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Breymaier, Maike;
Anpassung einer Rückwand-Anlage von Papp-Elementen auf Blech. - Ilmenau. - 79 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Neue Brandschutzverordnungen für den Markt Australien/Neuseeland erfordern den Aus-tausch der bisherigen Papp-Rückwand bei Kühl- und Gefriergeräten durch eine Blech-Rückwand. Das Ziel dieser Bachelorarbeit ist die Konzeptionierung und Ausarbeitung notwendiger Umbaumaßnahmen an der Rückwand-Montageanlage, damit diese in Zukunft in Gemischtfahrweise betrieben werden kann. Nach einer ausführlichen Einführung in den Ist-Stand des Prozesses und der Beschreibung der einzelnen Baugruppen wird eine Fehleranalyse des Prozesses durchgeführt. Der Schwerpunkt ist dabei auf die Verarbeitung des Rückwandblechs gelegt. Die zu überarbeitenden Komponenten und Funktionen werden aus der Fehleranalyse abgeleitet. Als Grundlage für die Bearbeitung wird eine Übersicht der auf der betroffenen Linie gefertigten Kühlgeräte-Typen erstellt, aus der die eingesetzten Gebinde abgeleitet werden. Zudem werden weitere notwendige Rahmenbedingungen und Anforderungen definiert. Für die Lösung der Aufgaben werden systematisch geeignete Konzepte entwickelt und ihre Vor- und Nachteile gesammelt. Geeignete Varianten werden gegenübergestellt und nach unterschiedlichen Gesichtspunkten bewertet und gewichtet, sodass die optimale Lösung ermittelt werden kann. Die gewählten Konzepte werden anschließend in einer 3D-CAD Umgebung konstruktiv umgesetzt und die dazugehörige Konstruktion wird beschrieben. Nachfolgend werden die Umbaumaßnahmen im Rahmen der Risikobeurteilung hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Sicherheit der Anlage untersucht, bevor die Arbeit mit einem Fazit und Ausblick abgeschlossen wird.



Bücker, Marina;
Entwicklung eines automatischen Be- und Entladungssystems für Modellzüge. - Ilmenau. - 71 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2023

Um die Forderungen von Kunden und den Druck der Konkurrenz zu erfüllen, müssen Modellbahnen stetig weiterentwickelt werden. Dies ist oft mit steigenden Anforderungen an Funktion und Optik verbunden. Immer öfter werden daher digital steuerbare Sonderfunktionen in Wagen verbaut, um diese interessanter zu gestalten. Die Sonderfunktionen sind aufgrund der geringen Größe der Modelle und den hohen Ansprüchen an Vorbildgetreue oft anspruchsvoll zu entwickeln. Eine solche Sonderfunktion stellt auch das Be- und Entladen von Modellzügen dar. Dieses kann für mehrere Anwendungszwecke, wie Beladung von Gepäck, Tieren und Transportgut verwendet werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird das Be- und Entladen eines Themenwagens zur „schwäb’schen Eisenbahn“ konzipiert und ausgestaltet, wobei eine Ziege auf einen Plattformwagen der Nenngröße H0 (1:87) geladen und abgesetzt wird. Um das Modell zu entwickeln, werden die Anforderungen an das fertige Produkt analysiert. Anschließend werden verschiedene Konzepte für die Bewegungsmechanik und den Antrieb erarbeitet, verglichen und bewertet, um die Beste Umsetzungsart zu finden. Die benötigten Bauteile werden konstruiert, gefertigt und zum Abschluss der Arbeit, zu einem funktionsfähigen Prototypen montiert.



Steck, Marco; Husung, Stephan
Systematic optimisation process for an eBike drive unit in a highly variable environment. - In: Proceedings of the Design Society, ISSN 2732-527X, Bd. 3 (2023), S. 3305-3314

Drive units of eBikes are used in every type of bicycle and for different riding scenarios and riders. Due to the different riders and bike types, an enormous variety of influencing parameters and load spectra must be considered during the design process. Therefore, in this paper, a systematic approach for the optimization of the drive unit is presented, which adopts and combines several approaches from design theory. The focus is on efficient modeling and simulation of the relevant parameters and load spectra to minimize uncertainties in the design process. Based on a system analysis, dimension-reduced parameter spaces are formed for the simulation of the system, meta-models are integrated into the simulation model and the results of the simulation are transferred into a data-based surrogate model to cover the parameter space in an efficient way with a minimum number of time consuming FE simulations. Furthermore, a coordinate-based evaluation method is presented for the FE model in order to form the input for the surrogate model, reduces the amount of data, and to allows a geometry- and mesh-independent evaluation to compare different models.



