Mattmann Modellintegrierte Produkt- und Prozessentwicklung

1. Auflage 2017
ISBN: 978-3-658-19409-3
Verlag: Springer
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 403 Seiten

Im Mittelpunkt dieses Buchs stehen Produkt- und Prozessmodelle, die mit der Anforderungsmodellierung abgestimmt sind und die konsistente Grundlage für eine methodische Unterstützung bilden, um technische Produkte gleichwertig im Funktions- und Prozess-Gestalt-Zusammenhang zu entwickeln. Diese Modellintegrierte Produkt- und Prozessentwicklung (MiP2) ermöglicht die Realisierung optimierter Produktlösungen, die in diversifizierten und preisumkämpften Märkten zu Wettbewerbsvorteilen führen. Außerdem widmet sich der Autor den konstruktionswissenschaftlichen Grundlagen zu Anforderungen, Produkteigenschaften, der Produkt- und Prozessmodellierung und den Produktentwicklungsmodellen.

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

Autoren/Hrsg.

Mattmann, Ilyas

Inhaltsverzeichnis

1;Geleitwort;6
2;Vorwort;8
3;Kurzfassung;10
4;Inhaltsverzeichnis;12
5;Abbildungsverzeichnis;18
6;Tabellenverzeichnis;25
7;Abkürzungsverzeichnis;26
8;Formelverzeichnis;28
9;1 Einleitung;30
9.1;1.1 Motivation;30
9.2;1.2 Makroskopische Zielsetzung;34
9.3;1.3 Einordnung in die Forschungsaktivitäten des SFB 666;36
9.4;1.4 Struktureller Aufbau;37
10;2 Stand der Forschung;40
10.1;2.1 Fertigungstechnologische Grundlagen des Spaltprofilierens und Spaltbiegens;40
10.1.1;2.1.1 Konventionelle Blechprodukte;40
10.1.2;2.1.2 Blechbauteile mit verzweigten Strukturen;41
10.1.3;2.1.3 Fertigung verzweigter Blechstrukturen durch Spaltprofilieren und -biegen;43
10.1.4;2.1.4 Fertigungsverfahrensinduzierte Eigenschaften spaltprofilierter Blechprodukte;45
10.1.5;2.1.5 Zwischenfazit;46
10.2;2.2 Produkt- und Prozessinnovationen;46
10.2.1;2.2.1 Innovationsbegriff;46
10.2.2;2.2.2 Market Pull und Technology Push;49
10.2.3;2.2.3 Zwischenfazit;50
10.3;2.3 Grundlagen zu Modellen und Methoden;51
10.3.1;2.3.1 Modelle;51
10.3.2;2.3.2 Methode und Methodik;55
10.3.3;2.3.3 Zwischenfazit;55
10.4;2.4 Modellierung technischer Systeme und Produkte;56
10.4.1;2.4.1 Systembegriff;56
10.4.2;2.4.2 Technische Systeme;61
10.4.3;2.4.3 Technische Produkte;62
10.4.4;2.4.4 Zwischenfazit;63
10.5;2.5 Eigenschaftsbasierte Beschreibung und Modellierung technischer Systeme und Produkte;64
10.5.1;2.5.1 Klassifizierung von Eigenschaften;64
10.5.2;2.5.2 Abbildung von Eigenschaftsrelationen;71
10.5.3;2.5.3 Soll-, Nenn- und Ist-Eigenschaften;73
10.5.4;2.5.4 Zwischenfazit;74
10.6;2.6 Anforderungen;76
10.6.1;2.6.1 Anforderungsquellen;76
10.6.2;2.6.2 Anforderungsarten;77
10.6.3;2.6.3 Klassifizierung von Anforderungen;85
10.6.4;2.6.4 Anforderungsdekomposition;91
10.6.5;2.6.5 Anforderungsdokumentation;92
10.6.6;2.6.6 Zielkonflikte;95
10.6.7;2.6.7 Standardisierte Anforderungscluster;96
10.6.8;2.6.8 Zwischenfazit;98
10.7;2.7 Produktmodellierung;99
10.7.1;2.7.1 Hierarchisches Produktmodell;99
10.7.2;2.7.2 Pyramidenmodell;101
10.7.3;2.7.3 Contact & Channel-Ansatz (C&C2-A);106
10.7.4;2.7.4 Eigenschaftsbasierte Modellierung der Produktkonkretisierung;109
10.7.5;2.7.5 Zwischenfazit;111
10.8;2.8 Prozessmodellierung;112
10.8.1;2.8.1 Technische Prozesse;113
