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Konstruktionslehre

weitere Buchkapitel

Integrative development concept for future vehicle requirements

The automotive industry is subject to fundamental change through the extension and modification of the powertrain, as well as through diversification of vehicle concepts. Complex tasks are already causing increasing challenges in industrialization of conventional vehicle projects. Today's successful market presence is often based on a consistent implementation of platform, modular and modular construction kit strategies. In addition, manufacturers endeavor to shorten the automobile product development process by so-called frontloading.From various research activities exist sometimes excellent results, which are indeed confirmed on a laboratory scale to have promising potential for automotive applications, but so far experienced no industrial conversion. This is partly due to the named manufacturing strategies and furthermore in the subsequent process chains with diverse supplier structures. The disadvantage of this established methodologies is the prevention of possible innovations through the manifested production cycles.Intention of the presented new development concept is the combination of functional and design-optimized product design with multiple functional integration. Through the holistic consideration of the whole vehicle life cycle and by using newest technologies an integrative concept should break up current development and manufacturing structures to fulfill the challenges of future vehicle requirements.

Ralph Mayer, Georg Prochatzki, Falko Wagner

2. Digitalisierung im Maschinenbau – Beruf im Wandel

Die Digitalisierung beeinflusst Arbeitsplätze, Berufe und Qualifikationen. Auch die Ingenieurberufe sind davon nicht ausgenommen. Dieser Beitrag untersucht die Beziehung zwischen Arbeitsmarkt und Hochschulbildung vor dem Hintergrund der Digitalisierung, insbesondere aus der Perspektive der Humankapitaltheorien und des Signalling-Ansatzes. Die Ergebnisse der im Rahmen des Projekts Qualität Plus an der Hochschule Osnabrück durchgeführten qualitativen Untersuchung unter Arbeitgebenden aus dem Maschinen- und Anlagenbau und der Automobilindustrie zeigen, dass es eine klare Erwartungshaltung an den Wandel der Berufsprofile der Ingenieurwissenschaftlerinnen und Ingenieurwissenschaftler und die damit verbundenen Anforderungen aufgrund der Digitalisierung gibt. Damit gewinnt die Dimension der Beschäftigungsbefähigung (Employability) bei der Curriculumsentwicklung an Bedeutung. Dabei ist die systematische Einbeziehung der Sichtweisen der Arbeitgebenden ressourcenintensiv. Auch die uneinheitliche Operationalisierung der Qualifikations- bzw. Kompetenzanforderungen, sowohl in unterschiedlichen Studien als auch in den Curricula, wirkt einschränkend. Für die Vergleichbarkeit der Arbeitsmarktchecks wäre die Orientierung an dem aktuellen HQR-Kompetenzmodell sinnvoll.

Marija Stambolieva

7. Kompetenzprofile von Ingenieurinnen und Ingenieuren im digitalen Wandel

Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus sehen sich heute mit einer Reihe neuer Anforderungen durch die Einführung von Industrie 4.0 und Digitalisierung konfrontiert. Es besteht weitgehend Konsens darüber, dass ein Aufbau und Ausbau von Qualifikationen und Kompetenzen von Ingenieurinnen und Ingenieuren erforderlich sind, um diese neuen Anforderungen zu bewältigen und die Vorteile von Industrie 4.0 zu realisieren – beispielsweise erhöhte Flexibilität, schnellere Innovationen sowie die Erschließung neuer Geschäftsfelder. Eine zentrale Fragestellung der gegenwärtigen Diskussion besteht darin, welcher Mix aus klassischen Qualifikationen, neuen fachlichen Kompetenzen sowie methodischen und sozialen Kompetenzen erforderlich ist, damit Beschäftigte und Unternehmen die Chancen der digitalen Transformation nutzen und Hochschulen entsprechend ausbilden können. Im Zuge der beschleunigten technologischen Entwicklung und der zunehmenden organisatorischen Vernetzung, die den digitalen Wandel kennzeichnen, kommt den Fähigkeiten der Ingenieurinnen und Ingenieure eine besondere Bedeutung zu: den klassischen Ingenieurkompetenzen, aber darüber hinaus auch neuen fachlichen, methodischen und sozialen Kompetenzen. Gezeigt wird, welche Anforderungen die Unternehmen des Anlagen- und Maschinenbaus an die Ausbildung der Ingenieurinnen und Ingenieure haben und welche Aktivitäten die Hochschulen unternehmen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.

Eckhard Heidling, Judith Neumer

Development of a condition monitoring approach as a product-service system for agricultural machinery

Customers are demanding a guaranteed availability of machine components in capital goods industry. However, manufacturers are not willing to guarantee the demanded availability due to increasing costs based on high risks and uncertainties resulting from missing operational data, insufficient transparency of the machine condition as well as missing information of the customer behaviour. In this paper, a strategy to enable the development of availabilityoriented Product-Service Systems (PSS) is presented. This strategy is based on condition monitoring and lifetime model development for service-relevant components. Therefore, a use case focusing on the agricultural industry is regarded. The key tasks of this strategy are to identify service-relevant parts and to determine failure mechanisms of these parts. Based on this, a wear model and a service life model of the conveyor belt of a potato harvester are developed. In order to implement the predictive maintenance approach, intelligent components will be developed. This paper presents the steps necessary to develop intelligent, servicerelevant components for industry 4.0 applications. The requirements of customers, operators, machine manufacturers and technology are summarized. The procedure for the development of the components, identification of the service-relevant components, investigation of the failure mechanisms, definition of measurable physical quantities, creation of monitoring concepts and testing of the monitoring concepts will be presented exemplarily. A potato harvester is used as a specific use case.

Paaranan Sivasothy, Dani Bechev, Jörg Seewig, Bernd Sauer

Kapitel 3. Modelle Zeichnen

The history of mathematical models is deeply intertwined with the cultural techniques of drawing. As this chapter shows, it was the techniques of constructive drawings and the evolution of descriptive geometry in early 19th century France that laid the foundations for different modelling techniques. One of the driving forces of this development was Gaspard Monge (1746–1818), who was among the founders of the École Polytechnique in Paris. He strengthended the role of technical education within French secondary education and professionalized the technical drawing within the study of architecture and engineering. One of his students, Théodore Olivier, introduced the first geometrical models into mathematical teaching. Today they are housed in the Conservatoire des Arts et Métiers in Paris.

Anja Sattelmacher

Kapitel 3. Grundgedanke der Systembetrachtung

Der Grundgedanke der tribologischen Systembetrachtung besteht aus einem umfassenden Analyseansatz aller Eingangs- und Ausgangsgrößen und deren Wechselwirkungen im System. „Für die Schaffung der begrifflichen Voraussetzungen und für die Anwendung der Systemanalyse in der Tribologie sind vorrangig die Arbeiten von Salomon, Czichos und Fleischer zu nennen.“ [27] Zu Beginn muss die Funktion und der Nutzen des tribologischen Systems (Kurzform: Tribosystem) ermittelt oder festgelegt werden.

Frank Bauer

Kapitel 3. Dichtungstechnik als Spezialgebiet der Tribologie

Die Dichtungstechnik ist ein Spezialgebiet der Tribologie.

Frank Bauer

Kapitel 21. Kostenmanagement

Auch für den Konstrukteur und Entwickler ist die Auseinandersetzung mit den Produktkosten und deren Optimierung mittlerweile ein wesentlicher Aspekt seiner täglichen Arbeit. Im folgenden Kapitel werden daher grundlegende betriebswirtschaftliche Begriffe und Zusammenhänge, die Zusammensetzung der Produktkosten und deren Beeinflussung durch die Arbeit des Konstrukteurs und Entwicklers erläutert.

Florian Kauf

Kapitel 3. Grundlagen methodischen Vorgehens in der Produktentwicklung

Produktenwicklung bedeutet, dass neue Lösungen erarbeitet werden müssen. Das Vorgehen des einzelnen Entwicklers oder eines Teams lässt sich dabei aus verschiedenen Perspektiven beschreiben. Nachfolgend wird das Vorgehen als Problemlösung, Informationsverarbeitung, Iteration oder als Koevolution von Problem und Lösung dargestellt.

Kilian Gericke, Beate Bender, Gerhard Pahl, Wolfgang Beitz, Jörg Feldhusen, Karl-Heinrich Grote

Chapter 25. Virtuelle Produktentwicklung

Die Virtuelle Produktentstehung versteht sich als vollständige Digitalisierung des Produktentstehungs-prozesses – von der Planung über die Konstruktion bis zur Validierung der gefundenen Lösung anhand von Simulationen und Testen der Produkteigenschaften. Die Voraussetzungen dafür sind simulationsfähige digitale Produktmodelle, die idealerweise sämtliche Merkmale, Eigenschaften und zunehmend auch Interaktionen des Produktes – idealerweise auch mit der Umgebung (z. B. Digitale Fabrik) – abbilden. Die virtuelle Produktentstehung verortet sich zunächst in den initialen Phasen des Produktentstehungsprozesses und des Produktlebenszyklus (Abb. 25.1), also beginnend von der Planung und Konzeptionierung bis hin zur digitalen Fertigungsplanung und -absicherung.

Gamal Lashin, Rainer Stark

Querschnittsfunktionen

Design for X (DfX) und X for Design (XfD) ermöglichen die Integration von Bereichen des Produktlebenszyklus, gekennzeichnet mit „X“ als Platzhalter. Damit wird sichergestellt, dass Wissen und Informationen in Form von Ergebnissen, Entscheidungen, Auswirkungen und Einflüssen von der Produktentwicklung in alle anderen Bereiche des Produktlebenszyklus und zurück fließen können, damit nicht nur die Vorgaben der Kunden (manifestiert im Zielprofil der Attribute) realisiert werden, sondern auch das daraus resultierende Produkt sinnvoll und wirtschaftlich erzeugt, verteilt, benutzt und rückgeführt werden kann.

Sándor Vajna, Stefanie Rothkötter

Methoden

Bei der Produktentwicklung mit IDE werden in allen Aktivitäten eine Vielzahl und Vielfalt von Methoden und Werkzeugen eingesetzt, die ausführlich in den Kapiteln des IDE-Buchs und anwendungsorientiert in den Kapiteln dieses Leitfadens beschrieben werden.

Sándor Vajna, Stefanie Rothkötter

Attribute

Die ersten drei Produktattribute sind Produktgestalt, Funktionalität und Gebrauchstauglichkeit. Das vierte Attribut hat zwei Perspektiven: Aus der Sicht des Kunden/Nutzers ist es die Verfügbarkeit des Produkts, aus der Sicht des Anbieters die Produzierbarkeit. Die nächsten beiden Produktattribute sind Instandhaltbarkeit und Nachhaltigkeit.

Sándor Vajna, Stefanie Rothkötter

Kapitel 8. Wichtige Begriffe der Maschinensicherheit

Ableitstrom ist der Strom, der betriebsmäßig von aktiven Teilen der Betriebsmittel über die Betriebsisolierung zu nicht aktiven geerdeten Teilen fließt. Der Ableitstrom kann auch einen kapazitiven Anteil haben, verursacht z. B. durch Entstörkondensatoren oder Frequenzumrichter.

Alfred Neudörfer

Kapitel 1. Einführung

Ganz zum Anfang einige offene Worte an Sie als Unternehmer und an Ihre "geborenen" und "auserkorenen" Führungskräfte. Frei nach dem Motto von Werner von Siemens: „Es geht nicht darum, mit dem Kopf durch die Wand gehen zu wollen, sondern die Ausgangstür zu finden.“

Alfred Neudörfer

Ausführliche Konzeptentwicklung eines Tafelreinigungsgeräts (CLEANY)

Wie Sie bereits im Vorab-Kapitel V2 gelernt haben, werden im Folgenden alle Einzelkapitel (Kap. 1.1 bis 1.10) durch vier logische und das Verständnis fördernde Abschnittsbezeichnungen strukturiert.

Klaus-Jürgen Peschges, Steffen Manser, Andreas Starker

2. Aktuelle Ansätze in der Methodenforschung

In der Erforschung von Produktentwicklungsmethoden spielt die Entwicklung von Methoden und Ansätzen zur Unterstützung für MethodenentwicklerInnen eine wesentliche Rolle.

Selin Üreten, Olga Sankowski, Dieter Krause

1. PKT – Kontinuierliche Weiterentwicklung in Forschung und Lehre

Ein Überblick zu den Entwicklungen am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der Jahre 2016 – 2020

Christoph Rennpferdt, Tobias S. Hartwich, Dieter Krause

6. Aktuelle Ansätze in der Entwicklung und Auslegung von Leichtbaustrukturen

In diesem Kapitel werden die innovativen und methodischen Ansätze in der Entwicklung von Leichtbaustrukturen am PKT vorgestellt. Es ist eng mit dem Anwendungsfeld Luftfahrt verbunden, das in Kap. 9 Neue Trends in der Flugzeugkabinenentwicklung vorgestellt wird.

Emil Heyden, Johann Schwenke, Tobias S. Hartwich, Michael Hanna, Dieter Krause

Kapitel 9. Maschinenbaustudium im Spannungsfeld von Ingenieurskompetenzen, Digitalisierung und Nachhaltiger Entwicklung

Maschinenbau ist eine der grundlegenden Disziplinen, wenn es um die Entwicklung, Anwendung und Umsetzung technischer Lösungen für eine nachhaltige Entwicklung geht: Es sind Ingenieurinnen und Ingenieure, die ausgehend von gesellschaftlichen Erwartungen technische Produkte gestalten und damit ihre weit gefassten Umweltauswirkungen definieren und so gesellschaftliche Veränderungen herbeiführen. Gleichzeitig sind digitale Methoden in sehr vielen Bereichen der Ingenieurstätigkeit schon lange gut verankert.Der Fachbereich Maschinenbau und Kunststofftechnik der Hochschule Darmstadt (h_da) untersucht aktuell systematisch, wie es gelingen kann, alle relevanten Ingenieurskompetenzen auch zukünftig in einem berufsqualifizierenden Bachelor-Studiengang zu vermitteln, aber gleichzeitig Ingenieurinnen und Ingenieure auszubilden, die digitale oder andere Verfahren und Lösungen selbstverständlich zielgerichtet für eine nachhaltige Entwicklung einsetzen können. Rahmenbedingungen sind dabei durch Fachgrenzen und die Beschränkung auf den zeitlichen Umfang der Ausbildung gegeben, d. h. neben ausreichenden fachlichen Kompetenzen ist die Befähigung zur anschlussfähigen Kommunikation über Fachgrenzen hinaus wie auch in einem interkulturellen und internationalen Kontext zielgerichtet und sinnvoll zu agieren maßgeblich.Ziel des Artikels ist es, die Randbedingungen und Möglichkeiten auszuloten, die bestehen und aus denen heraus die Studierenden ihre Kompetenzen erwerben, mit denen sie als Ingenieurin oder Ingenieur einen wesentlichen Beitrag für nachhaltige Entwicklung leisten können. Darauf aufbauend werden insbesondere digitale Werkzeuge untersucht, deren Anwendung hierfür grundlegend, notwendig oder hilfreich ist. Daraus entsteht ein Konzept für eine schlüssige moderne Ingenieursausbildung, die auch weiter fähige Maschinenbau-Ingenieurinnen und -Ingenieure hervorbringt, diese aber gut im Kontext nachhaltiger Entwicklung verankert hat.

Alexander Landfester, Sven Linow, Florian van de Loo

5. Das bionische Konstruieren

Ähnlich dem Vorgehen gemäß der Konstruktionsmethodik bei der Neu- oder Weiterentwicklung von Produkten im Maschinenbau, ist es für den Projekterfolg und auch für die Nutzung des bionischen Potentials notwendig, bei bionischen Forschungsund Entwicklungsprojekten ebenfalls einen methodischen Ansatz zu verfolgen. Empfehlungen und Beschreibungen zum grundsätzlichen Vorgehen bei bionischen Forschungsarbeiten und Projekten finden sich vor allem in den Richtlinien VDI 6220 – 6226, in der DIN ISO 18457 sowie vereinzelt in der Fachliteratur.

Welf Wawers

4. Die Natur nachbauen – Ingenieurwissenschaftliche Grundlagen

Die Entstehungshistorie manch erfolgreicher bionischer Produkte kann etwas planlos erscheinen. Rinder gehen nicht durch stachelige Dornenhecken, also bauen wir einen Zaun mit Stacheln. Dann wird etwas herumexperimentiert, welche Arten von Stacheln wirksam sind, wie und wo sie befestigt werden können, und schließlich, wie sich das Ganze leicht industriell herstellen lässt.

Welf Wawers

Kapitel 2. Betonstahl und Korrosion

Eisenwerkstoffe sind aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften sowie der guten Form- und Bearbeitbarkeit im Bauwesen von besonderer Bedeutung. Durch die Beimischung weiterer Stoffe (Legieren) können die Eigenschaften des Werkstoffes an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Erz als Rohstoff der Eisenwerkstoffe bezeichnet ein aus der Erdkruste abgebautes Mineralgemenge, welches einer mechanischen sowie chemischen Weiterverarbeitung unterzogen werden kann.

Eduardus Koenders, Kira Weise, Oliver Vogt

1. Aufbau und Vorgehensweise des Buches

Bei den hier vorgestellten Aufgaben der Kap. 2, 4 und 6 handelt es sich um „konstruktive Übungen“, die von den Studenten zum größten Teil außerhalb des Seminars bzw. Unterrichts erarbeitet werden. Als Arbeitsaufwand hierfür sind 40 bis 60 Stunden vorgesehen. Mit den Kap. 3, 5 und 7 wird jeweils eine Klausuraufgabe nachgestellt, die der Lernzielkontrolle für die in den Übungen erarbeiteten Themenbereiche dient. Als Bearbeitungszeit sind 4 Unterrichtsstunden angedacht. Ein mögliches Bewertungsschema für alle Aufgaben befindet sich im Anhang (Tab. A.1, A.2). Kap. 8 ist eine Projektarbeit von Studierenden der Fachschule in Mönchengladbach, die in eigener Verantwortung konzipiert wurde. Hier werden zudem optimierte Alternativen im Rahmen des Schweißens dargestellt. Die im Weiteren beschriebene systematische Vorgehensweise findet in allen konstruktiven Übungen ihre konsequente Umsetzung.

Bernhard Fleischer, Hans Theumert

3. Von der Idee zum fertigen Produkt

Vorab: Die folgenden Ausführungen stellen den komplexen und vielschichtigen Prozess der Produktentstehung vereinfacht dar, um eine gute und übersichtliche Zugänglichkeit für den Leser zu erreichen. Es wird eine an die Richtlinie VDI 2221 angelehnte Beschreibung gewählt, weitere in der Literatur beschriebene Modelle und Philosophien werden beschrieben und diskutiert. Das Ziel ist, eine praxistaugliche, nicht zu theoretische Darstellung, die dem Studierenden, aber auch dem Praktiker eine wirkliche Hilfestellung sein kann.

