Produktentwicklung und Konstruktionstechnik – serie

In the aftermath of the “Deepwater Horizon” oil spill in the Gulf of Mexico, the need arose for experimental data on oil and gas hydrodynamics and particle formation under deep-sea conditions. This work presents a new High-Pressure Test Center that allows for experimental oil spill research under artificial deep-sea conditions. It also contains experimental data on drop formation processes and oil drop size distributions generated within this test center and a modeling approach based on the turbulent energy dissipation that has been developed to predict the droplet sizes of an oil-and-gas jet under high pressure.

In the aftermath of the “Deepwater Horizon” oil spill in the Gulf of Mexico, the need arose for experimental data on oil and gas hydrodynamics and particle formation under deep-sea conditions. This work presents a new High-Pressure Test Center that allows for experimental oil spill research under artificial deep-sea conditions. It also contains experimental data on drop formation processes and oil drop size distributions generated within this test center and a modeling approach based on the turbulent energy dissipation that has been developed to predict the droplet sizes of an oil-and-gas jet under high pressure.

To keep aircraft cabins up to date and in mint condition during the aircraft's typical service life of up to 30 years, they are replaced, partially or completely, every 5 to 7 years. This so-called cabin retrofit is usually carried out by specialized organizations that plan, design and install the new cabins in the existing aircraft. Even if the aircraft type is known, previous retrofits and the continual maintenance of each specific aircraft result in individual states of each of them. This means that accurate information on the current condition of the aircraft must be manually collected to ensure that the new cabin fits seamlessly into the existing aircraft. Because the retrofit organization is typically neither the aircraft manufacturer nor its operator and because the aircraft is still in service and literally flying around the world, access to the asset itself is limited. Instead, general knowledge and specific information about the aircraft to be modified must be combined to create a holistic view. Today, this is done by manually going through a multitude of documents, starting with standard manuals and, in particular, the documentation of previous aircraft modifications. This is time-consuming and prone to errors.This work addresses this scenario by digitizing common knowledge and generic information and combining it with specific information and documents to create a digitally accessible knowledge base. It is built on a model-based definition of generic and specific aircraft representations, including links to the individual documents from which this information originates and which contain further details. The dataset is then transferred into a graph database that allows further processing and easy interaction. An access tool in the form of a customized user interface provides engineers with a convenient way of accessing this knowledge base and thus the relevant knowledge, information and documents. An overarching process, which is integrated into the existing retrofit process, to iteratively create and extend the knowledge base complements this model-based approach.The process and its tools are applied to a case study that includes a mock-up of the aft section of an Airbus A320, which represents the real asset to be retrofitted with new components. Based on this application to the case study, the developed approach is evaluated and assessed together with industry experts.

Das vorliegende Buch unterstützt die Auswahl geeigneter Produktstrukturen im Rahmen der Modularisierung variantenreicher Produktfamilien. Dazu werden die monetären Effekte von Änderungen an der Produktstruktur prognostiziert. Diese Auswirkungen werden anschließend in einer semi-quantitativen Bewertung mit weiteren qualitativen Zielgrößen verknüpft. Abschließend können weitere Maßnahmen zur Kostensenkung über ein generisches Modell der Kostenwirkung abgeleitet werden.

Virtual test methods can contribute to reducing the great effort for physical tests in the development of lightweight products. The present work describes an approach for virtual testing of sandwich panel joints based on the Building Block Approach and the Finite Elements Method. Building on a multitude of physical tests on sandwich materials and joints, adequate sub-models are developed, validated and synthesized to top-level models. The developed approach is eventually applied for the development of a novel sandwich panel joint.

Virtual test methods can contribute to reducing the great effort for physical tests in the development of lightweight products. The present work describes an approach for virtual testing of sandwich panel joints based on the Building Block Approach and the Finite Elements Method. Building on a multitude of physical tests on sandwich materials and joints, adequate sub-models are developed, validated and synthesized to top-level models. The developed approach is eventually applied for the development of a novel sandwich panel joint.

The development of modular product families holds enormous economic potential for companies, as there are always great opportunities but also risks associated with all life phases of a product. However, these fundamental and far-reaching effects inevitably lead to conflicting objectives when defining modular product structures, which makes decision-making in product development particularly complex.Considering relevant theories from decision theory and product family design, this book presents an innovative method to support decision makers in the development of modular product families. The central element of the method is a novel Modularity Decision Dashboard (MDD), which interactively visualizes all decision-relevant data. The findings presented here confirm that applying the method to real-world decision-making problems leads to a more balanced ratio between internal and external variety, and thus significantly contributes to the efficient economic benefit of modularization.

The development of modular product families holds enormous economic potential for companies, as there are always great opportunities but also risks associated with all life phases of a product. However, these fundamental and far-reaching effects inevitably lead to conflicting objectives when defining modular product structures, which makes decision-making in product development particularly complex.Considering relevant theories from decision theory and product family design, this book presents an innovative method to support decision makers in the development of modular product families. The central element of the method is a novel Modularity Decision Dashboard (MDD), which interactively visualizes all decision-relevant data. The findings presented here confirm that applying the method to real-world decision-making problems leads to a more balanced ratio between internal and external variety, and thus significantly contributes to the efficient economic benefit of modularization.

