Wissenschaftstheoretische Grundlagen für die rechnerunterstützte Konstruktion

Autor	Ralf-Stefan Lossack
Verlag	Springer-Verlag
Erscheinungsjahr	2006
Seitenanzahl	325 Seiten
ISBN	9783540299479
Format	PDF
Kopierschutz	DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	160,00 EUR

Was ist Konstruieren? Dieses Buches gibt die Antwort. Ziel des Autors ist es, eine Grundlage für zukünftige CAD-Systeme zu entwickeln und Potenziale zur Verbesserung von Konstruktionsprozessen aufzuzeigen. Allgemeinverständlich führt er in die Problemstellung ein und entwickelt - anhand zahlreicher Beispiele aus dem historischen Kontext - wissenschaftstheoretische Grundlagen. Plus: Vorschlag einer interdisziplinären Konstruktionstheorie.

Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Ralf-Stefan Lossack (geb. 1962) studierte und promovierte (1997) an der Universität Karlsruhe. Im Anschluss forschte er an der Universität von Tokio an neuen Modellen für rechnerunterstützte Konstruktionsprozesse. Seit 1998 war Dr. Lossack Oberingenieur und stellvertretender Leiter des Instituts für Rechneranwendung in Planung und Konstruktion an der Universität Karlsruhe und habilitierte sich im Fachgebiet der Rechnerunterstützten Konstruktion. Ab 2004 leitete er in Graz den Bereich Virtuelles Engineering am Kompetenzzentrum - Virtuelles Fahrzeug mbH und ist seit 2005 bei der Magna Steyr Fahrzeugtechnik Projektleiter für Themen der virtuellen Produktentwicklung.