Paul Naefe, Jörg Luderich

1. Einführung

Die Konstruktionsmethodik, die manchmal auchKonstruktionssystematik oder mit der älteren Bezeichnung auch Konstruktionslehre genannt wird, wurde seit der Mitte des 20. Jahrhunderts intensiv weiterentwickelt. Sie hat zum Ziel, die Konstruktionstätigkeit besser lern- und auch lehrbar zu machen. Seit ca. 1970 fand dieses Thema dann auch zunehmend in den Studieninhalten, vor allem in denen des Maschinenbauingenieurwesens, seinen festen Platz und zunehmende Akzeptanz bei den Studierenden. Bei einer Umfrage, die im Jahre 2014 unter Studenten am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik an der FH-Köln (seit 2015 TH Köln) durchgeführt wurde, bezeichneten die meisten Teilnehmer das Fach als „nützlich“, der Rest als „bedeutend“. Trotzdem gelingt es oft nicht, das im Studium erworbene Wissen in der industriellen Praxis umzusetzen. Die vermittelten Methoden werden von vielen oft als zu unflexibel angesehen, wie aus einschlägigen Untersuchungen zu diesem Thema hervorgeht [Wie13].

Paul Naefe, Jörg Luderich

6. Anpassungskonstruktion

In der industriellen Praxis betreffen rund 90 % aller Entwicklungsprojekte Weiterentwicklungen (Anpassungs- oder Variantenkonstruktion) [PaBe13]. Ziel dieser Projekte ist häufig die Optimierung von Funktionen und/oder Kosten, wobei der Fokus nicht immer auf der Gesamtmaschine liegt, sondern häufiger noch auf Baugruppen und/oder Einzelteilen.

Paul Naefe, Jörg Luderich

Kapitel 3. Produktplanung und Produktgestaltung

Im Zusammenhang mit der Geschäftsfeldstrategie ist langfristig festzulegen, mit welcher Art und welchen Varianten von Produkten das Unternehmen auf welchen Märkten tätig sein wird - womit das Produktprogramm festzulegen ist. Das Produktprogramm kann durch zwei Dimensionen beschrieben werden, nämlich die Programmbreite (Zahl der Produktarten) und die Programmtiefe (Zahl der Produktlinien). Es ergibt sich also ein direkter Zusammenhang von produktpolitischen zu programmpolitischen Entscheidungen.

David Müller

Kapitel 6. Kostenrechnung

Grundlegend für das Verständnis der Kostenrechnung ist der Kostenbegriff. Dieser wurde schon im Bereich des Jahresabschlusses eingeführt, und wird an dieser Stelle vertieft. Der interne Erfolg ergibt sich aus der Differenz zwischen betrieblichen Kosten und Leistungen.

David Müller

Kapitel 1. Merkmale von Unternehmen, Akteuren und Produkten

Ein wichtiger Ausgangspunkt menschlichen Handelns sind Bedürfnisse. Ein Bedürfnis ist ein Mangelempfinden, verbunden mit dem Wunsch nach Befriedigung. Bedürfnisse werden nach ihrer Dringlichkeit in physiologische Bedürfnisse, Sicherheitsbedürfnisse, soziale Bedürfnisse, Wertschätzungsbedürfnisse und Selbstverwirklichungsbedürfnisse unterschieden.

David Müller

3. Tribologische Systeme

Tribologische Systeme (oder kurz Tribosysteme) sind technische Konstruktionen, deren Funktion durch mechanisch bewegte – und damit reibungs- und verschleißbeanspruchte – Strukturelemente (interacting surfaces in relative motion) realisiert wird. Tribosysteme haben die Aufgabe, Bewegungen, Energie und Material umzuwandeln, zu transportieren und technisch nutzbar zu machen. Beispiele reichen von Maschinenelementen, wie Lager und Getriebe, den Transportmitteln Rad/Straße, Reifen/Schiene bis hin zu Produktionsanlagen und Industrierobotern. Ausgehend von einer Klassifikation in energie-, informations- und stoffbasierte tribologische Systeme sowie einer Übersicht über Nanotribologie, Mikrotribologie und Makrotribologie wird die systemtechnische Methodik zur Reibungs- und Verschleißanalyse dargestellt.

Horst Czichos

Chapter 1. Models and Procedures of Product Development

Integrated Product Development (IPD) is one of the best-known integration approaches to support product development [GeBa-2002], which is not limited to specific industries. It arose from the necessity to integrate all areas involved in the generation of a product (starting with marketing, followed by production to sales) into product development by means of suitable measures, to overcome forms of organization based on the division of labour and to concentrate not only on solving technical problems but also on the associated processes [Olss-1985, Ehrl-1995, Burc-2001].

Sándor Vajna, C. Burchardt, P. Le Masson, A. Hatchuel, B. Weil, T. Bercsey, F. Pilz

Kapitel 1. Einleitung

Der Festigkeitsnachweis von Konstruktionen und Bauteilen gehört zu den Grundaufgaben des Ingenieurs. Er muss nachweisen, ob ein Bauteil allen im Lebenszyklus auftretenden Belastungen mit ausreichender Sicherheit versagensfrei standhält. Dem gegenüber steht die ökonomische Forderung nach geringen Kosten bei der Herstellung und insbesondere im Automobilbau nach leichten Konstruktionen.

Sebastian Götz, Klaus-Georg Eulitz

Kapitel 1. Einleitung und Motivation

In diesem Kapitel werden verschiedene Motivationen gegeben, um sich mit dem Thema Leichtbau zu beschäftigen. Weiterhin wird kurz die deutschsprachige Literatur zum Thema vorgestellt und das aktuelle Werk eingeordnet.

Andreas Öchsner

7. Organisatorische Strukturgestaltung

In Kapitel 7 wird der Beitrag des Organisierens für die Steuerung von Unternehmen beleuchtet. Es wird die Bedeutung organisatorischer Regelungen herausgearbeitet, aber auch auf die Limitationen dieses regelbasierten Managementinstruments verwiesen. Das Organisieren wird in zwei Hauptaufgaben untergliedert, die Differenzierung und die Integration. Die Differenzierung bezieht sich auf den Basissachverhalt jeder Organisation, die organisatorische Arbeitsteilung und den damit verbundenen Vorteilen. Hierzu werden die wesentlichen Teilungsmuster vorgestellt, insbesondere die Spezialisierung nach Aufgaben und nach Objekten. Ein besonderes Augenmerk gilt dabei der funktionalen bzw. der divisionalen Organisation.Die organisatorische Integrationsaufgabe wird mit drei Hauptinstrumenten umschrieben: Hierarchie, Programmierung und Selbstabstimmung. An erster Stelle steht die Hierarchie in ihren Grundzügen und Leistungsbeiträgen, dem wird gegenübergestellt die Kritik an der hierarchischen Integration und die aktuelle Forderung nach hierarchiearmen Abstimmungsformen. Bei der Programmierung wird im Wesentlichen zwischen Konditional- und Zweckprogrammen unterschieden. Die Zweckprogrammierung ist landläufig unter dem Begriff des Management by Objectives bekannt. Die Selbstabstimmung oder auch Spontanabstimmung wird anschließend in ihrer grundsätzlichen Bedeutung beschrieben und nach verschiedenen Formen organisierter Selbstabstimmung unterschieden. Dabei spielt das Instrument der Matrixorganisation eine zentrale Rolle als ein in der Praxis häufig gewähltes Instrument zur Bewältigung komplexer Abstimmungsprobleme. In dem Zusammenhang wird auch auf neue Formen der horizontalen Abstimmungsorganisation verwiesen, z. B. die fraktale Organisation oder die interne Netzwerkorganisation. In diesem Kontext gilt das Interesse auch den Vorschlägen zu einer Prozessintegration, d. h. einer Restrukturierung des Unternehmens nach mehr oder weniger verselbständigten Prozessen, die in sich verschiedene Prozessstufen umfassen.Abschließend wird das Organisieren in den Kranz verschiedener Einflussgrößen gestellt. Berücksichtigung findet zunächst die Umwelt als Kontextfaktor, wobei vornehmlich zwischen turbulenten und stabilen Umwelten mit je spezifischen Kontextbedingungen unterschieden wird. Verwandt damit ist die Technologie als Einflussfaktor, wobei hier in besonderem Maße die grundsätzliche Rekursivität der Organisationsgestaltung eine Rolle spielt: Technologie als bestimmende Einflussgröße einerseits und als Gegenstand des Einflusses der Organisationsmitglieder andererseits. Als weitere Einflussfaktoren werden schließlich der Lebenszyklus von organisierten Systemen und die Charakteristika der zu organisierenden Menschen bzw. deren Handlungen und Handlungsmotivationen beleuchtet.

Georg Schreyögg, Jochen Koch

Kapitel 7. Entwicklungslinien der Organisationstheorie

Die Organisationstheorie ist eine heterogene Disziplin. Sie wird nicht von einem Einheitsparadigma beherrscht, das die gesamte Forschung und die praktischen Gestaltungsempfehlungen leiten würde. Es ist vielmehr so, dass unterschiedliche Perspektiven und Theoriegebäude um Erklärungs- und Gestaltungsrelevanz konkurrieren. Wie schon bei der Diskussion um den Organisationsbegriff angeklungen, gibt es unterschiedliche Auffassungen über den Gegenstand (das Erkenntnisobjekt) wie auch über das methodische Grundverständnis: Ist die Organisationstheorie eine empirische Wissenschaft, die in der Realität vorfindbare Phänomene beschreibt und in ihren Zusammenhängen erklärt? Oder ist sie mehr eine analytische Wissenschaft, die, ähnlich wie die Mathematik, organisatorische Problemstellungen gedanklich durchdringt, ordnet und mit Hilfe von komplexen Algorithmen optimale Lösungen unter spezifizierten Bedingungen bestimmt? Oder ist die sie eine Verfahrenslehre, die Anleitung gibt, wie man Prozesse erfasst, ordnet und optimiert?

Georg Schreyögg, Daniel Geiger

Kapitel 4. Baustoffliche und baukonstruktive Randbedingungen

Mit den Ausführungen in den nachfolgenden Abschnitten soll die Bandbreite zur Verfügung stehender Materialien für Textilbetonbauteile aufgezeigt werden. Dazu gehören die textile Bewehrung und die umschließende Betonmatrix. Im Zuge der Darstellung werden potenzielle Einflüsse der Materialkomponenten auf die geplanten Versuche zur Recyclingfähigkeit diskutiert.

Jan Kortmann

1. Einleitung

Wir sind überzeugt, dass neben dem Branchenwissen von Experten, die Arbeitsmethodik und die Nutzung von zeitgemäßen Werkzeugen elementar sind, damit Konstruktionsexperten möglichst direkt gute Konstruktionsentwürfe erzielen. Wir sind überzeugt, dass, wenn wir als Konstrukteure die Physik besser verstehen und die Ergebnisse auf einfache und verständliche Weise sichtbar machen können, deutlich bessere Konstruktionen entstehen.In diesem Buch finden Sie acht Rezepte, die Ihnen helfen werden, typische Aufgaben aus der täglichen Konstruktionsarbeit zu meistern. Darüber hinaus werden Sie viel mehr vom Verhalten des Gesamtsystems verstehen und durch virtuelles Experimentieren mit Varianten die ganze Bandbreite der Lösungsmöglichkeiten ausloten können. „Do more with less“ ist unsere Philosophie für die physikbasierte Konstruktion, welche das Buch inhaltlich begleiten wird. Der Ansatz ist einfach: Sie können viel mehr Ideen und Designs in deutlich weniger Zeit bewerten, indem Sie Werkzeuge nutzen, die Ihnen das physikalische Verhalten Ihrer Ideen unmittelbar zeigen, ohne dass Sie auf eine Simulation von einem Experten warten müssen. Die hochwissenschaftliche Genauigkeit ist dabei nicht der Hauptfokus. Ihnen ist viel mehr geholfen, wenn Sie mit wenig Aufwand die richtige Stoßrichtung Ihrer Entwicklung herauskristallisieren können.

Michael Brand, Kevin Baur, Severin Brunner, Christof Gebhardt

Kapitel 1. Einleitung zur Computerunterstützten Produktentstehung

Die Bezeichnung „Computerunterstützte Produktentstehung“ steht für den aktuellen Stand der modernen Produktentwicklung kombiniert mit der Produktion.

Peter Hehenberger

Kapitel 10. KONSTRUIEREN

In vorigen Kapiteln sind wesentliche Aspekte im Zusammenhang mit der Baukonstruktion diskutiert worden, nicht jedoch im Einzelnen der Vorgang des Konstruierens selbst. Um die Haupthypothese dieses Werks deutlich zu machen – nämlich dass das Erkennen von und der richtige Umgang mit Lösungsprinzipien entscheidend für den Erfolg beim Konstruieren ist –, lohnt ein näherer Blick auf den Konstruktionsprozess selbst: Damit gemeint ist nicht so sehr der eigentliche Prozess des Zusammensetzens von Einzelteilen (die ursprüngliche Bedeutung des Wortes, die in der Bausprache allerdings keine Rolle spielt), sondern in erster Linie der planerische Prozess der Konzeption und detaillierten Definition einer baulichen Struktur.

José Luis Moro

Kapitel 2. Grundlagen

Das folgende Kapitel dient der Entwicklung eines besseren und einheitlichen Verständnisses dieser Arbeit. Zunächst werden Begriffe und Konzepte im Dienstleistungsbereich betrachtet, indem insbesondere auf industrielle Dienstleistungen und industrielle Produkt-Service Systeme (PSS) sowie industrielle Smart Services als Kernthema dieser Arbeit eingegangen wird. Der darauffolgende Teil des Grundlagenkapitels konzentriert sich auf das Thema Geschäftsmodelle sowie Geschäftsmodellinnovation.

Sabrina Gerl

Funktionen risikoorientierter Konstruktionsvorgaben für Produkte des anonymen Absatzmarkts

Für die Konzeption einer adäquaten, d. h. insbesondere auf die speziellen Anwendungsbedingungen einer empirischen Entscheidungssituation zugeschnittenen, Methodik kann eine produktionstypologische Abgrenzung des Untersuchungsgegenstands einen wichtige Grundlage liefern (zum Zweckbezug der Typenbildung vgl. Kosiol [Aktionszentrum] 33 f.; Küpper [Produktionstypen] 1636 f.). Produktionstypen bildet man allgemein, indem die in der Wirklichkeit auftretenden Formen der Produktion durch mehrere, häufig kontinuierlich abgestufte Merkmale gekennzeichnet werden. Dabei ist es in der Literatur üblich, nur ein einziges Merkmal unter einer bestimmten Problemstellung herauszuheben, wobei die verschiedenen Merkmalsausprägungen dann als (Produktions-)Typen (vgl. Riebel [Typen] 663) bzw.

Tim Nießer

Konzeption eines Modells zur entscheidungslogischen Fundierung risikoorientierter Konstruktionsvorgaben für Produkte des anonymen Absatzmarkts

Die vorliegende Arbeit zielt auf die Konzeption eines Entscheidungsmodells zur entscheidungslogischen Fundierung risikoorientierter Konstruktionsvorgaben für Produkte des anonymen Markts. Dabei spielen zwei verschiedene, aber in enger Beziehung zueinanderstehende Teilzusammenhänge eine herausragende Bedeutung: Um modellhaft im Sinne eines „Target Risking” gesamtzielentsprechende Vorgabeziele für die Konstruktion zu definieren und (z. B. auf Ebene einzelner Produktkomponenten) zu präzisieren, soll zunächst ein Lösungsalgorithmus erarbeitet werden, mit dem Informationen über eine Präferenzreihenfolge der komponentenspezifischen Konstruktionsalternativen für die Umsetzung der Zielerreichung bereitgestellt werden können. Damit lassen sich modellgestützt zweckmäßige Handlungsregeln zur Lösung von Entscheidungen über (Um-)Konstruktionsmaßnahmen ableiten.

Tim Nießer

Kapitel 10. T

Ludwig Gramlich, Peter Gluchowski, Andreas Horsch, Klaus Schäfer, Gerd Waschbusch

Redesign des Requirements Engineering in Netzwerken für Smart Products

Smart Products erweitern nicht nur die Möglichkeiten, wie wir als Konsumenten Produkte und Dienstleistungen nutzen können. Auch die Entwicklung solcher Smart Products unterliegt einem Wandel. Die Smart Product Entwicklung erfolgt in der Regel in Netzwerken fachdisziplin- und branchenübergreifend. Um die an das Produkt gestellten Anforderungen zu erfüllen und somit eine entsprechende Produktqualität zu sichern, wird das Requirements Engineering (RE) eingesetzt. Dementsprechend ist das RE mit den gleichen Herausforderungen bezüglich eines vernetzten Entwicklungsprozesses über Fachdisziplinen und Branchen hinweg konfrontiert.Um diese Herausforderungen zu meistern, wird im Rahmen des DFGProjekts ReMaiN (Requirements Management in Networks) untersucht, welche unterschiedlichen RE-Konzepte international und in verschiedenen Branchen existieren, um im nächsten Schritt ein RE mit standardisierten Phasen zu entwickeln.Der folgende Beitrag präsentiert die ersten Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten. Es werden die Gemeinsamkeiten und Widersprüche verschiedener REKonzepte dargelegt und der erste Entwurf standardisierter RE-Phasen vorgestellt, die mit einem interdisziplinär nutzbaren Modell verlinkt sind.Darauf aufbauend werden am Beispiel eines Staubsaugroboters diese Phasen und die entsprechende Modellierung exemplarisch durchlaufen und diskutiert.Abschließend wird ein Ausblick über weitere Forschungsarbeiten und zukünftige Forschungsthemen im Bereich des RE gegeben.

Nadine Schlüter

Concept for the industrialization of physical products in the highly iterative product development

Konzept für die Industrialisierung von physischen Produkten in der hochiterativen Produktentwicklung
Shari Wlecke, Jan-Philipp Prote, Marco Molitor, Christopher Müller, Günther Schuh

5. Zur Synthese von Antriebssystemen

Oft ist es wesentlich, bei der Konzeption eines Antriebssystems von Anfang an ein strukturell günstiges Funktionsprinzip zu finden und die richtige Auswahl unter mehreren geeigneten Baugruppen zu treffen, vgl. dazu Abschn. 5.7. Es sei in diesem Zusammenhang auch erwähnt, dass häufig die wesentlichen konstruktiven Kennzeichen einer antriebstechnischen Lösung durch Patente geschützt sind. So stecken z. B. in der konstruktiven Lösung für schaltbare Kupplungen im Antriebsstrang eines PKW, eines Hybridantriebs oder eines stufenlos verstellbaren Getriebes jeweils hunderte von Patenten! Man kann eigentlich erfinderische Ideen, die definitionsgemäß jedes Patent enthalten muss, nicht „ausrechnen“. Oft kann man aber durch die Modellberechnungen die sinnvollen Parametergrenzen des jeweiligen Funktionsprinzips ermitteln und daraufhin sich zu neuen Lösungen inspirieren lassen. Die dynamische Belastung eines Maschinenantriebs setzt sich üblicherweise aus drei Anteilen zusammen:

Hans Dresig, Alexander Fidlin

3. Methoden und Hilfsmittel im Leichtbau

In vielen Entwicklungsprojekten bestätigte sich immer wieder, dass Leichtbau zu den theoretischsten Disziplinen der Ingenieurwissenschaft zu zählen ist. Gewöhnlich verteilen sich die Zeitanteile bei typischen Projekten etwa wie folgt:

Bernd Klein, Thomas Gänsicke

Kapitel 3. Service Engineering

Basierend auf der Darstellung der Notwendigkeit des Service Engineerings für den Erfolg von Dienstleistungen werden die Gestaltungsdimensionen des Service Engineerings in diesem Kapitel erläutert. Darauf aufbauend entwickelt das Kapitel systematisch und vergleichend die grundlegenden Vorgehensmodelle im Service Engineering und stellt deren Anwendungsmodalitäten dar. Auf die spezielle Rolle von Agilität in der Dienstleistungsentwicklung, insbesondere vor dem Hintergrund der Digitalisierung, wird in diesem Kontext vertieft eingegangen.