10.8.2;2.8.2 Modellierung mit PETRI-Netzen;113
10.8.3;2.8.3 Prozessmodell nach HUBKA;115
10.8.4;2.8.4 Zustandsmodell nach BIRKHOFER;116
10.8.5;2.8.5 Erweitertes Prozessmodell nach HEIDEMANN;116
10.8.6;2.8.6 Realisierung von technischen Prozessen durch Verfahren;120
10.8.7;2.8.7 Zwischenfazit;121
10.9;2.9 Modellierung des Produktlebenslaufs und -zyklus;122
10.9.1;2.9.1 Prozessketten des Produktlebenslaufs;122
10.9.2;2.9.2 Prozessketten des Produktlebenszyklus;124
10.9.3;2.9.3 Produkt-, Prozess- und Technologiereifegrad;125
10.9.4;2.9.4 Zwischenfazit;126
10.10;2.10 Modellierung von Problemlösungs- und Entwicklungsprozessen;127
10.10.1;2.10.1 Grundlagen des Problemlösens;127
10.10.2;2.10.2 Systematisierung von Modellen des Entwicklungsprozesses;131
10.10.3;2.10.3 Phasen- und aktivitätenbasierte Entwicklungsmodelle;134
10.10.4;2.10.4 Problem- und lösungsorientierte Entwicklungsmodelle;138
10.10.5;2.10.5 Integrierte Entwicklungsmodelle;155
10.10.6;2.10.6 Zwischenfazit;179
11;3 Forschungsbedarf und Zielsetzung;180
11.1;3.1 Fazit zum Stand der Forschung und Forschungsdefizite;180
11.2;3.2 Forschungsfragen;185
11.3;3.3 Zielsetzung;186
12;4 Terminologie des Anforderungsbegriffs;190
12.1;4.1 Ableiten von Eigenschaften aus Anforderungen;191
12.2;4.2 Äquivalenz von Anforderungen und Eigenschaften;193
12.3;4.3 Prozessualer Bezug von Anforderungen;196
12.4;4.4 System- und Produktbeschreibung durch Anforderungen;196
12.5;4.5 Zusammenfassung;198
13;5 Durchgängige Modellierung von Anforderungen und Eigenschaften im Produktlebenslauf;200
13.1;5.1 Modellierungszweck;201
13.2;5.2 Durchgängige Modellierung des Produktlebenslaufs;201
13.3;5.3 Modellierung technischer Produkte im Prozesszusammenhang;203
13.3.1;5.3.1 Eigenschaftsbasierte Beschreibung der Konkretisierung technischer Prozesse;203
13.3.2;5.3.2 Anforderungen aus den technischen Prozessen des Produktlebenslaufs;211
13.4;5.4 Modellierung technischer Produkte im Funktionszusammenhang;214
13.4.1;5.4.1 Eigenschaftsbasierte Beschreibung der Konkretisierung technischer Produkte;214
13.4.2;5.4.2 Anforderungen an das technische Produkt;219
13.5;5.5 Modellierung von nicht-wertschöpfenden Prozessen im Produktlebenszyklus;222
13.6;5.6 Eigenschaftsrelationen;223
13.7;5.7 Unterschiede zwischen Anforderungen und Soll- Eigenschaften;225
13.8;5.8 Zusammenhänge zwischen Anforderungs-, Produkt- und Prozessmodellierung;231
13.8.1;5.8.1 Funktions- und prozessrelevante Lösungselemente;232
13.8.2;5.8.2 Gegenüberstellung der Anforderungsarten;233
13.8.3;5.8.3 Auswirkungen von Produkt- und Prozessanforderungen auf Eigenschaften;236
13.9;5.9 Anwendung der Modelltheorie zur Entwicklung einer multifunktionalen Linearführung;237
13.9.1;5.9.1 Prozessanforderungen der multifunktionalen Linearführung;238
13.9.2;5.9.2 Produktanforderungen der multifunktionalen Linearführung;240
13.10;5.10 Zusammenfassung;241
14;6 Methodik der Modellintegrierten Produkt- und Prozessentwicklung;243
14.1;6.1 Zweck der Modellierung;244
14.1.1;6.1.1 Paradigmenwechsel;245
14.1.2;6.1.2 Elementare Grundhypothesen;248
14.2;6.2 Modellräume der MiP2;253
14.3;6.3 Lösungsräume;257
14.3.1;6.3.1 Produktlösungsraum;258
14.3.2;6.3.2 Prozesslösungsraum;261
14.4;6.4 Eigenschaftsräume;264