Visualisierungen werden in der Produktentwicklung vielfältig eingesetzt als Arbeitswerkzeuge. Die vorliegende Arbeit bietet erstmalig eine fundierte Wissensbasis sowie eine einfach einsetzbare Methode, mit der beliebige Arbeitsabläufe in der Produktentwicklung analysiert werden können und spezielle Visualisierungen als effektive Arbeitswerkzeuge für diese Abläufe entwickelt werden können. Die neue Methode wird anhand mehrerer Fallstudien vorgestellt und validiert.

Mit dem Fünf-Jahres-Forschungsbericht werden die Aktivitäten, Forschungsergebnisse und -Projekte der Jahre 2016 bis 2020 des Instituts für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik (PKT) der Technischen Universität Hamburg (TUHH) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause im Bereich der Forschung umfassend vorgestellt. Die Forschungsergebnisse der beiden Forschungsbereiche „Modulare Produktfamilien“ und „Strukturanalyse und Versuchstechnik“ werden in kurzen Beiträgen zusammenfassend vorgestellt und eingeordnet. Der Anwendungsbezug der Forschungsergebnisse und die Verknüpfung der beiden Forschungsbereiche wird anhand von Projektbeispielen aus den drei Anwendungsfeldern „Luftfahrt“, Maschinen- und Anlagenbau“ und „Medizintechnik“ aufgezeigt.Mit dem Fünf-Jahres-Forschungsbericht werden die Aktivitäten, Forschungsergebnisse und -Projekte der Jahre 2016 bis 2020 des Instituts für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik (PKT) der Technischen Universität Hamburg (TUHH) unter derLeitung von Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause im Bereich der Forschung umfassend vorgestellt. Die Forschungsergebnisse der beiden Forschungsbereiche „Modulare Produktfamilien“ und „Strukturanalyse und Versuchstechnik“ werden in kurzen Beiträgen zusammenfassend vorgestellt und eingeordnet. Der Anwendungsbezug der Forschungsergebnisse und die Verknüpfung der beiden Forschungsbereiche wird anhand von Projektbeispielen aus den drei Anwendungsfeldern „Luftfahrt“, „Maschinen- und Anlagenbau“ und „Medizintechnik“ aufgezeigt.

Der Einsatz neuer Produktentwicklungsmethoden kann zu einer wesentlichen Verbesserung von bestehenden Unternehmensprozessen beitragen. Diese Arbeit untersucht Anforderungen aus der Praxis an Produktentwicklungsmethoden, die Hintergründe des Methodentransfers und präsentiert einen neuen methodischen Ansatz. Dieser unterstützt sowohl Forscher als auch Prozessverantwortliche in Unternehmen bei der Integration neuer Produktentwicklungsmethoden in bestehende Prozesse. Zur Planung und Diskussion der neuen Entwicklungsprozesse wird dabei eine neue Methoden- und Prozessvisualisierung als methodisches Werkzeug eingesetzt. Die Evaluation des neuen Ansatzes erfolgt in einer Praxisstudie mit einem Unternehmen des Anlagenbaus und wird ebenfalls vorgestellt.

The use of modular product architectures can significantly increase the efficiency in manufacturing companies. Various modularization methods are used in the development of these architectures, but they always result in different architecture alternatives. This thesis describes the development of a model-based simulation for multi-dimensional performance assessment of these architecture alternatives with their corresponding modular kits. The central element of this simulation is formed by a model-based configuration system, identifying individually valid product variants using concepts and tools of Model-based-systems-engineering (MBSE). Based on the developed Hyperspace algorithm, a geometric-mathematical solution approach, these variants are then evaluated considering multiple parameters. By recursively configuring multiple customer requests using alternative modular kits, an individual performance criterion of these alternatives can be generated, including customer-, market- andcompany parameters. This thesis describes the development of the performance simulation on the basis of a simplified explanation example. A validation based on customer-specific laser welding systems is also shown.

The use of modular product architectures can significantly increase the efficiency in manufacturing companies. Various modularization methods are used in the development of these architectures, but they always result in different architecture alternatives. This thesis describes the development of a model-based simulation for multi-dimensional performance assessment of these architecture alternatives with their corresponding modular kits. The central element of this simulation is formed by a model-based configuration system, identifying individually valid product variants using concepts and tools of Model-based-systems-engineering (MBSE). Based on the developed Hyperspace algorithm, a geometric-mathematical solution approach, these variants are then evaluated considering multiple parameters. By recursively configuring multiple customer requests using alternative modular kits, an individual performance criterion of these alternatives can be generated, including customer-, market- andcompany parameters. This thesis describes the development of the performance simulation on the basis of a simplified explanation example. A validation based on customer-specific laser welding systems is also shown.