Prof. Dr. Jan Marco Leimeister

Kapitel 3. Anstieg der Modularisierungsbedeutung aufgrund der Gesichtspunkte Vielfalt und Komplexität sowie die Grenzen und Potentiale der Produktmodularisierung im Kontext zu anderen bestehenden Methoden

Wie in der Einleitung angeführt, fand in den vergangenen zehn Jahren im Bereich der Automobilbranche ein kontinuierlicher Anstieg der Fahrzeugmodelle und –derivate statt (CAR Universität Duisburg-Essen, 2012; B&D Forecast, 2006; Buchmüller et al., 2017b). Ergänzend hierzu ist ein geradezu explosionsartiger Anstieg der Variantenvielfalt zu verzeichnen (Wildemann, 2014b; Buchmüller et al., 2017b). Diese Entwicklung ist stellvertretend am Beispiel der Modellreihen bzw. Varianten im deutschen PKW-Markt in Abbildungen 7 und 8 zu sehen (Buchmüller et al., 2017b).

Melanie Buchmüller

Kapitel 2. Verbindungen

Fast alle Bauwerke setzen sich aus einer Vielzahl einzelner Bestandteile zusammen, die zu einem funktionsfähigen Ganzen zusammengefügt bzw. verbunden sind. Sowohl die Differenzierung in funktional unterschiedlich belegte Teile – wie Fenster und Mauer – als auch die bei der Herstellung zumeist unumgängliche Unterteilung der Baustruktur in kleinere gleichartige Segmente setzt ein Fügen bzw. Verbinden von Einzelteilen voraus. a b Anforderungen, die an das Gesamtbauwerk gestellt werden, gelten dabei ggf. auch für die einzelne Verbindung.

José Luis Moro

Reuleaux Triangle in Architecture and Applications

The Reuleaux triangle is a figure with the remarkable property of having constant width, a typical property of the circle. It takes its name from Franz Reuleaux, a 19th century German engineer, who studied its properties, in particular the ones related to applications to mechanics. However, this figure was previously known: actually, we find it in the shape of the windows and in the ornaments of some Gothic architecture. Furthermore, Leonardo da Vinci, to represent the terrestrial globe, used eight Reuleaux triangles, each one corresponding to an octant of the spherical surface. Even the mathematician Euler encountered this figure in his study of geometric forms with constant width.

Giuseppe Conti, Raffaella Paoletti

Kapitel 2. Methodisches Konstruieren

In den Anfängen technischer Entwicklung war der Erfinder meist gleichzeitig auch Erbauer seiner Produkte. Dies galt noch für die Gebrüder Wright, die am 17.12.1903 mit einer motorbetriebenen Flugmaschine für 12 Sekunden in die Luft gingen und damit zu den Begründern der Luftfahrt zählen (siehe Abb. 2.1). Sie waren Ideengeber, Entwicklungsingenieure, Konstrukteure, technischer Zeichner, Arbeitsvorbereiter, Facharbeiter und Testpiloten in Personalunion. Die „Ausbildung“ zum Ingenieur war zu dieser Zeit vor allem eine praktisch-handwerkliche. Zu einer theoriegeleiteten Wissenschaft hat sie sich weit später entwickelt.

Bernhard Fleischer

Kapitel 1. Einführung

Der Begriff Konstruktion leitet sich ab aus dem Lateinischen „constructio“ und bedeutet Zusammenfügung oder Verbindung. Er beschreibt die Abfolge, um einfache Elemente zu einem komplexen Gegenstand zusammenzusetzen. Damit bezieht er sich sowohl auf die Tätigkeiten als auch das eigentliche Ergebnis (Produkt). Ein Konstrukteur denkt dabei das Produkt zur Lösung einer technischen Problemstellung bildhaft voraus. Konstruieren bezeichnet entsprechend die Handlungen vom Vorausdenken von der Idee bis zur Realisierung. Die Schrift VDI 2223 (Verein Deutscher Ingenieure) definiert den Begriff Konstruieren zusammenfassend wie folgt: „Konstruieren ist das vorwiegend schöpferische, auf Wissen und Erfahrung gegründete und optimale Lösungen anstrebende Vorausdenken technischer Erzeugnisse, Ermitteln ihres funktionellen und strukturellen Aufbaus und Schaffen fertigungsreifer Lösungen.“

Bernhard Fleischer

Kapitel 5. Konstruktionsoptimierung

Während noch Mitte des letzten Jahrhunderts Firmen in erster Linie bestehende Marktbedürfnisse deckten (Verkäufermarkt), befi nden sich die Unternehmen aktuell in einem Käufermarkt (vgl. auch Ausführungen in Kap. 2.3.5). Es ist zunehmend wichtig, mit immer neuen Ideen immer schneller Produkte herzustellen. Unter verkürzten Produktlebenszyklen (vgl. Beispiel Abb. 5.1) stellen sich Sättigungsphasen des Marktes stetig früher ein (vgl. auch Abb. 2.29) und die Zeitspanne von der Idee bis zur Produktreife (time to market) nimmt ab; einhergehend ebenso die Gewinnphase. Dies führt in den Konstruktionsabteilungen zu zeitparallelen und überlappenden Tätigkeiten (vgl. Abb. 1.14).

Bernhard Fleischer

Kapitel 2. Grundlagen

In diesem Kapitel werden die für dieses Buch grundlegenden Begriffe, Konzepte und Methoden eingeführt und erläutert. Zunächst werden in Abschn. 2.1 das physikalische Funktionsprinzip, die Komponenten, Ausführungen und Anwendungsbereiche von Separatoren erläutert. Anschließend werden in Abschn. 2.2 die relevanten Begriffe im Kontext der interdisziplinären Entwicklungsmethodik und des Systems Engineerings erklärt. Abschn. 2.3 erläutert grundlegende Aspekte zum Thema Sensorik in der Separatorentechnik. Schließlich führt Abschn. 2.4 die für das weitere Verständnis wichtigen Begriffe in den Bereichen Expertensysteme und Maschinelles Lernen ein.

Thorsten Westermann, Wilfried Mackel, Frank Taetz

19. Dichtungen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

1. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

11. Achsen, Wellen und Zapfen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

10. Federn

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

3. Festigkeitsberechnung

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

Kapitel 9. Produktionstechnik

Die Produktionstechnik dient der Erzeugung von Bauteilen und gebrauchsfertigen Gütern durch Produktionsanlagen und Werkzeugmaschinen. Es wird gezeigt, dass Werkzeugmaschinen heute mechatronische Systeme mit einer mechanischen Grundstruktur, elektro-mechanisch-fluidischen Antrieben, Sensorik, Aktorik und numerischer Prozesssteuerung sind. Die Übersicht über die herkömmlichen Makro- Produktonstechnologien wird ergänzt durch Mikroproduktionstechnologien und Mikrotechnologien für mechatronische Sensoren und Aktoren.

Horst Czichos

Alphabetisches Verzeichnis der Professoren

Alphabetisches Verzeichnis der Professoren

Dagmar Drüll

4. Technologien – Ingenieurwissen – Technische Systeme: Die Welt der Technik

Technik bezeichnet die Gesamtheit der von Menschen geschaffenen, nutzorientierten Gegenstände und Systeme sowie die zugehörige Forschung, Entwicklung, Herstellung und Anwendung. Technologie ist die Wissenschaft von der Technik.

Horst Czichos

Kapitel 6. Schule, Studium und Beruf

Mit dem Mauerfall begann die Zahl der Beschäftigten im Baubereich anzusteigen. Facharbeiter, Techniker und Ingenieure fanden in den 90ziger Jahren schnell eine Anstellung zu guten Konditionen. Die Menge der Ausbildungsstellen nahm kontinuierlich zu.

Michael Scheffler

Conclusion: Reflections on the Research

The objective of this research was to answer the research question of how design knowledge for engineering service systems in the digital age can be developed toward a consistent body of design knowledge. In order to address the underlying multifaceted nature of this overarching research question, the overall outline of the dissertation was attuned to the search process that ultimately lead to the emergence of a useful solution (Hevner et al., 2004; Simon, 1996). Against this backdrop, the constituents of this dissertation were comprised of six parts with each of them addressing a distinct task in the context of the overall research objective.

Benedikt S. Höckmayr

Modulares Projektportfoliomanagement – Eine Vision zur Beherrschung komplexer Projektlandschaften

In Zeiten stetig zunehmender Globalisierung und des digitalen Wandels operieren Unternehmen mehr denn je in einem hochgradig dynamischen und unsicheren Umfeld. Diese Volatilität wirkt sich sowohl auf die Strategiedefinition aus, als auch darauf, wie unternehmensinterne und -externe Projekte gestaltet und durchgeführt werden, um flexibel auf Veränderungen reagieren zu können (Sarkar, 2016).

Thorsten Lammers, Henning Skirde, Matthias Guertler

4. Ökologisches Sanieren von Baukonstruktionen

Ausgangspunkt der energetischen Sanierung ist die bauliche Analyse des Gebäudes – d. h. der Bauteile der Gebäudehülle und der Anlagentechnik – sowie deren Nutzung. Sowohl die Restlebensdauer sollte abgeschätzt werden als auch die Schäden. Die Genauigkeit bzw. die Tiefe der Untersuchungen werden hauptsächlich von zwei Faktoren bestimmt: 1. dem baulichen Zustand des Gebäudes und 2. der Komplexität der Bauaufgabe. An Hand von Beispielen aus Roh– und Ausbau werden eine Vielzahl ökologischer Sanierungsmaßnahmen aufgezeigt.

Dr. Michael Stahr

Kapitel 1. Einleitung und Motivation

In diesem ersten Kapitel werden verschiedene Motivationen geboten, um sich mit dem Thema Leichtbau zu beschäftigen. Weiterhin wird kurz die deutschsprachige Literatur zum Thema vorgestellt und das aktuelle Werk eingeordnet.

Andreas Öchsner

Chapter 3. Writing and Creating the Technical Report

In this chapter you will get many tips and see many examples for the appropriate creation of the Technical Report. Hints for working with word processor systems are mainly collected in Sect. 3.7. However, before showing the details of this chapter, we want to present some general and summarizing thoughts.

Heike Hering

Konstruieren

Für menschliche Bedürfnisse gebrauchstaugliche Behausungen wurden selbst in vorgeschichtlichen Zeiten nur sehr selten in der natürlichen Umgebung vorgefunden, sondern mussten zumeist in einem mehr oder weniger komplexen technischen Herstellungsprozess gefertigt werden. Zu diesem Zweck musste man geeignete Baumaterialien gewinnen, bearbeiten sowie daraus hergestellte Teile zu einem Gesamtgefüge zusammenbauen. Heutige Bauwerke werden – insbesondere angesichts der hohen Anforderungen, die gegenwärtig mit der Gebrauchstauglichkeit verknüpft werden – ohne Ausnahmen technisch hergestellt.

José Luis Moro

Kapitel 6. Der Syndikus Syndikus bei Unternehmungen des Maschinenbaus

Auch wenn die Begrifflichkeiten hinlänglich bekannt und geläufig sind, lohnt es sich im Hinblick auf den Arbeitstitel dieses Abschnitts sich kurz mit den Definitionen zu beschäftigen. Denn der Verfasser erlaubt sich zu behaupten, dass hier wie in keinem anderen Wirtschaftszweig die Aussage „zwei Welten treffen aufeinander“ gilt; denn es handelt sich um die Welt der Juristen einerseits und um die Welt der Techniker/Ingenieure andererseits.

Edmund Schaich

1. Einführung

Nach der Definition des Begriffs „Konstruktion“ erfolgt ein kurzer Überblick über die historische Entwicklung der Konstruktionslehre bis zur Konstruktionsmethodik und deren Ziele. Da unter Konstruktion nicht nur die Tätigkeit, sondern auch die Organisationseinheit im Unternehmen verstanden wird, erfolgt eine Erläuterung über deren Einordnung in die Aufbau- und Informationsorganisation. Es wird in diesem Zusammenhang auf die Bedeutung der Teamarbeit kurz eingegangen, die sich als effizienteste Arbeitsweise inzwischen etabliert hat. Am Ende des Kapitels wird auf die Bedeutung der integrierten Produktentwicklung und ihre Elemente und Methoden eingegangen und es erfolgt ein Hinweis auf die Unterstützung der Konstruktionsmethodik durch Normen und Verbände

Paul Naefe

15. Zahnräder und Zahnradgetriebe

Zahnradgetriebe besitzen infolge ihrer verzahnten (formschlüssigen) Radkörper eine von der Belastung unabhängige Übersetzung, d. h. das Verhältnis der Antriebs- zur Abtriebsdrehzahl ist nicht vom übertragenen Drehmoment abhängig. Sie gehören in ihrer üblichen Ausführung zu den gleichmäßig übersetzenden Getrieben. Eine Ausnahme bilden die elliptischen oder exzentrisch gelagerten Zahnräder, die u. a. schwingende Bewegungszustände erzeugen oder beim Anlauf durch eine günstigere momentane Übersetzung Vorteile bringen sollen.

Heinz Linke

10. Reibung, Verschleiß und Schmierung

Reibung und Verschleiß sind häufig unerwünscht. Während Reibung den Wirkungsgrad von Maschinenelementen, Maschinen und Anlagen verschlechtert und damit den Energiebedarf erhöht, mindert Verschleiß den Wert von Bauteilen und Baugruppen und kann zum Ausfall von Maschinen und Anlagen führen. Andererseits wird bei vielen technischen Anwendungen eine hohe Reibung angestrebt, Tab. 10.1. Auch Verschleiß kann in Sonderfällen in begrenztem Umfang nützlich sein, so z. B. bei Einlaufvorgängen.

Ludger Deters

11. Lagerungen, Gleitlager, Wälzlager

Lagerungen im Maschinenbau ermöglichen Relativbewegungen von Maschinenteilen und stellen somit im Sinne der Getriebelehre die konkrete Ausformung von Gelenken dar, Abb. 11.1: Linearlager erlauben translatorische Relativbewegungen, Drehlager ermöglichen rotatorische Relativbewegungen, Gelenklager lassen Drehbewegungen um beliebige Achsen zu, Drehlager, die in sich axial verschiebbar sind, bilden Dreh-Schubgelenke.

Gerhard Poll, Ludger Deters

6. Werkstoffeigenschaften

Technische und wirtschaftliche Beurteilung von Werkstoffen

Dieses Kapitel enthält grundlegende Fachinhalte aus der Werkstoffkunde, wobei die technische und auch wirtschaftliche Bedeutung behandelt wird. Der Schwerpunkt wird dabei auf die Einteilung der Werkstoffe und auf die Werkstoffeigenschaften gelegt. Als Vorbereitung auf den methodischen Teil werden auch grundlegende Inhalte zur Werkstoffauswahl und Werkstoffprüfung behandelt. Bei Verfügbarkeit eines gut ausgestatteten Prüflabors (z. B. Zugprüfmaschine, Härteprüfeinrichtungen etc.) wäre eine Vertiefung des technischen Stoffgebiets durch praktische Übungen sinnvoll. Im vorliegenden Kapitel werden Methoden und Übungen vorgestellt, die ohne kostenintensives Equipment durchgeführt werden können und zu einer Vertiefung des Verständnisses über Werkstoffe und deren Eigenschaften beitragen.

DI Dr. Wolfgang Waldhauser, BSc Eva Maria Neubauer

2. Prinzipe der Adaptronik

Dieses Kapitel zeigt zunächst an Hand einführender Beispiele grundlegende Prinzipe adaptronischer Systeme auf. Die Elemente des integralen Entwicklungsprozesses adaptronischer Systeme sind an Hand systemtheoretischer Betrachtungen erläutert. Das Kapitel stellt die grundlegenden Varianten adaptronischer Systeme dar. Die wichtigsten Bausteine adaptronischer Systeme und die Integrationsvarianten sensorischer und aktorischer Elemente in den Lastpfad zeigen den roten Faden durch das Buch auf.

Johannes Michael Sinapius

1. Aufbau und Vorgehensweise des Buches

Bei den hier vorgestellten Aufgaben der Kap. 2, 4 und 6 handelt es sich um „konstruktive Übungen“, die von den Studenten zum größten Teil außerhalb des Seminars bzw. Unterrichts erarbeitet werden. Als Arbeitsaufwand hierfür sind 40 bis 60 Stunden vorgesehen. Mit den Kap. 3, 5 und 7 wird jeweils eine Klausuraufgabe nachgestellt, die der Lernzielkontrolle für die in den Übungen erarbeiteten Themenbereiche dient. Als Bearbeitungszeit sind 4 Unterrichtsstunden angedacht. Ein mögliches Bewertungsschema für alle Aufgaben befindet sich im Anhang (Tab. A.1, A.2). Kap. 8 ist eine Projektarbeit von Studierenden der Fachschule in Mönchengladbach, die in eigener Verantwortung konzipiert wurde. Hier werden zudem optimierte Alternativen im Rahmen des Schweißens dargestellt. Die im Weiteren beschriebene systematische Vorgehensweise findet in allen konstruktiven Übungen ihre konsequente Umsetzung.Kap. 1 gibt eine Übersicht über das Methodische Konstruieren nach VDI 2221 und bildet somit die Grundlage für die im Weiteren dargestellten konstruktiven Entwicklungen.

Bernhard Fleischer, Hans Theumert

Franz Reuleaux: Theoretische Kinematik (1875)

Eine Maschine ist eine Verbindung widerstandsfähiger Körper, welche so eingerichtet ist, dass mittelst ihrer mechanische Naturkräfte genöthigt werden können, unter bestimmten Bewegungen zu wirken. […]

Andreas Ziemann

17. Grundlagen der Thermodynamik

Die Kap. 17 bis 21 befassen sich mit der Technischen Thermodynamik. Sie geben einen Einstieg in diese allgemeine Energielehre. Im Kap. 17 werden zunächst die benötigten Grundlagen für die Thermodynamik besprochen. Danach werden wir im Kap. 18 die Hauptsätze der Thermodynamik kennenlernen. Auf diesen Erfahrungssätzen baut das Gebäude der Thermodynamik auf. Im Kap. 19 werden wir dann auf die verwendeten Stoffe und deren thermodynamische Beschreibung eingehen. Hier wird unter anderem behandelt, wann wir einen Stoff noch als ideales Gas ansehen können und wann wir ihn als reales Gas beschreiben müssen. In den Kap. 20 und 21 werden wir dann verschiedene Beispiele zur Verdeutlichung der Anwendung der Hauptsätze und der Anwendung der Thermodynamik auf reale Systeme, wie z. B. Motoren, Verdichter, usw. kennenlernen. Die Thermodynamik besitzt eine weitreichende Bedeutung in den Natur- und Ingenieurwissenschaften.

