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Modelle und Methoden zur systematischen Entwicklung hygienegerechter Produkte

Beetz, Jean-Paul (2018):
Modelle und Methoden zur systematischen Entwicklung hygienegerechter Produkte.
Darmstadt, Technische Universität, [Online-Edition: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8281],
[Ph.D. Thesis]

Abstract

Die Motivation dieser Forschungsarbeit begründet sich in dem steigenden Bedarf an Produkten mit einer hygienegerechten Produktgestalt, nicht nur in der Lebensmittelin-dustrie, sondern gleichermaßen in anderen Bereichen, beispielsweise in der Medizin-technik. Die Folgen der Missachtung von Hygieneanforderungen bei der Gestaltung sind sehr unterschiedlich und betreffen in der Lebensmittelindustrie einerseits den Maschi-nenbetreiber durch einen erhöhten Reinigungsaufwand, andererseits durch eine Erhö-hung des Kontaminationsrisikos den Endkunden des Maschinenbetreibers, also den Le-bensmittelkonsumenten. Bisherige Konstruktionshilfsmittel für die Entwicklung hygiene-gerechter Produkte fokussieren vor allem die Entwicklungsphase der Feingestaltung und basieren auf der Erfahrung von Experten hinsichtlich spezieller Baugruppen. Die Kon-struktionshilfsmittel liegen zumeist in Form von Gestaltungsbeispielen vor und sollen bei der Optimierung bereits festgelegte Bauteile unterstützen. Gilt es hingegen neue, inno-vative Produkte zu entwickeln, existieren oftmals nur unzureichende oder nicht passende Hilfsmittel, da die Gestaltungsbeispiele lediglich bei der Optimierung bekannter Probleme einen Nutzen beitragen. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Erweiterung der Unterstützung bei der Entwick-lung hygienegerechter Produkte, welche von den bisherigen Konstruktionshilfsmitteln nicht erfasst werden, stellen Modellansätze dar, welche die Gestalt-Funktion-Zusammenhänge eines Produkts abbilden, bspw. der Contact and Channel-Ansatz (C&C²-Ansatz). Diese Ansätze beschränken sich jedoch auf die Abbildung beabsichtigter Funktionen oder Fehlfunktionen und sind nicht in der Lage bei der Aufdeckung fehlender Funktionen, beispielsweise fehlender Dichtfunktionen, die zur Leckage führen, zu unter-stützen, welche im Bereich der Entwicklung hygienegerechter Produkte von zentraler Bedeutung sind. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist die bisherigen Möglichkeiten zur Entwicklung hygie-negerechter Produkte zu erweitern, sodass Produktentwickler nicht mehr ausschließlich auf bestehende Gestaltungsbeispiele zurückgreifen müssen. Grundlage für die methodi-sche Unterstützung bei der Umsetzung hygienerelevanter Anforderungen in der Phase der Gestaltung ist das in dieser Forschungsarbeit entwickelte Wirkraummodell als Erwei-terung des C&C²-Ansatzes. Es wird gezeigt, dass fehlende Funktionen eines Produkts, sogenannte Nicht-Funktionen, Schwachstellen sind, die zu Kontamination führen kön-nen. Mit Hilfe des Wirkraummodells lassen sich systematisch verschiedene technische Systeme mit Hygienerelevanz analysieren und bisher nicht identifizierbare Schwachstel-len aufdecken. Darauf aufbauend wird gezeigt, dass verschiedene Syntheseprinzipien zur Umsetzung einer hygienegerechten Produktgestalt genutzt werden können. Das Wirkraummodell wird während des Festlegens von Gestalteigenschaften unterstützend genutzt, um die Anzahl hygienerelevanten Schwachstellen zu senken.

Item Type: Ph.D. Thesis
Erschienen: 2018
Creators: Beetz, Jean-Paul
Title: Modelle und Methoden zur systematischen Entwicklung hygienegerechter Produkte
Language: German
Abstract:

Die Motivation dieser Forschungsarbeit begründet sich in dem steigenden Bedarf an Produkten mit einer hygienegerechten Produktgestalt, nicht nur in der Lebensmittelin-dustrie, sondern gleichermaßen in anderen Bereichen, beispielsweise in der Medizin-technik. Die Folgen der Missachtung von Hygieneanforderungen bei der Gestaltung sind sehr unterschiedlich und betreffen in der Lebensmittelindustrie einerseits den Maschi-nenbetreiber durch einen erhöhten Reinigungsaufwand, andererseits durch eine Erhö-hung des Kontaminationsrisikos den Endkunden des Maschinenbetreibers, also den Le-bensmittelkonsumenten. Bisherige Konstruktionshilfsmittel für die Entwicklung hygiene-gerechter Produkte fokussieren vor allem die Entwicklungsphase der Feingestaltung und basieren auf der Erfahrung von Experten hinsichtlich spezieller Baugruppen. Die Kon-struktionshilfsmittel liegen zumeist in Form von Gestaltungsbeispielen vor und sollen bei der Optimierung bereits festgelegte Bauteile unterstützen. Gilt es hingegen neue, inno-vative Produkte zu entwickeln, existieren oftmals nur unzureichende oder nicht passende Hilfsmittel, da die Gestaltungsbeispiele lediglich bei der Optimierung bekannter Probleme einen Nutzen beitragen. Eine vielversprechende Möglichkeit zur Erweiterung der Unterstützung bei der Entwick-lung hygienegerechter Produkte, welche von den bisherigen Konstruktionshilfsmitteln nicht erfasst werden, stellen Modellansätze dar, welche die Gestalt-Funktion-Zusammenhänge eines Produkts abbilden, bspw. der Contact and Channel-Ansatz (C&C²-Ansatz). Diese Ansätze beschränken sich jedoch auf die Abbildung beabsichtigter Funktionen oder Fehlfunktionen und sind nicht in der Lage bei der Aufdeckung fehlender Funktionen, beispielsweise fehlender Dichtfunktionen, die zur Leckage führen, zu unter-stützen, welche im Bereich der Entwicklung hygienegerechter Produkte von zentraler Bedeutung sind. Das Ziel dieser Forschungsarbeit ist die bisherigen Möglichkeiten zur Entwicklung hygie-negerechter Produkte zu erweitern, sodass Produktentwickler nicht mehr ausschließlich auf bestehende Gestaltungsbeispiele zurückgreifen müssen. Grundlage für die methodi-sche Unterstützung bei der Umsetzung hygienerelevanter Anforderungen in der Phase der Gestaltung ist das in dieser Forschungsarbeit entwickelte Wirkraummodell als Erwei-terung des C&C²-Ansatzes. Es wird gezeigt, dass fehlende Funktionen eines Produkts, sogenannte Nicht-Funktionen, Schwachstellen sind, die zu Kontamination führen kön-nen. Mit Hilfe des Wirkraummodells lassen sich systematisch verschiedene technische Systeme mit Hygienerelevanz analysieren und bisher nicht identifizierbare Schwachstel-len aufdecken. Darauf aufbauend wird gezeigt, dass verschiedene Syntheseprinzipien zur Umsetzung einer hygienegerechten Produktgestalt genutzt werden können. Das Wirkraummodell wird während des Festlegens von Gestalteigenschaften unterstützend genutzt, um die Anzahl hygienerelevanten Schwachstellen zu senken.

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: 23 Dec 2018 20:55
Official URL: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/8281
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-82814
Referees: Kirchner, Prof. Eckhard and Matthiesen, Prof. Sven
Refereed / Verteidigung / mdl. Prüfung: 5 December 2018
Alternative Abstract:
Alternative abstract Language
The need for hygienic products does not only affect products of the food industry but also in other areas such as medical products and has seen immense growth in recent years. The consequences of disregarding hygienic requirements are different: on the one hand within the food industry they affect the machine operator by an increased cleaning effort, on the other hand, they affect food consumers by an increased risk of contamina-tion. Previous tools for the development of cleanliness relevant products focus on design details and are based on empirical knowledge of experts with regard to special assem-blies. Most tools are design examples and aim on assisting during the optimisation of already designed components. When it comes to designing new, innovative products, existing tools are often insufficient or inappropriate, since the design examples only con-tribute to the optimization of known problems. Promising approaches to extend the support for designing cleanliness relevant products are product models that represent embodiment-function relationships of a product, such as the Contact and Channel-approach (C&C²-approach). However, these approaches are limited since they focus on intended functions or malfunctions and are unable to as-sist in detecting missing functions, such as missing sealing functions that lead to leak-age, which are of central importance in the area of cleanliness relevant products. The aim of this research is to extend the possibilities for the development of hygienic products, so that developers do no longer have to rely exclusively on design examples. The methodological support for the implementation of hygiene-relevant requirements into the embodiment phase is based on the Working Space Model as an extension of the C&C² approach. This research work shows that missing functions of a product, so-called not-functions, are triggers for weak points, which can lead to contamination. With the help of the Working Space Model, designers are able to analyse systematically various technical systems with hygiene relevance. Previously unidentifiable not-functions are detectable with the help of the Working Space Model. Based on this finding, it is shown that various principles of synthesis can be used to realise a hygienic product design. The Working Space Model supports designer during the definition of design properties in or-der to reduce the number of hygiene-relevant weak points.English
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