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Eifler, Tobias; Campean, Felician; Husung, Stephan; Schleich, Benjamin
Perspectives on robust design - an overview of challenges and research areas across industry fields. - In: Proceedings of the Design Society, ISSN 2732-527X, Bd. 3 (2023), S. 2885-2894

Robust Design offers a coherent and widely appreciated approach for the parametric exploration of the design space by means of simulation or experimentation, which is well-established in the quality-by design domain. From the perspective of design research, however, this only addresses a relatively narrow part of the design process and is not fully integrated with other design decisions such as concept exploration, the suitable configuration of system elements, or the design of interfaces. Particularly in light of the growing importance of developing technologically advanced and “smart” systems, it seems that a new methodical perspective on Robust Design is needed. Against this background, this paper consolidates knowledge and insights from different research fields and industry sectors. On this basis, new angles to the discussion on product robustness in different domains are explored in order to suggests directions for action and new research areas, both with respect to a methodical RD approach as well as the question of systematic research procedures.

https://doi.org/10.1017/pds.2023.289

Nachhaltigkeitskonzepte der Kreislaufwirtschaft und deren Kosteneinfluss im Werkzeugmaschinenbau. - Ilmenau. - 65 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Ziel dieser Arbeit war die Analyse von Nachhaltigkeitskonzepten und deren Auswirkungen auf die Geschäftsmodelle von Unternehmen des Werkzeugmaschinenbaus. Auf Basis der gewonnenen Ergebnisse werden die Kostenimplikationen und die Relevanz der einzelnen Nachhaltigkeitskonzepte untersucht, um die spezifischen Auswirkungen auf Entwicklung und Konstruktion aufzuzeigen. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass Nachhaltigkeit in Unternehmen des Werkzeugmaschinenbaus machbar ist und dass nachhaltige Geschäftsmodelle sowie Produktentwicklung und -design dabei eine wichtige Rolle spielen. Der Rahmen und die Definitionen in dieser vorliegenden Arbeit sollen Managern, Designern und Entwicklern in der Geschäftswelt als Leitfaden dienen. Darüber hinaus baut es auf früheren Forschungsarbeiten in den Bereichen Produktdesign, Nachhaltigkeit usw. auf, um zukünftigen Forschern eine konkretere Orientierung zu geben. Die Forschungsmethodik dieser Arbeit hat Grenzen in der praktischen Anwendbarkeit aufgrund des Fehlens einer empirischen Untersuchung. Zukünftige Forschungsarbeiten könnten sich daher auf mehr unterschiedliche Perspektiven und spezifischere nachhaltige Strategien und Praktiken konzentrieren, zusammen mit entsprechenden empirischen Daten und Modellbewertungen.

Steck, Marco; Husung, Stephan; Hassler, Julien
Determination and characterization of the influences of the bike frame on eBike drive units as the basis for their design and optimization. - In: Neunte IFToMM D-A-CH Konferenz 2023, (2023), S. 1-7

In this paper, the influence of the bike frame on the loading of the eBike drive unit is determined. For this purpose, relevant load cases and boundary conditions are derived based on the existing norms for the individual consideration of the frame and the drive. In this context, external loads on the frame and the forces acting on the engine must be taken into account. The following simulative study shows that the bike frame has an enormous and load-dependent influence on the load situation of the frame interface and the stresses within the housing of the drive unit. In general, this influence can be explained by the stiffness of the frame construction. Altogether, these results show that the design of the eBike drive unit according to its current standard requirements is not sufficient to cover these enormous influences of the bike frame.

https://doi.org/10.17185/duepublico/77395

Husung, Stephan; Gerhard, Detlef; Jacobs, Georg; Kowalski, Julia; Rumpe, Bernhard; Zeman, Klaus; Zerwas, Thilo
Model signatures for design and usage of simulation-capable model networks in MBSE. - In: Product lifecycle management, (2023), S. 155-164

