Anforderungen,
duzieren, ohne dabei große Mehrkosten Funktionen und deren Wichtigkeit für die
zu verursachen. Die aktuelle Schutztüre Kundenanforderungserfüllung und die
besteht aus zwei Stahlblechschalen, ver- dafür aufgebrachten Massen erarbeitet
schiedenen angeschweißten Stahlble- werden. Darauf aufbauend wurden systechen für die Aufhängung der Tür an der matisch auf Funktions-, Wirk- und GestalteMaschine sowie einer Sichtscheibe aus bene Leichtbau-Lösungen entwickelt. Bild
Polycarbonat. Als wichtigste Anforderun- 1 zeigt anhand der Türquerschnitte exemgen wurden das Bestehen der genormten plarisch die Anwendung der Lightweight
Aufprallprüfung für Bearbeitungszentren Design Thinking Tools, welche zur Leichtnach DIN EN 12417 sowie die Beständig- bau-Methodik des IKTD gehören und auf
keit gegen Medien wie Schmierstoffe, dem Contact & Channel - Model basieren.
Kühlstoffe und sehr heiße Späne bei tro- Dabei wurden systematisch Leichtbau-Teilckenen Zerspanungsvorgängen identifi- lösungen durch Abstraktion und Variation
ziert. Basierend auf diesen Anforderungen entwickelt.
wurden unter Berücksichtigung der fertigungstechnischen Rahmenbedingungen ERGEBNISSE
der Hedelius Maschinenfabrik GmbH meh- Die verschiedenen Leichtbau-Lö rere Lösungskonzepte erarbeitet.
sungsideen wurden mithilfe eines
morphologischen Kastens zu sechs Lösungskonzepten zusammengeführt, die
LöSUNGSWEG
Die vom IKTD entwickelte Methodik für die Hedelius vorgestellt wurden. Für die KonAnalyse von Leichtbaupotenzialen und die zepte, die verschiedene konstruktive Änsystematische Entwicklung von Leichtbau- derungen und Werkstoffsubstitutionen
Lösungen in den frühen Entwicklungspha- umfassten, wurden sowohl die Kosten als
sen bildete den Rahmen für das Projekt auch die zu erwartende Gewichtsredukzur Entwicklung von Leichtbau-Lösungen tion abgeschätzt. Dabei entschied sich
für eine Maschinenschutztür. Die Methodik Hedelius gegen die Weiterverfolgung von
wurde zusammen mit dem IPA auf das be- Konzepten, die beispielsweise Sandwichstehende Ausgangsprodukt angewendet. strukturen beinhalteten. Diese hätten zwar
Zunächst wurden die identifizierten An- eine erhebliche Gewichtsreduktion erzielt,
waren jedoch nicht kostenneutral. Betrachtet wurden allerdings ausschließlich
die Produktkosten. Ein Mehrwert der Maschine durch die verbesserte Ergonomie
wurde für diese Entscheidung nicht berücksichtigt oder quantifiziert. Als zweckmäßigste Variante wurde eine Lösung
ausgewählt, die mit Hilfe der Lightweight
Design Thinking Tools entwickelt wurde.
Diese Lösung umfasst die Vergrößerung
der Polycarbonat-Scheibe und die damit
verbundene Reduktion der doppelten und
deutlich schwereren Blechschalenkonstruktion. Dies führte zu einer Gewichtsreduktion von 34 kg. Außerdem wurde
bei nicht tragenden oder sicherheitskritischen Strukturelementen der Stahlwerkstoff durch Kunststoffe ersetzt. Dies führte
zu weiteren 15 kg Gewichtsreduktion. Die
Aufprallprüfung konnte bei dieser Lösung
bestanden werden. Vor allem aber konnte
diese erhebliche Gewichtsreduktion kostenneutral erreicht werden. Letztendlich
konnte durch die Kooperation des IPA
und des IKTD eine Leichtbau-Lösung für
die Hedelius Maschinenfabrik GmbH entwickelt werden, die ohne Mehrkosten zu
verursachen, eine Gewichtsreduktion von
über 36 % gegenüber der bestehenden Lösung erzielt. Dabei konnte die LeichtbauMethodik die Analyse der bestehenden
Lösung und die systematische Erarbeitung
neuer Lösungen in den frühen Produktentwicklungsphasen erfolgreich unterstützen.
Monetäre Einspareffekte einer leichteren
Maschinenschutztür, die bei automatisierten Bedienertüren aufgrund des Einsatzes
geringer dimensionierter angekoppelter
Komponenten (Führungen, Lagerungen,
Antriebsmotoren, usw.) generiert werden
können, sind in dem Ergebnis noch gar
nicht berücksichtigt. Hier ergeben sich
durch sekundäre Effekte noch höhere Einsparpotenziale.
Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz
Dipl.-Ing. Benedikt Posner
Dipl.-Ing. Daniel Roth
Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design
Universität Stuttgart
Dipl.-Ing. Noelia González Vila
Dipl.-Ing. Jochen Burkhardt
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik
und Automatisierung
11
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Effiziente Kalibrierung und Validierung von Steuergeräteparametern in Fahrzeugen
Die Steuergerätekalibrierung und -validierung zukünftiger Fahrzeuggenerationen erfordert neue Methoden
Neben den mechanischen Qualitätsmerkmalen wird die Qualität der Abstimmung
von Steuergeräteparametern für die Kundenwahrnehmung in Fahrzeugen immer
wichtiger. Diese Steuergeräteparameter
bestimmen in erheblichem Maße die Fahrbarkeit, den Komfort sowie die Effizienz
der Fahrzeuge. Im Rahmen der Steuergerätekalibrierung werden die Parameter der
Steuer-, Regel-, und Diagnosefunktionen
angepasst, um ein gewünschtes Systemverhalten (Betriebsstrategie, Fahrbarkeit,
…) bei einer großen Zahl von Fahrzeugvarianten oder Baureihen zu erreichen, ohne
Berechnungsroutinen oder Hardwarekomponenten ändern zu müssen. Die zunehmende Vernetzung von Steuergeräten und
der steigende Anspruch an die Steuer- und
Regelfunktionen erfordern neue Methoden und Ansätze, die eine fehlerfreie sowie
zeit- und kosteneffiziente Kalibrierung und
Validierung der Steuergeräteparameter ermöglichen.
MOTIVATION ZUR EFFIZIENTEN
STEUERGERÄTEKALIBRIERUNG
Die Entwicklung der elektronischen Systeme in Fahrzeugantrieben schreitet rasant voran. So hat sich die Anzahl der
Steuergeräteparameter in den letzten
Bild 1:
12
IPEK X-in-the-Loop Framework
Jahren um ein Vielfaches erhöht. Zum aktuellen Zeitpunkt beinhaltet der Antriebsstrang eines Fahrzeugs mehr als 44.000
Steuergeräteparameter. Diese Parameter
beinhalten skalare Einzelwerte, Kennlinien und Kennfelder. Werden die kalibrierbaren Einzelwerte aufsummiert, so
resultieren über 430.000 Werte, die alleine
im Motor- & Getriebesteuergerät während
der Produktentwicklung bedatet und abgesichert werden müssen. Aufgrund der
Zunahme der elektronischen Systeme
sowie der steigenden Vernetzung in Fahrzeugantrieben ist mit einem weiteren Anstieg des Parameterumfangs und somit
auch der Systemkomplexität zu rechnen.
Dabei stoßen die herkömmlichen Methoden der Kalibrierung und Validierung von
Steuergeräteparametern an ihre Grenzen.
Um die Komplexität dieser Systeme auch
in zukünftigen Fahrzeuggenerationen zu
beherrschen, sind neue Methoden und
Ansätze erforderlich, die eine fehlerfreie
sowie zeit- und kosteneffiziente Kalibrierung und Validierung von Steuergeräteparametern ermöglichen.
DERZEITIGE FORSCHUNG
Das IPEK - Institut für Produktentwicklung
am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Bild 2:
Vehicle-in-the-Loop Prüfstandsaufbau
forscht derzeit in Kooperation mit einem
Automobilhersteller daran, wie die effiziente Kalibrierung und Validierung von
Steuergeräteparametern erfolgen kann.
Dabei stellt die IPEK X-in-the-Loop (XiL) Methode (siehe Bild 1) unter anderem ein Framework als Basis für die immer wichtiger
werdenden modellbasierten Methoden
der Produktentwicklung zur Verfügung.
So unterstützt das XiL-Framework bei der
bedarfsgerechten Ergänzung bzw. Einbindung von virtuellen und physischen Systemen. Diese Ergänzung ermöglicht die
Verlagerung des zu entwickelnden Systems (SUD – „System Under Development“)
und/oder der angrenzenden Systeme in
virtuelle, physische oder gemischt physisch-virtuelle Umgebungen (siehe Bild 2).
Durch diese bedarfsgerechte Verlagerung
wird die modellbasierte Kalibrierung und
Validierung von Steuergeräteparametern
möglich. So können Steuergeräteparameter analytisch aus Fahrer-, Fahrzeug- und
Umweltmodellen abgeleitet werden und
mit Hilfe weiterer Methoden, wie der statistischen Versuchsplanung (DoE), eine
hohe Bedatungsqualität erreicht werden.
