Synthese-getriebene Analyse technischer Systeme in der Produktentwicklung – Ein Beitrag zum Messen und Verstehen von Analyseprozessen während der Konstruktion unter Einsatz von Eye Tracking = Synthesis-driven analysis of technical systems in product development – A contribution to measuring and understanding the analysis processes during designing by use of eye tracking

Während des Konstruktionsprozesses durchläuft der Ingenieur iterative Phasen der Analyse und der Synthese. Dabei übersetzt er Anforderungen und Funktionen in eine fertigungsgerechte Gestalt. Der Konstrukteur muss durchgehend Gestalt-Funktion- Zusammenhänge erfassen und vordenken. Vorgehensweisen von Konstrukteuren beim Verknüpfen von Funktion und Gestalt während der Analyse technischer Systeme und während der Entwicklung von Produktgenerationen werden in der vorliegenden Forschungsarbeit tiefer untersucht. Die Analyse der bestehenden Gestalt und die Ableitung von Funktionen sind bei der Produktgenerationsentwicklung als auch bei Neukonstruktionen essentiell für eine erfolgreiche Konstruktion. ... mehrUm diesen Zusammenhang zu erforschen, wurden empirische Studien unter Einsatz der Eye Tracking Technologie in Kombination mit der Think-Aloud Methode durchgeführt. Somit können das Blickverhalten zur Betrachtung der Gestalt und ein Teil der Gedanken zur Interpretation von Gestalt und Funktionen aufgenommen werden. Hierzu wurde zunächst die Anwendbarkeit von Eye Tracking getestet, Anforderungen an Studien unter Einsatz der Eye Tracking Technologie aufgestellt und anschließend zwei Studienkonzepte zu Analyseprozessen von Konstrukteuren abgeleitet. Das eine Konzept fokussiert grundlegende Vorgehensweisen bei der Analyse von technischen Zeichnungen, die zum Aufbau von Systemverständnis benötigt werden. Das zweite Studienkonzept bildet die Synthese-getriebene Analyse aus einem realen Konstruktionsprozess in einer Laborumgebung ab und fokussiert die dabei auftretenden Analyseprozesse.
Für beide Studienkonzepte wurden Aufgaben, Ablaufpläne, Hilfsmittel und Parameter zur Auswertung erarbeitet und innerhalb zweier empirischer Studien mit angehenden und erfahrenen Ingenieuren umgesetzt. Daraus können erste Aussagen zu Analyseprozessen abgeleitet werden. Bei der Analyse von technischen Systemen zum Aufbau von Systemverständnis können tiefere Interpretationen des Systems nur dann stattfinden, wenn neben dem reinen Erkennen von Bauteilen auch deren geometrische und stoffliche Merkmale sowie Zustandsmerkmale erfasst und verarbeitet werden. Dazu gehörten auch die Anordnung zu und Wechselwirkungen mit benachbarten Systemkomponenten. Dies ist ebenfalls für die Synthese- getriebenen Analyse relevant. Das Erfassen von Gestaltmerkmalen mit hohem Informationsgehalt, wie Wirkflächen zwischen Bauteilen und dem Zusammenwirken der Systemkomponenten, ist maßgeblich für eine erfolgreiche Analyse und Synthese des technischen Systems. Es werden wichtige Erkenntnisse zu Analyseprozessen als auch zum Studienaufbau zusammengefasst und Vorschläge zur Erforschung von Analyseprozessen in weiteren empirischen Studien gegeben.

Engineers analyze and synthesize technical systems executing iterative steps during the design process. They translate the requirements and functions into an embodiment design. In doing so, the designers need to pre-think and determine embodiment-function-relations. The thesis at hand researches the behavior and procedures of engineers while linking functions and embodiment design during the analysis of technical systems and during the development of new product generations. The analysis of an existing product structure and the interpretation of its functions are essential for the successful redesign of products. ... mehrTo research these correlations, empirical studies were conducted by applying the eye tracking technology in combination with the think-aloud method. Thus, the studies record the gaze path as well as a part of the verbalized thoughts of the subjects. Connections of the fixated embodiment design and interpretations of this design can be drawn. To this, the research work at hand tests the applicability of the eye tracking technology, develops requirements on the empirical studies using eye tracking and transfers them into two concepts of studies on analytic processes of engineering designers. One concept focusses on fundamental approaches while analyzing technical drawings, which are necessary for building a functional understanding of technical systems. The second concept transfers the synthesis-driven analysis from a real design process to a laboratory environment and concentrates on the analysis phases during the synthesis of a new product generation.
For both concepts the research work at hand develops exercises, storyboards, auxiliary materials and parameters for the data analysis. The studies were conducted with students and experienced engineers. First conclusions on the analytic processes can be drawn. While analyzing technical systems to create a functional understanding, subjects needed to identify the components and realize its geometrical and substantial properties as well. Only by doing so, the subjects were able to interpret the technical system in detail and realize interactions of adjacent components. The same is relevant for the synthesis-driven analysis. The determination of relevant characteristics on the embodiment design is essential for a successful analysis and synthesis of technical systems. These characteristics include as well working surfaces of adjacent components. A summary of important findings on analysis processes and on the study design is given and conclusions on further examinations of the analysis in empirical studies are discussed.