Freund, Tillmann (2018)
Konstruktionshinweise zur Beherrschung von Unsicherheit in technischen Systemen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Unsicherheit in technischen Systemen führt, beispielsweise in Form von Rückrufen, zu erheblichen Kosten. Zusätzlich kann Unsicherheit zu unvorhersehbarem Verhalten technischer Systeme bis hin zum totalen Versagen führen, wodurch unter Umständen auch eine erhebliche Gefährdung des Menschen möglich ist. Ein üblicher Weg zur Vermeidung dieser Unglücke ist die Überdimensionierung von Systemen. Allerdings führt diese Maßnahme zu höherem Ressourceneinsatz, sowohl in Bezug auf die verwendete Materialmenge, als auch, vor allem bei bewegten Systemen, in Bezug auf Betriebsstoffe. Die Beherrschung von Unsicherheit ist also von großer wirtschaftlicher und, im Kontext endlicher Ressourcen, auch von gesellschaftlicher Relevanz. Bisherige Methoden zur Beherrschung von Unsicherheit konzentrieren sich auf spätere Phasen in der Produktentwicklung und basieren meist auf stochastischen Verfahren zur Quantifizierung der Robustheit und der Optimierung von bereits festgelegten Bauteilgeometrien unter Berücksichtigung von Schwankungen. Bedarf besteht besonders in Form von qualitativen Methoden, die bereits in früheren Phasen der Produktentwicklung zur Synthese eingesetzt werden können. Eine vielversprechende Möglichkeit hierfür stellt die Anwendung von Konstruktionshinweisen dar. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher die Tauglichkeit einer großen Anzahl allgemeiner Konstruktionshinweise für die Beherrschung von Unsicherheit zu untersuchen und die identifizierten Konstruktionshinweise in Form einer Methode für die Produktentwicklung zugänglich zu machen. Unsicherheit tritt in allen Lebenslaufprozessen des technischen Produktes auf, entsprechend muss eine Beherrschung von Unsicherheit ebenfalls alle Lebenslaufprozesse miteinbeziehen. Das Modell technischer Systeme bietet die Möglichkeit verschiedene bekannte Wirkungsweisen von Robust Design-Maßnahmen zu konsolidieren und systematisiert zu erfassen. Die elf im Rahmen dieser Arbeit identifizierten Robust Design-Wirkungsweisen werden als Einstufungskriterien zur Beurteilung allgemeiner Konstruktionshinweise eingesetzt. Auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche in der allgemeinen konstruktionswissenschaftlichen Literatur und der Robust Design-Literatur werden insgesamt etwa 1400 allgemeine Konstruktionshinweise identifiziert, die nach Lebenslaufphasen und Konkretisierungsgrad klassifiziert dokumentiert werden. Mit Hilfe der RD-Wirkungsweisen erfolgt eine Beurteilung der RD-Tauglichkeit der allgemeinen Konstruktionshinweise. Durch Zusammenfassen redundanter Hinweise entsteht schlieÿlich der sogenannte RopEx-Katalog. Auf Basis der vorhandenen Vorgehensmodelle zum taktischen Gestalten und für die Anwendung von Konstruktionsrichtlinien im Robust Design kann der RopE-Katalog zur Synthese robuster technischer Systeme verwendet werden. Die Methode, bestehend aus dem Modell technischer Systeme, dem Vorgehensmodell und dem RopEx-Katalog, wird unter dem Akronym SmArtSys zusammengefasst. In einem Evaluationsprojekt im industriellen Umfeld wird die SmArtSys im realen Konstruktionsalltag verwendet. Die Ergebnisse bestätigen die Wirksamkeit der SmArtSys.

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