Product development is characterised by numerous synthesis and analysis loops. Analysis provides information on the fulfillment of the required properties of the system under development. Analysis results therefore are an important basis for further synthesis steps. In the context of Model-Based Systems Engineering (MBSE), different types of simulation models play an important role. The overall system (product) can be broken down to system elements. For each system element a set of models has to be established, that provides the required degrees of fidelity, representations of system properties, flows, etc. reflecting the variety of modelling purposes. These models have to be integrated horizontally (same system level along the relevant flows of material, energy, and information) and vertically (aggregation from subsystem level to the overall system level, refinement in the opposite direction) to create a holistic model-based system representation. An important and challenging task is to identify and shape relevant subsystem models. In order to define an appropriate structure of these models, model developers may utilize criteria like selected properties of system elements and interrelations, their degree of detail or modelling assumptions. The relevant criteria have to be made transparent. For this purpose, the paper discusses the concept of model signatures that contain relevant meta information about each single model of all system elements, subsystems up to models of the overall system. This standardized meta information enables an identification and selection of those models and the decision on the necessary model integration. The concept is discussed on the basis of a roller bearing as an example out of an electro-mechanical drivetrain. A potential analysis provides information about the possible usage of the model signatures concept.

https://doi.org/10.1007/978-3-031-25182-5_16

Systematisierung bestehender Gestaltungs- und Konstruktionsprinzipien unter Berücksichtigung von Anwendungsvoraussetzungen, Interdependenz, Kombinations- und Einteilungsmöglichkeiten. - Ilmenau. - 114 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