Die modellbasierte Kalibrierung ermöglicht so eine umfangreiche und in Teilen
vom Fahrzeug unabhängige Validierung
der Steuergeräteparameter, die zu einer
erheblichen Reduzierung des Zeit- und
Kostenaufwands in der Fahrzeugentwicklung beiträgt.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Albert Albers
M.Sc. Mario Hasel
Dr.-Ing. Matthias Behrendt
IPEK - Institut für Produktentwicklung
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Newslet t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2015
Optimierungspotenziale bei Design von „Extended Products“ nutzen
EU-Projekt FALCON mit 12 Partnern aus 8 Ländern beschäftigt sich mit der Gestaltung neuer Produkt-Service-Systeme – für eine wissensbasierte Konstruktion und neue Werkzeuge zur Produktentwicklung
Nicht das Produkt allein, sondern die
begleitenden Services entscheiden zunehmend über Markterfolge. Die Unterschiede liegen inzwischen immer weniger
in den Produkten und Herstellungsprozessen. Es sind vielmehr die Services, die
heute die Besonderheiten und den Mehrwert ausmachen. Unternehmen müssen
zusätzliche Dienstleistungen bieten und
individuelle Kundenwünsche umfassend
wie zeitnah berücksichtigen. Gefragt sind
komplexe Produkt-Service-Systeme, sogenannte „Extended Products“. Hier gibt es
noch erhebliche Entwicklungs- und Optimierungspotenziale. Das neue EU-Projekt
FALCON (Feedback mechanisms Across the
Lifecycle for Customer-driven Optimization of iNnovative product-service design)
beschäftigt sich mit dem Gewinnen und
Verarbeiten von Nutzungsinformationen
für die Gestaltung von Produkten und begleitenden Dienstleistungen. In dem dreijährigen Projekt forschen 12 Partner aus 8
Ländern zur semantischen Interoperabilität von Daten und der wissensbasierten
Konstruktion neuer Produkt-Service-Bündel. Es wird mit knapp 4,6 Millionen Euro
von der EU gefördert und vom BIBA – Bremer Institut für Produktion und Logistik an
der Universität Bremen koordiniert.
Sensoren und Soziale Medien
Wertvolle Aufschlüsse für die Gestaltung
von Extended Products ergeben sich aus
der Beobachtung eines Produktes über seinen ganzen Lebenszyklus hinweg mithilfe
neuer Sensor- sowie Informations- und
Kommunikationstechniken. Die in heutige
Produkte eingebetteten Sensorsysteme
(Product Embedded Information Devices)
und auch Feedbacks aus der Produktnutzungsphase in sozialen Medien könnten
hilfreiche Informationen für ein besseres
Produktdesign liefern. FALCON untersucht
die beiden Nutzungsdatenquellen, wobei
die systematische Auswertung der Quelle
„Internet“ eine zentrale Rolle spielt. Über
eine integrierte Software-Plattform soll
die Realisierung neuer Extended Products
unterstützt werden, in dem Benutzererfahrungen und Nutzungsdaten zusammengeführt, ausgewertet und in Form
entsprechender produktbezogener Anforderungen an Produktentwickler, Programmierer und Designer weitergegeben
werden. FALCON nutzt auch die Sensoren
sowie IT-Module mithilfe einer „Collaborative Intelligence Software“ und entwickelt
Werkzeuge für die Gestaltung neuer Produkt-Service-Bündel.
Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter Thoben
Dipl.-Inform. Karl Hribernik
Dipl.-Ing. Johannes Lützenberger
BIBA – Bremer Institut für Produktion und
Logistik
BIK - Institut für Integrierte Produktentwicklung
Universität Bremen
Methodos – Interaktives Methodenlernportal
Ein Lernportal für Methoden in der Produktentwicklung hält Einzug in die Lehre der TU Braunschweig.
Zentrale Aufgabe der Ausbildung im Bereich der Produktentwicklung ist die Vermittlung von Methodenwissen. Aktuelle
Studien zeigen, dass der überwiegende
Teil des Methodenwissens in der Industrie
tätiger Ingenieurinnen und Ingenieure aus
dem Studium stammt (Bavendiek et. al.,
2014). Nur vereinzelt wird in der industriellen Praxis die Möglichkeit geboten, das
während des Studiums erlernte Methodenwissen z.B. durch Schulungen zielgerichtet
zu erweitern. Dies trifft insbesondere auf
kleine und mittelständische Unternehmen
zu. Maschinenbau-Unternehmen fordern
aus diesem Grund bereits von Absolventen
umfangreiche methodische Kenntnisse
(Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbauer, 2013).
MOTIVATION DER PROBLEMSTELLUNG
Bild 1:
Einordnung des Methodenlernportals Methodos in den Qualifikationsrahmen von Bologna und Zuordnung zu den Lernzielen nach Bloom
Die derzeitig in der Lehre an Universitäten
eingesetzten didaktischen Methoden im
Bereich der Produktentwicklung weisen einige Defizite auf. So werden überwiegend
Lernziele wie Kenntnisse, Verständnis und
Anwendung adressiert, kaum jedoch die
Lernziele der Analyse, Synthese und Bewertung, die den späteren Ingenieur erst
zur korrekten Anwendung und situationsspezifischen Anpassung von Methoden im
Konstruktionsalltag befähigen (vgl. Bild 1).
13
New s l e t t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2 0 1 5
Bild 2:
Beispiel für die Nutzeroberfläche und den Funktionsumfang des Methodos-Portals
Im Speziellen ist die Vermittlung einzelner
Methoden z.B. zur Erarbeitung oder Bewertung von Lösungen für konstruktive
Aufgabenstellungen im Rahmen von Vorlesungen und Übungen nur begrenzt geeignet, um das Methodenwissen während
des Studiums nachhaltig entwickeln zu
können. Zwar können Arbeitsschritte und
Hilfsmittel einzelner Methoden vorgestellt
werden, die für den nachhaltigen Lernerfolg erforderliche praktische Anwendung,
idealerweise im Team, sowie die kritische
Reflexion ist aufgrund der zeitlichen
Einschränkungen im Rahmen der Lehrveranstaltungen oftmals nicht möglich.
Um diesem Defizit zu begegnen, werden
am Institut für Konstruktionstechnik, TU
Braunschweig, in einzelnen Vorlesungen
seit einigen Semestern „Lernprojekte“
durchgeführt, in denen ausgewählte Methoden in Kleingruppen unter Anleitung
praktisch angewendet werden. Die Auswertung dieser Lernprojekte zeigt, dass
insbesondere die Reflexion der Methodenanwendung zum gewünschten Lernerfolg
beiträgt. Diese Lernprojekte erreichen
jedoch nur einen kleinen Teil der Studierenden.
KONZEPT “METHODOS”
Aufbauend auf der im Verbundprojekt
GINA – Ganzheitliche Innovationsprozesse
in modularen Unternehmensnetzwerken – realisierten Methodensammlung
(Franke et. al., 2003) wurde am Institut für
Konstruktionstechnik ein Konzept für ein
interaktives Methodenassistenzsystem
(Methodos) entwickelt. In einem online14
verfügbaren Portal werden strukturierte
Methodenbeschreibungen bereitgestellt
und die Auswahl geeigneter Methoden für
einzelne Arbeitsschritte im Produktentwicklungsprozess unter Berücksichtigung
z.B. personeller und zeitlicher Randbedingungen unterstützt. Zunächst lag der
Fokus bei der Entwicklung des Methodenassistenzsystems auf Anwendern aus der
Industrie. Da in Untersuchungen jedoch
das Studium als zentrale Quelle für Methodenwissen identifiziert wurde, fand in
weiteren Arbeiten eine Anpassung des Methodenportals auf die Anforderungen der
Lehre statt. So sollen ergänzend über die
in Lehrveranstaltungen bestehenden Methodenbeschreibungen in Skripten über
das Portal detaillierte Nutzungshinweise
gegeben, Hintergrundwissen vermittelt
und Hilfsmittel für die Methodenanwendung z.B. in Form von Formularen zur
Verfügung gestellt werden. Ein zentraler
Aspekt des Methodos-Portals ist dessen
Interaktivität. Das heißt in diesem Kontext,
dass den Nutzern die Möglichkeit geboten
wird, innerhalb eines Diskussionsbereiches
Erfahrungen der Anwendung einzelner
Methoden zu beschreiben und sich somit
auszutauschen. Zusätzlich können einzelne Methoden auf einer Punkteskala bewertet und rezensiert werden, sodass z.B.
Hinweise für sinnvoll erscheinende Anpassungen bei der Beschreibung oder der
Methode selbst kommuniziert werden können. Insbesondere für die Lehrenden können hieraus wertvolle Informationen zur
kontinuierlichen Verbesserung der Lehrinhalte gewonnen werden. Zudem treten die
Lehrenden innerhalb des Portals als Moderatoren und Autoren einzelner Methodenbeschreibungen auf und leiten aus den
Erfahrungsberichten und Bewertungen
z.B. Anpassungen der Beschreibungen
bestehender Methoden ab oder ergänzen
weitere Methoden. Als weitere Inhalte des
Portals werden zu einigen Methoden Videos oder Tutorials zur Verfügung gestellt
(vgl. Bild 2). Dieses zusätzliche Medium
dient zur umfassenden Darstellung der
Lehrinhalte, soll das Interesse der Studierenden wecken und unterschiedliche
Formen der Aneignung unterstützen. Auf
diese Weise kann ein Beitrag zu den im
Leitfaden der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung aufgestellten Thesen zur Produktentwicklung in der
Lehre geleistet werden (vgl. Binz, 2013,
These 14 und 17). Das Methodos-Portal
bietet den Studierenden zusammen mit
den regulären Lehrveranstaltungen (Vorlesung, Übung) verschiedene Optionen,
Wissen durch aktive Eigenarbeit zu erwerben und ebenso direktes Feedback an
die Lehrenden weiterzugeben. Auch zeigt
sich in ersten Befragungen von Studierendengruppen, dass speziell das Video
als Lehrmedium überzeugen konnte. Die
Ergebnisse nach der Anwendung der neu
erlernten Methode waren bei Nutzung des
Videos oder Tutorials zur Methodenaneignung durchweg gut. Zur Erleichterung des
Umgangs mit dem Methodenlernportal
können für einzelne Nutzergruppen zielgerichtet Inhalte und Suchoptionen eingeschränkt werden. So stehen der Übersicht
halber z.B. bei Zuordnung zu einer Lehrveranstaltung nur die dort behandelten
Methoden zur Auswahl. Für unerfahrene
Nutzer beispielsweise zu Beginn des Studiums kann ebenfalls eine begrenzte Auswahl von Methoden und Auswahlkriterien
eingestellt werden. Bei vollen Suchumfangsoptionen stehen Auswahlmöglichkeiten unter anderem aus den Bereichen
Aufgabe, Team und Produkt zur Verfügung,
wodurch beispielsweise die Teamgröße,
die Konstruktionsart oder der zeitliche
Rahmen berücksichtigt wird. Die Suchoptionen sind praxisbezogen gewählt, das
heißt, es werden auch Auswahlkriterien
mit Relevanz für den Einsatz in der Industrie bereitgestellt. Auf diese Weise soll den
Studierenden der Nutzen auch für den späteren Alltag im Unternehmen vor Augen
geführt werden. Durch die Einführung des
Newslet t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2015
barkeit des Methodenlernportals über die
einzelnen Lehrveranstaltungen hinaus soll
zudem die eigenständige und problembasierte Methodenauswahl und -nutzung z.B.