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Inhaltsverzeichnis

Geleitwort	6
Vorwort	10
Inhaltsverzeichnis	12
1 Einleitung	16
1.1 Konstruktionstheorie und rechnerunterstütztes Konstruieren	18
1.2 Zielsetzung des Buches	21
1.3 Aufbau des Buches	21
2 Aspekte der Virtualisierung von Konstruktionsprozessen	24
2.1 Konstruieren im Produktlebenszyklus	25
2.2 Modelle des Konstruktionsprozesses	28
2.2.1 Historische Entwicklung	28
2.2.2 Präskriptive Konstruktionsprozessmodelle	29
2.2.3 Deskriptive Konstruktionsprozessmodelle	45
2.3 Methodik der Produktmodellierung	45
2.3.1 Modell und Realität	46
2.3.2 Produkt und Produktmodell	46
2.3.3 Der rechnerunterstützte Produktentwicklungsprozess	48
2.3.4 Virtuelle Produktentstehung	50
2.3.5 Integriertes Produktmodell	51
2.3.6 Methodik der Integration von Produktmodellen	56
2.4 Kognitive Systeme und Künstliche Intelligenz	59
2.4.1 Kognitionswissenschaft	61
2.4.2 Kognitionsbegriff und kognitives System	63
2.4.3 Das Konzept der Wissensebene	65
2.4.4 Methodologie der Kognitionswissenschaft	68
2.4.5 Tektonik kognitiver Systeme	75
2.5 Fazit	82
3 Wissenschaftstheoretische Grundlagen	86
3.1 Logik und Wissenschaft in der Antike	87
3.1.1 Aristoteles' Wissenschaftskonzept	87
3.1.2 Die Pythagoräische Schule und der Piatonismus	95
3.1.3 Wirklichkeit als mathematisches Modell	95
3.1.4 Das Ideal der deduktiven Systematisierung	96
3.2 Die Newton'sche Methode	98
3.2.1 Die axiomatische Methode	98
3.2.2 Die Methode der Analyse und Synthese	100
3.2.3 Der Newtonian Style	100
3.2.4 Analyse und Synthese versus Axiomatik	101
3.3 Verschiedene Stile der Axiomatisierung	102
3.3.1 Evidentiell-konkreter Stil	102
3.3.2 Demokratisch-abstrakter Stil	103
3.3.3 Hierarchisch-anwendungsorientierter Stil	104
3.4 Die Struktur von Theorien im logischen Empirismus	105
3.4.1 Eine Hierarchie von Sprachebenen	105
3.4.2 Verknüpfung von Beobachtung und Theorie	106
3.4.3 Das deduktive Erklärungsmuster	109
3.5 Strukturalistischer Theoriebegriff	112
3.5.1 Formalisierung von Theorien	114
3.5.2 Mathematische Struktur einer Theorie	116
3.5.3 Intendierte Anwendungen einer Theorie	118
3.5.4 Bestimmung der Modelle einer Theorie	121
3.5.5 Empirische Behauptung einer Theorie	122
3.5.6 Theoretische Terme und der epistemologische Zirkel	124
3.5.7 Struktur einer Theorie	126
3.5.8 Theoriebegriff im Strukturalismus	127
3.6 Fazit	130
4 Theoriebegriff in den Natur- und Ingenieurwissenschaften	136
4.1 Verhältnis von Natur- und Ingenieurwissenschaften	138
4.2 Theorien in den Natur- und der Ingenieurwissenschaften	141
4.2.1 Substantive und operative Theorien	141
4.2.2 Rolle der Theorie in den Natur- und Ingenieurwissenschaften	142
4.2.3 Regelwerk einer ingenieurwissenschaftlichen Theorie	144
4.2.4 Strukturprinzipien ingenieurwissenschaftlicher Theorien	147
4.3 Grundformen wissenschaftlicher Erklärungen für das Konstruieren	149
4.3.1 Kausalerklärung	150
4.3.2 Funktionalerklärung	152
4.3.3 Intentionalerklärung	154
4.4 Fazit	155
5 Logiken für das Konstruieren	160
5.1 Logik und Erfahrung	160
5.2 Schlussformen in der Konstruktion	165
5.2.1 Aussagenlogik	165
5.2.2 Prädikatenlogik	167
5.2.3 Modallogik	171
5.3 Logisches Schließen in der Konstruktion	174
5.3.1 Deduktion	174
5.3.2 Induktion	177
5.3.3 Abduktion	179
5.3.4 Innoduktion	181
5.3.5 Innoduktion in Erkenntnis- und Wissenschaftstheorie	187
5.4 Logik der Handlung	187
5.4.1 Kategorien von Handlungstheorien	189
5.4.2 Praktisches Schließen	190
5.4.3 Handlung und Logik der Veränderung	193
5.4.4 Kalkül einer Handlungslogik	195
5.5 Fazit	197
6 Ausgewählte Konstruktionstheorieen	202
6.1 Situiertes Handeln im Function-Behaviour-Structure Modell	203
6.1.1 Function-Behaviour-Structure-Modell (FBS-Modell)	203
6.1.2 No-function-in-structure Prinzip	204
6.1.3 Konstruktionsprozess im FBS-Modell	205
6.1.4 Die Elementarprozesse	206
6.1.5 Konstruieren als Zustandsänderung im Konstruktionszustandsraum	209
6.1.6 Design Prototypes	210
6.1.7 Konstruktionsarten im FBS-Modell	211
6.1.8 Emergenz und Situiertheit	212
6.1.9 Modell der Situiertheit	213
6.1.10 Constructive Memory	215
6.1.11 Situiertes FBS-Modell	215
6.1.12 Fazit	215
6.2 Knowledge Level Theory of Design	218
6.2.1 Funktion einer Theorie	219
6.2.2 Konstruktionstheorie auf der Wissensebene	220
6.2.3 Knowledge Level Theory of Designing (KLD0E)	221
6.2.4 Die Grundstruktur von KLD0E	222
6.2.5 Die Grundform von KLD0E	225
6.2.6 Situatedness of Designing	226
6.2.7 KLD0E und Konstruktionsarten	227
6.2.8 Theorie, Modell und Verifikation	229
6.2.9 Fazit	230
6.3 General Design Theory	231
6.3.1 Definitionen	234
6.3.2 Axiome	238
6.3.3 Ideales Wissen	241
6.3.4 Reales Wissen	243
6.3.5 GDT und CAD-Systeme	245
6.3.6 Fazit	246
6.4 Eine Logik der Synthese	248
6.4.1 Analyse und Synthese	251
6.4.2 Rahmenwerk für ein Modell der Synthese	254
6.4.3 Wissensoperatoren und Verifikation des Synthesemodells	255
6.4.4 Fazit	256
6.5 Concept Knowledge Theory	257
6.5.1 Elemente und Prinzipien der C-K-Theorie	258
6.5.2 Die vier C-K-Operatoren und das „Design Square"	261
6.5.3 Fazit	263
7 Grundlagen zu einer domänenunabhängigen Konstruktionstheorie	266
7.1 Ausgangssituation und Problemstellung	266
7.2 Lösungsansatz	268
7.3 Architektur und Implementierung der UDT	270
7.4 Kern einer domänenunabhängigen Konstruktionstheorie	271
7.5 Basiselemente und Elemente	272
7.6 Axiome und Theoreme	276
7.7 Anforderungen und Anforderungssystem	277
7.8 Lösung und Lösungsbereiche	282
7.9 Modell des Konstruktionsprozesses	283
7.10 Lösungsmuster	287
7.10.1 Objektmuster	288
7.10.2 Prozessmuster	294
7.11 Systemkonzept des Konstruktionsarbeitsraums	300
7.11.1 Definitionen zum Begriff Konstruktionsarbeitsraum	301
7.11.2 Darstellung der Definitionen	303
7.11.3 Konstruktionsarbeitsräume und Lösungsmuster	306
7.12 Beispiele aus Domänen außerhalb des Maschinenbaus	308
7.13 Vorgehen beim Test einer Konstruktionstheorie	312
8 Ausblick	314
9 Zusammenfassung	318
Literaturverzeichnis	324

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