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Konstruktionshinweise zur Beherrschung von Unsicherheit in technischen Systemen

Freund, Tillmann :
Konstruktionshinweise zur Beherrschung von Unsicherheit in technischen Systemen.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2018)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Konstruktionshinweise zur Beherrschung von Unsicherheit in technischen Systemen
Language: German
Abstract:

Unsicherheit in technischen Systemen führt, beispielsweise in Form von Rückrufen, zu erheblichen Kosten. Zusätzlich kann Unsicherheit zu unvorhersehbarem Verhalten technischer Systeme bis hin zum totalen Versagen führen, wodurch unter Umständen auch eine erhebliche Gefährdung des Menschen möglich ist. Ein üblicher Weg zur Vermeidung dieser Unglücke ist die Überdimensionierung von Systemen. Allerdings führt diese Maßnahme zu höherem Ressourceneinsatz, sowohl in Bezug auf die verwendete Materialmenge, als auch, vor allem bei bewegten Systemen, in Bezug auf Betriebsstoffe. Die Beherrschung von Unsicherheit ist also von großer wirtschaftlicher und, im Kontext endlicher Ressourcen, auch von gesellschaftlicher Relevanz. Bisherige Methoden zur Beherrschung von Unsicherheit konzentrieren sich auf spätere Phasen in der Produktentwicklung und basieren meist auf stochastischen Verfahren zur Quantifizierung der Robustheit und der Optimierung von bereits festgelegten Bauteilgeometrien unter Berücksichtigung von Schwankungen. Bedarf besteht besonders in Form von qualitativen Methoden, die bereits in früheren Phasen der Produktentwicklung zur Synthese eingesetzt werden können. Eine vielversprechende Möglichkeit hierfür stellt die Anwendung von Konstruktionshinweisen dar. Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher die Tauglichkeit einer großen Anzahl allgemeiner Konstruktionshinweise für die Beherrschung von Unsicherheit zu untersuchen und die identifizierten Konstruktionshinweise in Form einer Methode für die Produktentwicklung zugänglich zu machen. Unsicherheit tritt in allen Lebenslaufprozessen des technischen Produktes auf, entsprechend muss eine Beherrschung von Unsicherheit ebenfalls alle Lebenslaufprozesse miteinbeziehen. Das Modell technischer Systeme bietet die Möglichkeit verschiedene bekannte Wirkungsweisen von Robust Design-Maßnahmen zu konsolidieren und systematisiert zu erfassen. Die elf im Rahmen dieser Arbeit identifizierten Robust Design-Wirkungsweisen werden als Einstufungskriterien zur Beurteilung allgemeiner Konstruktionshinweise eingesetzt. Auf Basis einer umfassenden Literaturrecherche in der allgemeinen konstruktionswissenschaftlichen Literatur und der Robust Design-Literatur werden insgesamt etwa 1400 allgemeine Konstruktionshinweise identifiziert, die nach Lebenslaufphasen und Konkretisierungsgrad klassifiziert dokumentiert werden. Mit Hilfe der RD-Wirkungsweisen erfolgt eine Beurteilung der RD-Tauglichkeit der allgemeinen Konstruktionshinweise. Durch Zusammenfassen redundanter Hinweise entsteht schlieÿlich der sogenannte RopEx-Katalog. Auf Basis der vorhandenen Vorgehensmodelle zum taktischen Gestalten und für die Anwendung von Konstruktionsrichtlinien im Robust Design kann der RopE-Katalog zur Synthese robuster technischer Systeme verwendet werden. Die Methode, bestehend aus dem Modell technischer Systeme, dem Vorgehensmodell und dem RopEx-Katalog, wird unter dem Akronym SmArtSys zusammengefasst. In einem Evaluationsprojekt im industriellen Umfeld wird die SmArtSys im realen Konstruktionsalltag verwendet. Die Ergebnisse bestätigen die Wirksamkeit der SmArtSys.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Uncertainty in technical systems leads e.g. through recalls to increasing cost. Additionally uncertainty can cause unpredictable system behaviour up to total system failure which may lead to substantial safety endangerings. The usual procedure to avoid these problems is to overcome uncertainty through overdimensioning, which leads to additional ressource-application. Controling uncertainty therefore is of high economic and, in the context of finite ressources, also societal interest. Existing methods focus mainly on later stages of product development and mostly base on stochastical methods to quantify system-robustness considering deviations in system properties. The actual challenge is providing methods that can process qualitative information to be able to control uncertainty already in early design stages in the sense of frontloading. One promising approach is the application of experience based design guidelines. Aim of this dissertation is therefore the investigation of existing design guidelines in terms of their applicability in robust design tasks and to transform the findings in a comprehensive method. Uncertainty occurs in all lifecycle-processes of technical systems, controlling uncertainty must therefore also include all of these processes two. The proposed model of technical systems enables for consolidation of all known actions to improve system-robustness. These robust design actions serve as criteria to assess general design guidelines. Based on a profound literature research 1400 design guidelines are identified and classified according to their applicability in robust design. The resulting database, the RopEx-catalogue, consists of 450 design guidelines that can be used in robust design tasks. The RopEx-catalogue, an appropriate procedure model and the model of technical systems build the so called SmArtSys that provides measures to control uncertainty in early design phases.English
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering > Institute for Product Development and Machine Elements (pmd) > Robust Design
DFG-Collaborative Research Centres (incl. Transregio) > Collaborative Research Centres > CRC 805: Control of Uncertainty in Load-Carrying Structures in Mechanical Engineering
Date Deposited: 13 Mar 2018 14:24
Last Modified: 13 Mar 2018 14:24
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-72316
Referees: Kirchner, Prof. Eckhard and Krause, Prof. Dieter
Refereed: 17 January 2018
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/7231
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