während der Bearbeitung studentischer
Arbeiten unterstützen. Langfristig bietet
das Methodenlernportal Methodos eine
einfache Möglichkeit, um den Austausch
zwischen Lehrenden und Lernenden zu
fördern (vgl. Bild 3) und somit den Studierenden auf ihre Bedürfnisse angepasste
Lehrinhalte bereitzustellen.
AUSBLICK
Bild 3:
Das Methodos-Portal als zentraler Bestandteil des Austauschs zwischen Lehrenden und Lernenden
Methodenportals in einzelnen Lehrveranstaltungen kann das Methodenwissen
der Studierenden schrittweise erweitert
werden. Hierzu werden ausgewählte Methoden fokussiert und anschließend
sukzessive um weitere Methoden für unterschiedliche Zwecke in weiterführenden
Lehrveranstaltungen ergänzt. Die Verfüg-
Im Rahmen weiterer Arbeiten soll das interaktive Methodenlernportal Methodos
in allen Lehrveranstaltungen des Instituts
für Konstruktionstechnik eingeführt und
die dort behandelten Methoden bereitgestellt werden. Darüber hinaus ist eine
fachübergreifende Nutzung des Lernportals denkbar, um beispielsweise Methoden
in anderen Fachdisziplinen, wie der Elektrotechnik oder der Informatik, ebenfalls
auf diese Weise abzubilden. Durch die Ergänzung didaktischer Methoden könnten
den Studierenden weiterhin Lernstrategien vermittelt werden, die in der Regel
nicht im Rahmen des Ingenieursstudiums
im Curriculum enthalten sind. Insgesamt
bietet ein derartiges Methodenlernportal
ein großes Potential, um die Lehrinhalte
praxisnah und ansprechend für die junge
Generation an Studierenden zu vermitteln.
Semesterbegleitende Evaluationen in den
kommenden Semestern werden zeigen,
inwiefern eine Verbesserung der Lehre
durch diese Maßnahme erzielt werden
konnte. Langfristig ist darüber hinaus eine
Integration des Portals in das E-LearningKonzept der TU Braunschweig geplant.
Das vorgestellte Projekt wird aus Studienqualitätsmitteln des Landes Niedersachen
gefördert.
Prof. Dr.-Ing. Thomas Vietor
Dipl.-Ing. David Inkermann,
Ann-Kathrin Bavendiek, M.Sc.
Institut für Konstruktionstechnik
Technische Universität Braunschweig
BMBF Verbundprojekt mecPro²
Modellbasierter Entwicklungsprozess cybertronischer Produkte und Produktionssysteme
Heutige technische Systeme zeichnen sich
durch immer komplexere Funktionen und
Strukturen aus, die während ihrer Entwicklung Zugriff auf das Know-how verschiedenster Ingenieurdisziplinen benötigen.
Die Disziplinen müssen kooperativ, teils
über Unternehmensgrenzen hinweg, an
einer innovativen Lösung zusammenarbeiten. Aspekte, wie z.B. mangelndes
gegenseitiges Verständnis, erschweren
eine interdisziplinäre Entwicklung. Insbesondere die Entwicklung stark vernetzter,
intelligenter mechatronischer Systeme,
sogenannter cybertronischer Systeme,
erfordert ein Überdenken der heutigen
Konstruktionsmethoden, Entwicklungsprozesse, IT-Lösungen und Organisationsformen in Unternehmen. Cybertronische
Systeme bzw. deren Elemente erweitern
die Fähigkeiten mechatronischer Systeme
um die Kommunikation und Kooperation
mit anderen Elementen zur Erfüllung spezifischer, gemeinsamer Aufgaben. Aufgrund des hohen Anteils an Software- und
Elektronikkomponenten sowie der starken
Vernetzung erfüllen konventionelle Entwicklungsprozesse z.B. aus der Mechanik
oder der Mechatronik die hohen Anforderungen von cybertronischen Systemen
nicht in ausreichendem Maße. Aus diesem
Grund wird im Rahmen des Forschungsprojektes mecPro² ein modellbasierter
Entwicklungsprozess für cybertronische
Produkte und Produktionssysteme erarbeitet.
ZIELSETZUNG
Bild 1:
Vorgehen für eine modellbasierte und integrierte Entwicklung von cybertronischen Pro dukten (CTP) und Produktionssystemen (CTPS)
Ziel des Projektes ist die Entwicklung und
Validierung eines Prozessrahmenwerks mit
dazugehörigem Datenmodell zur integrativen Entwicklung von cybertronischen
Produkten und Produktionssystemen, das
sich an Konzepten des modellbasierten
15
New s l e t t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2 0 1 5
Systems Engineering (MBSE) orientiert.
Dadurch soll es ermöglicht werden, die
vielfältigen Anforderungen der in hohem
Maße komplexen und interdisziplinären
Systeme zu erfüllen. Durch den durchgehend modellbasierten und integrierten
Prozess sollen Doppelentwicklungen und
Medienbrüche vermieden, die Entwicklungszeit verkürzt und somit eine Effizienzsteigerung im Entwicklungsprozess
erreicht werden. Durch eine Integration
der Ergebnisse in Product Lifecycle Management (PLM)-Lösungen, die als Kollaborationsplattform über alle Phasen des
Entwicklungsprozesses hinweg dienen,
soll eine interdisziplinäre Entwicklung unterstützt werden.
guage (SysML) beschrieben. Im Folgenden
werden, zunächst separat für cybertronische Produkte und Produktionssysteme,
die Subprozesse weiter ausdetailliert.
Parallel dazu werden mehrere Anwendungsszenarien entwickelt, die über den
Projektverlauf hinweg als durchgehendes
Beispiel dienen. Im Anschluss werden die
beiden Prozesse integriert, indem Synchronisationsschnittpunkte identifiziert
und in einem gemeinsamen Datenmodell abgebildet werden (siehe Bild 1). Der
Prozess bzw. das Datenmodell werden
abschließend in PLM-Lösungen implementiert und anhand der Anwendungsszenarien validiert.
VORGEHEN
Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
im Rahmenkonzept „Forschung für die
Produktion von morgen“ (Förderkennzeichen 02PJ2573) gefördert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die
Verantwortung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt bei den Autoren.
Neben der Analyse spezifischer Charakteristika cybertronischer Produkte und
Produktionssysteme werden vorhandene
Vorgehensmodelle aus der Produktentwicklung (Mechanik, Elektrik/Elektronik,
Software, Mechatronik und Systems Engineering) und der Produktionssystemplanung auf ihre Anwendbarkeit hin
analysiert. Darauf aufbauend wird ein
Prozessrahmenwerk mit einer dazugehörigen Beschreibungssystematik entwickelt.
Dabei werden sowohl Struktur als auch
Verhalten in der Systems Modeling Lan-
Siemens AG, Siemens Industry Software
GmbH & Co. KG, UNITY AG. Universitäre
Partner des Projektes sind: TU Kaiserslautern mit den Lehrstühlen FBK, KIMA
und VPE sowie TU Berlin mit dem Fachgebiet KFZ.
FÖRDERUNG
Industrielle Partner des Projektes sind:
Contact Software GmbH, Continental AG,
Daimler AG, :em engineering methods
AG, Schaeffler Technologies AG & Co. KG,
http://www.mecpro.de
Prof. Dr.-Ing. Christian Schindler
Dipl.-Ing. Marcel Cadet
Lehrstuhl für Konstruktion im Maschinenund Apparatebau (KIMA), TU Kaiserslautern
Prof. Dr.-Ing. Martin Eigner
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Christian Muggeo
Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung
(VPE), TU Kaiserslautern
Kooperation zwischen Kärcher und dem IKTD zur Einführung eines Ideenprozesses
Das IKTD der Universität Stuttgart und die Firma Alfred Kärcher GmbH & Co. KG pflegen eine mehrjährige
Kooperation zur Einführung und zielgerichteten Anwendung eines speziell angepassten Ideenprozesses.
Zahlreiche Autoren beschäftigen sich in
den letzten Jahren mit der Frage, welche
Schritte zu welchem Zeitpunkt im Produktentwicklungsprozess durchgeführt
werden sollten. Den frühen Phasen der
Produktentwicklung wird dabei eine zunehmende Bedeutung eingeräumt. Hinter
dem Begriff „Frontloading“ verbirgt sich
in diesem Zusammenhang das Verschieben von Inhalten aus späteren Phasen des
Produktentwicklungsprozesses in eine
frühere Phase (oft Planungsphase o. ä.
genannt). Im Rahmen dieser Thematik hat
sich das Institut für Konstruktionstechnik
und Technisches Design (IKTD) der Universität Stuttgart mit der Frage beschäftigt,
16
wie in dieser frühen Phase die erfolgversprechendsten Produktideen identifiziert werden können. Dabei entstand ein
Ideenprozess, der aus verschiedenen,
aufeinander abgestimmten Schritten
der Ideendetaillierung, -bewertung und
-selektion besteht. Jeder dieser Schritte
wurde durch die Entwicklung geeigneter
Methoden und Werkzeuge ausgestaltet.