14.4.1;6.4.1 Eigenschaftsraum im Funktionszusammenhang;265
14.4.2;6.4.2 Eigenschaftsraum im Prozesszusammenhang;266
14.5;6.5 Anforderungsraum;267
14.5.1;6.5.1 Zeitliche Dimension;271
14.5.2;6.5.2 Horizontale Dimension;272
14.5.3;6.5.3 Vertikale Dimension;273
14.5.4;6.5.4 Anforderungscluster;275
14.6;6.6 Projektionsebenen;277
14.7;6.7 Zielsystem;281
14.8;6.8 Transformationssystem;283
14.9;6.9 Zusammenfassung;284
15;7 Entwicklungsaktivitäten der MiP2;285
15.1;7.1 Problemlösungsprozess der MiP2;285
15.2;7.2 Anforderungsbasierte Entwicklungsaktivitäten;288
15.2.1;7.2.1 Anforderungserfassung;288
15.2.2;7.2.2 Anforderungsdetaillierung;290
15.2.3;7.2.3 Anforderungstransformation;294
15.2.4;7.2.4 Anforderungsdefinition;300
15.2.5;7.2.5 Beziehungen zwischen Anforderungen und Soll-Eigenschaften;300
15.3;7.3 Eigenschaftsbasierte Analyse- und Syntheseaktivitäten;301
15.3.1;7.3.1 Konkretisieren und Abstrahieren;303
15.3.2;7.3.2 Dekomponieren und Kombinieren;304
15.3.3;7.3.4 Lösungsanalyse und -synthese im Funktionszusammenhang;305
15.3.4;7.3.5 Lösungsanalyse und -synthese im Prozesszusammenhang;307
15.4;7.4 Integration von funktions- und prozessrelevanten Lösungselementen;311
15.5;7.5 Dekomposition in der Lösungskonkretisierung;312
15.6;7.6 Kontinuierliche Verifikation;313
15.7;7.7 Potenziale für algorithmenbasierte Entwicklungsprozesse;313
15.8;7.8 Zusammenfassung;314
16;8 Anforderungs- und Lösungsmodellierung der MiP2 mit SysML;315
16.1;8.1 Zweck der Modellierung;315
16.2;8.2 Vorteile von SysML;315
16.3;8.3 Modellierung der Anforderungsstruktur mit SysML;316
16.4;8.4 Modellierung von funktions- und prozessrelevanten Lösungselementen mit SysML;320
16.5;8.5 Modellierung von Soll-Eigenschaften und Soll-Größen;321
16.6;8.6 Zusammenfassung;322
17;9 Anwendung und Diskussion der Ergebnisse;323
17.1;9.1 Entwicklung eines multifunktionalen Informationsständers;324
17.1.1;9.1.1 Produktidee;324
17.1.2;9.1.2 Analyse von Referenzprodukten;324
17.1.3;9.1.3 Anforderungserfassung;325
17.1.4;9.1.4 Anforderungstransformation;326
17.1.5;9.1.5 Konkretisierung im Funktionszusammenhang;328
17.1.6;9.1.6 Konkretisierung im Prozesszusammenhang;330
17.1.7;9.1.7 Algorithmenbasierte Optimierung des Sockels;330
17.2;9.2 Entwicklung eines multifunktionalen Linearsystems;332
17.2.1;9.2.1 Produktidee;332
17.2.2;9.2.2 Anforderungserfassung;333
17.2.3;9.2.3 Transformation in funktions- und prozessrelevante Soll-Eigenschaften und Soll-Größen;335
17.2.4;9.2.4 Konkretisierung im Funktions- und Prozesszusammenhang;337
17.2.5;9.2.5 Algorithmenbasierte Optimierung des multifunktionalen Linearsystems;338
17.3;9.3 Fazit zur Anwendung der MiP2;340
18;10 Zusammenfassung und Ausblick;343
18.1;10.1 Zusammenfassung;343
18.2;10.2 Nutzen für die Konstruktionswissenschaft;345
18.3;10.3 Wissenschaftliche Innovation;347
18.4;10.4 Ausblick;350
19;11 Literaturverzeichnis;353
20;12 Eigene Veröffentlichungen;373
21;13 Betreute studentische Arbeiten;375
22;14 Anhang;376
22.1;A Methodik der MiP2;376
22.2;B Glossar;377
22.3;C Terminologische Definitionen des Anforderungsbegriffs;382
22.4;D Qualitätsmerkmale für Anforderungen;395
22.5;E Essenzielle Qualitätsmerkmale für Anforderungen im Kontext der MiP2;402