Bernhard Weigand, Jens von Wolfersdorf, Jürgen Köhler

24. Toleranzen – geometrische Produktspezifikationen schaffen Qualität

In diesem Kapitel geht es darum, dass kein Bauteil, kein Produkt exakt nach den Vorgaben der Konstruktion gefertigt werden kann. Die Fertigung braucht als Grundlage für eine wirtschaftliche Produktion Toleranzen, also zulässige Grenzen innerhalb derer ein Produkt gefertigt werden darf, diese werden auch als geometrische Produktspezifikationen (GPS) bezeichnet. Konstrukteure stehen in der Verantwortung, wenn die Geometrie innerhalb vorgegebener Grenzflächen also den Spezifikationen liegt, dass das Produkt seine Funktion sicher erfüllt. Daher ist es sehr wichtig, dass der Konstrukteur die Toleranzen mit Bedacht definiert. Zu „enge“ Toleranzen werden in der Fertigung sehr teuer bzw. sind unmöglich einzuhalten, andererseits funktioniert bei sehr hohen Abweichungen mehrerer Größen das Bauteil nicht. Die Wahl der Toleranzen kann maßgeblich über den wirtschaftlichen Erfolg eines Produktes entscheiden. Der professionelle Umgang mit Toleranzen bildet die Basis für den Erfolg eines Produkts.

Peter Gust

Buchstabe L

Niels Klußmann, Arnim Malik

1. Einführung: Grundlagen eines systematischen Lösungskonzeptes

In der Technischen Mechanik werden bereits am Anfang des Grundstudiums unterschiedliche Arbeitsweisen aus verschiedenen Fachgebieten in sehr enger Verknüpfung zusammengeführt. Für das erfolgreiche Lösen von Aufgaben aus der Technischen Mechanik sind bei jedem Lösungsschritt die Erkenntnisse von drei ingenieurwissenschaftlichen Grundlagen gleichzeitig zu berücksichtigen: Konstruktionslehre (Maschinenelemente), Physik und Mathematik. Was sich hier am Anfang zunächst als unüberschaubare Vielfalt zeigt, wird mit gezielten methodischen Konzepten beherrschbar. Im Folgenden soll eine strukturierte Lösungsmethodik zur Bearbeitung von Aufgaben aus der Technischen Mechanik gezeigt werden. Im Mittelpunkt steht dabei der Begriff der Modellbildung. Das reale technische Problem wird zunächst durch ein vereinfachtes physikalisches Modell und im zweiten Schritt durch das mathematische Modell zur Beschreibung der Aufgabenstellung abgebildet. Der eigentliche Lösungsprozess mit quantitativen Ergebnissen findet auf der Ebene des mathematischen Modells statt. Der Bezug der gefundenen Ergebnisse zur Realität muss über den umgekehrten Weg vom mathematischen Modell zurück zum realen Problem verifiziert werden. Das zentrale Arbeitsergebnis auf dem Weg zur Lösung einer Aufgabe der Technischen Mechanik ist die Erstellung des mathematischen Modells. Für den strukturierten, methodischen Übergang vom physikalischen Modell auf das mathematische Modell werden formale Lösungsschritte angegeben.

Univ.-Prof. Dr. Hans H. Müller-Slany

Kapitel 5. Angepasste Konstruktionsmethodik für additive Fertigungsverfahren

Zur systematischen Berücksichtigung spezifischer Freiheiten und Restriktionen additiver Fertigungsverfahren wird in diesem Kapitel eine angepasste Konstruktionsmethodik entwickelt. Zunächst wird der konzeptionell zugrunde liegende Ansatz vorgestellt, der als DfAMRahmenwerk bezeichnet wird (Abschnitt 5.1). Zentrales Element des Rahmenwerks ist ein angepasstes Vorgehensmodell für den AM-spezifischen Konstruktionsprozess (Abschnitt 5.2).

Martin Kumke

Kapitel 3. Methodisches Konstruieren im Kontext additiver Fertigungsverfahren

Als ein wesentliches Potenzial additiver Fertigungsverfahren wurden im vorherigen Kapitel neue konstruktive Freiheiten im Vergleich zu anderen Fertigungsverfahren identifiziert. Die Produktentwicklung als frühe Produktlebenszyklusphase hat bei der Ausschöpfung AM-spezifischer Potenziale somit einen hohen Stellenwert. Die zielgerichtete Produktentwicklung kommt insbesondere im methodischen Konstruktionsprozess zum Ausdruck.

Martin Kumke

Methods and processes for robust weight management in the automotive industry

The development of successful automobiles requires the consideration of customer, business and public interests. Especially public interests like legislation, environment and regulations challenge the automotive industry today [1, 2, 3]. In order to achieve all desired requirements, an intelligent overall system of objectives is indispensable [4].The vehicle weight is a crucial part of the system of objectives because it influences the vehicle design as well as customer-relevant characteristics like fuel consumption, range and driving dynamics. Therefore, the definition of the vehicle weight target is a fundamental milestone in the vehicle development process [1].The extensive influence of the vehicle weight on various characteristics leads to challenging and fixed weight targets throughout the project. The high volatility of vehicle developments due to the system’s complexity and tightening regulations can lead to target adjustments during the development process. As a result, time and cost intense measures are inevitable, which get more and more expensive the later they are applied [2].For that reason, the demand for a structured and continuous weight management consisting of several suitable methods is derived. The goal is to set up an elaborate weight target system which ensures a robust achievement of challenging weight targets.

Marcus Stegmiller, A. Albers, N. Bursac

Kapitel 2. Funktionsintegration von Antrieben in mobilen Arbeitsmaschinen

In diesem Kapitel wird die Funktionsintegration genauer definiert. In einer Gegenüberstellung zwischen der Differenzial- und Integralbauweise mit der Funktionsintegration werden die Vor- und Nachteile sichtbar. Es folgt die Beschreibung der Funktionsintegration nach Wirkräumen und Wirkflächen. Abschließend werden die möglichen Antriebsarten miteinander verglichen und auf ihre Fähigkeit bezüglich der Funktionsintegration untersucht.

Wolfgang Aumer

1. Arbeitswissenschaft im Umriss: Disziplinen- und Konzeptstruktur

Das Kapitel dient der Kennzeichnung von Arbeitswissenschaft nach Objektcharakteristiken (menschliche Arbeit), nach übergeordneten Zielen (Rationalisierung & Humanisierung), nach definitorischen Kerngebieten, nach Beiträgen von Einzeldisziplinen zum Kern entlang spezifischen Arbeitsbegriffen und Menschenbildern sowie spezifischen Gestaltungsbereichen in einem Kern-Schale-Zusammenhang, besonders auch der Ordnung der Wissensgebiete in Richtung auf praktische Verwertungszusammenhänge von Erkenntnissen und Erfahrungswissen in einer Ebenengliederung.Die selbst gesetzten prioritären Aufgaben der Disziplin werden nach vorrangigen Paradigmen/erkenntnisleitenden Grundkonzepten im Analysezusammenhang (z. B. Arbeitssystem – Beschreibungsansätze, Handlungsregulation als Antizipation des intendierten Arbeitsergebnisses für die Generierung von Handlungsschritten und Handlungsfolgen/Belastung-Bewältigung-Beanspruchung für die Dosis-Wirkungs-Charakteristiken im Einwirkungs-Auswirkungs-Zusammenhang von Arbeitsgestaltung und Arbeitsschutz) beschrieben. Neben diesen Konzepten werden Methoden empirischer Analyse nach Maß und Zahl konkretisiert und zu komplexen Werkzeugen der Arbeitsanalyse kombiniert. Bewertungs- und Ordnungsschemata nach Kriteriensystemen der „Menschengerechtigkeit“ von Resultaten (Ausführbarkeitsgrenzen bis Persönlichkeitsentfaltung) leiten zu Gestaltungsnotwendigkeiten und Gestaltungsprozessen über, die entlang zweier Beispielbereiche (Produktentwicklungs- und Produktionsprozesse) – auch nach Prinzipien und normativen Phasenmodellen – konkretisiert werden.Damit ist die Disziplin in Wissenschaftstheorie und Wissenschaftsmethodik weitgehend umrissen. Nicht behandelt werden beispielsweise historische und philosophische Perspektiven auf menschliche Arbeit.

Christopher Schlick, Ralph Bruder, Holger Luczak

Konzeptionelle Produktentwicklung als Impulsgeber für radikale Innovation: TRIZ in der Konstruktionssystematik des VDI

Wer radikale Innovation fordert, darf sich nicht wundern, wenn nichts bleibt, wie es ist. Bislang wird Produktentwicklung als Problemlöser und speziell die Konstruktion technischer Systeme überwiegend als Umsetzungsinstanz der aus dem Markt kommenden Anforderungen wahrgenommen. Soll Produktentwicklung hingegen auch treibende Kraft für Problemlösungen sein und bestimmend für Fortschritt, Märkte und Innovation – wie beispielsweise bei der Umsetzung von Industrie 4.0 gefordert – dann kommt der Produktkonzeption eine entscheidende Rolle zu. So umgekehrt löst man Probleme nur innovativ, wenn man sie anders angeht als sie entstanden sind. Produktkonzeption braucht im komplexen Umfeld auch neue Methoden – von denen hier die besonders wirksam erachtete Methode TRIZ (Theorie des erfinderischen Problemlösens) benannt wird, die soeben als Richtlinienreihe in die Konstruktionssystematik des Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) aufgenommen wurde.

Claudia Hentschel

2. Methodische Grundlagen

Neben Natur und Gesellschaft bildet die Technik in diesem Jahrhundert das wesentliche Umfeld der Menschen. Dabei haben Ingenieure und speziell Produktentwickler grundlegend zur Entwicklung der Technik beigetragen, die dem Menschen heute als nahezu unüberschaubare Vielfalt unterschiedlichster technischer Produkte und Systeme zur Umsetzung von Material (Stoff), Energie und Information (Signal) zur Verfügung steht.

Sándor Vajna, Christian Weber, Klaus Zeman, Peter Hehenberger, Detlef Gerhard, Sandro Wartzack

Kapitel 2. Theoretische und konzeptionelle Grundlagen

Der Terminus der Anforderung ist in der Literatur maßgeblich durch die Wissenschaft der Informatik geprägt. Für einen definitorischen Absprung wird auf die Definition von Rupp (2009, S. 14) zurückgegriffen, welche eine Anforderung als eine „[…] Aussage über eine Eigenschaft oder Leistung eines Produktes, eines Prozesses oder der am Prozess beteiligten Personen […]“ beschreibt.4 Die Trennung zwischen Anforderungen im Produkt- und Prozesskontext dient hierbei als Grundlage der weiteren Differenzierung.

Adam Pelka

Kapitel 1. Einleitung und Motivation

Der Leichtbau spielt eine zentrale Rolle im Transportwesen (zum Beispiel in der Luft- und Raumfahrtindustrie oder im Automobilbau), da sich hier eine Gewichtsreduzierung direkt in einer Reduzierung der Treibstoffkosten niederschlägt. Als Überschlagsrechnung zum Einfluss des Gewichts auf den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen kann bei einer Reduktion von 1 % des Gewichtes von einer Treibstoffersparnis – je nach Triebwerksart – von 0,75 bis 1 % ausgegangen werden (siehe Ohrn 2007). Nimmt man den gesamten Treibstoffverbrauch der Lufthansa-Flotte im Jahr 2015 von 8947,766 Tonnen als Beispiel (siehe Lufthansa Group 2016), ergibt sich je nach Kerosinpreis (siehe IATA 2017) ein Einsparpotenzial von mehreren Millionen Euro pro Jahr.

Andreas Öchsner

15. 15 Literatur

Brauner, H.: Lehrbuch der konstruktiven Geometrie. Wien: Springer, 1986

U. Kurz, H. Wittel

Konstruktive Ansätze für Leichtbau und System-Integration beim Verbrennungsmotor am Beispiel einer Kunststoffölwanne

Jeder Maschine liegt ursprünglich der Wunsch zu Grunde, bestimmte Aufgaben bzw. Ziele mit reduziertem Aufwand erreichen zu können. Diese Anregung führt zur entscheidenden Idee, welche die Realisierung der Aufgabe ermöglicht. In seltenen Fällen handelt es sich hier um einzelne einfache technische Hilfsmittel; meistens werden mehrere dieser einfachen Hilfsmittel miteinander kombiniert und vernetzt. Jede technische Apparatur kann somit in logisch und sinnvoll miteinander wirkende Baugruppen und Elemente zerlegt werden. Im funktionellen Zusammenspiel der Einzelkomponenten sind sie dafür bestimmt, das übergeordnete Ziel, die an die Maschine gestellte Aufgabe, möglichst effizient zu erledigen. Die zielgerechte Ausarbeitung der Zusammenhänge und die Detaillierung der Bauteile und Baugruppen stellen die grundlegende Aufgabe eines Konstruktionsprozesses dar.

Andreas Misala

Chapter 4. Unternehmenstätigkeit

In der Regel gehört es den ureigenen Aufgaben eines Unternehmens, die Entwicklung und Markteinführung neuer Produkte in die “eigene Hand” zu nehmen und hierfür die entsprechenden Ressourcen zu planen und bereitzustellen.

Siegfried von Känel

1. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

10. Federn

Herbert Wittel, Dieter Jannasch, Joachim Voßiek, Christian Spura

Chapter 2. Stand der Forschung

Der Anforderungsbegriff ist geprägt von einer großen Diversität, inhaltlichen Widersprüchen und einem synonymen Gebrauch unterschiedlicher Termini in den einzelnen Fachdisziplinen. Das konstruktionsmethodische Begriffssystem weist eine große Begriffsvielfalt und -breite auf. Dies betrifft vor allem die Begriffe Anforderung, Eigenschaft, (Teil-)Aufgabe und Funktion. Weitere Begriffe, wie Spezifikationen, Soll-Eigenschaften, Bedürfnisse, Forderungen, Wünsche, Ziele, Probleme und Randbedingungen werden ebenfalls synonym mit dem Anforderungsbegriff verwendet. Dieses Kapitel zeigt, anhand der kritischen Diskussion der Anforderungsterminologie, die zweckmäßigen Hauptcharakteristika von Anforderungen auf.

Ilyas Mattmann

Conceptual Design, Functional Decomposition, Mathematical Modelling, and Perturbation Analysis

Conceptual Design methods place some intermediate solution steps between problem definition and final technical solution. Functional Decomposition is such a method which aims at finding solution concepts in terms of functions first and, after that, technical realisations for the individual functions. The role of mathematical models in conceptual design is to provide some coarse quantitative assessment of certain solution concepts, and furthermore, to clarify the relationship between the Functional Requirements and the Design Parameters. Later on, in the more detailed design steps refined mathematical models are used. What is their relation to the early models used in conceptual design? The concept of perturbation analysis seems to provide a framework for defining and understanding these relationships.

S. Dierneder, R. Scheidl

Chapter 2. Ausgangssituation

Statistiken der letzten Jahre belegen den permanenten Wandel des Produktentwicklungsprozesses (PEP). Die Einflüsse resultieren aus veränderten Marktbedingungen, aus neuen Anforderungen an das Produkt und aus Kundensicht. Der Anstieg der Produktkomplexität resultiert zum einen aus einer weitaus stärkeren „multi market”–fähigen Produkt-, Derivate- und Variantenvielfalt und zum anderen aus der ständigen Zunahme elektronischer Komponenten und der zugehörigen „embedded software” (Mechatronik).

Prof. Dr.-Ing. Martin Eigner

Chapter 3. Zielstellung des Projekts mecPro2

Grundlage zur Projektidee mecPro2 war die sehr stark produktionsgeprägte Debatte um die 2011 aufkommende Zukunftsvision Industrie 4.0. Der Begriff Cyber-Physische Systeme stand im Raum, ohne dass klar war, wie diese neuartige Klasse von Geräten mit all ihrer Komplexität entwickelt werden können.

Prof. Dr.-Ing. Martin Eigner, Christian Muggeo

Chapter 13. Gestaltungsplanung

Die Aufgabe, ein Governance-System zu planen, ist mit zwei elementaren Fragen verbunden: Wie ist bei der Entwicklung eines Gestaltungskonzepts vorzugehen? und: Welchen grundlegenden Anforderungen muss das Gestaltungskonzept genügen? Zur Beantwortung dieser Fragen werden zunächst einige betriebswirtschaftliche Ansätze für die Gestaltung des Governance-Systems sowie Einsichten der Systemanalyse sowie der Organisations- und der Führungslehre vorgestellt. Weiterführende Anregungen steuert die juristische Lehre zur Vertragsgestaltung bei, auf deren Methodik ich auch in den folgenden Kapiteln aufbaue. Aus diesen Erkenntnissen ergeben sich einige konzeptionelle Anforderungen an die Gestaltungsplanung: Eindeutigkeit der Zuständigkeitsbereiche, Effizienz und Effektivität bei der Erfüllung der Governance-Funktionen, Stabilität und Störfallresistenz, Anpassungsfähigkeit und Rechtssicherheit.

Hermut Kormann

4. Qualitätssicherung

Der Begriff der Qualität ist vielschichtig und wird uneinheitlich verwandt. Allgemein wird unter dem Begriff der Qualität die Güte, Beschaffenheit und/oder Wertstufe eines Gegenstandes oder eines Prozesses subsumiert. Um Qualitäten kontrollieren, überwachen und sichern zu können, müssen diese vor der Erstellung (Produktion) definiert worden sein. Hierbei wird zwischen allgemein gültigen Qualitätsdefinitionen und zwischen Qualitäten, die von den Projektbeteiligten festgelegt werden, unterschieden. Gesetze, Normen und Richtlinien beschreiben i. d.R. Mindestanforderungen an Qualitäten. Darüber hinausgehende bzw. zusätzliche Qualitätsdefinitionen werden in Form von Leistungsbeschreibungen, vertraglichen Vereinbarungen o.Ä. bestimmt. Dabei werden regelmäßig mess- und verifizierbare Qualitäten beschrieben. Subjektive Qualitäten wie Schönheit, Ebenmaß oder Ästhetik werden selten thematisiert und spielen auch im Qualitätsmanagement im Sinne der Normenreihe EN ISO 9000 ff. keine Rolle.

Falk Würfele, Bert Bielefeld, Mike Gralla

Chapter 10. Vernetzte, gestaltende Produktkostenoptimierung in der Automobilindustrie

Herstellkosten bilden eine der wesentlichen Stellgrößen zur langfristigen Ertragssicherung produzierender Unternehmen. Gegenstand im Folgenden sind die zugekauften Materialien, Halbzeuge und Komponenten, wobei im vorliegenden Beitrag nicht die klassischen Einflussgrößen der Beschaffung – Vergleich, Auswahl und Verhandlung – betrachtet werden, sondern der konstruktive, gestaltende Anteil der Produktentwicklung.

Dr. U. Steinhorst, F. Rauleder, M. Failing

Chapter 7. Handwerkszeug für das Konstruieren

Das Skizzieren ist kein Selbstzweck; es ist untrennbar mit dem kreativen Teil des Konstruierens verbunden. Konstruieren ist eine Tätigkeit, die gewachsene Erfahrung mit gemachten Fehlern voraussetzt. (Ohne Fehler lernt man nicht die Grenzen kennen.) Das läßt sich leicht nachvollziehen, wenn man sich an den klassischen Werdegang eines Konstrukteurs in Europa und besonders im diesbezüglich beneideten deutschen Sprachraum erinnert.

Ulrich Viebahn

2. Konstruktionssystematische Grundlagen

Erfolg stellt sich beim Konstruieren vor allen Dingen durch die Fachkompetenz und die Kreativität des Konstrukteurs ein. Das Anwenden konstruktionssystematischer Arbeitsmethoden und das Beherrschen des Umgangs mit dem CAD-System unterstützen dabei. Im Folgenden soll ein Überblick über konstruktionssystematische Grundlagen gegeben werden, die das Verständnis für die gewählten Übungsbeispiele der CAD-Ausbildung erhöhen und dort auch angewendet werden.