Diese wurden in enger Zusammenarbeit
mit verschiedenen Unternehmen immer
wieder erprobt, sodass ein in der Unternehmenspraxis anwendbares und zugleich
fundiertes Hilfsmittel erarbeitet werden
konnte. In diesem Zusammenhang muss
jedoch betont werden, dass dieser Prozess
nicht in jedem Unternehmen auf exakt
dieselbe Art und Weise Verwendung finden kann. Stattdessen ist eine Anpassung
an die spezifischen Randbedingungen des
jeweiligen Unternehmens erforderlich. Der
Ideenprozess muss insofern als generische
Basisversion verstanden werden, dessen
Schritte, Methoden und Werkzeuge auf
jedes Unternehmen speziell ausgerichtet
werden müssen.
EINFÜHRUNGSPROZESS
Der oben beschriebene generische Ideenprozess wurde als Basis für eine mehrjährige enge Kooperation der Firma
Alfred Kärcher GmbH & Co. KG, Abteilung
Newslet t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2015
ERGEBNISSE
Bild 1:
Einführungsphase zur Anpassung des generischen Ideenprozesses auf die Firma Kärcher
Development Home Cleaning Residential Products, und dem IKTD verwendet.
Nach dem Erkennen eines Bedarfs zur
weiteren Optimierung der frühen Phasen der Produktentwicklung, wurde der
IKTD-Ideenprozess als geeignetes Mittel
zur Unterstützung dieser Optimierung
identifiziert. In der Folge wurden im Rahmen einer systematisch durchgeführten
Einführungsphase zunächst die Randbedingungen sowie die Anforderungen des
Unternehmens an den Ideenprozess erarbeitet. Dieser und die folgenden Schritte
der Einführungsphase wurden in enger
Kooperation zwischen den Fachexperten
der Firma Kärcher und den Methodenexperten des IKTD durchgeführt, siehe Bild 1.
Auf diese Weise konnten nach der Vorstellung und Diskussion eines ersten Konzepts
des Kärcher-Ideenprozesses die dazugehörigen Methoden und Werkzeuge an das
Unternehmen angepasst werden. In der
Folge stand ein detailliert ausgearbeiteter
Prozess, mitsamt den dazugehörigen Methoden zur Unterstützung der Mitarbeiter,
zur Verfügung. Nach ersten Erprobungen,
der Umsetzung einzelner Optimierungen
sowie ersten Schulungen konnte der Prozess offiziell eingeführt werden.
Die Ergebnisse der bisher durchgeführten
Erprobungen zeigen ein sehr positives Bild.
Der Ideenprozess wird als gut anwendbar
und sehr hilfreich empfunden, insbesondere beim systematischen Bewerten und
Weiterentwickeln der Produktideen. Auch
auf einer detaillierten Ebene, beispielsweise mit Blick auf die verwendeten Bewertungskriterien, wurde ein positives
Fazit gezogen. Die Kriterien unterstützen
das Unternehmen beim frühzeitigen Erkennen der relevanten Hindernisse sowie
beim Fokussieren auf die für den Kunden
relevanten Aspekte einer Produktidee.
Zusammenfassend kann festgehalten
werden, dass das speziell für Kärcher angepasste Vorgehen auf Basis des generischen
IKTD-Ideenprozesses bei der Identifikation
der erfolgversprechendsten Produktideen
eine große Unterstützung bietet. So kann
es gelingen, die Kärcher-Produkte zukünftig noch besser auf die Kundenwünsche
und -bedürfnisse auszurichten. Darüber
hinaus zeigen erste Untersuchungen in
anderen Abteilungen der Firma Kärcher,
dass auch hier die genannten positiven
Effekte zu erwarten sind. Ein Übertrag des
Prozesses auf die in Frage kommenden Abteilungen ist daher in Planung.
Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz
Dipl.-Ing. Mathias Messerle
Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design (IKTD)
Universität Stuttgart
Elektrowerkzeuge auf dem Prüfstand
Gemeinsam mit Partnern aus der Gerätebranche entwickelt das IPEK – Institut für Produktentwicklung im
Rahmen der industriellen Gemeinschaftsforschung Validierungsmethoden und Prüftechnik für Geräte.
Produktentwicklungsprozesse sind geprägt von Unsicherheiten. Diese gilt es
möglichst früh auszuräumen. Besonders
wichtig wird das, wenn Produktentwicklungsprozesse verkürzt und durch Methoden wie das Simultaneous Engineering
Produkt- und Produktionsentwicklung
parallelisiert werden (Ehrlenspiel, 2009).
In der Gerätebranche ist diese Entwicklung
durch Kostendruck und größer werdenden
internationalen Wettbewerb getrieben.
Der funktionalen Absicherung von handgehaltenen Geräten wird heutzutage in
Unternehmen z.B. durch den Einsatz von
Bremsenprüfständen sowie Handtests
Rechnung getragen. Diese beiden Arten
der Validierung sind für die Qualifizierung
von seriennahen Prototypen geeignet. In
frühen Produktentwicklungsphasen, in
denen beispielsweise Spritzgussteile noch
nicht vorhanden sind, ist die Validierungsaktivität jedoch eine Herausforderung. Die
Branche sieht in der Funktionsprüfung auf
Komponentenebene, ohne dass das Gesamtgerät physisch vorliegen muss, großes
Potential. Für eine solche Teilsystemprüfung fehlt eine geeignete Methode
inklusive Prüfumgebung, die die zu untersuchenden Teilsysteme wie beispielsweise
das Getriebe so einbinden kann, dass Einflüsse aus Umwelt, Anwendung und Wechselwirkungen im Gerät abgebildet werden.
17
New s l e t t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2 0 1 5
VON DER ANWENDUNG ZUR PHYSISCHEN PRÜFUMGEBUNG
dungen. Die Besonderheit liegt bei der
Wahl der Messgrößen – die Belastung wird
Für die Abbildung von mechanischen Be- durch indirekte Größen erfasst. Während in
lastungen eines Bauteils innerhalb eines klassischen Ansätzen die Belastung durch
handgehaltenen Geräts in einer Prüfum- Kraft- und Drehmomentsensorik quantigebung ist es notwendig, die Belastung fiziert wird, wird für die Bestimmung der
aus einem anwendungsnahen Umfeld Belastung des Winkelschleifertriebstrangs
zu kennen. Hierzu müssen Anwendungs- der aus der Belastung resultierende Verforfälle aus Sicht des Kunden berücksichtigt mungszustand gemessen. Im Gegensatz
und Testfälle definiert werden. Für Test- zu Drehmoment- und Kraftsensoren müsfälle, die in der Prüfumgebung unter- sen Abstandssensoren zur Messung des
sucht werden sollen, müssen Vorgaben Verformungszustands nicht in den Kraftfür ­Testroutinen festgelegt werden. Um fluss integriert werden. Dadurch wird die
diese Vorgaben so realistisch wie möglich Unterbringung von Sensoren in dem zur
zu gestalten, werden am IPEK – Institut Verfügung stehenden Bauraum des handfür Produktentwicklung gemeinsam mit gehaltenen Geräts einfacher und der Einder Forschungsgemeinschaft Werkzeuge fluss der Sensorik auf das Geräteverhalten
und Werkstoffe e.V. im Rahmen der an- minimal. Ein mit Messtechnik ausgestatter
gewandten industriellen Forschung (AiF) Winkelschleifer ist in Bild 1 dargestellt.
mit Messtechnik ausgestattete Winkel- In diesem Gerät können vierzehn Messschleifer in relevanten Anwendungsfällen größen, vom aktuellen Drehwinkel bis
untersucht. Die Messtechnik ermöglicht hin zu Bauteilverformungen, dynamisch
die Erfassung des Gerätezustands bei ver- erfasst werden. Bei der anschließenden
schiedenen Einsatzzwecken und Anwen- Nutzung der gemessenen Größen in einer
Prüfumgebung
kann die gemessene Verformung
als Vorgabegröße
genutzt werden.
Durch Aktoren
werden die Bauteile derart belastet, dass sich
äquivalente Verformungen einstellen. So ist es
beispielsweise
möglich, dass das
Winkelgetriebe
anwendungsäquiBild 1:
Mit Messtechnik ausgestatteter Winkelschleifer
valent inklusiv dem Einfluss des Anwenders untersucht werden kann, ohne dass
das Gesamtgerät mit Gehäuse auf dem
Prüfstand als Hardware vorliegen muss.
Diese Möglichkeit bietet den Vorteil, dass
Komponenten separat vom Gesamtsystem
getestet werden können und gleichzeitig
das Verhalten des Gesamtsystems und der
Einfluss des Anwenders und des Untergrunds Berücksichtigung finden.
DIE NÄCHSTEN SCHRITTE
Im nächsten Schritt werden die ermittelten Belastungsgrößen auf dem am IPEK
entwickelten Teilkomponentenprüfstand
genutzt. Damit können unterschiedliche
Anwendungsfälle am Prüfstand gezielt
eingestellt und untersucht werden. Dadurch wird die Möglichkeit geschaffen,
dass daraus resultierende Ergebnisse auf
neue Winkelschleifergenerationen übertragen und Komponenten deutlich früher
in der Produktentwicklung als bisher funktional abgesichert werden können. Das
IGF-Vorhaben (18196N) der Forschungsvereinigung Werkzeuge und Werkstoffe
(FGW) wurde über die AiF im Rahmen des
Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom
Bundesministerium für Wirtschaft und
Energie aufgrund eines Beschlusses des
Deutschen Bundestages gefördert.
