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Funktionsintegration im Rahmen einer fertigungsgetriebenen Produktentwicklung

Wagner, Christian :
Funktionsintegration im Rahmen einer fertigungsgetriebenen Produktentwicklung.
[Online-Edition: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7528]
Technische Universität , Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

Official URL: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7528

Abstract

Funktionsintegration ist ein vielversprechender Ansatz zur Entwicklung innovativer Produkte, der konstruktionsmethodisch bislang jedoch nur wenig unterstützt wird. Insbesondere in Kombination mit einem fertigungsgetriebenen Entwicklungsansatz birgt die Funktionsintegration jedoch das Potential, durch umfassende Ausschöp-fung von fertigungsspezifischen Gestaltungsmöglichkeiten Lösungen zu entwickeln, die sich durch eine hohe Funktionalität und gleichzeitig geringen Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnen. Existierende Hilfsmittel für die Funktionsin-tegration beschränken sich weitgehend auf Gestaltungsvorbilder und Richtlinien für bestimmte Fertigungstechnologien. Aus diesem Grund wird ein allgemeingültiger Ansatz nötig, der für beliebige Fertigungstechnologien und Produktfunktionen geeignet ist. Dafür werden im Rahmen dieser Arbeit Werkzeuge entwickelt, mit deren Hilfe sich der Lösungsraum gezielt um Lösungen erweitern lässt, die einen hohen Integrationsgrad aufweisen. Im Integrationsgrad einer Lösung ist dabei neben der Funktions- und Baustruktur auch berücksichtigt, wie viele Fertigungstechnologien zur Realisierung des Produkts notwendig sind. Damit stellt der Integrationsgrad einen Indikator für einen hohen Produktnutzen bei gleichzeitig geringem Her-stellaufwand dar. Ausgangspunkt für die Entwicklung geeigneter Werkzeuge ist ein differenziertes Begriffsverständnis der Funktionsintegration, das gleichermaßen Aspekte der Produktfunktion und der Fertigung berücksichtigt. Basierend auf Produkt- und Prozessmodellen werden ausgehend von diesem Verständnis Strategien für eine schrittweise Steigerung des Integrationsgrads entwickelt. Die verwendeten Modelle sind dabei kompatibel mit den Modellen, die einer Design Pattern Matrix (DPM) zu-grunde liegen. In dieser werden allgemeingültige Funktionsträger mit verfahrensinduzierten Gestaltelementen verknüpft und somit fertigungsintegrierende Lösungselemente erschaffen. Gezielte Kombination dieser Lösungselemente ergeben neue Gesamtlösungen mit hohem Integrationsgrad. Die Arbeit mit der DPM erlaubt einen neuen Blick auf zusätzliche und bislang ungenutzte Gestaltungsmöglichkeiten zur Realisierung von Funktionen. Dies kann sowohl für Neuentwicklungen als auch für die Weiterentwicklung lange bewährter Lösungen neue Perspektiven eröffnen. In der Evaluation wird ein speziell auf die Arbeit mit der DPM ausgerichtetes Vorge-hen zur Entwicklung integrierter Lösungen erprobt sowie die Allgemeingültigkeit des Ansatzes hinsichtlich betrachteter Produktfunktionen und eingesetzter Fertigungstechnologien überprüft.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Wagner, Christian
Title: Funktionsintegration im Rahmen einer fertigungsgetriebenen Produktentwicklung
Language: German
Abstract:

Funktionsintegration ist ein vielversprechender Ansatz zur Entwicklung innovativer Produkte, der konstruktionsmethodisch bislang jedoch nur wenig unterstützt wird. Insbesondere in Kombination mit einem fertigungsgetriebenen Entwicklungsansatz birgt die Funktionsintegration jedoch das Potential, durch umfassende Ausschöp-fung von fertigungsspezifischen Gestaltungsmöglichkeiten Lösungen zu entwickeln, die sich durch eine hohe Funktionalität und gleichzeitig geringen Fertigungs- und Montageaufwand auszeichnen. Existierende Hilfsmittel für die Funktionsin-tegration beschränken sich weitgehend auf Gestaltungsvorbilder und Richtlinien für bestimmte Fertigungstechnologien. Aus diesem Grund wird ein allgemeingültiger Ansatz nötig, der für beliebige Fertigungstechnologien und Produktfunktionen geeignet ist. Dafür werden im Rahmen dieser Arbeit Werkzeuge entwickelt, mit deren Hilfe sich der Lösungsraum gezielt um Lösungen erweitern lässt, die einen hohen Integrationsgrad aufweisen. Im Integrationsgrad einer Lösung ist dabei neben der Funktions- und Baustruktur auch berücksichtigt, wie viele Fertigungstechnologien zur Realisierung des Produkts notwendig sind. Damit stellt der Integrationsgrad einen Indikator für einen hohen Produktnutzen bei gleichzeitig geringem Her-stellaufwand dar. Ausgangspunkt für die Entwicklung geeigneter Werkzeuge ist ein differenziertes Begriffsverständnis der Funktionsintegration, das gleichermaßen Aspekte der Produktfunktion und der Fertigung berücksichtigt. Basierend auf Produkt- und Prozessmodellen werden ausgehend von diesem Verständnis Strategien für eine schrittweise Steigerung des Integrationsgrads entwickelt. Die verwendeten Modelle sind dabei kompatibel mit den Modellen, die einer Design Pattern Matrix (DPM) zu-grunde liegen. In dieser werden allgemeingültige Funktionsträger mit verfahrensinduzierten Gestaltelementen verknüpft und somit fertigungsintegrierende Lösungselemente erschaffen. Gezielte Kombination dieser Lösungselemente ergeben neue Gesamtlösungen mit hohem Integrationsgrad. Die Arbeit mit der DPM erlaubt einen neuen Blick auf zusätzliche und bislang ungenutzte Gestaltungsmöglichkeiten zur Realisierung von Funktionen. Dies kann sowohl für Neuentwicklungen als auch für die Weiterentwicklung lange bewährter Lösungen neue Perspektiven eröffnen. In der Evaluation wird ein speziell auf die Arbeit mit der DPM ausgerichtetes Vorge-hen zur Entwicklung integrierter Lösungen erprobt sowie die Allgemeingültigkeit des Ansatzes hinsichtlich betrachteter Produktfunktionen und eingesetzter Fertigungstechnologien überprüft.

Place of Publication: Darmstadt
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Product Development and Machine Elements (pmd)
Date Deposited: 09 Sep 2018 19:55
Official URL: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/7528
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-75282
Referees: Kirchner, Professor Eckhard and Groche, Professor Peter
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 19 June 2018
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
Product design with a focus on function integration offers a high potential for the realisation of innovative products due to functional benefits and lower costs. Especially a comprehensive consideration of both functional and manufacturing aspects opens possibilities for increasing the product's functionality and reducing manufacturing and assembly costs at the same time. Existing tools and methods mainly provide design examples and guidelines for specific product functions or manufacturing technologies. The dissertation introduces a novel technology-driven approach that allows the consideration of any product function and any manufacturing technology. Novel tools help expanding the solution space with solutions that are characterised by a high degree of integration. The degree of integration depends on the product's function structure, construction structure and the amount of necessary manufacturing technologies that are needed for its physical realisation. A high degree of integration correlates with a high customer benefit and low necessary manufacturing efforts. Starting point for the development of suitable tools for function integration is a differentiated understanding of the term function integration that considers aspects of product functions and manufacturing technologies at the same time. Product and process models are utilised to develop strategies for supporting a stepwise increase of the degree of integration. The utilised models are compatible with the underlying models of a Design Pattern Matrix (DPM). With the help of a DPM generally applicable function carriers can be linked with manufacturing-induced design elements, resulting in the development of manufacturing-integrated solution elements. Combining these solution elements leads to new product solutions with a high degree of integration. Working with the DPM allows the identification of additional and so far untapped possibilities to realise product functions. The DPM not only opens up new perspectives for the development of completely new products but also for the advancement of already proven solutions. The introduced development approach is evaluated by utilising a procedure tailored to the DPM for different product functions and manufacturing technologies, verifying the general applicability of the approach.English
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