Ronald List

10. Zuverlässigkeit von FEM-Analysen

Das Vertrauen in die Güte von FEM-Analysen ist, basierend auf den langjährigen guten Erfahrungen bei deren Anwendung, erheblich gestiegen. Dementsprechend werden von den Auftraggebern (firmenintern oder -extern) qualitativ hochwertige Berechnungen verlangt. Fehler des Berechnungsingenieurs können in diesem Zusammenhang für diesen existenzbedrohend sein. Die aus der so genannten Produkthaftung entstehenden Haftungsrisiken können auf drei Arten beschränkt werden:- Vermeiden von Fehlern- Vertraglicher Ausschluss bzw. die Begrenzung der Haftung für Fehler- Abschluss einer auf Risiken des Auftragnehmers (Ingenieurbüro) zugeschnittenen Haftpflichtversicherung.

Michael Brand

Mass Customization und Product-Service-Systems: Vergleich der Unternehmenstypen und der Entwicklungsumgebungen

Trotz der zum Teil sehr ähnlichen Zielsetzungen finden sich in der Literatur bisher kaum Abgrenzungen oder Verbindungen zwischen den beiden Unternehmenstypen kundenindividueller Massenfertiger und Anbieter von Product-Service Systemen. Im folgenden Beitrag werden zunächst beide Unternehmenstypen miteinander verglichen und in einem geeigneten unternehmenstypologischen Rahmenwerk abgebildet. Weiterhin werden Prozesse und Werkzeuge zur PSS-Entwicklung vorgestellt und mit jenen der kundenindividuellen Massenfertigung grundsätzlich verglichen. Besonderer Fokus wird hierbei auf Produktkonfigurationssysteme gesetzt.

Paul Christoph Gembarski, Prof. Dr. Roland Lachmayer

7. TRIZ-basiertes Technologie-Roadmapping

Das Technologie-Roadmapping tritt in den Unternehmen in vielen verschiedenen Varianten auf (siehe die Einführung von Möhrle und Isenmann in diesem Buch). Bei jeder Variante bedarf es eines Vorgehens, um künftige Technologien inhaltlich und zeitlich zu prognostizieren. Für diesen Zweck werden im folgenden Aufsatz Werkzeuge aus der Theorie des erfinderischen Problemlösens vorgeschlagen, insbesondere die Entwicklungsmuster technischer Systeme. Sie ersetzen herkömmliches kreatives Denken keineswegs, sondern ergänzen es und leiten es in Erfolg versprechende Richtungen. Im Verbund mit einer ebenfalls vorgestellten umfassenden Vorgehensweise für das Technologie-Roadmapping entfalten sie ihre volle Wirkung.

Martin G. Möhrle

0. Aufgaben und Gliederung der Maschinendynamik

Aufgabe der Maschinendynamik ist es, die Erkenntnisse der Dynamik auf spezielle Probleme im Maschinenwesen anzuwenden. Ihre Entwicklung hängt eng mit den Entwicklungen im Maschinenbau zusammen.Zuerst traten dynamische Probleme an den Kraft- und Arbeitsmaschinen auf. Torsionsschwingungen wurden an Kolbenmaschinen beobachtet, und Biegeschwingungen gefährdeten die Bauelemente der Turbinen. Die Klärung dieser Erscheinungen galt lange Zeit als einzige Aufgabe der Maschinendynamik, wie dies in den Standardwerken zum Ausdruck kommt.Kenntnisse der Maschinendynamik werden aber auch bei der Entwicklung von Maschinen benötigt, die auf dynamischen Wirkprinzipien beruhen. Dazu gehören Hämmer, Roboter, Stampfer, Schwingförderer, Siebe, Vibratoren, Textilspindeln, Zentrifugen, u. a.

Hans Dresig, Franz Holzweißig

1. Aufbau und Vorgehensweise des Buches

Bei den hier vorgestellten Aufgaben der Kap. 2, 4 und 6 handelt es sich um „konstruktive Übungen“, die von den Studenten zum größten Teil außerhalb des Seminars bzw. Unterrichts erarbeitet werden. Als Arbeitsaufwand hierfür sind 40 bis 60 Stunden vorgesehen. Mit den Kap. 3, 5 und 7 wird jeweils eine Klausuraufgabe nachgestellt, die der Lernzielkontrolle für die in den Übungen erarbeiteten Themenbereiche dient. Als Bearbeitungszeit sind 4 Unterrichtsstunden angedacht. Ein mögliches Bewertungsschema für alle Aufgaben befindet sich im Anhang (Tab. A.1, A.2). Kap. 8 ist eine Projektarbeit von Studierenden der Fachschule in Mönchengladbach, die in eigener Verantwortung konzipiert wurde. Hier werden zudem optimierte Alternativen im Rahmen des Schweißens dargestellt. Die im Weiteren beschriebene systematische Vorgehensweise findet in allen konstruktiven Übungen ihre konsequente Umsetzung.Kap. 1 gibt eine Übersicht über das Methodische Konstruieren nach VDI 2221 und bildet somit die Grundlage für die im Weiteren dargestellten konstruktiven Entwicklungen.

Bernhard Fleischer, Hans Theumert

Chapter 15. Entwicklungssystematik in der Gesamtfahrzeugkonstruktion

In der Fahrzeugentwicklung ist der Trend zunehmender Technologievielfalt ungebrochen. Schon lange gehören Systeme, die über die Notwendigkeit des Fahrens hinausgehen, zum State of the Art in der Branche. Komfort, Sicherheit und gestiegene Kundenanforderungen sind hier wesentliche Treiber.

A. Frick

Chapter 1. Einführung

Ganz zum Anfang einige offene Worte an Sie als Unternehmer und an Ihre "geborenen" und "auserkorenen" Führungskräfte. Frei nach dem Motto von Werner von Siemens: „Es geht nicht darum, mit dem Kopf durch die Wand gehen zu wollen,sondern die Ausgangstür zu finden.“

Alfred Neudörfer

Chapter 8. Wichtige Begriffe der Maschinensicherheit

Ableitstrom ist der Strom, der betriebsmäßig von aktiven Teilen der Betriebsmittel über die Betriebsisolierung zu nicht aktiven geerdeten Teilen fließt. Der Ableitstrom kann auch einen kapazitiven Anteil haben, verursacht z. B. durch Entstörkondensatoren oder Frequenzumrichter.

Alfred Neudörfer

Chapter 3. Stand der Wissenschaft und Technik

Dieses Kapitel stellt die notwendigen Grundlagen für die weiteren Inhalte der Arbeit zur Verfügung und gibt einen Überblick über den aktuellen Wissensstand in den betrachteten Bereichen generative Fertigungsverfahren (vgl. Abschnitt 3.1), Entwicklungsprozesse und konventionelle Fertigungsverfahren in der Luftfahrt (Abschnitte 3.2 und 3.3) sowie Methoden zur Wirtschaftlichkeitsbewertung (Abschnitt 3.4). Der letzte Abschnitt behandelt neben Bewertungen der Gesamtwirtschaftlichkeit auch Ansätze zur Beurteilung der Einzelpotentiale, wie Leichtbau, Funktion und Kosten.

Tobias Schmidt

1. Kindheit, Jugend, Studium

Ludwig Prandtl wurde 1875 in Freising bei München geboren. Sein Vater war Professor an der Landwirtschaftlichen Zentralschule Weihenstephan. Nach der Schulausbildung in Freising (Lateinschule) und München (Ludwigsgymnasium) studierte Prandtl Maschineningenieurwesen an der technischen Hochschule in München. Er wurde Assistent von August Föppl und promovierte 1900 an der Ludwig-Maximilian-Universität in München.

Michael Eckert

6. Anpassungskonstruktion

In der industriellen Praxis betreffen rund 90 % aller Entwicklungsprojekte Weiterentwicklungen, wie z. B. Anpassungs- und/oder Variantenkonstruktionen. Module und Komponenten werden oft auch zugekauft oder in Kooperation mithilfe von spezialisierten Unternehmen an die Aufgabenstellung angepasst. Aus Kostengründen und zur Reduzierung des Entwicklungsrisikos werden häufig Baugruppen und/oder Komponenten aus Vorgängerversionen übernommen. Die Konzeptionsphase entfällt und die Tätigkeiten konzentrieren sich auf die drei anderen Phasen des Konstruktionsprozesses.Das Beispiel, an dem eine typische Vorgehensweise erläutert wird, betrifft die Optimierung eines 3D-Druckers. Im Verlauf der Anpassungskonstruktion werden praktische Hinweise gegeben, wie zunächst die Machbar-keit von technischen Lösungen anhand des Vorgängermodells ermittelt wird. Es wird gezeigt, wie eine effiziente Arbeits-weise entwickelt und das Know-how von Zulieferfirmen genutzt werden kann.

Paul Naefe, Jörg Luderich

1. Einführung

Ziel der Konstruktionsmethodik, ist es, die Konstruktionstätigkeit besser lern- und lehrbar zu machen. Trotzdem muss man bei Nachfragen in der industriellen Praxis leider oft feststellen, dass es offenbar nur selten gelingt, das im Studium erworbenen Wissen umzusetzen. Angesichts dieser Schwierigkeiten haben es sich die Autoren des vorliegenden Buches zum Ziel gesetzt, Abhilfe zu schaffen.Anhand von Beispielen wird erläutert, wie die theoretischen Ansätze der Methodenlehre praktisch umgesetzt werden können. Es werden die drei Konstruktionsarten ausführlich behandelt, aber auch die häufig auftretende Aufgabe, eine Auswahl aus Norm- und Zukaufteilen treffen zu müssen.Als Leitfaden und verbindendes Element dient die Vorgehensweise nach der VDI-Richtlinie 2221. Es wird aber auch auf einen aktuellen Vorschlag eingegangen, der sich an der Methode des Benchmarkings orientiert.

Paul Naefe, Jörg Luderich

3. Von der Idee zum fertigen Produkt

Am Anfang des Kapitels stehen eine vereinfachte Erläuterung des komplexen und vielschichtigen Prozesses der Produktentstehung und eine an die VDI-Richtlinie 2221 angelehnte Beschreibung dieses Prozesses. Dadurch wird eine praxistaugliche, nicht zu theoretische Darstellung erreicht, die dem Studierenden, aber auch dem Praktiker eine wirkliche Hilfestellung anbietet.Der Hauptprozess der Produktentstehung wird durch Begleitprozesse unterstützt. Wegen seiner Bedeutung wird an erster Stelle das Projektmanagement erläutert. Es wird aufgrund der in ihm enthaltenen allgemeingültigen Regeln und Methoden, die auch außerhalb der Konstruktionstätigkeit anwendbar sind, ausführlicher behandelt. Hinzu kommen Kosten-, Qualitäts- und Risikomanagement sowie eine kurze Beschreibung der Bedeutung von Normen und Schutzrechten. Abschließend wird das Änderungsmanagement und die Beschaffungs- und Fertigungsplanung erörtert.

Paul Naefe, Jörg Luderich

2. Kostensteuerung als Managementinstrument

Die vergleichende Gegenüberstellung der Kostenschätzung und der Kostenberechnung ist ohne besonderen Aufwand möglich und zeigt im Ergebnis unmittelbare Vergleichsdaten. Beide Kostenermittlungen werden nach DIN 276 gegliedert und je zu einem festen Stichtag als einheitliche Leistung erstellt. Sie können mit ihren Gesamtkosten unmittelbar verglichen werden. Bis zur Fertigstellung der Entwurfsplanung ist die Kostenkontrolle somit relativ leicht handhabbar.Nach der neuen HOAI 2013 wird jeweils für die Leistungsphasen 2 und 3 geregelt, dass am Ende der jeweiligen Leistungsphase das Zusammenfassen, Erläutern und Dokumentieren der Ergebnisse der jeweiligen Leistungsphase vorzunehmen ist. Darüber hinaus wird in der Leistungsphase 3 (Leistung e) geregelt, dass die Kostenberechnung mit der Kostenschätzung zu vergleichen ist. Damit ist bis zur Entwurfsplanung eine einheitliche Kostenplanung und vergleichende Beurteilung geregelt.Da beide vorgenannten Kostenermittlungen jeweils zu einem festen Stichtag erstellt werden, und auf definierte Planungsinhalte (Zeichnungen, Beschreibungen und Berechnungen) Bezug nehmen, ist ein verwendbarer Vergleich leicht möglich.Die Entwurfsplanung mit der Kostenberechnung ist zu Recht als die zentrale geistige Leistung des Planungswerkes angesehen. In der Entwurfsplanung werden im Einvernehmen mit dem Auftraggeber alle wesentlichen projektbestimmenden Planungsentscheidungen getroffen und planerisch verarbeitet, sowie die Kostenberechnung als letzte vorkalkulatorische Kostenermittlung vor den Ausführungsvorbereitungen (Leistungsphasen 5–7) erstellt.

Klaus D. Siemon

2. Auslegung von Konstruktionselementen durch Berechnung der „Sicherheit“

Im Kapitel 2 werden die klassischen Auslegungsmethoden des Spannungs- und Sicherheitsnachweises vorgestellt und mit Formeln untersetzt. Begriffe wie Beanspruchungen, Spannungen und Beanspruchbarkeiten bzw. Werkstofffestigkeiten werden im Zusammenhang mit der Auslegung von Maschinenelementen für dynamische und statische Belastungen eingeführt. Neben einachsigen Spannungszuständen werden auch mehrachsige Spannungszustände und relevante Vergleichsspannungshypothesen untersucht und für die Auslegungspraxis als Formel bereitgestellt. Für das Konzept der örtlichen Spannungen und das Nennspannungskonzept werden Faktoren von technologischen und geometrischen Einflüssen definiert, mit deren Unterstützung bei der Auslegung bzw. Nachweisrechnung auftretende Spannungen bzw. Werkstofffestigkeitswerte an Kerben angepasst werden können. Abgerundet wird Kapitel 2 mit einer kritischen Betrachtung von Spannungen und Sicherheitszahlen unter wahrscheinlichkeitstheoretischem Aspekt. Vorgestellt werden allgemeine Maßnahmen, mit denen eine Schadenswahrscheinlichkeit reduziert werden kann und eine erste Anwendung von Wahrscheinlichkeiten im Rahmen einer Risikoanalyse, wie sie für eine CE-Kennzeichnung per Gesetz verlangt wird.

Dietrich Schlottmann, Henrik Schnegas

Chapter 3. Theoretischer Rahmen

In diesem Kapitel werden die für die empirische Untersuchung relevanten theoretischen Konzepte und Ansätze vorgestellt und kontextualisiert. Auch wenn die Darlegung des theoretischen Rahmens in der vorliegenden schriftlichen Arbeit vor der Darstellung der empirischen Untersuchungsschritte erfolgt, haben sich die benannten Theorien im praktischen Untersuchungsvorgehen zumeist erst im Zuge des explorativen Forschungsprozess als wesentlich für die Erklärung aufgedeckter Phänomene erwiesen. Entsprechend sollen in diesem Kapitel theoretische Grundlagen zunächst vorgestellt und somit der theoretische Rahmen dieser Untersuchung dargelegt werden.

Sander Münster

Chapter 6. Fallstudien

Nachdem in den vorhergehenden Kapiteln Forschungsfeld sowie typische Erstellungs- und Verwendungskontexte geschichtswissenschaftlicher 3D-Rekonstruktionen beleuchtet wurden, widmet sich dieser Untersuchungsteil anhand von Fallbeispielen und mittels sozialwissenschaftlicher Methodik praktischen Handlungsweisen in interdisziplinären 3D-Rekonstruktionsprojekten nie gebauter beziehungsweise nicht mehr existenter historischer Bauwerke.

Sander Münster

Chapter 12. Ars inveniendi heute

Ars inveniendi, die Kunst des Erfindens – dieser Begriff geht zurück auf Cicero, De inventione, und bezieht sich dort auf die Rhetorik, genauer: auf das Suchen und Finden von überzeugenden Argumenten. Darum soll es hier nicht gehen, auch nicht um die schönen Künste, die Artes liberales, sondern um die Artes mechanicae, um die Technik – und damit um ein Verständnis der Ars inveniendi, das seit Leibniz im Zentrum steht und das heute zum Problem einer Verwissenschaftlichung der Erfindungskunst vom Ingenieurwesen über die Architektur bis in die Designwissenschaften geworden ist. Kann, was Kreativität voraussetzt und verlangt, überhaupt zum Gegenstand einer Wissenschaft gemacht und methodisch in einer Ars inveniendi eingefangen werden?

Hans Poser

Validation of a 4-cylinder engine concept for heavy-duty vehicles with a parameterized model

Carrying over the major trend of downsizing from passenger cars to commercial engines is not entirely possible for several reasons. One reason is that commercial engines have to also comply with the most stringent exhaust gas emission limits at full load. Another one is a much higher requirement regarding the life time of the engine. Both reasons limit the achievable specific performance to a rather low level compared to passenger car engines. Nevertheless development engineers are challenged more than ever with the need to reduce fuel consumption, size and weight of heavy duty engines. Moreover this has to be fulfilled at acceptable engine costs. This paper shows a possibility to combine the advantages of downsizing with the requirements of a commercial engine. This is achieved by reducing the number of cylinders but keeping the total displacement of the original engine.The focus of the research is a 215 kW truck engine with a displacement of 7.4 l. This engine is realized as a 6 cylinder and as a geometrically similar 4 cylinder engine. Both engines are designed in CAD for geometrical investigations and in new engine models for thermodynamic investigations. The thermodynamic models were parameterized in terms of heavy duty engines. This models answers questions of friction, gas exchange and fuel consumption. Furthermore the models can be used for a wide range (3 l – 15 l displacement) of commercial vehicles.The aim of this article is to provide a short overview of the structure of these different calculation models. These tools are developed for the very early stage of an engine design to judge about the engine performance beyond the application scope of the final engine. In summary each tool was used to compare the new engine layout of the 4 cylinder in contrast to a 6 cylinder engine in special and commercial engines in general.

Peter Methfessel, Dipl.-Ing. Katharina Eichler, Dipl.-Ing. Thomas Ebert, Dipl.-Ing. Michael Neitz

1. Psychologische Grundlagen des Problemlösens

Zielsetzung des ersten Teiles ist es, dem Leser Einblick zu verschaffen in die psychologischen Grundlagen des Problemlösens im Allgemeinen und insbesondere des Problemlösens in Gruppen. Der Leser soll mit dem Begriffsapparat dieses Forschungsgebietes vertraut gemacht werden und die funktionalen Zusammenhänge des Problemlösens kennenlernen.

Heinz Franke

10. Zukünftige Neuprodukt- und Logistikentwicklung am Beispiel der Automobilindustrie

Produkt- sowie Logistikinnovationen werden primär von der Zukunft aus getrieben. Das setzt idealerweise voraus, dass wir bereits zum Zeitpunkt des Projektstarts die langfristige Zukunft genau kennen (z. B. die zukünftigen Rahmenbedingungen in den BRIC-Staaten für die Verbreitung neuer Produkte). Von Weissagungen einmal abgesehen, ist das generell nicht der Fall. Insofern stellt sich die stetige Herausforderung: Wir entwickeln für die Zukunft, aber wir kennen die Zukunft nicht! Wir haben gelernt, damit umzugehen, indem wir neue Produkte und neue Logistiklösungen immer unter mehreren möglichen alternativen Annahmen über die dann in der praktischen Nutzungsphase (hoffentlich) relevanten zukünftigen Rahmenbedingungen entwickeln.