Prof. Dr.-Ing. Sven Matthiesen
M.Sc. Thomas Gwosch
Lehrstuhl für Maschinenelemente und Gerätekonstruktion
IPEK – Institut für Produktentwicklung am
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Ökobilanzierung von Produkten in der frühen Entwicklungsphase
Bestimmung der ökologischen Auswirkungen von Produkten über die vier Lebenszyklusphasen
Die Projektgruppe „Ressourceneffiziente
mechatronische Verarbeitungsmaschinen“
(RMV) des Fraunhofer IWU erforscht Strategien zur ressourceneffizienten Produktion.
Das Augenmerk liegt dabei auf der Sicherstellung der Nachhaltigkeit sowie der
Realisierung von Ressourceneinsparpotentialen auf dem Gebiet der Anlagentechnik.
18
Ausgangssituation und Zielsetzung
Die Umweltfreundlichkeit von Produkten
ist in den letzten Jahren zu einem Wettbewerbsfaktor gegenüber Endkunden und
OEMs geworden. Die Umweltfreundlichkeit
von Produkten wird zu einem großen Teil
schon in der frühen Produktentwicklungsphase festgelegt, da dort Materialien und
Fertigungsprozesse ausgewählt werden.
Somit besteht während dieser Phase ein
großes Optimierungspotenzial. Um dieses
Potenzial zu nutzen, ist eine Transparenz
bzgl. der Umweltwirkungen auf Baugruppen- und Bauteilebene erforderlich. Diese
ist in der Praxis während der Produktentwicklungsphase jedoch nur sehr selten
gegeben. Die Umweltwirkungen von Pro-
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dukten können mit Hilfe einer Ökobilanzierung gemäß DIN EN ISO 14040 und 14044
bestimmt werden. Diese wird im Regelfall
jedoch erst für abgeschlossene Produkte
durchgeführt, in denen die eingesetzten
Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe genau gemessen werden können. Im Gegensatz
dazu ist die Datenlage während der Produktentwicklungsphase noch ungenau.
Zusätzlich existiert die Anforderung, dass
die Umweltwirkungen schnell und mit
begrenztem Arbeitsaufwand zu bestimmen sind. Dies schließt den Einsatz von
professioneller Ökobilanzierungssoftware
aus, die auf Grund ihres großen Funktionsumfanges eine lange Einarbeitungszeit
erfordern. Somit wird ein Werkzeug benötigt, welches den Entwickler in seinem
Arbeitsumfeld bei der Abschätzung der
Umweltauswirkungen des Produktes und
bei der frühzeitigen Erarbeitung von Gestaltungsalternativen unterstützt.
Softwaretool
Zu diesem Zweck wurde an der Projektgruppe RMV des Fraunhofer IWU ein
Softwaretool entwickelt, welches den
Entwickler in der frühen Produktentwicklungsphase unterstützt. Das Softwaretool
zeichnet sich durch seine klare hierarchisch gegliederte graphische Benutzeroberfläche aus, welche sich in ihrem
Bild 1:
Aufbau an der DIN 6789 orientiert. An das
Softwaretool ist eine interne Datenbank
angebunden, welche Informationen zu
den eingesetzten Materialien, Prozessen,
Logistikarten, Norm- und Gleichteilen bereitstellt. Durch das Anlegen unterschiedlicher Produktvarianten kann ein Vergleich
in Hinblick auf die Umweltauswirkungen
durchgeführt werden. Ferner ist eine Aufschlüsselung der Umweltauswirkungen
entsprechend den vier Lebenszyklusphasen Gewinnung, Produktion, Nutzung und
Lebensende möglich (s. Bild 1).
Ökologierohdaten
Eine zentrale Herausforderung stellt die
Bereitstellung einer validen Datenbasis,
über alle vier Lebenszyklusphasen, dar.
Zum einen wurde eine Methode zur Erhebung der Daten für alle vier Lebenszyklusphasen entwickelt. Aufbauend auf
verschiedenen Datenquellen mit unterschiedlichen Betrachtungshorizonten
wurden diese zusammengeführt. Zum
anderen wurde ein Vorgehen zur Einbeziehung des Recyclinggrades von Materialien
erarbeitet. Der Recyclinggrad ist insofern
besonders relevant, als dass er einen signifikanten Einfluss auf die kumulierten
Umweltwirkungen eines Produktes haben
kann.
Zusammenfassung
Die umweltschonende Herstellung von
Produkten gewinnt durch die Nachfrage
von Endkunden und OEMs zunehmend an
Bedeutung. Um bereits frühzeitig in der
Produktentwicklung Potentiale in Bezug
auf eine umweltschonende Gestaltung von
Produkten zu identifizieren, ist eine Abschätzung der Umweltwirkungen durchzuführen. Zu diesem Zweck wurde ein
Softwaretool entwickelt, welches den Produktentwickler durch alle Entwicklungsphasen begleitet, von einer anfänglichen
Abschätzung bis hin zu einer detaillierten
Ökobilanz.
Danksagung
Die Arbeit entstand im Rahmen des Projektes Green Factory Bavaria, finanziert
durch das Bayerische Staatsministerium
für Wirtschaft und Medien, Energie und
Technologie.
Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart
Dipl.-Ing. Thilo Martens
Dipl.-Ing. Eric Unterberger
M. Sc. Christian Gebbe
Projektgruppe Ressourceneffiziente mechatronische Verarbeitungsmaschinen
(RMV) des Fraunhofer IWU
Graphisches Interface zur Überprüfung der ökologischen Auswirkungen von Produkten
19
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contactUS! – Wirtschaft trifft Wissenschaft
Ein MWK-gefördertes Projekt für die Verbesserung von Kooperationen zwischen Universität und Industrie
Mit dem 2013 ins Leben gerufenen Projekt
contactUS! baut die Universität Stuttgart
ihre Kontakte zur Wirtschaft aus. Insbesondere kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) erhalten so einen direkten
Anlaufpunkt, bei dem sie auf der Suche
nach der richtigen Ansprechperson an
der Universität Stuttgart unterstützt werden. Neben einem Überblick über die
Forschungsschwerpunkte der Universität
vermittelt contactUS! fachlich passende
Kontakte. Zudem unterstützt contactUS!
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
sowie Einrichtungen der Universität dabei,
partnerschaftliche Projekte mit Unternehmen aufzubauen, um innovative Lösungen
für konkrete Herausforderungen aus dem
unternehmerischen Tätigkeitsfeld zu entwickeln. Darüber hinaus will contactUS!
die Wirtschaft frühzeitig in Forschung,
Lehre und Weiterbildung einbeziehen mit
dem Ziel, langfristige, strategische Beziehungen zwischen Unternehmen und der
Universität aufzubauen und zu stärken.
ÜBER CONTACTUS!
Das dienstleistungsorientierte Kontaktund Serviceprojekt contactUS! besteht aus
zwei Bausteinen: einer zentralen Kontaktstelle – als Anlaufstelle für Anfragen von
außen und als Koordinatorin zur Stärkung
von Verbindungen zur Wirtschaft – und
einer dezentralen Projektstelle, die themenspezifische, interdisziplinäre Verbundprojekte mit Instituten und Unternehmen
initiiert und koordiniert. Gefördert über
den Innovations- und Qualitätsfonds (IQF)
des Ministeriums für Wissenschaft, Forschung und Kunst Baden-Württemberg,
hat sich contactUS! die schnelle, effiziente
und thematisch spezifische Vermittlung
zwischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern und der Industrie als Ziel
gesetzt. Gleichzeitig wird neben dem
Kontaktmanagement auch ein Weg zur
optimalen Initiierung und Durchführung
gemeinsamer Projekte anhand von Pilotprojekten untersucht. Unternehmen
finden über contactUS! Unterstützung
bei Forschungskooperationen mit der
Universität – sei es Auftragsforschung,
Kooperationsforschung, praxisbezogene
20
Abschlussarbeiten, Lizenzvergaben, Messungen, Analysen oder Gutachten.
WISSENS- UND TECHNOLOGIETRANSFER
Die zentrale Kontaktstelle von contactUS!
fungiert gleichzeitig als Geschäftsstelle
des Prorektors für Wissens- und Technologietransfer der Universität Stuttgart. Durch
Kontaktvermittlung leistet das Projekt die
notwendige Vorarbeit, die einen erfolgreichen Austausch zwischen Wissenschaft,
Wirtschaft und Gesellschaft bidirektional ermöglicht. Für Industrie, Wirtschaft
und Gesellschaft können relevante Themen und Herausforderungen durch die
Wissenschaft wahrgenommen und in die
Forschung aufgenommen werden, um
fortschrittsstiftend neue Lösungen und
Erkenntnisse zu erarbeiten. In diesem Sinn
unterstützt contactUS! auch das Ziel der
Universität, national und international als
zuverlässiger und visionärer Partner und
als Wegbereiter für Innovationen wahrgenommen zu werden. In diesem Zusammenhang ist die Sichtbarmachung der
Forschungsleistung – beispielsweise durch
fakultätsübergreifende Messeauftritte –
ein weiterer großer Aufgabenbereich des
Projekts.
Transferprozesse in der Praxis laufen, was
sie erfolgreich macht und was potentielle
Hemmnisfaktoren sein können, aber auch
wie das Wissen darum institutionell verankert und nachhaltig verstetigt werden
kann. De facto wird mit contactUS! die
Schnittstelle zwischen Wissenschaft und
Wirtschaft durch eine intensivere Vernetzung nach innen und außen sowie durch
effektive Kommunikation verbessert.
