Publikationen (gesamt)

Wir befinden uns in einer Zeit sich rasant entwickelnder Technologien. Auch die unaufhaltsam wachsende Robotik-Branche ist hiervon betroffen. In dieser Ära der Technik werden robotische Systeme stetig mehr in den menschlichen Alltag integriert, was eine immer stärker werdende Mensch-Roboter-Kollaboration mit sich bringt. Auch in der Industrie 4.0 ist eine kontinuierlich weiter reichende Integration robotischer Systeme, beispielsweise durch intelligente Serviceleistungen, zu beobachten. Die vielfältigen Einsatzgebiete und Aufgabenfelder für Robotersysteme bringen ein breites Spektrum an Anforderungen mit sich. Es ergibt sich die Notwendigkeit unterschiedlichster Varianten robotischer Systeme, welche insbesondere von Unternehmen wie MetraLabs entwickelt werden. Sie bieten unzählige Möglichkeiten, den Horizont sowohl von Einzelpersonen als auch von Unternehmen zu erweitern. Angesichts dieser Entwicklungen steht die Industrie vor dem dringenden Bedarf, die Struktur und Architektur solcher Syste me zu optimieren und zu harmonisieren. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine universelle Robotersystem-Architektur zu schaffen, die sowohl aktuelle als auch zukünftige Anforderungen berücksichtigt. Im Mittelpunkt dieser Masterarbeit steht die Entwicklung einer harmonisierten Gesamtarchitektur für die Robotersysteme von MetraLabs, einschließlich der Modelle „TORY RFID“, „TORY SHELF“ und „STERYBOT“ auf Grundlage der Code-Basis jener Roboter. Mit dem methodischen Ansatz des Model-Based Systems Engineering (MBSE) werden SysML-Modelle dieser Roboter entwickelt. Das SysML-Modellierungswerkzeug Papyrus wurde aufgrund seiner Eclipse Public License ausgewählt, um Zustandsautomaten und Aktivitätsdiagramme zur Darstellung der entwickelten Architektur zu nutzen. Basierend auf einer eingehenden Analyse bestehender Robotersysteme wurde ein Top-Down-Ansatz angewendet, um eine zukunftssichere und harmonisierte Architektur zu schaffen. Kernpunkte dieser Arbeit umfassen die Identifizierung von Optimierungspotentialen, die Vereinheitlichung von Prozessen, und die Einführung neuer Zustände für eine verbesserte Zustandsmaschine. Das Ergebnis ist eine optimierte, kundenzentrierte Architektur, die den Entwicklungsprozess verbessert und die Heterogenität und Komplexität der Robotersysteme von MetraLabs harmonisiert.

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.

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.

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.

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.