https://doi.org/10.1017/pds.2023.331
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
Japs, Sergej; Faheem, Faizan; Anacker, Harald; Husung, Stephan; Dumitrescu, Roman
Model-based systems engineering using security design patterns in the context of ISO/SAE 21434. - In: Proceedings of the Design Society, ISSN 2732-527X, Bd. 3 (2023), S. 2675-2684

The development of modern vehicles is complex, especially regarding compliance with security and safety. ISO/SAE 21434 considers security and safety along the entire product life cycle. According to the standard, a system architecture, a risk analysis, and the application of countermeasures are carried out in the early system design. Design patterns are solutions to known design problems. Security Design Patterns (SDP) describe countermeasures and are used to reduce risk. After our literature review, we did not find a suitable approach that presents SDPs that would be applicable in early system design. In this paper, we present 10 SDPs for early system design, which we evaluated during an 11-week student project with 28 teams. We present the results of the quantitative analysis and the evaluation of the feedback.



https://doi.org/10.1017/pds.2023.268
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.



Husung, Stephan; Koch, Yanik; Welzbacher, Peter; Kraus, Benjamin; Roehnert, Felix; Faheem, Faizan; Kirchner, Eckhard
Systemic conception of the data acquisition of Digital Twin solutions for use case-oriented development and its application to a gearbox. - In: Systems, ISSN 2079-8954, Bd. 11 (2023), 5, 227, S. 1-17

Digital Twins are being used more and more frequently and provide information from the Real Twin for different applications. Measurements on the Real Twin are required to obtain information, which in many cases requires the installation of supplementary sensors. For their conception and design, it is particularly important that the measuring principles are selected purposefully and the appropriate sensors are integrated at the goal-oriented measuring positions without impairing the functions and other properties of the Real Twin by the integration of these sensors. In this article, a "Design for Digital Twin" approach is discussed for the systematic procedure and demonstrated using a multi-staged gearbox as a concrete example. The approach focuses on the mechanical and hardware side of the Real Twin. For the systematic conception and design of the Digital Twin solution, an understanding of the stakeholder demands and the expected use cases is necessary. Based on the stakeholder demands and use cases, the relevant product properties can be determined. Using the relevant properties, an iterative process of conception, design, and analysis takes place. The conception is carried out by means of target-oriented cause-effect analyses, taking into account systemic interrelations of the Real Twin components and systematics for the selection of measurement principles. Systemic considerations, combined with an effect graph, allow for the analysis and evaluation of disturbing factors.



https://doi.org/10.3390/systems11050227
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
Dryander, Florian; von
Erarbeitung und Analyse einer Systematik zur Realisierung Digitaler Zwillinge physischer Infrastruktur. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2023

Aufgrund des großen Bedarfs von Digitalen Zwillingen in Verbindung mit physischer Infrastruktur wurde eine Systematik entwickelt, welche die Konzeption und Realisierung Digitaler Zwillinge physischer Infrastruktur unterstützt. Mit Hilfe der entwickelten Systematik soll ein End-to-End-Prozess einer Realisierung eines Digitalen Zwillings physischer Infrastruktur ermöglicht und anschließend am Anwendungsfall Arzneimittellager validiert werden. Es wurde aufgrund der Anforderungen und Randbedingungen an Digitale Zwillinge, systematisch ein Konzept unter Beachtung spezifischer Anwendungsfälle der Infrastruktur entwickelt. Die erarbeiteten Anwendungen Digitaler Zwillinge physischer Infrastruktur basieren auf den Anwendungen Digitaler Zwillinge in einem Krankenhaus. Das Ergebnis der Diplomarbeit bildet eine Systematik, die in die drei Ebenen Anforderungs-, Detail- und Umsetzungsebene unterteilt wird. Den jeweiligen Ebenen sind unterschiedliche Leitfragen und Tabellen zugeordnet, die aus den Anforderungen an die Systematik und dem Digitalen Zwilling entwickelt wurden. Auf Grund des Fokus dieser Diplomarbeit, kann die Systematik auf Gebäude angewendet werden. Die Systematik kann aufgrund der verwendeten Anwendungen Digitaler Zwillinge auf Gebäude angewendet werden. Durch eine Erweiterung der Anwendungen Digitaler Zwillinge hinsichtlich physischer Infrastruktur ist die Anwendbarkeit der Systematik auf weitere physische Infrastruktur möglich.



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.