Bild 1:
Frau Sabine Cornils, die zentrale An-
sprechpartnerin der Universität Stuttgart für Fragen und Anliegen zu Kooperationen zwischen Unternehmen und der Universität mit ihren Instituten und Einrichtungen
Bild 2:
contactUS! ist die Anlaufstelle der Universität Stuttgart für Unternehmen aus allen Bereichen der Wirtschaft
MEHRWERT
Aus gesamtuniversitärer Sicht besteht
der Mehrwert des fakultätsübergreifenden Projekts contactUS! insbesondere im
Aufbau strategischer Partnerschaften für
langfristige Kooperationen. Eine starke
und stabile Vertrauens- und Kontaktbasis zu Wirtschafts- und Industriepartnern
birgt Potenzial für Sprunginnovationen.
Projekte, die traditionelle Fach- und Institutsgrenzen überwinden, sind häufig
produktiver und kreativer, insbesondere
wenn Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, Technikerinnen und Techniker,
sowie Wirtschaftsfachleute mit einander
ergänzender Erfahrung und Kompetenz
ihre vertieften Fachkenntnisse erfolgreich zusammenführen. Daneben gibt es
sowohl ein wissenschaftliches als auch
ein wirtschaftliches Desiderat nach mehr
Erkenntnissen darüber, wie komplexe
Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche
Dipl.-Ing. Nika Nowizki
Institut für Maschinenelemente
Universität Stuttgart
Ansprechpartnerin:
Sabine Cornils
Rektoratsbüro
Universität Stuttgart
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Industrie 4.0: China auf der Überholspur
Patentanalyse des Fraunhofer IAO zeigt Chinas Vorsprung im Bereich Industrie 4.0
hierzu ist. Im Zeitraum von 2013 bis
2015 wurden von
chinesischen Unternehmen und
Fo r s c h u n g s e i n richtungen über
2541 Erfindungen
auf dem Gebiet
von Industrie 4.0
generiert. Die Vereinigten Staaten
stehen mit 1065
Erfindungen weit
Bild 1:
Industrie-4.0-Erfindungen in den USA, Deutschland und China seit hinter China, ge2013
folgt von DeutschDas Fraunhofer IAO analysiert im Rahmen land mit 441 Erfindungen auf dem dritten
des Forschungsprojektes »China-Tech- Platz (Siehe Bild). Chinesische UnternehWatch« technologische Entwicklungen men und Forschungseinrichtungen sind
chinesischer Unternehmen auf dem Gebiet sehr aktiv auf den Gebieten der drahtlosen
von Industrie 4.0. Bei den Patentanmel- Sensornetzwerke, industriellen Bus-Topodungen hat China die USA und Deutsch- logien, Embedded Systems, druckbare
land bereits weit hinter sich gelassen und RFID-Tags sowie Inspektionsroboter. Im
mehr Patente angemeldet als beide Länder Schnitt generiert China auf dem Gebiet Inzusammen. Die Patentanalyse zeigt, dass dustrie 4.0 ca. 1000 Erfindungen pro Jahr.
Chinas Technologieaktivitäten derzeit inhaltlich mit hoher Priorität auf energie- FORSCHUNGSPROJEKT »CHINA
effiziente industrielle Sensornetzwerke TECHWATCH«
sowie auf künstliche Intelligenz abzielen. Die bloße Zahl der chinesischen AnmelChina scheint eine Metamorphose zum dungen sagt nicht viel über die tatsächliQualitätsproduzent zu durchlaufen.
che Innovationskraft der Erfindungen aus.
Experten schätzen den Anteil der wirklich
innovativen Ansätze momentan als noch
INDUSTRIE 4.0 IN CHINA
Chinas Regierung verkündete im März ziemlich gering ein. Nur rund 35 Prozent
2015 das strategische Programm »Made der chinesischen Patentanmeldungen gein China 2025«. Damit wird China den von nügen den Kriterien der Patentfähigkeit.
Deutschland geprägten Begriff »Industrie Für ein effizientes China-Patent-Monito4.0« mit konkreten Maßnahmen umsetzen. ring besteht die Herausforderung darin,
Dazu gehört das Erarbeiten von politi- mit vertretbarem Aufwand jene hochwerschen Rahmenbedingungen, Standortstra- tigen Erfindungen aus der Vielzahl der
tegien sowie von Förderprogrammen für Schriften zu identifizieren. Das Fraunhofer
die Digitalisierung der Produktion. China IAO hat daher im Rahmen des Forschungsist die größte Produktionsnation und projekts »China TechWatch« ein Monimöchte sich in den nächsten zehn Jahren toring-System entwickelt, welches zwei
zum Qualitätsproduzent hin entwickeln. IT-unterstützte Bewertungsmethoden verDeutschland ist bei diesem digitalen Wan- einigt:
del der Wunschpartner – mit allen Chancen und Risiken für unsere Wirtschaft. Die • Semi-automatische Bewertung der
Qualität chinesischer Erfindungen
Untersuchung »Aktuelle Entwicklungen
von Industrie 4.0 in China« des Fraunhofer • Semi-automatische Bewertung der
technologischen Kompetenzen chiIAO hat gezeigt, dass China das aktivste
nesischer Unternehmen
Land hinsichtlich der Patentanmeldungen
Beide Bewertungsmethoden greifen
sowohl auf öffentlich zugängliche chinesische Datenquellen zu – u.a. Informationsplattformen wie news.baidu.com
(chinesische Nachrichten) und zhaopin.
com (Jobbörse) – sowie auf chinesische
Smart-Data-Quellen – u.a. istic.com.cn
(chinesische wissenschaftliche Publikationen) und chinesische Patent-datenbanken. Die dort ermittelten technischen
und wirtschaftlichen Informationen werden statistisch und semantisch ausgewertet. Zusätzlich zu den relevanten Patenten
lassen sich auch relevante Forschungseinrichtungen, Wettbewerber und potenzielle
Kunden und/oder Partner identifizieren.
Aus den Daten können Informationen zu
potenziell relevanten Einrichtungen hinsichtlich
•
•
•
•
Relative Technologieposition
F&E-Themenschwerpunkte
F&E-Personalressourcen
Vernetzungsaktivitäten
gewonnen werden.
VERTIEFENDE TECHNOLOGIESTUDIEN
Das Fraunhofer IAO wird ab Juni 2015
halbjährlich die englischsprachige Technologiestudie »Industry 4.0 - Chinese Patents« veröffentlichen. Hierbei werden
rund 1000 chinesische Patente analysiert.
Es werden die Technologien der 50 wichtigsten chinesischen Patentveröffentlichungen eines Halbjahrs mithilfe von
Industrie 4.0-Experten qualitativ analysiert
und in Steckbriefen zusammengefasst. Die
Technologiestudie kann zukünftig unter
https://shop.iao.fraunhofer.de bestellt
werden. Die Lieferung erfolgt jeweils zum
15. Juni und 15. Dezember des Jahres.
Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Bauer
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Truong Le
Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft
und Organisation IAO
21
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KFZ-Getriebe im Prüflauf mit Körperschall überwachen
Die Erfassung und Auswertung von Schwingungs- und Körperschalldaten ermöglicht ein bedarfsgerechtes
Monitoring von Prüfläufen.
Im Rahmen einer Validierungsaufgabe
wurde am IPEK – Institut für Produktentwicklung am KIT ein Differentialgetriebe
hinsichtlich seiner Dauerlaufeigenschaften und des Wirkungsgrads untersucht.
Um direkt auf mögliche Schäden reagieren zu können, wird bei solchen Prüfläufen
sowohl eine online-Schwingungsüberwachung als auch eine körperschallbasierte Analyse durchgeführt. Während die
Schwingungsüberwachung nur auf schadensrelevante Ereignisse reagiert, zeigt
die körperschallbasierte Überwachung
darüber hinaus Veränderungen im Prozess
des Prüflaufs.
VERSUCHSAUFBAU
Das Differentialgetriebe wird mit Elektromaschinen verbunden, die eingangsseitig drehzahlbasiert und ausgangsseitig
momentenbasiert geregelt werden. Die
Schwingungs- und Körperschallsensorik
ist direkt am Getriebegehäuse angebracht.
Zur Schwingungsüberwachung werden
drei uniaxiale Sensoren eingesetzt. Deren
Ausgangssignal ist ein Stromsignal, das
proportional zur vorliegenden Schwing-
geschwindigkeit im Frequenzbereich
zwischen 10 Hz bis 1 kHz ist. Der Körperschallsensor deckt nach Herstellerangaben
eine Bandbreite von 50 bis 400 kHz ab, die
A/D-Wandlung wird dabei mit einer Frequenz von 1,25 Megasamples pro Sekunde
und einer Auflösung von 16 Bit durchgeführt.
KÖRPERSCHALL AUFNAHME
Der Prüfzyklus der Dauerprüfung besteht
aus verschiedenen Abschnitten mit unterschiedlichen Kombinationen aus Drehzahl
und Drehmoment. Dieser Zyklus wird innerhalb der gesamten Dauerprüfung 100
Mal wiederholt. Da die Aufnahme von Körperschalldaten mit hohen Datenvolumina
verbunden ist, erfolgt diese im vorliegenden Fall diskret zu äquidistanten Zeitpunkten im Abstand von fünf Sekunden
für eine Dauer von 100 Millisekunden. Mit
der angegebenen AD-Wandlungsfrequenz
von 1,25 MS/s ergibt sich pro Messung
eine Anzahl von 125.000 Datenpunkten.
KÖRERSCHALL AUSWERTUNG
Die Auswertung der erfassten Signale
erfolgt mittels einer Fouriertransformation. Dabei wird das Zeitsignal in den Frequenzbereich transformiert und es können
Schallleistungen verschiedener Frequenzbänder extrahiert werden. Die angefügte
Grafik zeigt die erfassten Schallleistungen
je nach Frequenzband im Verlauf zweier
kompletter Prüfläufe. Es wird deutlich,
dass sich Verschiebungen innerhalb der
Zusammensetzung der Schallleistung ergeben. So reduziert sich etwa der Anteil
des Frequenzbands 80-90 kHz an der gesamten Schallleistung erheblich, während
der Anteil des Frequenzbands 110-120
kHz wächst. Mit Hilfe einer gezielten Parametervariation und Überprüfung der
verwendeten Hardware kann ein solcher
Zeitverlauf zu verschiedensten Aufgaben
des Condition Monitoring genutzt werden. Denkbar sind hier beispielsweise die
Überwachung des Einlaufverhaltens oder
die Erfassung des Schmierungszustands.