Univ.-Prof. Dr. Ingrid von Göpfert, Dr. Matthias D. Schulz

Kapitel 9. Welle-Nabe-Verbindungen

Welle-Nabe-VerbindungenWelle-Nabe-Verbindungen (WNV) gehören mit den Wellen und Rädern zu den historisch ältesten Maschinenelementen. Die sehr unterschiedlichen technischen Anforderungen haben zu einer außerordentlich großen Vielfalt geführt. Ein geeignetes Hilfsmittel zur aufgabenspezifischen Auswahl sind Konstruktionskataloge, die speziell für Welle-Nabe-Verbindungen erstellt wurden. Die Konstruktionskataloge beinhalten aber bisher nur technische Auswahlkriterien.

Erhard Leidich

Chapter 4. Gestaltung von Elementen und Systemen

Die Basis zur Gestaltung eines Produkts bildet das zu Beginn des Produktentstehungsprozesses erarbeitete Konzept. Dabei werden die Wirkflächen und der Wirkzusammenhang mit Hilfe von PrinzipskizzePrinzipskizzen dargestellt, indem die zur Realisierung der Teilfunktionen gewählten physikalischen Effekte in ihrer geometrischen und stofflichen Ausprägung sowie ihren Verknüpfungen untereinander abgebildet werden. Das Ergebnis ist die PrinziplösungPrinziplösung für das Produkt, welche das Konzept repräsentiert PaBe03. Art, Umfang und Anzahl der Prinzipskizzen für ein Produkt, also auch der Abstraktionsgrad, hängt von dessen Komplexität und der untersuchten Fragestellung ab. In Abb. 4.1 ist ein Beispiel für eine Darstellung einer Prinziplösung wiedergegeben; in diesem Beispiel ist die Prinziplösung zur Veranschaulichung schon räumlich ausgestaltet.

Jörg Feldhusen

Chapter 1. Einleitung

Der Begriff „Konstruktion“ wird im Sprachgebrauch unterschiedlich verwendet. Vielfach werden mit dem Begriff die Tätigkeiten und Aktionen eines Ingenieuers verstanden, die im Zusammenhang mit der Produktentwicklung stehen. Die Zusammenhänge der verschiedenen Arbeitsschritte werden auch unter dem Begriff Konstruktionslehre zusammengefasst. Als Grundlage zum Produktentwicklungsprozess benötigt der Konstrukteur bzw. die Konstrukteurin umfassende Kenntnisse der Konstruktionselemente des Maschinenbaus, die in diesem Werk behandelt werden.

Jörg Feldhusen, Bernd Sauer

Chapter 11. Design Methods

Technical Drawing is a multiple tool of expression and communication essential to develop inquiry processes, the scientifically basis and comprehension of drawings and technological designs beiing able to be manufactured. It is demonstrated graphically and analytically that spatial vision and graphic thinking allow the user to identify graphically real life problems, develop proposals of solutions to be analysed from different points of view, plan and develop the project, provide information needed to make decisions on objects and technological processes. From the knowledge of Technical Drawing and CAD tools graphic analyses have developed in order to improve and optimize the geometry of the rectangular cells of conventional bricks by hexagonal cells, which is protected by a Spanish patent owned by the Polytechnic University of Madrid. This new internal geometry of the bricks will improve the efficiency and the acoustic damping of walls built with the ceramic bricks of horizontal hollow, maintaining the same size of the conventional bricks, without increasing costs either in the manufacture and the sale. A single brick will achieve the width equivalent to more than four conventional bricks.

Xavier Espinach, Antonio Mancuso, Benoit Eynard

3. Evolution und Selektion in der Technik

In der Natur findet über Jahrmillionen ein Evolutionsprozess statt, der durch Auslese zu den heutigen Gegebenheiten führte. In der Technik findet unter Einbeziehung systematischer Schadens- und Versagensanalyse ein vergleichbarer Prozess statt, bei dem in der Eignung unterlegene Lösungswege ausgeschieden werden. In Beispielen, die zu dem heutigen Stand der Technik führten, wird dies anschaulich.

em. o. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karlheinz G. Schmitt-Thomas

14. Fallbeispiele zur Durchführung von Schadenanalysen

Unter Berücksichtigung der Arbeitsabfolgen bei der systematischen Schadenklärung wird an Fallbeispielen dargestellt, wie aus den Ergebnissen einzelner Untersuchungsschritte Schlussfolgerungen gezogen werden. Diese Schlussfolgerungsfolgerungen werden dann im Hinblick auf ihre Kohärenz mit nachfolgendenden weiteren Untersuchungen und mit bestehenden Informationen überprüft bis sich nach Möglichkeit eine beweisbare Schadenursache ergibt.

em. o. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Karlheinz G. Schmitt-Thomas

1. Was ist Philosophie?

Wir geben verschiedene (simple) Definitionen des Begriffs „Philosophie“ und diskutieren Philosophie in Bezug auf Naturvorstellungen und Stand der Technik als Zeitphänomen. Im Sinne der Definition als „nicht-triviale Gedanken jenseits von Wissenschaft“ definieren wir eine „Präphilosophie“ vor der wissenschaftlichen Erschliessung eines Wissensbereichs und die „Postphilosophie“ danach. Dies wurde z. B. im Bereich der Naturphilosophie und der Atomlehre erlebt mit Vertretern wie Demokrit einerseits und Werner Heisenberg andrerseits. Heute findet dieser Übergang bei den Informations- und Softwaresystemen statt und erfasst damit Begriffe wie Komplexität, Wissen, Bewusstsein, Identität, ja Leben und vieles mehr. Früher verbal und kontrovers diskutiert, heute oft formalisiert, quantifiziert und sogar nachgebaut. Wir weisen hier auf Philosophiebereiche hin, die von der Entwicklung von Software und Informatik besonders betroffen werden. Als kleine Wechselwirkung von Philosophie und Software führen wir in eine Reihe von klassischen philosophischen Paradoxien ein, die in der IT pragmatisch gelöst werden. Ein Beispiel ist das Barbier-Problem von Bertrand Russell.

Dipl.-Physiker Dr. rer. nat. Walter Hehl

4. Philosophisches mit Software: Emergenz, Evolution und Weltmodell (Ontologie)

Eine Reihe von philosophischen Begriffen, insbesondere zum Werden, sind unmittelbar aus der Softwarewelt zu verstehen oder es sind eigentlich Softwarebegriffe. Wir erläutern „Emergenz“ und „Evolution“ und bauen damit (und mit dem Zufall) ein duales physikalisch/informationstechnisches Modell der Welt. Insbesondere zeigen wir am Beispiel der Texterkennung, dass die Erzeugung von Emergenz eine Grundeigenschaft von Software ist. Kommt der Zufall dazu (oder „Brute Force“-Computerleistung), so erzeugt dies Evolution und Kreativität per Computer. Die Anfänge der computergenerierten Kreativität gehen dabei überraschenderweise ins 13. Jahrhundert zurück zum genialen Katalanen Ramon Llull. Wir erläutern dazu verschiedene Arten des Zufalls. Der Zufall hilft dem philosophischen Esel des Buridanus und erzeugt in der Natur (und in der Technik) neue Details, aber auch fundamental Neues. Allerdings erweist sich der „maschinenschreibende Affe“ (der versucht, den Hamlet zu schreiben) mit dem blinden Zufall als zu einfaches und sinnloses Bild.

Dipl.-Physiker Dr. rer. nat. Walter Hehl

Chapter 17. Planar Four-Bar Mechanism

The solid lines in Fig. 17.1 are the links of a planar four-bar mechanism or briefly planar four-bar. The link lengths l (base or fixed link), r1 (input link), r2 (output link) and a (coupler) are free parameters. They determine, whether individual links can rotate relative to others full cycle (i.e., unlimited) or through an angle smaller than 2π.

Jens Wittenburg

9. Produktionstechnik

Produktion ist die Erzeugung von Sachgütern und nutzbarer Energie sowie die Erbringung von Dienstleistungen durch Kombination von Produktionsfaktoren. Produktionsfaktoren sind alle zur Erzeugung verwendeten Güter und Dienste. Aus volkswirtschaftlicher Sicht besteht der Zweck der Produktion im Überwinden der Knappheit von Gütern und Diensten zur Befriedigung menschlicher Bedürfnisse. Die Produktion steht als Erzeugungssystem der Konsumtion als Verbrauchersystem gegenüber (Günter Spur).

3. Formulieren, Schreiben und Erstellen des Technischen Berichts

In diesem Kapitel werden viele Hinweise zur sachgerechten Erstellung des Technischen Berichts genannt und erläutert. Hinweise zur Arbeit mit Textverarbeitungs-Systemen sind vor allem in 3.7.1, 3.7.6, 3.7.7 und 3.7.8 zusammengefasst. Bevor jedoch die Einzelheiten des Kapitels 3 gezeigt werden, folgen zuerst zusammenfassende und übergeordnete Überlegungen.

8. Literatur

2. Gestaltung im Planungsprozess

Planung, die damit zusammenhängenden Prozesse sowie die unterschiedlichen Phasen sind in den einzelnen Disziplinen nicht gleichbedeutend definiert. Im Bauwesen wird unter Planung hauptsächlich die Projektplanung verstanden. Darunter fällt der gesamte Ablauf von der Grundlagenermittlung bis zur Objektbetreuung. In der Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI) wird dieser Umfang in Formvon Leistungsphasen beschrieben.7 Darin eingebettet sind als Teilaufgaben die Termin-, die Kosten- und die Detailplanung.

Fabian C. Schmid

4. Systembezogene Teilschritte beim Gestalten

Bei der Systemanalyse werden Entwicklungen von Sachgesamtheiten oder von Prozessen strukturiert vorbereitet. Die Arbeitsschritte einer Systemanalyse beinhaltendie Erhebung der Informationen über existierende und geplante Zusammenhänge,die Konkretisierung der Aufgabenstellung und Systemabgrenzung,die Beschreibung der Systemkomponenten, Relationen und Funktionen sowiedie Identifikation wichtiger und kritischer Bedingungen, Anforderungen und Kriterien.

Fabian C. Schmid

5. Analytische Informationssysteme aus Managementsicht: lokale Entscheidungsunterstützung vs. unternehmensweite Informations-Infrastruktur

Als soziotechnische Systeme verbinden analytische Informationssysteme genauso wie andere Informationssysteme menschliche und technische Aufgabenträger im Kontext von Organisationen. Analytische Informationssysteme sind fast immer ein komplexes Konglomerat aus Komponenten zwischen den beiden Extrema „Entscheidungsunterstützung einzelner Personen für bestimmte Entscheidungen“ einerseits und „Nutzung von Synergien durch den unternehmensweiten Austausch von Daten“ andererseits. Managementansätze müssen diese Vielgestaltigkeit adressieren, d. h. die Eigenheiten der jeweils unterschiedlichen Leistungen, Ziele, Bedarfs- und Produktionsaspekte sowie Planungs- und Steuerungsansätze differenziert berücksichtigen.Als exemplarische (Extrem-)Szenarien für analytische Informationssysteme grenzt dieser Beitrag das „Management dezentraler Entscheidungsunterstützung“ vom „Management unternehmensweiter Informations-Infrastrukturen“ ab. Dabei wird jeweils analysiert, welche Planungs- und Steuerungsherausforderungen mit der Entwicklung und dem Betrieb „im Großen“ und „im Kleinen“ verbunden sind. Soweit jeweils anwendbar, werden zentrale Positionierungs- und Gestaltungsfragen wie strategische Ausrichtung, organisatorische Umsetzung und Alignment mit entsprechenden IT-Systemen angesprochen. Eine besondere Rolle spielen aus Managementsicht finanzielle Aspekte analytischer Informationssysteme wie z. B. Wertbeitrag, Leistungsverrechnung und Finanzierung.

Prof. Dr. Robert Winter

1. Einführung: Grundlagen eines systematischen Lösungskonzeptes

Zur Bearbeitung von Aufgaben aus der Technischen Mechanik wird eine strukturierte Lösungsmethodik entwickelt. Im Mittelpunkt steht dabei der Begriff der Modellbildung. Das reale technische Problem wird zunächst durch ein vereinfachtes physikalisches Modell und im zweiten Schritt durch das mathematische Modell zur Beschreibung der Aufgabenstellung abgebildet. Der eigentliche Lösungsprozess mit quantitativen Ergebnissen findet auf der Ebene des mathematischen Modells statt. Der Bezug der gefundenen Ergebnisse zur Realität muss über den umgekehrten Weg vom mathematischen Modell über das physikalische Modell zurück zum realen Problem verifiziert werden.Das zentrale Arbeitsergebnis auf dem Weg zur Lösung einer Aufgabe der Technischen Mechanik ist die Erstellung des zugehörigen mathematischen Modells. Für den strukturierten, methodischen Übergang vom physikalischen Modell zum mathematischen Modell werden formale Lösungsschritte angegeben.

Hans H. Müller-Slany

Enhancement of Mechanism Design Process by Interaction with Haptic Feedback-Systems

The category of Haptic Feedback-Systems (HFS) is presented. These systems allow the operator to interact intuitively with a chosen simulation scenario. The systems reaction is unlike usual output tactile and kinaesthetic perceptible. The fundamentals of haptic will be illustrated as well as the basic structure of HFS. Subsequently a general survey of the state of the scientific and technical knowledge is given and fields of application are discussed. The process of mechanism design and development is emphasized. HFS are practically not used in this process up to now. The conventional procedures for dimensioning technical devices do not permit statements according ergonomic questions or perception of actuating forces. To allow proper evaluation usually a time-consuming and cost intensive prototype has to be built. The application of a universal HFS to interactively support certain phases of the mechanism design process is envisioned.

T. Kölling, M Hüsing, B. Corves

5. Nutzfahrzeugtragwerke und deren Aufbauten

Traditionell werden im Nutzfahrzeugbau hauptsächlich die Werkstoffe Stahl und Holz eingesetzt. Forderungen nach gesteigerten Nutzlastverhältnissen und wirtschaftlicher Produktionsweise haben jedoch das Spektrum der eingesetzten Werkstoffe wesentlich erweitert. Neben die Baustähle S235JR (St 37-2) und S355JR (St 52-3) treten hochfeste Feinkornbaustähle und der Forderung nach Stoffleichtbau entsprechend zunehmend Aluminium-Knetlegierungen. Hölzer werden zu mehrschichtigen Sperrholzplatten veredelt, Kunststoffe eignen sich für Formteile mit sphärisch gekrümmten Flächen oder werden unter der Zielsetzung des Formleichtbaus zusammen mit Schaumstoffen zu Sandwich-Verbundplatten verarbeitet.

H. Brähler

6. Fahrwerkentwicklung

Die Entwicklung eines Fahrwerks ist gekennzeichnet durch sehr große Fertigungsstückzahlen (100 000 bis mehrere Millionen Stück in der gesamten Laufzeit), anspruchsvolle Technologien, strenge Sicherheitsanforderungen, hohe Umweltauflagen sowie Terminund Kostendruck.

4. Haptische Bedienschnittstellen

Die Bedienung des Kraftfahrzeugs hat sich in den vergangenen 20 Jahren enorm gewandelt. Neben den primären und sekundären Fahraufgaben ist eine Vielzahl weiterer Aufgaben (tertiäre Fahraufgaben) hinzugekommen, die vom Fahrer oftmals nur nebenbei erledigt werden. Weiterhin hat die Verkehrsdichte stark zugenommen und die Reisegeschwindigkeit hat sich wesentlich erhöht.

Jörg Reisinger, Jörg Wild

Aufbau und Vorgehensweise des Buches

Bei den hier vorgestellten Aufgaben der Kapitel 1, 3 und 5 handelt es sich um „konstruktive Übungen“, die von den Studenten zum größten Teil außerhalb des Seminars bzw. Unterrichts erarbeitet werden. Als Arbeitsaufwand hierfür sind 40 bis 60 Stunden vorgesehen. Mit den Kapiteln 2, 4 und 6 wird jeweils eine Klausuraufgabe nachgestellt, die der Lernzielkontrolle für die in den Übungen erarbeiteten Themenbereiche dient. Als Bearbeitungszeit sind 4 Unterrichtsstunden angedacht. Ein mögliches Bewertungsschema für alle Aufgaben befindet sich im Anhang (A-l, A-2). Die im Weiteren beschriebene systematische Vorgehensweise findet in allen konstruktiven Übungen seine konsequente Umsetzung.

3. Theorien und Konzepte

Eine vertiefte Auseinandersetzung mit Vermarktungs- und Beschaffungsfragen wird in den Wirtschaftswissenschaften seit den 60er Jahren geführt. Die Forschung konzentrierte sich stärker auf die Sachgüter innerhalb des Investitionsgütermarketing als auf den Dienstleistungsbereich. Parallel zur Fundierung des Investitionsgütermarketing entwickelte sich das Innovationsmarketing, das sich auf die Vermarktung und Beschaffung innovativer Sachgüter fokussierte. Im Hinblick auf die gravierende Forschungslücke und die wirtschaftlich stärkere Bedeutung von Dienstleistungen sind dann seit Anfang der 80er Jahre verstärkt empirische, betriebswirtschaftlich orientierte Forschungsbemühungen mit der Etablierung des Dienstleistungsmarketing zu verzeichnen. Erste zusammenfassende Arbeiten zur Vermarktung bzw. Beschaffung von Dienstleistungen sind erst in jüngerer Zeit entstanden.

2. Grundlagen und Bezugsrahmen

Dieses Kapitel dient einer zweckorientierten Strukturiemng des Untersuchungsfeldes, die durch eine Erarbeitxing der Grundlagen und die Definition einer betriebswirtschaftlich ausgerichteten Analysestruktur (Bezugsrahmen) erreicht werden soil. Als zentrale Grundlage wird in diesem Kapitel zunächst das betriebliche Informationssystem untersucht (Abschnitt 2.1), da mit der Datenintegration informationsverarbeitende Prozesse innerhalb dieses Systems betroffen sind. In diesem Zusammenhang wird auch dargestellt, auf welche Weise und aus welchen Gründen in der Praxis typischerweise der Bedarf nach Datenintegration entsteht. In Abschnitt 2.2 wird die von

Mertens

geprägte „Integrierte Informationsverarbeitung“ mit Blick auf die gegebene Problemstellung dargestellt. Ein weiterer Abschnitt (Abschnitt 2.3) analysiert - ebenfalls als Grundlage - die Bedeutungen zentraler Integrationsbegriffe aus der Literatur.

11. Praktikerporträts

Wie vielfältig die beruflichen Möglichkeiten von Mathematikern sind, zeigen die nachfolgenden Praktikerberichte und -interviews. Aus praktisch allen Branchen, in den verschiedensten Positionen und über die unterschiedlichsten Karrierewege berichten Mathematiker über ihre Erfahrungen in der Industrie, stellen Spezialisten große Betätigungsfelder für Mathematiker dar, skizzieren Führungskräfte die Einstellungskriterien und Anforderungen an Mathematiker. Dabei tut sich ein breites Spektrum an beruflichen Möglichkeiten auf: ob in der intensiven mathematischen Beschäftigung oder in eher mathematikfernen Bereichen, ob in der Expertenlaufbahn oder als Führungskraft im Management.

