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Das Lastpfad und Knotenmodell - Eine Erweiterung des C&C²-Ansatzes zur Bewertung von Ersatzgrößen in der Produktentwicklung mechatronischer Systeme

Vogel, Sven (2021):
Das Lastpfad und Knotenmodell - Eine Erweiterung des C&C²-Ansatzes zur Bewertung von Ersatzgrößen in der Produktentwicklung mechatronischer Systeme. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität,
DOI: 10.26083/tuprints-00017884,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Das Lastpfad und Knotenmodell - Eine Erweiterung des C&C²-Ansatzes zur Bewertung von Ersatzgrößen in der Produktentwicklung mechatronischer Systeme
Language: German
Abstract:

Die Motivation für diese Arbeit ergibt sich aus dem steigenden Bedarf an Daten, die für die Digitalisierung der Industrie genutzt werden können. Für viele EntwicklerIn-nen von technischen Systemen ist die Erfassung von Prozess- und Zustandsgrößen je-doch noch Neuland und die Integration von Sensoren wird von vielen Unternehmen als zu kostspielig bei zu geringem Mehrwert empfunden. Es fehlt an Erfahrung, mit welchen Ersatzgrößen die gewünschten Prozess- und Zustandsgrößen indirekt und kostengünstig gemessen werden können. Die bestehenden Hilfsmittel in Form von Katalogen sind für das Finden von Sensoren für die entsprechenden Messgrößen gedacht, unterstützen je-doch nicht bei der Auswahl der passenden Ersatzgrößen. Abhilfe kann durch Modelle und Methoden geschafft werden, die den Zusammenhang zwischen der bestehenden Gestalt und der Messbarkeit von Prozess- und Zustandsgrößen darstellen. Der Contact & Channel-Ansatz (C&C²-Ansatz) bietet sich als ein entsprechendes Metamodell für die Analyse von Systemen an. Jedoch können mittels C&C²-Ansatz ledig-lich Messgrößen gefunden werden, die an Gestaltelementen anzufinden sind, die direkt mit der Funktion der Leitung der Größe zusammenhängen. In dieser Forschungsarbeit wird der C&C²-Ansatz um die Elemente Wandlung und Umformung erweitert. Dies ermöglicht, gezielt Reaktionen zu identifizieren, die an Ge-staltelementen der sekundären Funktionen gemessen werden können. Es wird gezeigt, welche Besonderheiten beim Umformen, Wandeln und bei parallelen Lastpfaden berück-sichtigt werden müssen. Zusätzlich wird beschrieben, wie mögliche Störgrößen für den Vergleich verschiedener Ersatzgrößen genutzt werden können. Anhand dieser Ergebnisse wird das Lastpfad- und Knotenmodell als Weiterent-wicklung des C&C²-Ansatzes vorgestellt, das als Metamodell Regeln für die Bildung von Analysemodellen liefert, die bei der Suche nach Ersatzgrößen unterstützen. Die Abbildung mittels Lastpfad- und Knotenmodells wird anhand von zwei technischen Produkten gezeigt, indem aus der Literatur bekannte Ersatzgrößen für die gewünschten Prozessgrößen nachgebildet werden. Die Anwendbarkeit bzw. die Wirkung der Anwendung des Lastpfad- und Knoten-modells wird anhand einer Probandenstudie gezeigt. In dieser Probandenstudie wird die Auswahl der Ersatzgröße von ProbandInnen ohne Kenntnis des Lastpfad- und Knoten-modells mit der Auswahl von Ersatzgrößen von ProbandInnen mit Kenntnis des Last-pfad- und Knotenmodells verglichen. Eine statistisch signifikante Verbesserung in der Auswahl der Ersatzgrößen der ProbandInnen, die auf die Kenntnis des Lastpfad- und Knotenmodells zurückzuführen ist, zeigt, dass eine Verbesserung der sensorischen Wei-terentwicklung von technischen Produkten mithilfe des Lastpfad- und Knotenmodells erzielt werden kann.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

The motivation for this work results from the increasing demand for data that can be used for the digitalization of the industry. For many developers of technical systems, however, the acquisition of process and state variables is still unexplored territory and the integration of sensors is considered by many companies to be too costly with too lit-tle added benefit. There is a lack of experience, with which alternative values the de-sired process and state variables can be measured indirectly and cost-effectively. The existing tools in the form of catalogs are intended for finding sensors for the correspond-ing measured values, but do not support the selection of suitable alternative values. This problem can be solved by models and methods which show the connection between the existing design and the measurability of process and state values. The Contact & Channel Approach (C&C²-Approach) provides an appropriate meta-model for the analysis of systems. However, the C&C² Approach can only be applied to find measurands that can be found at design elements that are directly related to the function of the channel of the value. In this research work, the C&C² Approach is extended by the elements change and transformation. This allows to identify specific reactions that can be measured at design elements of the secondary functions. It is shown what specifics have to be considered for forming, transforming and parallel load paths. In addition, it is described how possible disturbances can be used for the comparison of different alternative values. Based on these results, the load path and node model is presented as a further development of the C&C² Approach. The load path and node model, as a meta model, provide rules for the formation of models for the analysis, which supports the search for alternative values. The representation with the load path and node model is shown on the basis of two technical products by reproducing the known alternative values from literature for the desired process variables. The applicability or rather the effect of the application of the load path and node model is shown by means of a study. In this study the selection of alternative values of test persons without knowledge of the load path and node model is compared with the selection of alternative values of test persons with knowledge of the load path and node model. A statistically significant improvement in the selection of alternative values of the test persons is shown, which can be attributed to the knowledge of the load path and node model. This shows that an improvement of the sensory further development of technical products can be achieved using the load path and node model.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: 95, XXXIII Seiten
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Product Development and Machine Elements (pmd)
Date Deposited: 17 May 2021 14:04
Last Modified: 17 May 2021 14:04
DOI: 10.26083/tuprints-00017884
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-178841
Referees: Kirchner, Prof. Dr. Eckhard and Matthiesen, Prof. Dr. Sven
Refereed: 23 February 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/17884
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