Damit verbunden ist auch die Einstellung einer bedarfsgerechten Schmiermittelzufuhr realisierbar, wie sie bereits bei
hydrodynamischen Gleitlagern zur Energieeffizienzsteigerung untersucht wurde.
FAZIT
Für die Überwachung von unterschiedlichsten Automatisierungsprozessen
bietet die Körperschalltechnologie Möglichkeiten, gezielt auf spezifische Veränderungen innerhalb der Prozesse zu
reagieren. Während die Schwingungsaufnehmer im vorliegenden Fall zur Überwachung und Vermeidung größerer Schäden
eingesetzt wurden, erlaubt der Einsatz von
Körperschallsensorik einen detaillierteren
Blick in den Prozess. Mit entsprechender
Parametrierung und Auswertung lassen
sich so unterschiedlichste Überwachungsund auch online-Regelungsstrategien verfolgen.
Prof. Dr.-Ing. Albert Albers
Dipl.-Ing. Tobias Pinner
IPEK – Institut für Produktentwicklung
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Bild 1:
22
Schallleistungen verschiedener Frequenzbänder bei zwei Prüfläufen im Vergleich
Newslet t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2015
Maschinenbau im Studium (be)greifen
Technik erleben in der Modellbibliothek am IPEK
Zahnräder, Kupplungen, Getriebe, Wälzlager, Schadensteile und vieles mehr. Über
zweitausend Modelle warten in der Modellbibliothek am IPEK auf wissensbegierige Studierende.
SYNTHESE MIT BILDERN IM KOPF
“Das Gestalten von neuen Lösungen passiert mit Bildern im Kopf. Und Bilder im
Kopf bekommt man nur, wenn man es mal
gesehen hat”, so die Überzeugung von
Prof. Albert Albers. Um dies zu vermitteln,
präsentiert sich ein enormer Schatz an Modellen den Studierenden des KIT in unserer
Modellbibliothek zur näheren Erforschung.
Sich einen Überblick über die Varianten
von Wälzlagern verschaffen oder das Funktionsprinzip von Kupplungen nachvollziehen – Anfassen ist hier explizit erwünscht,
auch eine Ausleihe ist möglich.
CROSSMEDIAL PRÄSENT
Zusätzlich stehen den Studierenden alle
Modelle rund um die Uhr und weltweit
in der virtuellen Welt zur Verfügung. Egal
ob Smartphone, Tablet oder Laptop: Eine
mBib Web-App reichert jedes physische
Modell mit Zusatzinformationen an. Das
KIT hat darüber eine crossmediale Kampagne produziert. Tauchen Sie ein, Sie finden
das Video dazu auf dem KIT Youtube Channel (Link im Kasten).
INTEGRATION IN DIE LEHRE
Alle Studierende des Maschinenbaus
durchlaufen bereits im ersten Semester
eine Einführung in die Modellbibliothek.
Die App und das Ordnungsschema sind
selbsterklärend gestaltet. Besondere
Highlights werden direkt didaktisch in die
Vorlesung im Hörsaal eingebunden. Unser
eindeutiges Nummernsystem garantiert
die Zuordnung zur Vorlesung, so dass in
der Modellbibliothek Lehre und Erlebnis
miteinander verschmelzen.
… UND SIE SIND DABEI
In der Modellbibliothek werden die Anwendungsmöglichkeiten von Komponenten und Systemen erlebbar gemacht.
Profitieren sie davon, indem Sie als Sponsor mit Ihren Exponaten dort sichtbar werden.
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Albert Albers;
Dipl.-Ing. Florian Munker
IPEK – Institut für Produktentwicklung
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
10. Symposium für Vorausschau und
Technologieplanung
Am 20. und 21. November 2014 hat das
Heinz Nixdorf Institut zum 10. Mal das
Symposium für Vorausschau und Technologieplanung in Kooperation mit acatech
– Deutsche Akademie der Technikwissenschaften mit großem Erfolg durchgeführt.
Tagungsort war, wie in den Jahren zuvor,
die Berlin-Brandenburgische Akademie
der Wissenschaften. Die Veranstaltung
bietet ein anspruchsvolles Forum für
Entscheidungsträgerinnen und Entscheidungsträger aus Unternehmen, die sich
mit der Gestaltung des Geschäfts von mor-
gen befassen, sowie für maßgebende Persönlichkeiten aus einschlägigen Instituten.
Fachleute aus Industrie und Wissenschaft
präsentierten ihre Arbeiten und gaben
vielfältige Impulse: So erläuterte Prof. Dr.Ing. Dieter Wegener in seinem Plenumsvortrag die Sicht von Siemens auf Industrie
4.0. Im Anschluss zeigte Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier, wie Marktleistungen im
Kontext Industrie 4.0 strategisch geplant
werden können – ein Beispiel für die enge
Verknüpfung der Fragestellungen in Forschung und Industrie. Begleitet wurden
die Vorträge von intensiven Diskussionen.
Alle Beiträge wurden durch das hochkarätige Programmkomitee begutachtet und
pünktlich zur Veranstaltung publiziert. Die
Tagungsbände aller Symposien können
– sofern noch verfügbar – unter svt@hni.
uni-paderborn.de angefordert werden. Im
Aigner am Gendarmenmarkt fand die traditionelle, festliche Abendveranstaltung
statt. Das avantgardistische Ambiente lud
zu einem lebhaften Erfahrungsaustausch
der Teilnehmerinnen und Teilnehmer ein.
Das 11. Symposium für Vorausschau und
Technologieplanung wird am 29. und 30.
Oktober 2015 erneut in der Berlin-Brandenburgischen Akademie der Wissenschaften stattfinden. Der Call for Papers
erfolgt Anfang März 2015. Weitere Informationen finden Sie unter: http://www.
hni.uni-paderborn.de/svt.
Prof. Dr.-Ing. Jürgen Gausemeier
Universität Paderborn
Bild 1:
Impressionen des 10. SVTs
23
New s l e t t er Wissenschaftliche Gesellschaft für Produktentwicklung WiGeP | A u s g a be 1 | A pr i l 2 0 1 5
Veranstaltungskalender
•
22. bis 23. April 2015
VDI-Tagung „DES=ING“ Technisches Design
•
•
•
23. bis 24. April 2015
•
28. bis 29. April 2015
•
•
VDI-Fachkonferenz Schwingungsreduzierung
20. bis 21. Mai 2015
27. VDI-Fachtagung Technische Zuverlässigkeit, Leonberg
04. bis 08. Mai 2015
International Summer School on Integrated
•
18. bis 19. Juni 2015
Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung (SSP) 2015 - Forum und Konferenz,
Product Development (Teil 1), Malta
Wissenschafts- und Industrieforum Intelligente Technische Systeme, Paderborn
VDI-Fachtagung Kupplung und Kupplungssysteme in Antrieben, Karlsruhe
und integrierte Produktentwicklung im Automotive Engineering, Stuttgart
28. bis 29. April 2015
Stuttgart
06. bis 07. Mai 2015
11. VDI-Fachtagung Gleit- und Wälzlagerungen
2015, Schweinfurt
•
21. bis 25. September 2015
International Summer School on Integrated
Product Development (Teil 2), Magdeburg
in Mobilen Systemen, Karlsruhe
Vorstand/Anschriften:
Prof. Dr.-Ing. Michael Abramovici
(Sprecher des Vorstands, Sprecher der
Fachgruppe VPE)
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Albert Albers
(Sprecher der Fachgruppe MPP)
Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer
(Sprecher der Fachgruppe MES)
Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz
(Sprecher für Lehre & Weiterbildung)
Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche
(Geschäftsführer)
Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik
Ruhr-Universität Bochum
IPEK – Institut für Produktentwicklung
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Lehrstuhl für Maschinenelemente und
Getriebetechnik
Universität Kaiserslautern
Institut für Konstruktionstechnik und
Technisches Design
Universität Stuttgart
Institut für Maschinenelemente
Universität Stuttgart
Universitätsstraße 150
44780 Bochum
Kaiserstraße 10
76131 Karlsruhe
Gottlieb-Daimler-Straße
67663 Kaiserslautern
Pfaffenwaldring 9
70569 Stuttgart
Pfaffenwaldring 9
70569 Stuttgart
Tel.: +49 (0) 234 | 32 27 009
Fax: +49 (0) 234 | 32 14 443
Tel.: +49 (0) 721 | 608 4 2371
Fax: +49 (0) 721 | 608 4 6051
Tel.: +49 (0) 631 | 205 34 05
Fax: +49 (0) 631 | 205 37 16
Tel.: +49 (0) 711 | 685 66 055
Fax: +49 (0) 711 | 685 66 219
Tel.: +49 (0) 711 | 685 66 165
Fax: +49 (0) 711 | 685 66 319
E-Mail: [email protected]
E-Mail: [email protected]
E-Mail: [email protected]
E-Mail: [email protected]
E-Mail: [email protected]
Ordentliche Mitglieder:
Prof. Dr.-Ing. Michael Abramovici (Ruhr-Universität Bochum), Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Albert Albers
(Karlsruher Institut für Technologie), Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl (TU Darmstadt), Prof. Dr.-Ing. Bernd
Bertsche (Universität Stuttgart), Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz (Universität Stuttgart), Prof. Dr.-Ing.