Regine Kramer

1. Einführung

Wenn man die Absicht hat, sich mit dem systematischen Ablauf der Konstruktionstätigkeit zu befassen, dann kann es vielleicht nützlich sein, zunächst kurz über die Begriffe „Konstruktion“ oder „konstruktiv“ nachzudenken. Im Konversationslexikon findet man zum Stichwort „Konstruktion“ die Definition: Allgemeiner Aufbau, Gestaltung oder Berechnung und Entwurf eines Bauwerks oder einer Maschine.

1. Einführung in die Konstruktionsmethodik

Der konstruktive Entwicklungsprozess eines Produkts kann nicht losgelöst von den einzelnen Phasen betrachtet werden, die es während seines Bestehens durchläuft. Jede Phase beeinflusst mehr oder weniger die Ziele der Produktentwicklung. Diese Wechselwirkungen müssen Entwickler und Konstrukteur berücksichtigen. Zum Teil spiegeln sich diese Verbindungen in Anforderungen und Gestaltungshinweisen wider (siehe Kapitel 1.4). Im Folgenden wird der Produktlebenszyklus mit seinen einzelnen Phasen näher vorgestellt.

F. Weldermann, P. Wieland

Generic Non-technical Procedures in Design Problem Solving: Is There Any Benefit to the Clarification of Task Requirements?

The quasi-experimental field study with 174 advanced engineering students analysed the possibilities to assist the requirements analysis when solving design problems. Technical check lists are in common practice for assisting the requirement analysis. We wondered if a generic question answering system (GQAS) aiming at the ‘semantic relationships’ would offer an additional benefit to the exhaustive identification of the requirements of a design task when a technical check list were offered at the same time. Therefore, two groups of students of mechanical engineering were asked to develop a list of requirements for the design of a machine collecting windfall. Whereas one group was offered a technical check list together with the generic question answering system, the other group was only offered the technical check list. The entire number of identified applicable requirements is significantly higher for the group with the additional GQAS. The additional benefit of answering generic interrogative questions holds for the majority of the individual categories of technical requirements, e.g. the weight of the device to be designed, manufacturing costs or recycling. The benefit is explained hypothetically with the proven stimulation of meta-cognitive processes by means of systems of interrogative questions. Practically, the consideration of generic procedures of problem solving in engineering design education may be proposed.

Constance Winkelmann, Winfried Hacker

4. Qualitätssicherung

Der Begriff der Qualität ist vielschichtig und wird uneinheitlich verwandt. Grundsätzlich wird unter Qualität die Güte, Beschaffenheit und/oder Wertstufe eines Gegenstandes oder eines Prozesses subsumiert.

2. Konstruktionssystematische Grundlagen

Erfolg stellt sich beim Konstruieren vor allen Dingen durch die Fachkompetenz und die Kreativität des Konstrukteurs ein. Das Anwenden konstruktionssystematischer Arbeitsmethoden und das Beherrschen des Umgangs mit dem CAD-System unterstützen dabei. Im Folgenden soll ein Überblick über konstruktionssystematische Grundlagen gegeben werden, die das Verständnis für die gewählten Übungsbeispiele der CAD-Ausbildung erhöhen und dort auch angewendet werden.

De2. Konstruktionssystematische Grundlagen

Erfolg stellt sich beim Konstruieren vor alien Dingen durch die Fachkompetenz und die Kreati-vität des Konstrukteurs ein. Das Anwenden konstruktionssystematischer Arbeitsmethoden und das Beherrschen des Umgangs mit dem CAD-System untersttitzen dabei. Im Folgenden soil ein Überblick über konstruktionssystematische Grundlagen gegeben werden, die das Verständnis für die gewählten Übungsbeispiele der CAD-Ausbildung erhöhen und dort auch angewendet werden.

6. Fahrwerkentwicklung

Die Entwicklung eines Fahrwerks ist gekennzeichnet durch sehr große Fertigungsstückzahlen (100000 bis mehrere Millionen Stück in der gesamten Laufzeit), anspruchsvolle Technologien, strenge Sicherheitsan-forderungen, hohe Umweltauflagen sowie Terminund Kostendruck.

3. Formulieren, Schreiben und Erstellen des Technischen Berichts

In diesem Kapitel werden viele Hinweise zur sachgerechten Erstellung des Technischen Berichts genannt und erläutert. Hinweise zur Arbeit mit Textverarbeitungs-Systemen sind vor allem in 3.7.1, 3.7.4 und 3.7.5 zusammengefasst. Bevor jedoch die Einzelheiten des Kapitels 3 gezeigt werden, folgen zuerst zusammenfassende und übergeordnete Überlegungen.

Lutz Hering, Heike Hering

Entwicklungsprozesse hybrider Leistungsbündel – Evaluierung von Modellierungsmethoden unter Berücksichtigung zyklischer Einflussfaktoren

Die Entwicklung moderner Produkte hin zu komplexen hybriden Leistungsbün-deln, bestehend aus technischen Artefakten und Dienstleistungen, erfordert eine erweiterte Betrachtung des zugehörigen Entwicklungsprozesses. Durch das tem-porale Verhalten interner und externer Einflussfaktoren verschärfen sich die An-forderungen an den angewandten Entwurfsprozess. Um die Voraussetzungen für eine optimierte Modellierung des Entwicklungsprozesses zu legen, werden im Rah-men dieses Beitrags die anzulegenden Kriterien identifiziert, existierende Model-lierungsmethoden evaluiert und der zukünftige Handlungsbedarf aufgezeigt.

Stefan Langer, Matthias Kreimeyer, Patrick Müller, Udo Lindemann, Luciënne Blessing

2. Grundlagen der organisationalen Veränderung und der Methodenkonstruktion

Veränderungen in einem organisationalen Kontext umfassen nahezu das gesamte Spektrum der betriebswirtschaftlichen, rechtlichen, organisationspsychologischen, ethischen und informationstechnischen Themenstellungen. Nachfolgend werden deshalb kurz die relevanten Themengebiete angerissen und als Betrachtungssichten systematisiert. Ein weiterer Schritt in diesem Kapitel ist die Herleitung eines Bezugsrahmens, der die Positionierung der behandelten Themen und Abbildung ihrer Wechselwirkungen erlaubt. Dazu werden zunächst zwei bestehende Management-Modelle ausgewählt und für die Verwendung in Bezug auf die hier vorliegende Aufgabenstellung integriert. Danach werden einige weitere, bekannte Management-Modelle kurz vorgestellt und mit dem integrierten Bezugsrahmen verglichen, um Ergänzungen vorzunehmen bzw. seine Vor- und Nachteile abzuwägen. Darüber hinaus werden mit Blick auf die zentrale Zielsetzung der Arbeit die Grundlagen der Methodenkonstruktion untersucht und für die vorliegende Problemstellung, die von dem ursprünglichen Einsatzgebiet der Methodenkonstruktion abweicht, diskutiert. Darauf aufbauend erfolgt anhand eines all gemeinen Veränderungsprozesses eine Eingrenzung auf die für die Arbeit zentralen Themenbereiche und damit zugleich eine Eingrenzung der zu behandelnden Gebiete.

2. Konzeptionelle Grundlagen

Dieses Kapitel gibt einen Überblick über die konzeptionellen Grundlagen für die Gestaltung eines Kundenbeziehungsmanagements zwischen internen IT-Dienstleistern und Fachbereichen. Der Bezugsrahmen für das theoretische Themenspektrum dieser Arbeit wird aus folgenden Schwerpunkten gebildet:

Business Engineering

(BE) bildet den Forschungs-und Analyserahmen für die Arbeit. Anhand der Konzepte des BE wird der Modell-und Architekturbegriff definiert. Die ingenieurmässige Vorgehensweise des BE bildet die Grundlage zur Modellierung einer Referenzarchitektur für Prozesse des Kundenbeziehungsmanagements zwischen internen IT-Dienstleistern und Fachbereichen.

Informationsmanagement

ist die betriebswirtschaftliche Disziplin, in der sich diese Arbeit bewegt. Es werden Ansätze des klassischen, vor allem aber des industrialisierten Informationsmanagements dargestellt. Anschliessend wird der IT-Dienstleistungsbegriff definiert und die Organisationsform des internen IT-Dienstleisters abgegrenzt.

Im

Kundenbeziehungsmanagement

liefern die Konzepte des Customer Relationship Management (CRM) die Ausgangsdisziplin, deren Übertragbarkeit von ihrem ursprünglichen, vom freien Markt geprägten Anwendungsumfeld auf die Kundenschnittstelle zwischen internen IT-Dienstleistern und Geschäftsbereichen (Zieldisziplin) untersucht wird. Eine besondere Rolle spielen dabei die verschiedenen Kategorien von CRM-Prozessen sowie die Wissensorientierung im CRM.

1. Einführung in das Konstruieren und Gestalten von Maschinenteilen

Maschinenteile sind Bauteile oder Bauteilgruppen, die in unterschiedlichen Maschinen oder Geräten jeweils gleiche oder ähnliche Funktionen zu erfüllen haben. Sie müssen daher vergleichbare Konstruktionsmerkmale aufweisen.

4. Feld „Ist-Zustand“: TRIZ-basierte Werkzeuge zur Identifikation von Problemen und Widersprüchen

Das Feld des Ist-Zustands nimmt im Problemlösungsprozess einen bedeutenden Stellenwert ein, wenngleich der Anwender im PI-Konzept nicht zwingend mit diesem Feld zur Bearbeitung eines Problems beginnen muss. Allerdings sollte der Ist-Zustand bekannt sein, damit kein augenscheinliches Problem bearbeitet wird. Um Probleme aufzuspüren und offen gelegte Probleme zu analysieren und zu modellieren, findet der Anwender im Feld des Ist-Zustands verschiedene TRIZ-basierte Werkzeuge.

6. Strategisches multi-channel-communications- und marketing-management mit traditionellen medien

Die Grundlegende Aufgabe beim

strategischen Multi-Channel-Marketing-Management

eines Unternehmens ist darin zu sehen, „ ...durch die intelligente und integrierte nutzung der Kommunikationskanäle und deren Integration eine effiziente und gleichzeitig qualitativ hochwertige Kundenkommunikation [zu] Erreichen, ...die sich über die drei Phasen Information Transaktion und Service erstreckt“. Dazu ist es notwendig, alle Dimensionen der Elemente Kunde, Kommunikation und Kommunikationskanäle zu verstehen, zueinander in Beziehung zu setzen und eine Strategie zu entwickeln. Dabei sind es jedoch gerade die Wechselbeziehungen der Elemente zueinander, die die Komplexität ausmachen und die es zu verstehen und zu nutzen gilt. Der ganzheitliche Charakter der Aufgabenstellung verdeutlicht, dass eine Multi-Channel-Strategie, die lediglich an einem der Elemente ausgerichtet ist, scheitern wird, da die Wahrscheinlichkeit hoch ist, den falschen Kunden auf dem richtigen Kanal in der falschen Kommunikationsphase zu erreichen bzw. den richtigen Kunden mit den falschen Informationen auf zu wenig Kanälen zu versorgen.

2. Grundlagen

Dieses Kapitel legt die theoretischen Grundlagen zur Beantwortung der eingangs formulierten Forschungsfrage. Hierbei werden zunächst die Konzepte des Business Engineering als Forschungsrahmen des Dissertationsprojekts erläutert (s. Abschnitt 2.1). Im Anschluss daran werden die Grundlagen zu Customer Relationship Management (s. Abschnitt 2.2) und Self-Service in Kundenbeziehungen untersucht (s. Abschnitt 2.3). Dies bildet die Basis für die Betrachtung von Internetportalen in der Finanzdienstleistungsbranche in Abschnitt 2.4. Das Kapitel schliesst mit einer Zusammenfassung der wichtigsten Beiträge für die vorliegende Arbeit (s. Abschnitt 2.5).

1. Grundlagen der Gestaltung des Leistungsprogramms

Wenn es das Ziel jeden Marketingmanagements ist, Wettbewerbsvorteile aufzubauen und/oder zu sichern,

1

stellt sich die Frage, wie und mit welchen Mitteln dieses Ziel erreicht werden kann. Aus der generellen Leitlinie der Marketingkonzeption ergibt sich somit für alle in einem Unternehmen am Marketingprozess beteiligten Akteure die Aufgabe, Maßnahmen zu konzpieren und umzusetzen, die dazu beitragen, die Marketingphilosophie mit Leben und mit Inhalt zu füllen. Aus den grundlegenden Erkenntnissen über das Zustandekommen von Markttransaktionen sowie den Verlauf von Marktprozessen

2

resultieren dabei erste wichtige Hinweise darauf, welche Art von Maßnahmen ergriffen und wie die betreffenden Vorgehensweisen gestaltet werden müssen. Aufgrund der genannten Zusammenhänge lassen sich die betreffenden Teilaufgaben zunächst grob wie folgt fassen: Zur Erreichung eines Wettbewerbsvorteils muss ein Anbieter,

Michael Kleinaltenkamp, Frank Jacob

Serviceorientierte Architekturen für das Multi-Channel-Management

Unter den Begriffen der Netzwerkorganisation oder des Netzwerkunternehmens beschäftigt sich die betriebswirtschaftliche Forschung seit geraumer Zeit mit Chancen und Risiken intraorganisationaler Verflechtungen (vgl. Miles, Snow 1978; Jarillo 1988; Sydow 1992; Castells 1996). Angesichts der ökonomischen Herausforderungen globaler Märkte im 21. Jahrhundert hat sich in Literatur und Praxis die von Porter ursprünglich linear beschriebene Wertschöpfungskette (vgl. Porter 1985) längst zum komplexen Wertschöpfungsnetzwerk fortentwickelt (vgl. Andrews, Hahn 1998). Diese Netzwerke können verstanden werden als kooperative Organisationsformen, die auf die gemeinschaftliche Realisation von Wertschöpfungsvorteilen abzielen und gleichzeitig die rechtliche Selbstständigkeit der beteiligten Partner aufrechterhalten (vgl. Bach 2003; Zentes, Swoboda, Morschett 2005). Das institutionelle Spannungsfeld zwischen rechtlich selbstständigen, aber wirtschaftlich verflochtenen Unternehmen manifestiert die hybride Natur von Wertschöpfungsnetzwerken. Das einzelne Unternehmen steuert dabei seine spezifischen Kompetenzen und Ressourcen zu der gesamtnetzwerkbezogenen Wertschöpfung bei.

Dr. Oliver Thomas, Katrina Leyking, Clemens Hildebrandt, Michael Fellmann, Marc Gräßle

9. Produktionstechnik

Produktion ist die Erzeugung von Sachgütern und nutzbarer Energie sowie die Erbringung von Dienstleistungen durch Kombination von Produktionsfaktoren. Produktionsfaktoren sind alle zur Erzeugung verwendeten Güter und Dienste. Aus volkswirtschaftlicher Sicht besteht der Zweck der Produktion im Überwinden der Knappheit von Gütern und Diensten zur Befriedigung menschlicher Bedürfnisse. Die Produktion steht als Erzeugungssystem der Konsumtion als Verbrauchersystem gegenüber (Günter Spur).

Herausforderungen der Wirtschaftsinformatik in Zeiten des Wandels

Die Wirtschaftsinformatik in den deutschsprachigen Ländern hat sich ungefähr 40 Jahre nach der Gründung des ersten einschlägigen Lehrstuhls zu einer etablierten Disziplin entwickelt. An mehr als 70 Universitäten wird das Fach von ca. 220 Professorinnen und Professoren vertreten. Dazu kommt eine beachtliche Zahl von Kolleginnen und Kollegen an Fachhochschulen. Nachdem die ersten Jahrzehnte durch ein ausgeprägtes Wachstum gekennzeichnet waren, befindet sich die Wirtschaftsinformatik seit einiger Zeit in einer Konsolidierungsphase. Sie ist gekennzeichnet durch eine Ausdifferenzierung in eine beachtliche Fülle von Forschungsfeldern sowie durch eine Normalisierung des Verhältnisses zu den Nachbardisziplinen Betriebswirtschaftslehre und Informatik. Es finden sich manche Anzeichen einer prosperierenden Disziplin. So erlaubt das Drittmittelaufkommen den meisten Fachvertretern eine beruhigende Unabhängigkeit vom tendenziell abnehmenden Volumen der Grundfinanzierung. Die Nachfrage nach Absolventen ist unvermindert hoch. Auch für die Zukunft darf mit einer hohen Wertschätzung von Wirtschaftsinformatikern am Arbeitsmarkt gerechnet werden. Es mag ein Ausdruck dieser vergleichsweise kommoden Situation sein, dass die Wirtschaftsinformatik durch eine beachtliche Harmonie gekennzeichnet ist.

Prof. Dr. Ulrich Frank

2. Konstruktionssystematische Grundlagen

Erfolg stellt sich beim Konstruieren vor allen Dingen durch die Fachkompetenz und die Kreativität des Konstrukteurs ein. Das Anwenden konstruktionssystematischer Arbeitsmethoden und das Beherrschen des Umgangs mit dem CAD-System unterstÖtzen dabei. Im Folgenden soll ein Öberblick Öber konstruktionssystematische Grundlagen gegeben werden, die das Verständnis fÖr die gewählten Öbungsbeispiele der CAD-Ausbildung erhöhen und dort auch angewendet werden.

2. Konstruktion von Algorithmen

In diesem Kapitel nähern wir uns der Beantwortung der Frage an, wie man für ein gegebenes Problem einen Algorithmus findet. Leider gibt es auf diese Frage keine einfache Antwort, schon gar nicht können irgendwelche „Kochrezepte“ angegeben werden, die es ermöglichten, zielsicher vom Problem zum Programm zu gelangen. Es gibt in der Software-Technik bis heute auch keine wohl definierte Konstruktionslehre, wie das in reiferen Ingenieurwissenschaften eine Selbstverständlichkeit ist. Vielmehr gibt es verschiedene Formen von Handlungsanleitungen, die den Programmierer bei seiner Tätigkeit unterstützen und die Wahrscheinlichkeit erhöhen sollen, dass die entstehenden Programme bestimmte Qualitätskriterien, wie z. B.

Korrektheit

und

Lesbarkeit

, erfüllen. Nähere Hinweise dazu werden im Abschnitt 2.4 gegeben.

19. Dichtungen

Die Hauptfunktion von Dichtungen ist das Trennen von zwei funktionsmaßig verschiedenen Räumen gleichen oder unterschiedlichen Druckes, damit kein Austausch fester, flüssiger oder gasförmiger Medien zwischen diesen stattfinden kann oder dieser zumindest in zulässigen Grenzen liegt (zulässiger Leckverlust). Anwendungen sind zum Beispiel: Verhindern des Verlustes an Betriebsstoffen (z. B. Ölaustritt aus Lagern, Luft aus Pneumatikleitungen), Vermeidung des Eindringes von Verschmutzungen (z. B. in Lager), Verhinderung des Vermischens verschiedener Betriebsstoffe (z. B. von Lagerfett und Lauge in Waschmaschinen). Für die erreichbare Dichtheit ist es wichtig, ob

die Dichtung zwischen ruhenden Dichtflächen (ruhenden Bauteilen) erfolgen muss (

statische Dichtungen

); die Räume sind vollkommen getrennt. Die Abdichtung erfolgt stets mit Berührungsdichtungen.

eine Relativbewegung der Dichtflächen (zwischen bewegten Bauteilen) vorliegt (

dynamische Dichtung

); die Räume sind längs der Fläche eines sich drehenden oder hin- und hergehenden Maschinenelements (Welle, Stange) miteinander verbunden. Die Abdichtung kann als Berührungsdichtung oder durch einen schmalen Spalt zwischen den Dichtflächen berührungsfrei erfolgen.