In dieser Arbeit wurden 24 Prinzipien aus der deutschen Literatur und 24 weitere Prinzipien aus der sowjetischen Literatur gesammelt und analysiert. Die Kriterien für die Systematisierung dieser Prinzipien wurden ausgewählt. Es wurde festgelegt, welche Prinzen zur Erfüllung welcher Kriterien beitragen. Die Kriterien wurden als bekannte und allgemein anerkannte Anforderungen an jedes technische Produkt, das auf den Markt kommt, gewählt. Alle Prinzipien wurden systematisiert. Es ist anerkannt, dass die Hierarchie von den Randbedingungen und Anforderungen abhängt, die an das System gestellt werden. Eine Hierarchie von Prinzipien wurde im Hinblick auf die wichtigste Anforderung für den Konstrukteur, die Funktionsfähigkeit, erstellt. Das heißt, diese Prinzipien haben die größte Bedeutung für die technische Bedeutung dieses oder jenes Produkts. Die Anforderungen an Mindestgewicht und Mindestvolumen wurden als Begleitkriterien akzeptiert. Einen besonderen Platz nahm die Entwicklung einer Hierarchie von Prinzipien ein, die vom Grad der Interaktion des jeweiligen Prinzips mit den anderen abhängt. Und als Folge des Einflusses auf diese Prinzipien. In diesem Fall haben sich diese Faktoren durchgesetzt. Wie viele Prinzipien beeinflussen ein bestimmtes Prinzip, wie viele Prinzipien beeinflusst es selbst, wie wichtig sind die Prinzipien, mit denen es in Wechselwirkung steht. Zur Beantwortung dieser Fragen sowie zur Erreichung der Ziele dieser Arbeit wurden die Wechselwirkungen zwischen den Prinzipien und die Art dieser Wechselwirkungen ermittelt. Es war besonders wichtig zu verstehen, welche Prinzipien werden durch die Anwendung eines Prinzips impliziert. Welche Prinzipien können nicht angewendet werden, wenn das eine oder das andere Prinzip angewendet wird. Es wurde ermittelt, welche Prinzipien die automatische Anwendung der begleitenden Prinzipien nach sich ziehen und welche außerdem selbst eine Voraussetzung für die anderen sind. Auf diese Weise wurden vier verschiedene Systeme einer Hierarchie von Prinzipien geschaffen. Und jede unterscheidet sich von der anderen. Damit wurde die These, dass die Hierarchie von den Randbedingungen abhängt, entlarvt. Jedes Mal führte die Änderung einer Randbedingung zu einer Umstrukturierung der gesamten Hierarchie. Auch der Begriff der Abstraktionsebene wurde in die Arbeit eingeführt. Das heißt, in welchem Stadium der Entwicklung kann das eine oder andere Prinzip zur Anwendung kommen. Die Prinzipien aus der sowjetischen Literatur wurden mit den Prinzipien aus der deutschen Literatur verglichen. Es wurden gleiche, ähnliche und unähnliche gefunden. Nach einer gewissen Abstraktion von der Bezeichnung der Grundsätze und einer Erläuterung des Grundsatzes durch seinen Verfasser wurde festgestellt, welche Prinzipien zusätzlich mit den deutschen verglichen werden können. Es stellte sich heraus, dass ein Teil der sowjetischen Grundsätze mit den deutschen Richtlinien verglichen werden konnte und deren Ähnlichkeit festzustellen war. So wurde festgestellt, dass die sowjetischen Prinzipien den deutschen sehr ähnlich sind. Es gibt jedoch einige Unterschiede, die auf die verschiedenen Anforderungen der Kunden und die unterschiedlichen Produktionsbedingungen zurückzuführen sind. Mehrere sowjetische Prinzipien wurden ebenfalls nach dem zuvor festgelegten Formular für die deutschen Prinzipien bewertet. Das heißt, ihre Systematisierung wurde durchgeführt, Hierarchisierung in Bezug auf die Hauptkriterien, Identifizierung der Interaktion mit den deutschen Prinzipien. Das Ergebnis der Arbeit ist eine Systematisierung der 24 drei wichtigsten deutschen Prinzipien. Definition ihrer Interaktionen untereinander. Das Ergebnis ist eine umfassende Tabelle. Aufbau einer einheitlichen Hierarchie auf der Grundlage der verschiedenen Kriterien. Daraus ergibt sich ein Hierarchiebaum von Prinzipien. Bestimmung des Grades der Ähnlichkeit zwischen dem sowjetischen und dem deutschen Prinzip. Prüfung, ob das sowjetische Prinzip nach den anerkannten Normen für die deutschen Prinzipien systematisiert werden kann. In dieser Arbeit wurden nur die Prinzipien der Gestaltung berücksichtigt. Neben den Gestaltungsprinzipien gibt es aber auch Erfahrungswerte wie Methoden und Empfehlungen. Diese wurden in dieser Arbeit nicht berücksichtigt. Darüber hinaus gibt es weitere Prinzipien, die aus anderen Quellen bekannt sind. Dieser Arbeit zeigt, dass es möglich ist, eine begrenzte Anzahl von Prinzipien zu analysieren und zu systematisieren. Ein weiterer Schritt in diese Richtung könnte darin bestehen, andere Prinzipien aus der deutschen Literatur zu berücksichtigen. Außerdem wurde eine Einführung in die Analyse von Prinzipien aus der ausländischen Literatur gegeben. Die englischsprachigen Quellen wurden im Rahmen der Arbeit nicht berücksichtigt, wohl aber die englischen und amerikanischen Gestaltungsschulen. In Zukunft wäre es ein wichtiger Schritt in der Entwicklung der Analyse und Anwendung von Konstruktionsprinzipien, die vom chinesischen technischen Denken angewandten Prinzipien zu bewerten. Die Berücksichtigung chinesischer Prinzipien ist eine Angelegenheit für das nächste Jahrzehnt, wenn die chinesische Schule zusätzliche eigene Erfahrungen sammeln wird, die nur indirekt mit europäischen oder amerikanischen Erfahrungen zusammenhängen. Umso wichtiger wäre es, die Richtlinien und Methoden zu analysieren, die in der deutschen Literatur existieren. Sie könnten in gleicher Weise wie die Prinzipien analysiert und systematisiert werden. Oder es müssen spezielle Analyse- und Systematisierungsmethoden entwickelt werden, die den Richtlinien und Methoden besser entsprechen. Zusätzliche Möglichkeiten für die Analyse von Prinzipien, Methodologie und Empfehlungen. Es gibt auch ein Potenzial für die Computertechnologie, die für die weitere Arbeit mit den Gestaltungsprinzipien genutzt werden könnte.