Luciënne Blessing (Université du Luxembourg), Prof. Dr.-Ing. Ludger Deters (Universität Magdeburg), Prof. Dr.-Ing. Martin Eigner (TU Kaiserslautern), Prof. Dr. sc. techn. Paolo Ermanni (ETH Zürich),
Prof. Dr.-Ing. Jörg Feldhusen (RWTH Aachen), Prof. Dr.-Ing. Detlef Gerhard (TU Wien), Prof. Dr.-Ing.
Dietmar Göhlich (TU Berlin), Prof. Dr.-Ing. Karl-Heinrich Grote (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg), Prof. Dr.-Ing. Georg Jacobs (RWTH Aachen), Prof. Dr.-Ing. Ulf Kletzin (TU Ilmenau), Prof.
Dr.-Ing. Dieter Krause (TU Hamburg-Harburg), Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer (Leibniz Universität
Hannover), Prof. Dr.-Ing. Erhard Leidich (TU Chemnitz), Prof. Dr.-Ing. Robert Liebich (TU Berlin), Prof.
Dr.-Ing. Udo Lindemann (TU München), Prof. Dr.-Ing. Armin Lohrengel (TU Clausthal), Prof. Dr.-Ing.
Frank Mantwill (Helmut-Schmidt-Universität Hamburg), Prof. Dr.-Ing. Sven Matthiesen (Karlsruher
Institut für Technologie), Prof. Dr. Dr.-Ing. Dr. h.c. Jivka Ovtcharova (Karlsruher Institut für Technologie), Prof. Dr.-Ing. Kristin Paetzold (Universität der Bundeswehr München), Prof. Dr.-Ing. Gerhard
Poll (Universität Hannover), Prof. Dr.-Ing. Gunther Reinhart (TU München), Prof. Dr.-Ing. Frank Rieg
(Universität Bayreuth), Prof. Dr.-Ing. Bernd Sauer (TU Kaiserslautern), Prof. Dr.-Ing. Christian Schindler (TU Kaiserslautern), Prof. Dr.-Ing. Berthold Schlecht (TU Dresden), Prof. Dr.-Ing. Hubert Schwarze
(TU Clausthal), Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Dieter Spath (Universität Stuttgart), Prof. Dr.-Ing.
Karsten Stahl (TU München), Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark (TU Berlin), Prof. Dr.-Ing. habil. Ralf Stelzer
(TU Dresden), Prof. Dr.-Ing. Peter Tenberge (Ruhr Universität Bochum), Prof. Dr.-Ing. Klaus-Dieter
Thoben (Universität Bremen), Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Sándor Vajna (Otto-von-Guericke-Universität
Magdeburg), Prof. Dr. Ir. Fred J.A.M. van Houten (University of Twente), Prof. Dr.-Ing. Thomas Vietor (TU Braunschweig), Prof. Dr.-Ing. Jörg Wallaschek (Leibniz Universität Hannover), Prof. Dr.-Ing.
Sandro Wartzack (Universität Erlangen-Nürnberg), Prof. Dr.-Ing. Christian Weber (TU Ilmenau), Prof.
Dipl.-Ing. Dr.-Ing. Michael Weigand (TU Wien), Prof. DI Dr. Klaus Zeman (Johannes Kepler Universität
Linz), Prof. Dr.-Ing. Detmar Zimmer (Universität Paderborn)
Mitglieder im Ruhestand:
Prof. Dr.-Ing. Fatih C. Babalik (Uludag Üniversitesei), Prof. Dr. h.c. Dr.-Ing. Herbert Birkhofer (TU
Darmstadt), Prof. em. Dr. rer. nat. C. Werner Dankwort (TU Kaiserslautern), Prof. em. Dr.-Ing. Klaus
Ehrlenspiel (TU München), Prof. em. Dr.-Ing. Dierk-Götz Feldmann (TU Hamburg-Harburg), Prof.
em. Dr.-Ing. E. h. Dr.-Ing. Manfred Flemming (TU Chemnitz), Prof. em. Dr.-Ing. Hans-Joachim Franke
(TU Braunschweig), Prof. Dr.-Ing. Peter W. Gold (RWTH Aachen), Prof. Dr.-Ing. Robert Grekoussis
(Aristotle University Of Thessaloniki), o. Prof. Dr.-Ing. Rudolf Haller (Universität Karlsruhe), Prof. i. R.
Stand: 31. März 2015
Internet: www.wigep.de
Auflage: 2.400 Exemplare
ISSN 1613-5504
24
Herausgeber: Wissenschaftliche Gesellschaft für
Produktentwicklung e.V
Redaktionsleitung: Dipl.-Ing. Michael Bartholdt
Satz: Theresa Ulrich
Dr.-Ing. Bernd-Robert Höhn (TU München), Prof. Dr.-Ing. habil. Guenter Höhne (TU Ilmenau), Prof.
Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Franz Gustav Kollmann (TH Darmstadt), Prof. em. Dr.-Ing. Frank-Lothar Krause
(TU Berlin), em. Prof. Dr.-Ing. Konrad Langenbeck (Universität Stuttgart), Prof. Dr.-Ing. habil. Heinz
Linke (TU Dresden), Prof. Dr.-Ing. Harald Meerkamm (Universität Erlangen-Nürnberg), Prof. Dr.Ing. Heinz Mertens (TU Berlin), Prof. Dr.-Ing. H. W. Müller (TU Darmstadt), Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.mult.
Gerhard Pahl (TU Darmstadt), Prof. Dr.-Ing. Heinz Peeken (RWTH Aachen), Prof. Dr.-Ing. Wolfgang
Predki (Ruhr-Universität Bochum), Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Laurenz Rinder (TU Wien), Prof. Dr.-Ing.
Jürgen Rugenstein (Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg), Prof. Dr.-Ing. habil. Hans-Jürgen
Schorcht (TU Ilmenau), Prof. Dr.-Ing. Gerhard Wagner (Institut Product and Service Engineering
Bochum), Prof. Dr.-Ing. Dieter Wüstenberg (TU Kaiserslautern)
Industriekreis:
Andreas Barth (Dassault Systems), Kurt Bengel (Cenit AG), Dr. Ewald Bentz (U.I.Lapp GmbH), Dr.-Ing.
Thomas Bertolini (Dr. Fritz Faulhaber GmbH & Co. KG Antriebssysteme), Dr. Markus Beukenberg
(WILO SE), Dr. Hugo Blaum (GEA Refrigerations Technilogies GmbH), Dr. Jörg Böcking (Freundenberg & Co. KG.), Dipl.-Ing. Elmar Deegener (RECARO Automotive Seating), Dr. Gunnar Ebner (Capgemini Consulting, Central Europe), Gerd Engel (Hofmann & Engel Produktentwicklungs GmbH),
Dr.-Ing. Gerd Fricke(PE-Kunststoff-Fabrik Woffenbach GmbH), Prof. Dr. rer. pol. Horst Geschka
(Geschka & Partner Unternehmensberatung), Dr.-Ing. Willi Gründer (Tedata Gesellschaft für technische Informationssysteme), Dr. Peter Gutzmer (SCHAEFFLER KG), Dr.-Ing. Günter Hähn (Wirtgen
GmbH), Prof. Dr.-Ing Dieter-Heinz Hellmann (KSB AG), Dr. Daniel Kähny (LS Telcom AG), Dr.-Ing.
Bertram Kandziora (STIHL AG), Prof. Dipl.-Ing. Alfred Katzenbach (Katzenbach Executive Consulting), Prof. Dr. phil. Michael Ketting (IBAF - Institut für Baumaschinen, Antriebs- und Fördertechnik
GmbH), Prof. Dr. Jürgen Kluge (Advice, Consulting and Projects), André Kremer (Paul Wurth S.A.),
Dr. Christoph Lutz (Julius Blum GmbH), Dr.-Ing. Georg Mecke (Airbus Operations GmbH), Prof. Dr.Ing. Dr. h. c. mult. Dr.-Ing. E. h. mult. Joachim Milberg (BMW AG), Dr.-Ing. Stefan Möhringer (Simon
Möhringer Anlagenbau GmbH), Dr. Horst Nasko (Heinz Nixdorf Stiftung), Razvan Olosu (Metromind
GmbH), Dr.-Ing. Lothar Ophey (Inno Tech GmbH), Dr. Bernd Pätzold (ProSTEP AG), Dipl.-Ing. Stephan Plenz (Heidelberger Druckmaschinen AG), Dr.-Ing. Peter Post (Festo AG & Co. KG), Dipl.-Ing.
Hartmut Rauen (VDMA), Dr.-Ing. Wolfgang Reik (MediNova AG), Prof. Dr.-Ing. Siegfried Russwurm
(Siemens AG), Dr. Eduard Sailer (Miele & Cie. GmbH & Co.), Michael Sauter (Parametric Technology
GmbH), Klaus Schäfer (IBM Deutschland GmbH), Jörg Schiebel (Tyco Integrated Fire & Security),
Dr.-Ing. Peter Schwibinger (Carcoustics International GmbH), Dr.-Ing. Andreas Siebe (ScMI Scenario
Management International AG), Dr. Martin Stark (Beteiligungs- und Beratungsgesellschaft mbH),
Dr. Tobias Sünner (Adam Opel GmbH), Dr.-Ing. Frank Thielemann (UNITY AG), Dr. Eberhard Veit
(Festo AG & Co. KG), Dr. Hans-Jürgen Wessel (Krause-Biagosch GmbH), Dr. Dieter Wirths (Hettich
Holding GmbH & Co. oHG), Manfred Wittenstein (WITTENSTEIN AG), Prof. Dr.-Ing. Klaus Wucherer
(IEC Central Office), Prof. Dr.-Ing. Carl-Dieter Wuppermann (cdwuppermann innovation & strategy
CDWIS), Karl Heinz Zachries (CONTACT Software GmbH)

Entwicklungen zu einer risikobasierten - Fakultät

Informationen

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Weiterbildung für Tragwerksplaner 2015