3. Festigkeitsberechnung

Bei der Auslegung und Nachprüfung der Bauteilabmessungen muss gewährleistet sein, dass die inneren Beanspruchungen, die sich aus den äußeren Belastungen ergeben, mit ausreichender Sicherheit gegen Versagen des Bauteiles aufgenommen werden können. Die im jeweiligen gefährdeten Bauteilquerschnitt auftretende großte Spannung darf den für diese Stelle maßgebenden zulässigen Wert nicht überschreiten. Diese zulässige Spannung ist im Wesentlichen abhängig vom Werkstoff, von der Beanspruchungs- und Belastungsart sowie der geometrischen Form des Bauteiles und anderen Einflüssen, wie z. B. Bauteiltemperatur, Eigenspannungen, Werkstoff-fehler, korrodierend wirkende Umgebungsmedien. Die Dimensionierung eines Bauteiles richtet sich vor allem nach der Art seines möglichen Versagens (das Bauteil kann seine Funktion nicht mehr erfüllen), das in den meisten Fällen hervorgerufen wird durch

unzulässig große Verformungen,

Gewaltbruch,

Dauerbruch,

Rissfortschreiten (Bruchmechanik),

Instabilwerden (z. B. Knicken, Beulen),

mechanische Abnutzung (z. B. Verschleiß, Abrieb),

chemische Angriffe (z. B. Korrosion).

11. Achsen, Wellen und Zapfen

10. Elastische Federn

Alle elastischen Körper „federn“, d. h. unter Einwirkung einer Kraft

F

bzw. eines Kraftmomentes

M(T)

verformen sie sich elastisch. Dabei wird potentielle Energie gespeichert, die bei der Rückfederung unter Berücksichtigung der Reibungsverluste in Form von Arbeit wieder abgegeben werden kann. Je nach Aufgabenstellung wird von der Feder ein kleiner/großer Verformungsweg oder eine kleine/große Dämpfung

1)

gefordert. Beides kann erreicht werden durch

eine entsprechende Werkstoffwahl (z. B. Federstahl, Gummi)

eine günstige Formgebung (z. B. Federart, Bauabmessungen)

den Grad der Kompressibilität von Gasen oder Flüssigkeiten (Wahl des Mediums, Bauabmessungen).

1. Allgemeine und konstruktive Grundlagen

Ein Maschinenelement kann ganz allgemein

als kleinstes, nicht mehr sinnvoll zu zerlegendes und in gleicher oder ähnlicher Form immer wieder verwendetes

Bauteil in technischen Anwendungen verstanden werden. Maschinenelemente können sowohl Einzelbauteile wie Schrauben, Stifte, Wellen, Zahnräder, usw. sein als auch Bauteilgruppen. Diese Bauteilgruppen wie Wälzlager, Kupplungen, Ventile, usw. bestehen zwar aus mehreren Einzelbauteilen, werden aber hinsichtlich ihres Einsatzes als Einheit verwendet.

1. Das mechatronische Kraftfahrzeug

Nach Herstellerangaben haben die Elektrik und Elektronik einen Anteil im Kaufwert eines Personenkraftfahrzeuges von etwa 20 – 25 % bei heutigen Fahrzeugen und man erwartet einen Anstieg auf 30 – 35 % um 2010. Hierunter sind vielerlei Komponenten wie Schalter, Kabel, Stecker, Sensoren, elektrische Aktoren und Antriebe, Bordnetz, Signalbussysteme und Steuerungs- und Regelungseinheiten mit hochintegrierten Schaltungen und Mikrocontrollern enthalten. Ein Fahrzeug der Oberklasse enthält zurzeit etwa 2,5 km Kabel, 40 Sensoren, bis zu 150 elektromotorische Aktoren und Antriebe, 4 Bussysteme mit 2500 Signalen und 45 – 75 Mikrorechnersteuergeräte (je nach Ausstattung).

Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rolf Isermann

Legibility of Letters in Reality, 2D and 3D Projection

Virtual prototypes are essential for engineers to understand the complex structures and arrangements of mechatronic products like automobiles. Currently, Virtual Environments (VE) are used for visual analysis and interaction with virtual models. In the next years more supplementary information will be integrated in the VE, completing the 3D-model. This includes names of single parts, corresponding materials or masses. However, up till now there is little explicit research on the psychological effects of additional text visualization in VE’s. For example it unclear if it is possible to visualize the textual information like on paper prints or on 2D displays. The current study empirically compares these types of different output mediums to advise rules for visualization of text in 3D Virtual Environments. Results show, that textual information has to be slightly enlarged for the 3D Virtual Environment. In addition, subjects performed better in conditions with projected textual information compared to real text.

Elisabeth Dittrich, Stefan Brandenburg, Boris Beckmann-Dobrev

Developing Robust PSS Offerings

PSS are often used by multiple users as well as under varying conditions. These users do not know the PSS well and therefore are less likely to recognize problems or handle situations that could damage the product. Therefore design of robust product components for PSS is important.

Based on disturbances analysed by process modelling, robust principle solutions can be designed using disturbance portfolios. The introduced method uses them to offer the designer sub solutions and disturbances in a coherent table. The sub solutions are represented by a pictogram to support intuitive design as well as numeric information about the robustness.

A. Dill, J. Mathias, A. Bohn, H. Birkhofer

An Information Model of the Design Process for the Estimation of Product Development Effort

Especially for small batch series or customer specific development orders, development costs are a noteworthy part of the overall costs and cannot be balanced by optimized production processes and lower production costs as in the case of mass production. Even though they might not be state of the art in industrial application, there are numerous methods for the estimation of costs that are determined in the course of product development. However, the costs caused by the actual development processes are hardly considered. This gap is supposed to be filled by an estimation of development costs as a direct consequence of development (and with it information handling) effort. For this an information model of the design process and the information handling steps which aregenerating the design effort are presented.

Judith Pollmanns, Thomas Hohnen, Jörg Feldhusen

New Perspectives in the Quest for Unification of ‘Lean’ with Traditional Engineering Design Methodology

In an increasingly competitive business world, engineering companies need to improve their capability in developing products that offer high value to customers. In this connection, the

Toyota Product Development System

—commonly referred to as ‘LeanProduct Development

—is a benchmark for effective, new practices across industries.

Lean

contains many of the same elements as

traditional

engineering design methodologies, developed in the 1970-80s, which describe systematic design and engineering processes. However, the former differs through its philosophical nature—rather than being a methodology or tool—as well as its focus on increasing effectiveness through waste reduction.

In this paper, a literature review of the traditional, systematic product engineering/development methodologies and the more recent lean concept is conducted. Both approaches are analyzed, providing a discussion as to what extent traditional methodologies include elements of lean-thinking and to what extent the associated product engineering processes are lean.

Sören Ulonska, Torgeir Welo

The Implications of the Skin Model Concept for Computer Aided Tolerancing

During product origination many deviations occur which manifest in unreliable functional behaviour and reduced product quality. Thus, the observable geometric deviations have to be limited by geometric tolerances of function-relevant part features. In this context the standards for Geometrical Product Specification and Verification (GPS) provide helpful tools for geometric tolerancing. A basic concept within these standards is the skin model concept which can be understood as a model of the physical interface between the workpiece and its environment. Recent research tries to translate this concept into discrete geometry and focuses upon the technical aspects related to generating skin model shapes, whereas the implications of this concept and emerging simulation possibilities for the geometric variations management process stay disregarded. Therefore, this paper highlights the consequences of the skin model concept and modern simulation tools for the computer aided tolerancing process and the management of geometric deviations during product development.

Benjamin Schleich, Sandro Wartzack

Design for Testability for Micro-mechatronic Systems

The development and manufacturing of highly precise micro-mechatronic systems, such as MEMS applications, is a challenging task due to the complexity and variety of their manufacturing technologies, as well as their high quality requirements. Within the context of the product engineering process of micro-mechatronic systems, quality inspection by means of production measurement technology is a crucial factor. This paper presents a survey of the challenges regarding quality inspection of micro-mechatronic systems. Furthermore, a Design for Testability approach for these types of products is described and exemplary applications of its implementation are shown.

Gisela Lanza, Thomas Blank, Benjamin Haefner

Smart Engineering for Smart Products

Smart Engineering aims at a new approach for describing, designing and dimensioning Smart Products. Design methodology is far advanced and provides both a systematic approach to develop new products as well as appropriate methods to support development tasks in specific development phases. Within this development process the communication capabilities of Smart Products, the structure of communication among Smart Products as well as executing functional operations triggered by communicated messages is not described yet.

This new approach for the description of Smart Products introduces products’ states specification to derive the description of functional behavior as well as the execution of working procedures. In this contribution a basic systematic analysis of both sensors for communication and internet based communication protocols is presented to enable appropriate products’ states. Based on this analysis a framework approach for processing events will be presented. The Smart Engineering approach will be demonstrated finally within an application scenario.

Reiner Anderl, André Picard, Katharina Albrecht

Cost-Effects of Product Modularity – An Approach to Describe Manufacturing Costs as a Function of Modularity

In recent years modularization has been used to solve the trade-off between the diversity of variety and the effort to optimize product complexity or product standardization. In the context of the implementation of an optimal product strategy and the conduction or extension of a modularization concept, it is required to evaluate the costs to support engineering decisions. The outcome of this paper is an approach to support modularization decisions of an engineer. With it, a structured procedure is introduced to identify factors which influence the costs and which depend on the product modularity.

Thomas Hohnen, Judith Pollmanns, Jörg Feldhusen

Model Based Design with Systems Engineering Based on RFLP Using V6

Today, coping with the different workflows, methods and tools of this inter-disciplinary approach to product development throughout a product’s life-cycle is the key challenge for a company. There is evidently a need for requirements engineering and management, as well as model-based design and engineering. More specifically, however, what is required is a unique and integrated methodology for requirements engineering and management, functional and logical design, as well as physical design in different domains for the multi-disciplinary development process based on a Systems Engineering approach early in the design process. In this paper, the RFLP approach (Requirements – Functional – Logical – Physical) will be presented as the baseline for model-based design with Systems Engineering that enable close interaction and collaboration between the different engineering disciplines render resources and processes more efficient, enhance quality, and ensure that the target system ultimately meets the requirements, while reducing design cycle time and engineering lead time.

Sven Kleiner, Christoph Kramer

Enhancing Interpretation-Quality of Requirements Using PLM Integrated Requirements-Communication in Cross Company Development Processes

Fulfilling customer requirements significantly influences product success. Improving the quality of documentation is a primary objective of requirements engineering and management. Despite properly outlined requirements however, it is very common that mistakes emerge throughout the product development lifecycle due to diverging interpretations. Because if this enhancing the quality of requirements documentation to ensure a common understanding is increasingly the focus of quality improvement considerations. In response to this need, an approach was developed which uses Secure Information Transformation from Input to Output (SITIO) as an aspect of PLM integrated requirements management to provide a sustainable enhancement of interpretation-quality through linguistic pragmatics.

Martin Rebel, Jörg W. Fischer, Armin Haße, Cees Michielsen

Improving Result Quality in Engineering Design by Better Linking Employee’s and Task’s Features

Human interference with engineers’ activities negatively influences engineering tasks’ success. Regarding human influence is therefore a promising approach to improve that success. This Paper examines the aspect of man-induced disturbances in Systematic Engineering Design processes. Based on a lab study done with engineering students and interviews with engineers in industry a model of how to link engineering tasks with the most appropriate problem solving design engineer is developed. To underline the importance of the model, specific background information on Design Theory approaches is given.

Malte Hinsch, Jan Erik Heller, Raymond Djaloeis, Christopher M. Schlick, Jörg Feldhusen

Simulation in Human-Centered Design – Past, Present and Tomorrow

Due to the ever rising significance of the products’ usability the consideration of the user in the product development process becomes more and more important to stay competitive. This paper firstly outlines the historical evolution of how user-product relationships have been investigated and considered in product design in the past. A literature research has been conducted to acquire information about the state of the art in the multidisciplinary field of human-centered design as well as to derive which challenges towards a virtual assessment of human-related product properties exist. Finally the most recent research activities aiming to solve the identified issues as well as future prospects in simulating human-product interactions are presented.

Jörg Miehling, Daniel Krüger, Sandro Wartzack

Designing Rotationally Symmetric Products for Multi-variant Mass Production by Using Production-Technical Solution Space

Highly customized products have led to an irreproducible complexity in product development and order processing process. Today’s product design and IT-tools reduce this complexity insufficiently and potentials in administration and manufacturing are not fully lapped. The approach presented in this paper starts the development of a product structure at the manufacturing environment. The aim is to develop a product structure for rotational products that is adapted for manufacturing processes and therefore enabling a cost-effective production. As a result, companies are able to provide their customers with individual product solutions using standardized processes. This enables a technological and production-related flexibility to fulfill growing needs of global markets.

Guenther Schuh, Till Potente, Christina Thomas, Stephan Schmitz

Knowledge Management in Set Based Lean Product Development Process

The objective of the research is to examine and develop new methods and tools for management of knowledge in Lean Product development. Lean Product development attempts to apply lean philosophy and principles within product development process. Special emphasis is given to the so-called Set Based Lean Design principles. Such product development process requires innovative methodologies and tools for capturing, reuse and provision of knowledge needed for decision making, as well as advanced ICT environment for Knowledge Management (KM).

A Set Based Lean Design toolkit is developed, aiming to support the product developer in making decisions during the development process. This toolkit includes the Lean Knowledge Life Cycle methodology and a set of software tools for KM. The application of the methods and tools is investigated within large automotive industry and its supplier.

Robert Furian, Frank von Lacroix, Dragan Stokic, Ana Correia, Cristina Grama, Stefan Faltus, Maksim Maksimovic, Karl-Heinrich Grote, Christiane Beyer

Outline of a Methodic Realization of Construction Kits for Changeable Production Systems

This paper outlines a method to structure a construction kit system for assembly and manufacturing systems in a way, that a realised system from those building blocks fulfils the requirement of ease in reconfiguration considering specified change criteria (i.e. variants, capacity) at an adequate degree. An overview regarding the major engineering domains and applicable literature is given. The basic flow in this method is given and important steps described. This paper finishes with describing further steps for finalizing the method.

Michael Quade, David Jentsch, Egon Mueller

Methods for the Domain-Spanning Conceptual Design

The development of self-optimizing systems is a highly interdisciplinary task, as several domains are involved. Existing design methodologies do not adress this issue, as they focus on the respective domain; a holistic domain-spanning consideration of the system occurs - if at all - only rudimentally. The partial solutions developed by the respective domains may be optimal from the point of view of this domain. However, it does not automatically mean, that the sum of the optimal domain-specific solutions forms the best possible overall solution: ”the whole is more than the sum of its parts”. This especially holds true for the early design phase, the conceptual design. Its result is the so-called principle solution, which is further refined in the domain-specific design and development. Thus, a great need for methods arises which support the domain-spanning conceptual design for self-optimizing systems in a holistic manner. In this chapter we will introduce such methods. In particular, we will explain the specification technique for the domain-spanning description of the principle solution of a self-optimizing system. Furthermore, methods are explained which support the creation of the principle solution. This includes a method to ensure the consistency of application scenarios, a method for the design of the system of objectives, which is crucial for a self-optimizing system, as well as a method for the re-use of proven solutions for recurring problems (solution patterns). Finally, some analysis methods are explained that are performed on the specification of the principle solution. These are: the early analysis of the reliability and the analysis of the economic efficiency.

Harald Anacker, Christian Brenner, Rafal Dorociak, Roman Dumitrescu, Jürgen Gausemeier, Peter Iwanek, Wilhelm Schäfer, Mareen Vaßholz

Development of the IPS² Factory Management

The approach of the IPS² factory management faces the challenges to deliver IPS². A framework of process steps for the planning, development and use of an IPS² leads to a structured acquisition of necessary processes and activities on the IPS² provider’s and customer’s site to procure and operate a production system.

The development of the generic framework for the IPS² factory management bases on a literature research. Therefore processes and activities of the factory planning as well as for the factory management were concerned. The identified processes and activities were aggregated and assigned to the IPS² life cycle phases by the chronological arranging under consideration of the activities’ in- and output. By varying the responsibility of different process steps, concrete customer-provider-relationships were presented. This approach enables the selection and arrangement of product and service shares in the early life cycle phases for the customer and IPS² provider.

Eckart Uhlmann, Christian Gabriel, Christian Stelzer

Towards Formal Safety Analysis in Feature-Oriented Product Line Development

Feature-orientation has proven beneficial in the development of software product lines. We investigate formal safety analysis and verification for product lines of software-intensive embedded systems. We show how to uniformly augment a feature-oriented, model-based design approach with the specification of safety requirements, failure models and fault injection. Therefore we analyze system hazards and identify the causes, i.e. failures and inadequate control systematically.

As features are the main concept of functional decomposition in the product line approach, features also direct the safety analysis and the specification of system level safety requirements: Safety (design) constraints are allocated to features. Subsequently, the behavior including possible faults is formally modeled. Then formal verification techniques are employed in order to prove that the safety constraints are satisfied and the system level hazards are prevented. We demonstrate our method using

Scade

Suite for the model-based product line design of cardiac pacemakers. VIATRA is employed for the model graph transformation generating the individual products. Formal safety analysis is performed by using

Scade

Design Verifier. The case study shows that our approach leads to a fine-grained safety analysis and is capable of uncovering unwanted feature interactions.

Sara Bessling, Michaela Huhn

Use Case of Providing Decision Support for Product Developers in Product Improvement Processes

Industrial goods like pumps, engines, and gears are subject of cyclical improvements. An important input for such product updates is information from the use phase, especially information about failures that occurred during the use of current products. In a current research project the authors have developed a concept and a prototype for a Feedback Assistant System. The first realized modules of this assistant provide filtered and condensed product use information to the product developer. The paper in hands presents an extended concept and use case to assist the product developer in choosing the most suitable alternative in product improvement processes. The decisions are based on hard facts using diverse criteria.

Michael Abramovici, Andreas Lindner, Susanne Dienst

Tolerance Management for Assembly – Not a Matter of Product Size

Today’s industrial assembly systems have to enable individualized production as well as to feature a high degree of automation to cope with both quality requirements and increasing cost pressure. An overall tolerance concept is necessary to allow processes under the above referenced conditions. Reducing costs and the complexity of assembly processes can be achieved by an assembly product design based on the information provided by a tolerance analysis. This paper describes industrial standards and innovative concepts of a holistic tolerance management that are independent of product size.

Rainer Müller, Martin Esser, Christian Janßen, Matthias Vette, Stefan Quinders

The Potential of Reference Modeling for Simulating Mobile Construction Machinery

This research-in-progress paper summarizes first results of the INPROVY project by applying reference modeling to the simulation of mobile construction machinery. Four Business cases for a potential application of reference modeling are derived by an expert interview. For these four business cases this paper discusses principles of reference modeling can be applied best and how reference modeling can be used to support Simulation of Mobile Construction Machinery economically.

Werner Esswein, Sina Lehrmann, Jeannette Stark
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