DEEP - Daten- und erkenntnisbasierte Entscheidungsunterstützung in der frühen Entwicklung robuster Produkte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Sven Matthiesen; Professor Dr.-Ing. Sandro Wartzack
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467789897

Im heutigen dynamischen Markt ist die Reduzierung kostenintensiver Iterationen entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit. Abweichungen von der vorgegebenen Gestalt können die Funktionserfüllung eines Produkts so weit reduzieren, dass ungewollte Qualitätseinbußen auftreten. Hier gewinnen Aspekte des Robust Design (RD) an Bedeutung, indem die Unempfindlichkeit gegenüber solchen Abweichungen fokussiert wird. Traditionelle Ansätze des RD konzentrieren sich meist auf spätere Entwicklungsphasen, in welchen detaillierte Daten zur Geometrie des Produkts vorliegen. Die Konzeptwahl in den frühen Entwicklungsphasen hat jedoch einen entscheidenden Einfluss auf die Gesamtrobustheit, die Performance und Kosten eines Produkts. Durch frühzeitige Robustheitsbetrachtungen lassen sich teure Konzeptwechsel und hohe Anforderungen an Toleranzen vermeiden. Trotz des Bewusstseins der enormen Bedeutung einer frühzeitigen Robustheitsbetrachtung bleibt dieser Aspekt in der industriellen Praxis oft ungenutzt. Methoden des frühen RD sind jedoch aufgrund ihres hohen Abstraktionsgrades schwer auf konkrete Konstruktionsaufgaben anwendbar. Häufig basieren sie auf expertenbasierten RD-Prinzipien, welche wegen der Vielzahl und teilweisen Widersprüchlichkeit schwierig anzuwenden sind. Eine Robustheitsbewertung verschiedener Produktkonzepte bleibt deshalb herausfordernd. Um diese dennoch in frühen Phasen umfassend zu bewerten, müssen sowohl das Systemdesign als auch die Gestalt des Produktkonzepts hinsichtlich Abweichungen evaluiert werden. Hierfür wurde das „Embodiment Function Relation and Tolerance“-Modell (EFRT-Modell) entwickelt. Mithilfe einer durch Probandenstudien abgesicherten Modellbildungsmethode ermöglicht das EFRT-Modell eine gezielte Untersuchung von Produktkonzepten in Bezug auf das RD. Es bietet damit das Potential, für modellgestützte Aussagen verwendet zu werden, um damit die subjektiven Einschätzungen der Robustheit zu reduzieren. Letztlich sollen Konstruktionsentscheidungen auch für die Synthese robuster Produkte verwendet werden können, wofür eine Belastbarkeit der modellgestützten Aussagen vorausgesetzt wird. Obwohl die frühe Anwendbarkeit der Robustheitsbewertung mit dem EFRT-Modell vielversprechende Ansätze zur Unterstützung der Konstruktionsentscheidung bietet, bleibt das Potenzial zur Erhöhung der Belastbarkeit dieser Bewertungen noch ungenutzt. Das Problem ist daher, dass die eingeschränkte Belastbarkeit der Robustheitsbewertung subjektive und fehleranfällige Konstruktionsentscheidungen zur Folge hat, was zu unzureichender Produktrobustheit und damit verbundenen erhöhten Kosten führen kann. Die Hauptzielsetzung dieses Forschungsvorhabens ist daher die Erhöhung der Belastbarkeit der Robustheitsbewertung durch die Entwicklung eines Ansatzes zur Unterstützung von Konstruktionsentscheidungen. Die beiden wesentlichen Hürden (1) unzureichende Modellierungstiefe und (2) subjektive Einschätzungen der Konstruierenden sollen durch den Ansatz überwunden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen