Development of a methodology for resource-efficient lightweight optimization through the analysis of mass reduction and mass redistribution potential in early stages of product development
Final Report Abstract
Im vorliegenden Projekt wurden verschiedene Methoden entwickelt und zu einer Methodik vereint, die das Ziel der Ableitung von Leichtbaupotenzial verfolgen. Der Begriff des „Leichtbaupotenzials" wurde hierbei erweitert und nicht nur auf die Reduktion, sondern auch auf die Umverteilung von Masse bezogen. Somit entsteht ein weitergefasster Begriff des Leichtbaus im Allgemeinen, der durch den Einbezug von Massenumverteilungen auch in der Lage ist, neben inkrementellen Optimierungen auch Verbesserungen der gesamten Produktarchitektur in Richtung des Leichtbaus zu leisten. Hierzu wird zunächst die Grundlage jeder Leichtbauoptimierung in den Fokus gestellt, nämlich die Frage, warum Leichtbau überhaupt eingesetzt werden soll. Diese Frage führt zu einer Sammlung an Leichtbaumotivatoren, aus denen der Produktentwickler projektindividuell auswählen kann, welche Motivatoren für ihn Relevanz besitzen. Zusätzlich wird durch eine Abhängigkeitsmatrix eine gegenseitige Beeinflussung der Motivatoren abprüfbar gemacht, um Doppelbewertungen zu Beginn der Analyse zu vermeiden. Der zentrale Methodenentwicklungsteil des Projekts befasst sich mit einer Methode zur Analyse von Massenreduktionspotenzialen und Massenumverteilungspotenzialen. Während erstere einen Transfer der Kosten-Nutzen-Analyse leistet, benutzt letztere eine DSM-konnotierte Produktbeschreibung zur Darstellung leichtbaugerechter Produktarchitekturen. Beide Methoden können parallel an einem Produkt angewandt werden und ermöglichen eine multikriterielle Analyse bzgl. der Leichtbaumotivatoren. Auf Basis der Potenzialanalyse werden erste Leichtbaukonzepte entwickelt, die die Komponentenrangfolge der Analyse berücksichtigen. Final werden beide Methodenergebnisse gegenübergestellt und aufwandsbasiert verglichen. Dies erlaubt dem Anwender eine Entscheidung über die Umsetzung der verschiedenen Konzeptideen. Somit ist schlussendlich eine Entscheidung möglich, ob eine Massenreduzierung, eine Massenumverteilung oder eine Kombination beider Operationen am zweckmäßigsten und hinsichtlich des anvisierten Gesamtmassenziels am effektivsten ist. Die Methodik bzw. die Einzelmethoden wurden mit sechs Kooperationspartnern erfolgreich evaluiert. Dabei konnten die meisten der entwickelten Methoden recht umfassend erprobt werden, wobei weiterführende Evaluationen zur Gesamtmethodik noch ausstehen. Die Ergebnisse des Projekts wurden in mehreren, meist internationalen Veröffentlichungen publiziert und werden in einem Industrieseminar über den Verein Deutscher Ingenieure e. V. Industrievertretern angeboten.
Publications
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AN APPROACH FOR THE MULTI-CRITERIA DERIVATION OF LIGHTWEIGHT POTENTIAL. Proceedings of the Design Society: DESIGN Conference, 1, 977-986.
Laufer, F.; Roth, D. & Binz, H.
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Mass Distribution as an Approach for Designing Lightweight-Driven Product Architectures. Balancing Innovation and operation (2020). American Geophysical Union (AGU).
Laufer, Felix; Roth, Daniel & Binz, Hansgeorg
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Eine Methodik zur Identifizierung der leichtbaugetriebenen Massenpotenziale für die frühe Konzeptphase. In: Binz, H.; Bertsche, B.; Bauer, W.; Roth, D. (Hrsg.): Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung 2021. Stuttgart, 2021, S. 1-10
Laufer, F.; Roth, D.; Binz, H.
