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In this research thesis, a product-modeling framework is introduced which assists developers in the synthesis and analysis of modular products. It is demonstrated how information from previous product generations can be used to efficiently create product models using the Model Based Systems Engineering approach in the context of the early stages of product generation engineering. Based on an analysis of literature, it is deduced that modular design, as a standardisation method for complex products, should not be understood as a phase prior to the actual product development process, but should be seen as a concurrent activity within product development. A need for research is identified in order to support the iterative product development processes by means of consistent module models and product models. Based on the analysis of various product development processes in the industrial context, a potential for the use of the reference product models is revealed. When products are developed in generations, they are based on at least one reference product. The
information acquired through product generations can be mapped onto a reference model and, thus, serve as a knowledge base for the product generation engineering5. Based on the degrees of abstraction of the integrated product development model iPeM, a framework is developed, into which reference product models as well as essential elements of modular design can be integrated. This serves as a basis for two case studies that are carried out in an industrial context. A consistent modeling of vehicles and corresponding modules take place within the scope of the first case study. In the second case study, various portal scrapers are modelled in order to identify the standardization potential. Finally, the outlook highlights how future research of the core areas of this work can be carried forward: Model Based Systems Engineering, modular design and product generation engineering.


Kurzfassung

In Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit wird ein Framework zur Produktmodellierung vorgestellt, das Entwickler bei der Synthese und Analyse von Baukästen und den dazugehörigen Produkten unterstützt. Es wird aufgezeigt, wie Informationen aus vorherigen Produktgenerationen genutzt werden können, um Produktmodelle mithilfe des Model Based Systems Engineering Ansatzes, im Kontext der Frühen Phase der Produktgenerationsentwicklung, effizient zu erstellen. Auf Basis einer Literaturanalyse wird abgeleitet, dass die Entwicklung von Baukästen zur Standardisierung von komplexen Produkten nicht als eine vorgelagerte Phase der Produktentstehungsprozesses verstanden werden sollte, sondern eine begleitende Aktivität der Produktentwicklung darstellt. Es wird der Forschungsbedarf aufgezeigt, die iterativen Produktentstehungsprozesse mittels durchgängiger Baukasten- und Produktmodelle zu unterstützen. Eine Analyse unterschiedlicher Produktentstehungsprozesse in der Entwicklungspraxis zeigt hierbei ein Potential auf, das durch die Nutzung von Referenz-Produktmodellen erschlossen werden kann. Werden Produkte in Generationen entwickelt, basieren diese
auf mindestens einem Referenzprodukt. Die dabei übernommenen Informationen können in einem Referenz-Produktmodell abgebildet und als eine Wissensbasis in der Produktgenerationsentwicklung genutzt werden. Auf Basis der Abstraktionsgrade des integrierten Produktentsehungsmodells iPeM wird ein Framework entwickelt, in das die Referenz-Produktmodelle sowie wesentliche Elemente der Baukastenentwicklung eingeordnet werden können. Dieses Framework wird evaluiert, indem zwei Fallstudien unter Zuhilfenahme des Frameworks durchgeführt werden. Eine durchgängige Modellierung von Fahrzeugen und des dazugehörigen Baukastens erfolgen in der ersten Studie. In der zweiten Studie werden mehrere Portalkratzer einer Produktfamilie modelliert, um Standardisierungspotentiale zu identifizieren. Abschließend wird im Ausblick aufgezeigt, wie die Forschung in den drei Kernbestandteilen der vorliegenden Arbeit Model Based Systems Engineering, Baukastenentwicklung und Produktgenerationsentwicklung weitergeführt werden kann.

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