Abb.: PK in Black-Box-Darstellung
Beschreibung von PKn
Entwicklung einer PK als technische Problemstellung
Planen und Klären der Aufgabe
Anforderungen an PKn
Konzipieren
Funktionszusammenhang
Prozeßzusammenhang
Entwerfen
Technologiezusammenhang
Ausarbeiten
Organisationszusammenhang
Zusammenfassung
Funktionszusammenhang
Einleitung
Modelle im KEP
Funktionen von Modellen
Formen der Beschreibung
Vervollständigung der Modelle durch PE
Reduktion auf Einzelaspekte
charakteristische Probleme mit Modellen
allg. Taxonomie der Modelle?
Ideelle Modelle
Die Suche nach einer in einer bestimmten Situation geeigneten PK kann als ein allgemeines technisches Problem konstruktionsmethodisch nach [pahl97a] und der VDI-Richtlinie 2221 angegangen werden (s.a. Abb. vdi2221). Die folgenden Betrachtungen beziehen sich auf die Entwicklung von PKn nicht aber auf die Entwicklung der eigentlichen Produkte. Es wird lediglich die Herangehensweise übernommen (Methodik).
Da es an dieser Stelle nicht um eine einzelne konkrete Aufgabenstellung geht, können nur allgemeine Anforderungen an PKn berücksichtigt werden.
!!!NUR TEST!!!
In der Mehrzahl der Fälle sollte eine PK
Je nach Situation in der sich eine Aufgabe stellt, sind konkretere, zusätzliche Anforderungen oder Schwerpunkte zu erwarten.
Abb.: PK in Black-Box-Darstellung
Für eine Betrachtung des Funktionszusammenhanges (Gesamtfunktion und Teilfunktionen zur Verarbeitung von Stoff-, Energie- und Signal-Größen) ist eine PK in Abb. black-box-pk als Black-Box dargestellt.
Typische Beispiele für Ein- und Ausgangsgrößen sind CAD-Daten, Designstudien oder einfach nur eine Vorstellung vom zu entwickelnden Produkt. Eine Analyse ergibt, dass die zu betrachtenden PKn für die Verarbeitung von verschiedenen Formen der Geometriebeschreibung des Produktes gebildet werden. Aus diesem Umstand ergibt sich auch die Wahl der Bezeichnung ‚geometriedaten-bestimmte PKn‛.
Für den Funktionszusammenhang ergibt sich die Folgerung, daß die drei Einzelgrößen Stoff-, Energie- und Signal zwar verarbeitet werden, sie aber nur die ‚Medien‛ für die Speicherung der Geometriedaten darstellen. Die Herstellung physischer Modelle erfordert sowohl Material und Energie als auch Informationen über deren Form. Für die Verarbeitung rechnerinterner Modelle sind ebenfalls Material (Rechner-HW), Ernergie (Betrieb) und Signale (Übertragung, Speicherung) erforderlich. Die Geometriedaten werden in unterschiedliche systemabhängige Signale kodiert. Die Form der Kodierung, Einzelheiten der Übertragung oder der HW spielen aber für die Funktionsbetrachtung keine Rolle. Gedankliche Modelle sind ebenfalls nur schwer mit den drei Größen zu beschreiben.
„Ein Modell ist ein materielles oder immaterielles Gebilde, das geschaffen wird, um ein Original zu repräsentieren und so einen bestimmten Zweck erreichen zu können.“ [mueller92a]
Im Rahmen dieser Betrachtungen wird nur das „Partialmodell“ Geometrie betrachtet. In Anlehnung an die Definition werden nachfolgend Geometriebeschreibungen in ideeller (gedanklicher), in reeller (physischer) oder in virtueller (rechnerinterner) Form vereinfachend als Modelle (geometrische Modelle, Geometriemodelle) bezeichnet.
Dieses Partialmodell stellt einen sehr wichtigen Bestandteil des „Produktdarstellenden Modells“ dar. Durch schrittweise Transformation in einer Reihe von Prozessen wird das Geometriemodell z.B. von einer internen (ideellen) Repräsentation (Produktidee) in eine vollständige Beschreibung mit einer externen Form (z.B. Funktionsprototyp) überführt. Betrachtungen zu den verschiedenen Repräsentationsformen folgen in einem der nächsten Abschnitte.
Abb.: Funktions-, Prozess- und Technologiezusammenhang
Während eine komplette PK eine Gesamtfunktion erfüllt, lassen sich die Verarbeitungsschritte für die Modelle durch Teilfunktionen beschreiben. Aus der Berücksichtigung der ideellen, reellen und virtuellen Modellen als Ein- und Ausgangsmodelle ergeben sich 9 Kombinationsmöglichkeiten, denen die Teilfunktionen entsprechend Abb. abstraktionsebenen zugeordnet werden können.
#warning Kombination
Damit läßt sich jede PK durch eine Aneinanderreihung (Kombination) einer Menge aus den 9 Teilfunktionen beschreiben.
#warning theoretische Menge = ...
Abb.: Beispiel für eine Funktionsstruktur
Das in Abb. pk-funktion dargestellte Beispiel zeigt, daß eine Betrachtung des Funktionszusammenhanges nicht detailliert genug für die angestrebte Beschreibung der PKn ist. Um prinzipielle Lösungen für die einzelnen Teilfunktionen zu finden, wird der ‚Prozesszusammenhang‛ eingeführt (s. Abb. abstraktionsebenen).
Ein Prozess stellt eine Lösung für eine Teilfunktion dar. Zum Beispiel kann der Teilfunktion ‚Daten erfassen‛ der Prozess ‚3D-Digitalisierung‛ als eine mögliche Lösung zugeordnet werden, die CAD-Modellierung erfüllt die Funktion ‚Vorstellung modellieren‛ und ein Rapid-Prototyping-Prozess stellt ein ‚Daten realisieren‛ dar.
Die oben aufgeführten Formen der Geometriebeschreibung werden so unterteilt, daß sie die Ein- und Ausgangsmodelle für die Prozesse darstellen.
Eine im Prozeßzusammenhang beschriebene PK stellt das Konzept dar. Auf den Prozeßzusammenhang und die einzelnen Modelle und Prozesse wird in einem der kommenden Abschnitte eingegangen.
Im ‚Technologiezusammenhang‛ wird das Konzept mit der Auswahl geeigneter Technologien (Maschinen, Software, ...) für die einzelnen Prozesse und den Formen der einzelnen Geometriemodelle (Material, Detaillierung, Datenformate, Datenträger) konkretisiert.
Für die physischen Modelle werden die Anforderungen (Material, Genauigkeit, Oberflächengüte, ...) und für die rechnerinternen Modelle werden die Dateiformate (IGES, VDA-FS, STEP, ...) festgelegt. Eine detailliert ausgearbeitete PK wird als Ergebnis der Technologieplanung auch als ‚Technologiekette‛ bezeichnet (s. [klocke98a]).
Unterhalb der Technologie-Ebene liegt noch die Organisatorische Ebene. Sie beinhaltet alle Informationen, die sich auf die Organisation der zu realisierenden Technologiekette beziehen. Dazu zählen
Die ausgewählte Variante stellt ein ‚Konzept‛ für eine bestimmte PK dar. Die Möglichkeiten der Realisierung werden erst im darunter liegenden Technologie-Zusammenhang betrachtet (s.a. Abb. abstraktionsebenen). In einer Art ‚Gestaltung‛ wird dann für jeden Prozess der Kette die zu verwendende Technologie bis hin zu Geräten, Software und Dienstleistern geplant.
Die getrennte Betrachtung von Funktions-, Prozess- und Technologie-Zusammenhang erlaubt eine ausreichend detaillierte Konzipierung der PK, ohne an der großen Lösungsmenge oder an Technologiedetails zu scheitern.
Die Einteilung der Prozesse ist allgemein gehalten und kann erweitert und angepasst werden. Grenzen zwischen den Prozessen können u.U. verwaschen, wenn zusätzliche Funktionalitäten in Systeme integriert werden (z.B. Flächenrückführung im CAD-System).
Die Bedeutung von Modellen im Konstruktionsprozeß wird an verschiedenen Stellen betont [mueller92a,sachse95a,pahl97a,tomiyama98a]. Während der PE wird eine Vielzahl von Modellen gebildet, bis die Produktbeschreibung vollständig ist.
In [sachse95a,sachse96a] wird die konstruktionsunterstützende Rolle von frühen, einfach zu fertigenden Modellen („Early low cost prototyping“) an Hand einer Studie dargestellt. Dabei werden nur Reale Modelle berücksichtigt.
Im Entwurfsprozeß werden den Modellen folgende Funktionen zugeschrieben:
Modelle können
„Im technischen Bereich sind für die hinreichend vollständige formale Beschreibung (Modellbildung) von Objekten im allgemeinen
erforderlich.“ [abeln97a]
in frühen Phasen bilden die Modelle nur Teilaspkete ab, weil die Festlegung der Details noch nicht sinnvoll ist, auch mehrere verschiedene Modelle sinnvoll, parallel
Freiheitsgrade nehmen immer weiter ab, Modelle werden immer konkreter (aufwendiger) s.S. 71 [geuer96a]
Daraus ergibt sich der Konflikt bei der Nutzung von Reellen, Virtuellen und Idellen Modellen. Sie weisen jedes für sich Vor- und Nachteile auf. Das Problem ist die verlustarme, schnelle Überführung von Modellen aus einer ‚Welt‛ in eine andere (Transformation).
Aspekte zur Einteilung
Der Begriff ‚Mentales Modell‛ „... ist leider sehr unscharf ... Grundsätzlich meint dieser Begriff, daß sich Menschen intern Modelle von Ausschnitten der Realität aufbauen. Mentale Modelle sind eine umfassende Repräsentation der Strukturen und Prozesse eines Realitätsbereichs. Sie integrieren sprachliches, bildhaftes und handlungsbezogenes Wissen, wobei eine ganzheitlich-analoge Form der Repräsentation im Vordergrund steht. Mentale Modelle erlauben die innere Simulation äußerer Vorgänge.“ ([edelmann94a] S. 262)
Nach [edelmann94a] Dreifache Repräsentation
Ein Teil der Prozesse stellt zwar reine Datenverarbeitung dar, z.B. Umwandlung von Dateiformaten, der überwiegende Teil ist jedoch mit Interaktion durch den Bearbeiter verbunden. Für jeden Prozeß, der diese Interaktion erfordert oder darin besteht, z.B. CAD-Modellierung, ist es erforderlich, daß sich die Bearbeiter ein Mentales Modell von der Geometrie oder von Teilaspekten gebildet haben (s. Modellbildung).
Neben den reinen Geometriedaten werden auch sprachliche Informationen in mündlicher oder schriftlicher Form weitergereicht/gespeichert. Mit jeder Rückfrage während der Bearbeitung werden zusätzliche Informationen angefordert.