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E-Book

Modellintegrierte Produkt- und Prozessentwicklung

Autor	Ilyas Mattmann
Verlag	Springer Vieweg
Erscheinungsjahr	2017
Seitenanzahl	403 Seiten
ISBN	9783658194093
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	79,99 EUR

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

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

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Inhaltsverzeichnis

Geleitwort	6
Vorwort	8
Kurzfassung	10
Inhaltsverzeichnis	12
Abbildungsverzeichnis	18
Tabellenverzeichnis	25
Abkürzungsverzeichnis	26
Formelverzeichnis	28
1 Einleitung	30
1.1 Motivation	30
1.2 Makroskopische Zielsetzung	34
1.3 Einordnung in die Forschungsaktivitäten des SFB 666	36
1.4 Struktureller Aufbau	37
2 Stand der Forschung	40
2.1 Fertigungstechnologische Grundlagen des Spaltprofilierens und Spaltbiegens	40
2.1.1 Konventionelle Blechprodukte	40
2.1.2 Blechbauteile mit verzweigten Strukturen	41
2.1.3 Fertigung verzweigter Blechstrukturen durch Spaltprofilieren und -biegen	43
2.1.4 Fertigungsverfahrensinduzierte Eigenschaften spaltprofilierter Blechprodukte	45
2.1.5 Zwischenfazit	46
2.2 Produkt- und Prozessinnovationen	46
2.2.1 Innovationsbegriff	46
2.2.2 Market Pull und Technology Push	49
2.2.3 Zwischenfazit	50
2.3 Grundlagen zu Modellen und Methoden	51
2.3.1 Modelle	51
2.3.2 Methode und Methodik	55
2.3.3 Zwischenfazit	55
2.4 Modellierung technischer Systeme und Produkte	56
2.4.1 Systembegriff	56
2.4.2 Technische Systeme	61
2.4.3 Technische Produkte	62
2.4.4 Zwischenfazit	63
2.5 Eigenschaftsbasierte Beschreibung und Modellierung technischer Systeme und Produkte	64
2.5.1 Klassifizierung von Eigenschaften	64
2.5.2 Abbildung von Eigenschaftsrelationen	71
2.5.3 Soll-, Nenn- und Ist-Eigenschaften	73
2.5.4 Zwischenfazit	74
2.6 Anforderungen	76
2.6.1 Anforderungsquellen	76
2.6.2 Anforderungsarten	77
2.6.3 Klassifizierung von Anforderungen	85
2.6.4 Anforderungsdekomposition	91
2.6.5 Anforderungsdokumentation	92
2.6.6 Zielkonflikte	95
2.6.7 Standardisierte Anforderungscluster	96
2.6.8 Zwischenfazit	98
2.7 Produktmodellierung	99
2.7.1 Hierarchisches Produktmodell	99
2.7.2 Pyramidenmodell	101
2.7.3 Contact & Channel-Ansatz (C&C2-A)	106
2.7.4 Eigenschaftsbasierte Modellierung der Produktkonkretisierung	109
2.7.5 Zwischenfazit	111
2.8 Prozessmodellierung	112
2.8.1 Technische Prozesse	113
2.8.2 Modellierung mit PETRI-Netzen	113
2.8.3 Prozessmodell nach HUBKA	115
2.8.4 Zustandsmodell nach BIRKHOFER	116
2.8.5 Erweitertes Prozessmodell nach HEIDEMANN	116
2.8.6 Realisierung von technischen Prozessen durch Verfahren	120
2.8.7 Zwischenfazit	121
2.9 Modellierung des Produktlebenslaufs und -zyklus	122
2.9.1 Prozessketten des Produktlebenslaufs	122
2.9.2 Prozessketten des Produktlebenszyklus	124
2.9.3 Produkt-, Prozess- und Technologiereifegrad	125
2.9.4 Zwischenfazit	126
2.10 Modellierung von Problemlösungs- und Entwicklungsprozessen	127
2.10.1 Grundlagen des Problemlösens	127
2.10.2 Systematisierung von Modellen des Entwicklungsprozesses	131
2.10.3 Phasen- und aktivitätenbasierte Entwicklungsmodelle	134
2.10.4 Problem- und lösungsorientierte Entwicklungsmodelle	138
2.10.5 Integrierte Entwicklungsmodelle	155
2.10.6 Zwischenfazit	179
3 Forschungsbedarf und Zielsetzung	180
3.1 Fazit zum Stand der Forschung und Forschungsdefizite	180
3.2 Forschungsfragen	185
3.3 Zielsetzung	186
4 Terminologie des Anforderungsbegriffs	190
4.1 Ableiten von Eigenschaften aus Anforderungen	191
4.2 Äquivalenz von Anforderungen und Eigenschaften	193
4.3 Prozessualer Bezug von Anforderungen	196
4.4 System- und Produktbeschreibung durch Anforderungen	196
4.5 Zusammenfassung	198
5 Durchgängige Modellierung von Anforderungen und Eigenschaften im Produktlebenslauf	200
5.1 Modellierungszweck	201
5.2 Durchgängige Modellierung des Produktlebenslaufs	201
5.3 Modellierung technischer Produkte im Prozesszusammenhang	203
5.3.1 Eigenschaftsbasierte Beschreibung der Konkretisierung technischer Prozesse	203
5.3.2 Anforderungen aus den technischen Prozessen des Produktlebenslaufs	211