Das vorliegende Buch beinhaltet ein generisches Wirkmodell, das die Eigenschaften modularer Produktstrukturen als Ursachen definiert und diese mit daraus folgenden Auswirkungen in verschiedenen Unternehmensbereichen verknüpft. Das Wirkmodell paart überdies bereichsspezifische Auswirkungen mit resultierenden wirtschaftlichen Effekten für Unternehmen.Beispielsweise führt eine Entkopplung von Modulen zur Möglichkeit der parallelen Entwicklung von Modulen in der Lebensphase Produktentwicklung, woraus eine Verkürzung der Entwicklungszeit resultieren kann.Das Wirkmodell vereinigt zahlreiche solcher Wirkketten zu einem zusammenhängenden Modell. Es werden Wirkketten in den Produktlebensphasen Produktentwicklung, Beschaffung, Produktion, Vertrieb sowie Nutzung und Service aufgezeigt.Der Beitrag des Wirkmodells liegt in der Verknüpfung der Daten zu einem Gesamtbild sowie der Visualisierung, die eine generische Sicht auf diese Ursache-Wirkungs-Beziehungen ermöglicht.Die gewonnene Transparenz verbessert die Entscheidungsfähigkeit bei der Gestaltung von Produktfamilienstrukturen.

Dieses Buch bietet eine methodische Vorgehensweise zur langfristigen Handhabung der Variantenvielfalt in produzierenden Unternehmen. Dazu werden wesentliche Änderungstreiber aus Markt und Produktion methodisch antizipiert, hinsichtlich ihrer Änderungsauswirkungen auf die Produktstruktur analysiert und bei der Gestaltung einer modularen Produktstruktur berücksichtigt. Die so erzeugten zukunftsrobusten Produktfamilien ermöglichen es, auf lange Sicht die Potentiale der Modularisierung freizusetzen und gleichzeitig die nachträglichen Änderungsaufwände aufgrund dynamischer Einflussgrößen zu minimieren. Die entwickelte Methode richtet sich an alle Entscheider aus der Praxis, welche mit modularen Produktstrukturen langfristig wirtschaftliche Erfolge einfahren wollen.

Kundenindividuelle Produkte sind gefragt. Das Angebot von Produktindividualisierungen steht jedoch im Spannungsfeld zwischen Kundenbedürfniserfüllung und der entstehenden varianteninduzierten Produkt- und Prozesskomplexität im Unternehmen. Zur Komplexitätsbeherrschung der Produktindividualisierung bietet dieses Buch eine neue Produktentwicklungsmethode: die Design for Mass Adaptation-Methode. Anhand der Methode werden zukünftige Individualisierungen vorausschauend geplant und vorbereitet. Angestrebt werden stabile, individualisierungsgerechte Produkt- und Prozessstrukturen, um die Individualisierungen variantenrobust durchzuführen. Die im Buch vorgestellten Vorgehensweisen, Werkzeuge und Maßnahmen befähigen Produktentwickler in Unternehmen, die Komplexität massenhafter Produktindividualisierungen zu beherrschen.

Dieses Buch bietet eine methodische Vorgehensweise zur gezielten Berücksichtigung individualisierbarer Komponenten und Module in modularen Produktfamilien. Die Identifikation von Individualisierungspotentialen am Produkt wird unterstützt und die Entwicklung, Bewertung und Gegenüberstellung von individualisierungsgerechten Produktstrukturkonzepten dargelegt. Unterschiedliche Visualisierungswerkzeuge zur Kommunikation und Dokumentation der Ergebnisse werden zur Verfügung gestellt. Die Methode erweitert die Möglichkeiten des Variantenmanagements gezielt um den Aspekt der Individualisierbarkeit und unterstützt so Produktentwickler in Unternehmen in der Lösungsfindung im Konflikt zwischen vom Unternehmen bevorzugter Standardisierung und vom Kunden geforderter, stärkerer Differenzierung.

Technische Produkte, die während ihres Betriebs Schwingungen ausgesetzt sind, sind auf die damit einhergehenden Belastungen auszulegen. Durch die Anpassung ihrer Schnittstellen können diese Belastungen begrenzt werden. Die Verwendung von Schnittstellenelementen mit einstellbaren mechanischen Eigenschaften, so definierte anpassbare Impedanzelemente, ermöglichen eine effizientere Untersuchung des erweiterten Systems aus Produkt und Schnittstelle. In dieser Arbeit wird ein systematisches Vorgehen entwickelt, das konkrete Anforderungen an anpassbare Impedanzelemente stellt. Es unterstützt die notwendige Bestimmung der Systemeigenschaften und ermöglicht eine effiziente Umsetzung auch bei hoher Produktvarianz und einer Vielzahl abzubildender Schnittstelleneigenschaften. Der modulare Aufbau der Elemente und ein begleitender Auswahlkatalog ermöglichen eine effiziente Untersuchung der Schwingungseigenschaften von Produktfamilien. Die technische Umsetzung wird anhand zweier Produktfamilien aus der Flugzeugkabine demonstriert. Das entwickelte Vorgehen ermöglicht die Auswahl und Entwicklung geeigneter Schnittstellen, mit denen die Schwingungen um bis zu 65 % reduziert werden.