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Titelaufnahme

Titel
The integration of Design Structure Matrices and assumptions about product properties into Mechatronic System Models / submitted by Dipl.-Ing. Alfred Sadlauer
Weitere Titel
Integration von Design Struktur Matrizen und Annahmen über Produkteigenschaften in mechatronische Systemmodelle
AutorInnenSadlauer, Alfred
Beurteiler / BeurteilerinZeman, Klaus ; Scheidl, Rudolf
Betreuer / BetreuerinZeman, Klaus
ErschienenLinz, 2018
UmfangVIII, 219 Seiten : Illustrationen
HochschulschriftUniversität Linz, Dissertation, 2018
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers
SpracheEnglisch
DokumenttypDissertation
Schlagwörter (DE)mechatronische Systemmodelle / Design Struktur Matrizen / Annahmen über Produkteigenschaften
Schlagwörter (EN)mechatronic system models / design structure matrices / assumptions about product properties
URNurn:nbn:at:at-ubl:1-25122 Persistent Identifier (URN)
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 Das Werk ist gemäß den "Hinweisen für BenützerInnen" verfügbar
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The integration of Design Structure Matrices and assumptions about product properties into Mechatronic System Models [7.15 mb]
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Klassifikation
Zusammenfassung (Deutsch)

Verschiedenste Ansätze in multidisziplinärer Produktentwicklung haben das Ziel der synergetischen Verbindung zwischen den verschiedenen Disziplinen mittels entsprechender Modelle und Prozesse. Einer dieser Ansätze ist jener der Mechatronischen Systemmodelle (MSM). Dieser Ansatz inkludiert SysML (System Modelling Language) für die hierarchische Verbindung der verschiedenen Modelle sowie für eine angepasste Version des Produktentwicklungsprozesses nach VDI (Verein Deutscher Ingenieure) 2221. Während SysML in Systems Engineering und, aufgrund seines Ursprungs aus UML (Unified Modelling Language), in Softwareentwicklung weitgehend akzeptiert ist, mangelt es an Akzeptanz in den anderen mechatronischen Disziplinen, wie im Maschinenbau und in der Elektrotechnik. Der integrierte Produktentwicklungsprozess beinhaltet zwar Iterationen, liefert aber keine Indikation bezüglich geeigneter Rücksprungpunkte, um die Entwicklungszeit möglichst zu minimieren. Die vorliegende Dissertation erweitert den MSM Ansatz um eine alternative Modell-Verbindungs- und Darstellungsmethodik mittels Design Structure Matrizen (DSM) als Alternative zu SysML und liefert eine Strategie zur Identifikation idealer Rücksprungpunkte bei Iterationen über die Dokumentation und Verknüpfung von Annahmen über Parameterwerte. Diese Erweiterungen wurden anhand einer Design Studie eines Anti-Bruxismus Gerätes angewandt. Darüber hinaus wurde die Sinnhaftigkeit dieser Erweiterungen anhand von Design Experimenten erprobt. In der ersten Design Aufgabe im Rahmen der Experimente hatten die Probanden die Aufgabe, Änderungen an einem existierenden System durchzuführen, mit dem Ziel, dass nach den Änderungen keine Inkonsistenzen im System verblieben. Dabei stand entweder eine DSM oder ein Knoten-Kanten Graph zur Darstellung der Abhängigkeiten zur Verfügung. Dieses Experiment zeigte, dass keine der beiden Darstellungen der anderen überlegen ist, sofern die Probanden kein Vorwissen über beide Darstellungen mitbringen. In der zweiten Design Aufgabe im Rahmen der Experimente passten die Probanden den Schub und die Zündzeitpunkte von Landungsraketen einer Mondlandefähre an, um einerseits eine sichere Landung sowie andererseits minimalen Treibstoffverbrauch sicherzustellen. Die Hälfte der Probanden wurde dabei angewiesen, die angenommenen Werte von einer Iteration zur nächsten zu dokumentieren und den Erfolg der Iterationen zu evaluieren. Dieses Experiment zeigte zwar, dass die Dokumentation die Anzahl an Iterationen verringert, allerdings wurde mit einer höheren Anzahl an Iterationen eine höhere Erfolgsrate erzielt. Dies scheint stärker der Fall zu sein, wenn der Zeitaufwand für die Iterationen gegenüber der Gesamtzeit verschwindend gering ist. Die Erweiterungen des MSM Ansatzes zeigten Verbesserungen in der Anwendbarkeit und der Ergebnisqualität in der Design Studie wie auch bei den Experimenten, allerdings konnten die Forschungshypothesen nicht nachhaltig bestätigt werden. Zur vollständigen Bestätigung der Erweiterungen sind weitere Forschung und praktische Anwendung erforderlich.

Zusammenfassung (Englisch)

Several approaches in multidisciplinary product development attempt to better enable the synergetic interconnection between the different disciplines with according models and processes. One of these approaches is the Mechatronic System Model (MSM) approach. This approach uses SysML (System Modelling Language) for a hierarchical representation of the different models and an adaptation of the VDI (Verein Deutscher Ingenieure) 2221 process model. While SysML is accepted in Systems Engineering and due to its relation to UML (Unified Modelling Language) in software development, it is not well established in other mechatronic disciplines, such as mechanical and electrical engineering. The included process model allows for iteration, but lacks an indication of the proper iteration return point to minimize the negative duration effect of the iteration. The present thesis enhances the MSM approach with the usage of Design Structure Matrices (DSM) as an alternative to SysML along with a strategy regarding the documentation and propagation of assumptions to better identify the ideal iteration return points. The reasons for choosing a DSM representation as an alternative are the fact that graphs typically can be easily represented in a matrix form and a significant amount of literature has been published about it. These mentioned adaptations have been applied in a design study of an anti-bruxism device. In addition, the adaptations to the MSM approach have been tested in design experiments with two different design tasks. In the first task, the participants had to properly perform a change in an existing system with visual support of either a DSM or node-link-graphs. The experiment results of this design task showed that neither representation is superior to the other one without prior knowledge of either. In the second design task, the participants had to adjust the thrust of the landing rockets and their ignition times of a moon lander to guarantee a safe landing and to use as little fuel as possible. Halve of the participants were advised to record the assumed property values. While the assumption documentation lead to a lower number of iterations, the observations indicated that a higher number of iterations lead to better results when the iteration time is negligible compared to the overall time available. The adaptations to the MSM showed improvements with respect to applicability and quality of the results in the design study and in the experiments. In the design study, adding additional properties to the matrix did not disturb the matrix in the same way an adaptation to a graph would and in the experiment, highly specific information regarding the inconsistency lead to better results. However, not all the intended goals, such as a higher efficiency in iterations and better results when using DSM-representations were fully achieved and further study and practical user experience is required

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