5.4 Modellierung technischer Produkte im Funktionszusammenhang	214
5.4.1 Eigenschaftsbasierte Beschreibung der Konkretisierung technischer Produkte	214
5.4.2 Anforderungen an das technische Produkt	219
5.5 Modellierung von nicht-wertschöpfenden Prozessen im Produktlebenszyklus	222
5.6 Eigenschaftsrelationen	223
5.7 Unterschiede zwischen Anforderungen und Soll- Eigenschaften	225
5.8 Zusammenhänge zwischen Anforderungs-, Produkt- und Prozessmodellierung	231
5.8.1 Funktions- und prozessrelevante Lösungselemente	232
5.8.2 Gegenüberstellung der Anforderungsarten	233
5.8.3 Auswirkungen von Produkt- und Prozessanforderungen auf Eigenschaften	236
5.9 Anwendung der Modelltheorie zur Entwicklung einer multifunktionalen Linearführung	237
5.9.1 Prozessanforderungen der multifunktionalen Linearführung	238
5.9.2 Produktanforderungen der multifunktionalen Linearführung	240
5.10 Zusammenfassung	241
6 Methodik der Modellintegrierten Produkt- und Prozessentwicklung	243
6.1 Zweck der Modellierung	244
6.1.1 Paradigmenwechsel	245
6.1.2 Elementare Grundhypothesen	248
6.2 Modellräume der MiP2	253
6.3 Lösungsräume	257
6.3.1 Produktlösungsraum	258
6.3.2 Prozesslösungsraum	261
6.4 Eigenschaftsräume	264
6.4.1 Eigenschaftsraum im Funktionszusammenhang	265
6.4.2 Eigenschaftsraum im Prozesszusammenhang	266
6.5 Anforderungsraum	267
6.5.1 Zeitliche Dimension	271
6.5.2 Horizontale Dimension	272
6.5.3 Vertikale Dimension	273
6.5.4 Anforderungscluster	275
6.6 Projektionsebenen	277
6.7 Zielsystem	281
6.8 Transformationssystem	283
6.9 Zusammenfassung	284
7 Entwicklungsaktivitäten der MiP2	285
7.1 Problemlösungsprozess der MiP2	285
7.2 Anforderungsbasierte Entwicklungsaktivitäten	288
7.2.1 Anforderungserfassung	288
7.2.2 Anforderungsdetaillierung	290
7.2.3 Anforderungstransformation	294
7.2.4 Anforderungsdefinition	300
7.2.5 Beziehungen zwischen Anforderungen und Soll-Eigenschaften	300
7.3 Eigenschaftsbasierte Analyse- und Syntheseaktivitäten	301
7.3.1 Konkretisieren und Abstrahieren	303
7.3.2 Dekomponieren und Kombinieren	304
7.3.4 Lösungsanalyse und -synthese im Funktionszusammenhang	305
7.3.5 Lösungsanalyse und -synthese im Prozesszusammenhang	307
7.4 Integration von funktions- und prozessrelevanten Lösungselementen	311
7.5 Dekomposition in der Lösungskonkretisierung	312
7.6 Kontinuierliche Verifikation	313
7.7 Potenziale für algorithmenbasierte Entwicklungsprozesse	313
7.8 Zusammenfassung	314
8 Anforderungs- und Lösungsmodellierung der MiP2 mit SysML	315
8.1 Zweck der Modellierung	315
8.2 Vorteile von SysML	315
8.3 Modellierung der Anforderungsstruktur mit SysML	316
8.4 Modellierung von funktions- und prozessrelevanten Lösungselementen mit SysML	320
8.5 Modellierung von Soll-Eigenschaften und Soll-Größen	321
8.6 Zusammenfassung	322
9 Anwendung und Diskussion der Ergebnisse	323
9.1 Entwicklung eines multifunktionalen Informationsständers	324
9.1.1 Produktidee	324
9.1.2 Analyse von Referenzprodukten	324
9.1.3 Anforderungserfassung	325
9.1.4 Anforderungstransformation	326
9.1.5 Konkretisierung im Funktionszusammenhang	328
9.1.6 Konkretisierung im Prozesszusammenhang	330
9.1.7 Algorithmenbasierte Optimierung des Sockels	330
9.2 Entwicklung eines multifunktionalen Linearsystems	332
9.2.1 Produktidee	332
9.2.2 Anforderungserfassung	333
9.2.3 Transformation in funktions- und prozessrelevante Soll-Eigenschaften und Soll-Größen	335
9.2.4 Konkretisierung im Funktions- und Prozesszusammenhang	337
9.2.5 Algorithmenbasierte Optimierung des multifunktionalen Linearsystems	338
9.3 Fazit zur Anwendung der MiP2	340
10 Zusammenfassung und Ausblick	343
10.1 Zusammenfassung	343
10.2 Nutzen für die Konstruktionswissenschaft	345
10.3 Wissenschaftliche Innovation	347
10.4 Ausblick	350
11 Literaturverzeichnis	353
12 Eigene Veröffentlichungen	373
13 Betreute studentische Arbeiten	375
14 Anhang	376
A Methodik der MiP2	376
B Glossar	377
C Terminologische Definitionen des Anforderungsbegriffs	382
D Qualitätsmerkmale für Anforderungen	395
E Essenzielle Qualitätsmerkmale für Anforderungen im Kontext der MiP2	402

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