Universität Stuttgart
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Item Open Access Geometrieanalyse und menschzentrierte Untersuchung zur markenspezifischen Formgebung von Produkten mit unterschiedlicher Aufbaugestalt(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2023) Fischer, Matthias Sebastian; Maier, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Ganzheitliche Analyse und Optimierung der Systembelastungen schnell drehender Hochdruck-Radialventilatoren(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2023) Recker, Stefan; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Die Arbeit beschäftigt sich mit der umfassenden Untersuchung und Optimierung der Systembelastungen bei schnell drehenden Hochdruck-Radialventilatoren. Durch ein systematisches Vorgehen und gewonnene Erkenntnisse ermöglicht sie die Anwendung hoher Drehzahlen in Kombination mit der bewährten und kostengünstigen Blechbauweise von Laufrad und Gehäuse. Dies führt zu neuen Ventilatorentypen mit bisher nicht verfügbarer Effizienz und Betriebspunkten. Die herkömmlichen Blechbauweise-Ventilatoren sind meist ineffizient und bauen sehr groß, während Ventilatoren mit Freiformlaufrädern kompakter sind, aber teurer in der Herstellung. Die Arbeit schließt eine Marktlücke, indem sie schnell drehende Ventilatoren mit hoher Effizienz in kostengünstiger Blechbauweise untersucht. Die Studie analysiert und bewertet die auftretenden Belastungen im Ventilator, insbesondere die Lagerkräfte. Durch Lagerkraftmessungen und ein entwickeltes Vorauslegungsprogramm können effizient ausgelegte Ventilatoren hinsichtlich Lagerkräften und Lebensdauer vorhergesagt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Nennbetriebspunktes die lasttechnisch optimale Auslegungsdrehzahl beeinflusst, des Weiteren werden Maßnahmen zur Optimierung der Lebensdauern gefunden. Nach Festlegung der belastungsoptimalen Basisparameter erfolgt die Feingestaltung des Ventilators. Potenziell problematische Eigenfrequenzen werden analysiert und optimiert, um Resonanzen zu vermeiden. Die Arbeit betrachtet zudem den Fliehkrafteinfluss auf das hochbelastete Blechlaufrad mit Optimierungsmöglichkeiten durch den Einsatz von hochfesten Werkstoffen und Reduzierung von Kerbspannungen. Die vorgestellten Methoden und Optimierungsmöglichkeiten werden anhand zweier entwickelter Ventilatoren bewertet. Der direkte Vergleich mit anderen Herstellern bestätigt einen bis zu 30 % höheren Luftwirkungsgrad und kompakte, kostengünstige Blechbauweise. Die Arbeit schließt mit einem Leitfaden zur Analyse und Optimierung der Systemlasten.Item Open Access Methode zur Rückführung von Erprobungswissen in die Produktentwicklung am Beispiel Fahrzeugtriebstrang(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2020) Karthaus, Carsten Alexander; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Die vorliegende Arbeit beruht auf der Haupthypothese, dass durch einen Methodenbaukasten mit Wissensmanagementmethoden und situativer Methodenauswahl die Rückführung von Erprobungswissen in der industriellen Praxis praxisnah, effektiver und effizienter als bisher gestaltet werden kann. Die Vorgehensweise richtet sich an der Design Research Methodology von Blessing und Chakrabarti aus. Ausgehend von den Forschungsfragen wurden im Stand der Technik die wesentlichen Wissensgebiete „Wissensmanagement“, „Methodische Produktentwicklung“ und „Fahrzeugantriebsstrangentwicklung und Versuchsmethodik“ untersucht. Das Wissensgebiet der „Rückführung von Erprobungswissen in die Produktentwicklung“ ist - zumindest nach dem aktuellen Stand der Forschung und Technik - in der Literatur nicht systematisch und umfassend untersucht. Zudem zeigte sich, dass aufgrund der Interdisziplinarität der Wissensgebiete unterschiedliche Begriffe und Verständnisse vorlagen. Aufgrund der unterschiedlichen praktischen Herangehensweisen mit unterschiedlichen Zielsetzungen und Hintergründen wurden in Kapitel 3 für den Rahmen dieser Arbeit die Begrifflichkeiten „Versuch“, „Test“, „Erprobung“, „Prüfung“ usw. definiert und klassifiziert. Die zentralen Begriffe „Erprobung“, „Erprobungsmethodik“ und „Erprobungswissen“ sind in der Arbeit beschrieben; dazu gehören Definitionen grundlegender Art, die in dieser Weise in der Literatur nicht vorhanden waren. Dabei wurde erläutert, welche Arten und Typen von Wissen während der Erprobung entstehen. Wissensarten und Wissenstypen des Erprobungswissens lassen sich anhand des Erprobungsprozesses strukturierend zuordnen. Die aufgestellten Modelle zur Wissenserzeugung (siehe Kapitel 3.2) in der Erprobung konnten durch Erfahrungen und empirische Untersuchungen bestätigt werden. Die weitere Untersuchung des Erprobungswissens als aus der Erprobung entstehendes Wissen fokussierte sich auf die Ermittlung von Ist-Eigenschaften und Fehlern als zentralen Erprobungszielen. Aus der industriellen Praxis gibt es bis dato kaum Publikationen zu Erfahrungen der Industrie mit diesem Thema; daher sollte eine empirische Untersuchung darüber Klarheit schaffen. Deshalb wurden anhand mehrerer empirischer Studien die dort auftretenden Probleme im Umgang mit Erprobungswissen erfasst. Es stellte sich heraus: Die Nutzung des Erprobungswissens ist in vielen Bereichen als nicht effektiv bewertet worden. Verbesserungspotenziale zeigte insbesondere der Umgang mit Wissen aus Fehlern, wobei hier eine kausale Kette zum Unternehmenserfolg besteht. Ergebnis der Untersuchungen ist ein Referenzmodell, das die Einflussgrößen auf eine effektive Nutzung des Erprobungswissens aufzeigt: Festgestellt werden konnte, dass die effektive Nutzung dieses Wissens durch Probleme oder Situationen beeinträchtigt wird. Die Auswirkungen dieser Probleme auf messbare Erfolgsfaktoren und auf unternehmerische Erfolgsfaktoren sind anhand von Schlüsselfaktoren dargestellt. Eine quantitative Untersuchung der messbaren Erfolgsfaktoren wurde beim Evaluationspartner durchgeführt. Die Erfolgsfaktoren Effizienz und Effektivität konnten anhand dieser messbaren Größen dargestellt werden. Die untersuchte Literatur, die festgelegte Begriffswelt sowie die empirischen Untersuchungen schaffen das grundlegende, disziplinübergreifende Verständnis über den Problembereich. Ausgehend von diesen Untersuchungen wurden die Anforderungen an eine Methode zur Rückführung von Erprobungswissen, ein Ansatz für einen Rückführungsprozess, ein Methodenbaukasten zur Unterstützung dieses Rückführungsprozesses und ein Prozess zur Implementierung und Evaluation dieser Methoden in einem Unternehmen entwickelt. Einzelne Ansätze einer generischen Versuchs- oder Erprobungsmethodik in diesem Wissensgebiet sind in der Literatur zwar vorhanden, der Konkretisierungsgrad dieser Methoden ist aber meist gering; größtenteils werden Prozessschritte nur auf abstrakter Ebene dargestellt. Insbesondere die Entwicklung des Methodenbaukastens ist von zentraler Bedeutung für diese Arbeit. Die Bausteine der Methode zur Rückführung von Erprobungswissen stellen die in dieser Arbeit entwickelte Unterstützung dar, um methodisch die aktuelle Situation zu verbessern. Der Rückführungsprozess selbst ist durch vier wesentliche Prozessschritte („Wissen erzeugen“, „Wissen speichern“, „Wissen verteilen“ und „Wissen nutzen“) realisiert. Die Auswahl der Wissensmanagementmethoden zur Unterstützung des Rückführungsprozesses erfolgt zweistufig über eine situative, praxisnahe Vorauswahl und eine konkrete, objektive Bewertung des Methodeneinsatzes für die jeweilige Situation. Die Unterstützungswerkzeuge, deren Entwicklung und die Einführung der Methoden ins Unternehmen sind gerade bei Methoden des Wissensmanagements von entscheidender Bedeutung. Der praktische Einsatz derartiger Methoden steht und fällt mit der ihrer Unterstützung durch geeignete Werkzeuge: Diese Werkzeuge und vor allem deren Handhabung und Nutzerfreundlichkeit sind entscheidend für die Akzeptanz des Methodeneinsatzes. Die Entwicklung derartiger an die betrieblichen Anforderungen angepasster Tools nimmt bei der Einführung von Methoden und notwendigen Werkzeugen vergleichsweise viel Zeit in Anspruch. Ausgehend von einer Situationsanalyse bei einem Evaluationspartner wurden Methoden anhand des vorgestellten Methodenbaukastens identifiziert und ausgewählt, die eine Verbesserung der Wissensnutzung versprachen. Die Umsetzung, Anpassung, Werkzeugentwicklung und die Einführung ins Unternehmen erfolgten im Anschluss anhand der vorgeschlagenen Prozesse. Für die Verankerung und erfolgreiche Implementierung der Wissensmanagementmethoden im Unternehmen ist ein transparenter Prozess zur Integration der Methoden in Unternehmensabläufe, inklusive Evaluation und kontinuierlicher Verbesserung, vorhanden. Evaluation und kontinuierliche Verbesserung führen zu quantitativen Aussagen und tatsächlichen, messbaren Verbesserungen. Der Erfolg, die Anwendung und die Unterstützung durch die Methode wurden auf unterschiedliche Arten evaluiert. Die Erfolgsevaluation des Methodeneinsatzes erfolgte pilothaft an einem Dauerlaufprüfstand der Automobilindustrie über mehrere Monate. Die Effektivität und die Effizienz dieser Erprobung und der Rückführung von Erprobungswissen konnten durch den Einsatz von WM-Methoden gesteigert werden. Durch die Anwendung der entwickelten Methode wird ein messbarer Erfolg für die Rückführung von Erprobungswissen hinsichtlich Effektivität und Effizienz erzielt, also eine verbesserte Situation erreicht. Die Ergebnisse wurden mit allgemein anerkannten wissenschaftlichen Kriterien kritisch reflektiert. Darüber hinaus unterstützt der Methodeneinsatz den Evaluationspartner bei der Erreichung seiner Ziele im Speziellen durch einen höheren Produktreifegrad und geringere Stillstandzeiten und damit eine höhere Auslastung sowie insgesamt höhere Laufzeiten der Prüfstände. Folglich ergeben sich bei gleichbleibender Laufleistung (und Dauer zum Abfahren dieser Laufleistung) der Prüflinge kürzere einzuplanende Erprobungsdauern. Mit dem frühzeitigen Erkennen, Dokumentieren und Abstellen der Fehler ergibt sich ein höherer Reifegrad der Produkte am Ende einer Erprobung. Mit planbar kürzeren Erprobungsdauern und einem höheren Produktreifegradzuwachs innerhalb eines Entwicklungszykluses oder einer -charge ist langfristig eine Optimierung des Erprobungsportfolios verbunden. Das Resultat sind reduzierte Gesamtentwicklungszeiten, also eine Verkürzung der „Time to Market“ des Produkts. Die Arbeit dient dazu, ein Verständnis für einen neuen Problembereich zu entwickeln, der bis dato in dieser Zusammensetzung der Wissensgebiete wenig untersucht wurde. Zugleich wurde eine Methode zur Unterstützung und Verbesserung der Rückführung von Erprobungswissen erarbeitet. Die analytischen und synthetischen Forschungsfragen konnten durch die gezeigten Untersuchungen, Ergebnisse und deren Diskussion beantwortet und die Hypothesen dieser Arbeit einmalig positiv bestätigt werden.Item Open Access Auslegung und Entwurf adaptiver Strukturen und Systeme mit Formgedächtnislegierungen(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2021) Hein, Andrea; Maier, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Steigende Individualisierung, neue Technologien und die Forderungen nach Leichtbau, Systemzuverlässigkeit und der Reduktion eingesetzter Ressourcen bestimmen die zukünftigen Konzepte neuer Produkte. Dabei kommen passive und mechatronische Systeme häufig an ihre Grenzen. Um sich den unterschiedlichen Randbedingungen optimal anzupassen, werden intelligente Strukturen und adaptive Elemente immer wichtiger, integrierte Funktionen gewinnen an Bedeutung und moderne Strukturen (smart und adaptiv) rücken in den Fokus der Entwicklungen. Ein wichtiger Bestandteil sind dabei Smarte Materialien, die durch steuerbare Eigenschaften neuartige und effiziente Produkte generieren. Zu den SM die zunehmend erforscht werden, zählen beispielsweise thermische Formgedächtnislegierungen (FGL), die durch ihre spezielle Eigenschaft, sich nach einer Verformung an ihre ursprüngliche Form zu erinnern, zur Entwicklung leichter, leistungsfähiger, energieeffizienter und innovativer Lösungen führen. Die entstehenden adaptiven Strukturen und Systeme (ASS) und deren Einsatz bei zukünftigen Konzepten ermöglichen eine optimale Anpassung an die jeweiligen Betriebszustände sowie an unterschiedliche Nutzer und Aufgaben. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist daher die Erarbeitung einer Vorgehensweise zur Auslegung und zum Entwurf von ASS mit FGL im Kontext des Technischen Designs. Im Besonderen geeignet sind Anwendungen aus dem Bereich des Technischen Designs, die durch die Kombination von Technik, Ergonomie und Design die Hauptvorteile der FGL wie geringer Platzbedarf (Bauraum), niedriges Gewicht (Leichtbau), geringe Anzahl an Komponenten (Komplexität) und geräuschloser Betrieb (Komfort) optimal nutzen. Zur Entwicklung der Vorgehensweise und der Untersuchung des Zusammenwirkens der Elemente des Gesamtsystems wurden zunächst die relevanten Grundlagen erarbeitet. Dazu erfolgten Untersuchungen zu den Gebieten Ergonomie durch die Anthropometrie und Mensch-Maschine-Schnittstelle, Design in Bezug auf die Produktgestalt sowie Technik durch Aufbaugestalt, Regelung, smarte Materialien und FGL. Darauf aufbauend wurde eine Definition zum Entwurf und zur Gliederung von ASS abgeleitet. Auf Basis dieser Erkenntnisse fand die Untersuchung des Aufbaus von ASS, mit dem Fokus auf sich beeinflussende Parameter statt. Auf die theoretische Untersuchung folgten der Aufbau und Test von Struktur-Prototypen. Dazu wurden die erarbeiteten Erkenntnisse in Simulationen und Prototypen umgesetzt, um die Parameter zu evaluieren und zu vervollständigen. Final wurden Richtlinien für die Auslegung und Entwicklung von ASS mit FGL abgeleitet. Enthalten sind Beschreibungen, Anforderungen und Empfehlungen zur Auslegung der aktiven und passiven Struktur. Abschließend fand die Analyse eines anwendungsbezogenen Prototyps statt. Es zeigte sich, dass durch die Richtlinien die Beachtung wichtiger Anforderungen effizient und vollständig ermöglicht wird. Das Zusammenführen der gesamten Ergebnisse stellt das Vorgehen zur Entwicklung von ASS dar.Item Open Access Untersuchung von Modellen und Werkzeugen der Produktgestaltung und deren adaptive Einbindung(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2022) Oberhofer, Felix; Maier, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Die Arbeit befasst sich mit dem Einsatz von Produktmodellen und deren korrespondierenden Werkzeugen für bewertende und gestaltende Aufgaben innerhalb der nutzerzentrierten Produktentwicklung. Verkürzte Entwicklungszeiten, gestiegene Kundenanforderungen und Produktkomplexität sowie Länder und Grenzen übergreifende Zusammenarbeit führen zu einem zunehmend vernetzten, interdisziplinären und digitalisierten Entwicklungsprozess. Die hieraus resultierende Vielfalt an möglichen Produktmodellen und Werkzeugen erschwert deren zielgerichtete Auswahl und Anwendung erheblich. Von besonderer Bedeutung ist dabei das Zusammenwirken technischer, gestalterischer und ergonomischer Aspekte, wie sie im Technischen Design verankert sind, da insbesondere hierbei nach wie vor eine ideale Verteilung analoger/physischer und virtueller/digitaler Anteile bei der Produktgestaltung notwendig ist. Basierend auf dieser Problemstellung leitet sich das Ziel der Entwicklung eines Ansatzes zur optimalen Modell-Werkzeug-Auswahl ab. Hierfür wurden zunächst die Grundlagen bezüglich der Zusammenhänge von Modellen und Werkzeugen, die damit verbundenen Anforderungen und Tätigkeiten der nutzerzentrierten Produktentwicklung sowie dem Einsatz und der Wahrnehmung von Produktmodellen und Werkzeugen erarbeitet. Auf dieser Basis wird das theoretische Vorgehen des Ansatzes hergeleitet. Dieses baut auf den Grundbestandteilen Aufgabe, Modell und Werkzeug sowie den grundlegenden Tätigkeiten am Modell Gestalten, Darstellen und Transfer auf. Zentraler Aspekt des Ansatzes für die Auswahl von Modellen ist die anwenderspezifische Wahrnehmung dieser. Hierfür wurde eine Probandenstudie definiert und durchgeführt. Differenziert nach der Repräsentationsform und Detaillierung von Modellen wurde die Abweichung zwischen einer Bewertung am Modell und am Produkt sowie eine subjektive Einschätzung der Modelle aus Anwendersicht ermittelt. Für die Überführung und Anwendung dieser Erkenntnisse erfolgt abschließend die Erarbeitung eines Modell-Werkzeug-Entscheidungs-Prozess (MWEP). Dieser wurde anhand konkreter Anwendungsbeispiele des Technischen Designs validiert. Die Durchführung des MWEP bestätigt eine zielgerichtete Modell- und Werkzeugwahl und kann bei den analysierten Problemsituationen eine modellbedingte Verbesserung aufzeigen.Item Open Access Methodik zur Entwicklung von adaptiven Interfacesystemen in mobilen Maschinen(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2023) Kaufmann, Andreas; Maier, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Die vorliegende Arbeit behandelt die methodische Entwicklung adaptiver Interfacesysteme in mobilen Maschinen. Bei den bereits zur Verfügung stehenden methodischen Ansätzen zur Produktentwicklung, im Speziellen zur Entwicklung von adaptiven Mensch-Maschine-Schnittstellen, existiert keine zufriedenstellende Methodik für den geforderten Anwendungskontext. Diese Forschungslücke wird durch Experteninterviews, die mit der Delphi-Methode durchgeführt werden, validiert. Hierbei werden zusätzlich sämtliche Einflussparameter, die zur Entwicklung von adaptiven Interfacesystemen dienen, erfasst. Außerdem werden Einflussparameter generiert, welche eine Bedienfunktionskategorisierung hinsichtlich einer virtuellen bzw. realen Bedienung ermöglichen. Sämtliche Parameter werden einerseits durch die entwickelten Methoden im Entwicklungsprozess berücksichtigt, dienen andererseits auch als Bewertungsparameter innerhalb dieser Methoden. Die entstandene Methodik setzt sich aus insgesamt fünf neu entwickelten Methoden, der Fokusgenerierung (FG), der Funktions- Zuordnungsmethode (FZM), der Komplexitätsmethode (KM), der Funktions- und Bedienanalyse (FuB) und der Layer-Methode (LM), zusammen. Die FG dient der Fokussierung und Vereinheitlichung der Projekterwartungen und –ziele unterschiedlicher Projektpartner. Resultierend entsteht eine Empfehlung welche der weiteren vier Methoden angewendet werden sollen. In der FZM wird eine Bedienfunktionskategorisierung generiert. Diese beinhaltet eine Empfehlung hinsichtlich des geeigneten Interfaces (real oder virtuell) bei der Umsetzung der betrachteten Funktionen. Die KM ermittelt einen Komplexitätsgrad, welcher eine Gestaltungsempfehlung für die Interfaceentwicklung hinsichtlich deren Komplexität beinhaltet . Die FuB erfasst sämtliche Charakteristiken der Bedienfunktionen, die in dem betrachteten technischen System relevant sind. Mit Hilfe der LM werden Interfacekonzepte generiert, welche hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Bedienfläche, der Anordnung und Ausführung sinnvoll zugeordnet werden. Die Tauglichkeit der entwickelten Methodik wird anhand von sechs verschiedenen Evaluationsprojekten, 16 zu überprüfenden Anforderungen und mit der Hilfe von vier unterschiedlichen Evaluationsarten erfolgreich überprüft.Item Open Access Gestaltungsempfehlung nutzergerechter Bedienschnittstellen zur Steuerung virtueller Interfaces durch Blickgesten(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2021) Jenke, Marcus; Maier, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Der Ansatz der ausschließlich blickbasierten Interaktion mit technischen Systemen bietet ein großes Potenzial in vielen Anwendungsbereichen. Durch die kontinuierliche Verbesserung der Eye-Tracking-Technologie wird sich diese Interaktionsmodalität auch auf andere Anwendungsfelder als die ursprünglich angedachten Assistenzsysteme für körperlich behinderte Menschen ausweiten. Zusammen mit den wachsenden Trends ist eine generelle Wandel in Bezug auf die entsprechende Mensch-Technik-Interaktion zu beobachten, bei der sich entweder der Nutzungskontext oder die Nutzergruppe ändert. Im Verbrauchersektor beispielsweise ist die Interaktion mit dem Blick bereits Bestandteil von Spielen und Virtual-Reality-Anwendungen eingesetzt. Ein weiteres Beispiel ist der Trend zum autonomen Fahren, der durch neue Sitzpositionen und Benutzeraktivitäten die Bedingungen im Fahrzeuginnenraum und an der Schnittstelle verändert. Sitzpositionen und Benutzeraktivitäten. Es gibt jedoch noch viele andere Bereiche, die von Blickinteraktionsanwendungen profitieren könnten, wie z. B. die Roboter-gestützte Chirurgie, die industrielle Wartung von Anlagen sowie der öffentliche Sektor.Item Open Access Experimentelle Validierung von dreidimensionalen interaktiven Systemen in der Medizintechnik(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2023) Schmid, Peter; Maier, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Item Open Access Produktentwicklungsspezifisches Wissensmanagement-Verfahren für kleine und mittlere Unternehmen(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2021) Laukemann, Alexander; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Die Organisation und der Umgang mit der Ressource Wissen beschäftigt viele unter-schiedliche Wissenschaftsfelder. In den Ingenieurswissenschaften entstanden in den vergangenen Jahrzehnten zahlreiche Ansätze, die den Umgang mit Wissen im industriellen Umfeld unterstützen sollen. Allerdings zeigen vergangene und aktuelle Studien, dass viele Unternehmen weiterhin vor großen Herausforderungen stehen, wenn unternehmensspezifische Daten, Informationen und Wissen im Kontext von Geschäftsprozessen verwaltet werden sollen. Hierfür bietet das prozessorientierte Wissensmanagement mit der Fokussierung auf relevante Geschäftsprozesse eine große Hilfestellung. Der Produktentwicklungsprozess gilt als einer der wissensintensivsten Geschäftsprozesse. Ein auf den Produktentwicklungsprozess fokussiertes Wissensmanagementverfahren bietet die Möglichkeit, die Vorteile von prozessorientierten Wissensmanagementansätzen zielgerichtet zu nutzen und für einen unternehmensspezifischen Produktentwicklungsprozess anzubieten. In dieser Arbeit wird ein solches produktentwicklungsspezifisches Wissensmanagementverfahren für kleine und mittlere Unternehmen vorgestellt. Die Vorgehensweise befähigt kleine und mittlere Unternehmen, selbstständig eine Unterstützung zum zielgerichteten Einsatz von wissensbasierten Lösungen für den Produktentwicklungsprozess umzusetzen und zu erhalten. Hierfür ist die Vorgehensweise in vier Phasen (Vorbereitungs-, Analyse-, Synthese- und Betreuungsphase) und darin enthaltenen Arbeitsschritten strukturiert. Schwerpunkt der Vorgehensweise ist die Analysephase, in welcher ein bestehender Produktentwicklungsprozess analysiert und in ein digitales Prozessmodell überführt wird. Anhand des digitalen Prozessmodells können bestehende und neu entwickelte Analysemöglichkeiten angewendet werden. Die Analyseergebnisse dienen als Entscheidungsgrundlage für einen modular aufgebauten Lösungskatalog, der in der Synthesephase für eine zweckmäßige Handlungsempfehlung angewendet werden kann. Die Überprüfung und Bewertung der Vorgehensweise fand im Rahmen unterschiedlicher Anwendungsevaluationen mit Kooperationspartnern statt. Zusätzlich wird eine digitale Plattform bereitgestellt, welche die Arbeitsschritte der Analyse- und Synthesephase systematisch unterstützt.Item Open Access Entwicklung und Untersuchung vibrotaktiler Muster im Kontext der Mensch-Maschine-Interaktion(Stuttgart : Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design, 2020) Schwalk, Matti; Maier, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Die vorliegende Arbeit liefert einen systematischen Ansatz, um die Basis für eine taktile Sprache am Beispiel des Fahrzeugsitzes grundlegend zu erforschen. Dabei wird zunächst ein übertragbares, methodisches Vorgehensmodell generiert sowie die Taktile Sitz-Matrix (TSM) mit 25 Vibrationsmotoren in der Rückenlehne und 16 Vibrationsmotoren in der Sitzfläche als Prüfstand für die Realisierung entwickelt. Die Methode beschreibt im Kern die folgenden drei Schritte zur Generierung einer taktilen Sprache: Erkennbarkeit vibrotaktiler Muster (Syntax-Ebene); Bedeutung vibrotaktiler Muster (Semantik-Ebene); Lernen und Abrufen vibrotaktiler Muster (Pragmatik-Ebene). Jede dieser drei Ebenen wird in einer separaten Versuchsreihe behandelt und jeweils mit einem definierten Probandenkollektiv ohne Vorprägung evaluiert, wobei insgesamt 21 Hypothesen überprüft werden. Als Nutzungskontext wird die Fahrer-Fahrzeug-Interaktion im PKW gewählt. In Versuchsreihe 1 (N=24) wird systematisch und umfassend untersucht, welche taktilen Muster vom Menschen generell erkannt und unterschieden werden können. Die Untersuchung von insgesamt 146 Mustern mit unterschiedlichen Darbietungsarten und Motoranordnungen liefert grundlegende Aussagen zur Eignung von konkreten vibrotaktilen Mustern und Musterarten. Auf dieser Basis werden die Reizmuster für Versuchsreihe 2 (N=24) ausgewählt, welche erstmals in diesem Umfang semantische Verknüpfungen zwischen taktilen Mustern und expliziten Informationen auf Basis von intuitiven Zuordnungen der Versuchsteilnehmer liefert. Die Probanden bewerten die insgesamt 184 Muster-Informations-Kombinationen in „beiden Richtungen“. Dabei werden den einzelnen taktilen Mustern jeweils passende Informationen (aus einer definierten Auswahl) zugeordnet und umgekehrt, je nachdem was der Proband intuitiv als semantisch zugehörig bewertet. Dadurch werden geeignete Muster-Informations-Kombinationen identifiziert, die als Basis für Versuchsreihe 3 (N=30) dienen. Dabei werden 24 Informationen mit zugehörigen Mustern definiert, welche von den Probanden gelernt und anschließend in neun unterschiedlich großen Musterpools abgerufen werden. Durchschnittlich werden dabei alle Reizmuster 360-mal abgefragt und generell sehr hohe Erkennungsraten bis zu 100 % erreicht. Auf Basis der Ergebnisse wird davon ausgegangen, dass eine Anzahl von mindestens 14 vibrotaktilen Mustern in kurzer Zeit (ca. 1 min pro Muster) gelernt und in einem Nutzungskontext zuverlässig eingesetzt werden kann. Subjektiv kommt es dabei weder zu einer deutlichen Unter- noch zu einer Überschätzung bzgl. der Erkennung taktiler Hinweisreize seitens der Versuchsteilnehmer. Die Versuchsergebnisse zeigen, dass durch vibrotaktiles Feedback auch komplexe Informationen effektiv und effizient übermittelt werden können, um damit den Nutzer bei der Bewältigung seiner Aufgaben zu unterstützen. Vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten werden dabei insbesondere in der multimodalen Kombination der taktilen Muster mit visuellen und/oder akustischen Reizen gesehen. The present work provides a systematic approach to explore the basis of tactile language development using the example of the vehicle seat. Initially, a transferable, methodical approach is generated and the Tactile Seat Matrix (TSM) with 25 vibration motors in the backrest and 16 vibration motors in the seating surface is developed as a test bench for realisation. In essence, the method describes the following three steps for the generation of a tactile language: recognisability of vibrotactile patterns (syntax level); meaning of vibrotactile patterns (semantic level); learning and retrieving vibrotactile patterns (pragmatic level). Each of these three levels is treated in a separate test series and evaluated with a defined group of participants without any preconditioning. In the process, a total of 21 hypotheses are tested and the driver-vehicle interaction in a passenger car is chosen as context of use. In test series 1 (N=24), it is systematically investigated which tactile patterns can be recognised and distinguished by humans in general. The investigation of a total of 146 patterns with different types of presentation and motor arrangements provides fundamental information on the suitability of specific patterns and pattern types. On this basis, the stimulus patterns for test series 2 (N=24) are selected, which for the first time to this extent provides semantic connections between specific tactile patterns and explicit information on the basis of intuitive assignments of test participants. The subjects evaluate 184 pattern-information combinations in "both directions". Thereby, for each specific tactile pattern they assign suitable pieces of information (from a defined selection) and vice versa, depending on what the participants intuitively determine as semantically suitable. In this way, suitable pattern-information combinations can be identified, which serve as the basis for test series 3 (N=30). This involves 24 defined pieces of information with associated patterns, which are learned by the test persons and then retrieved in nine sample pools of different sizes. On average, all stimulus patterns are presented 360 times and generally high recognition rates of up to 100 % are achieved. On the basis of the results, it is assumed that a minimum number of 14 vibrotactile patterns can be learned in a short period of time (approx. 1 min per pattern) and reliably used within one context of use. Subjectively, there is neither a significant under- nor overestimation regarding the recognition of tactile cues by the test participants. The test results show that vibrotactile feedback can be used to effectively and efficiently transmit complex information in order to support the user in accomplishing his tasks. Promising application possibilities are seen especially in the multimodal combination of tactile patterns with visual and/or acoustic stimuli.
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