Ermittlung von Erfolgsfaktoren für die Bildung quantitativer Gestalt-Funktion-Zusammenhang-Modelle in der Gestaltung anhand einer Fallstudie zu Sichelmessern = Derivation of Success Factors for Quantitative Modelling of Embodiment Function Relations in Embodiment Design - A Case Study on Involute Blades

In der Gestaltung werden die geometrischen und stofflichen Merkmale eines Produkts festgelegt. Das dafür notwendige Wissen wird in Gestalt-Funktion-Zusammenhang (GFZ)-Modellen abgebildet. Für die Festlegung der Gestaltmerkmale und die Verbesserung der Funktionserfüllung sind insbesondere quantitative GFZ-Modelle geeignet, da mit diesen, im Gegensatz zu qualitativen GFZ-Modellen, Berechnungen durchgeführt werden können. Sind die GFZ nicht bekannt, müssen diese ermittelt und in einem GFZ-Modell abgebildet werden. Bisher wurde kaum untersucht, wie quantitative GFZModelle für die Gestaltung in der Praxis gebildet werden. ... mehrDaher ist wenig über erfolgreiches Vorgehen bei der Bildung dieser Modelle bekannt.

Zielstellung dieser Forschungsarbeit ist es daher, Erfolgsfaktoren für die Bildung quantitativer GFZ-Modelle in der Gestaltung zu ermitteln. Die Erfolgsfaktoren sollen beschreiben, welche Aspekte zur erfolgreichen Bildung dieser GFZ-Modelle beitragen können. Dies beinhaltet zum Beispiel Aspekte mit Einfluss auf die Qualität oder den Aufwand zur Bildung des GFZ-Modells.

Eine Vielzahl an Modellen kann in der Gestaltung zur Abbildung des Produkts verwendet werden. Die Auswahl geeigneter Modelle ist eine Herausforderung, da es keine Übersicht gibt, welche Modelle wann und wofür eingesetzt werden sollten. Daher wird untersucht welche Modelle für die Abbildung von GFZ in der Gestaltung geeignet sind. In dieser Forschungsarbeit wird zunächst eine allgemeine Übersicht von Modellen in der Gestaltung erstellt. Daraus wird eine Übersicht von Modellen, die für die Abbildung von GFZ geeignet sind, abgeleitet. Auf dieser Grundlage werden in einer Fallstudie die GFZ zu Sichelmessern als Teil eines bilateralen Industrieprojekts untersucht. Es wird untersucht, welche Effekte einen Einfluss auf die Funktionserfüllung von Sichelmessern haben und daher in einem quantitativen GFZ-Modell abgebildet werden sollten. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Analyse der Gestalt und des Prozesses als Teil der Modellbildung.

Aus dem in der Fallstudie beobachteten Vorgehen werden kritische Schritte und Iterationen identifiziert. Basierend auf diesen Informationen werden die Erfolgsfaktoren für die Bildung quantitativer GFZ-Modelle abgeleitet.

Diese Erfolgsfaktoren für die Bildung quantitativer GFZ-Modelle für die Gestaltung sind das zentrale Ergebnis dieser Forschungsarbeit. Die ermittelten Erfolgsfaktoren sind 1) Konkretisierung der Frage- und Zielstellung, 2) Definition einer messbaren Funktionserfüllung, 3) Kombinierte Verwendung qualitativer und quantitativer Modelle, 4) Modellierung von Teilsystemen mit variierenden Eigenschaften, 5) Iterative Modellierung und Entwicklung von Versuchsaufbauten, 6) Dokumentation der gewonnenen Erkenntnisse.

In embodiment design, the geometric and material characteristics of a product are defined. The knowledge needed for this is represented in embodiment-function-relationship (EFR) models. Quantitative EFR models are particularly suitable for defining the design features and improving functional performance. In contrast to qualitative EFR models, they can be used to perform calculations. If the EFR are not known, they must be determined and represented in an EFR model. To date, research has rarely been done on how quantitative modeling of EFRs is conducted in embodiment design in practice. ... mehrTherefore, little is known about successful approaches for quantitative modeling of EFRs.

The aim of this work is therefore to identify success factors for quantitative EFR modeling in embodiment design. The success factors should describe which aspects can
contribute to the successful quantitative modeling of EFRs. This includes for example aspects with influence on the quality of the EFR model or the effort for modeling.

A large number of models can be used in embodiment design to model the product. But since there is no overview of which models should be used when and for which
purpose, the model selection is a challenge. Therefore, the first step in this thesis is to investigate which models are suitable for representing EFRs in embodiment design. A
general overview of models in embodiment design is created. From this, an overview of models suitable for modelling EFRs is derived. Based on this, EFRs of involute
blades are investigated as part of an industrial project. This serves as a case study for this thesis. In the project, effects which have an influence on the functional performance of involute blades and should therefore be represented in a quantitative EFR model are investigated. The focus is on analyzing embodiment and process as part of the quantitative modeling of EFRs.

From the procedure observed in the case study, critical steps and iterations are identified. Based on this information, the success factors for quantitative modeling of EFRs
are derived.

These success factors for the quantitative modeling of EFRs in embodiment design are the main result of this work. The derived success factors are 1) concretization of questions and objectives, 2) definition of a measurable function fulfillment, 3) combined use of qualitative and quantitative models, 4) modeling of subsystems with varying properties, 5) iterative modeling and development of experimental setups, 6) documentation of the knowledge gained.