Ein positives Nutzungserlebnis (engl. User Experience) ist einer der Schlüsselaspekte erfolgreicher Produkte und damit auch eine der Grundlagen für den wirtschaftlichen Erfolg eines Unternehmens. Ergonomische Bedienbarkeit und ansprechende Gestaltung des Produkts haben hierauf einen starken Einfluss (Schröppel & Wartzack, 2018). Entwickler und Designer versuchen deshalb, dieses Erlebnis bereits in einer möglichst frühen Phase des Produktentwicklungsprozesses zu erfassen und zu bewerten. Ein in der Automobilbranche erfolgreich eingesetztes Werkzeug zur Bewertung des Nutzungserlebnisses ist der Prototypenbau. Der Einsatz von solchen prototypischen Realaufbauten ist allerdings mit einem hohen finanziellen und vor allem mit einem hohen zeitlichen Aufwand verbunden. Deshalb werden diese meistens erst relativ spät im Produktentwicklungsprozess verwendet. Im Sinne des „Frontloadings“ wäre es vielmehr wünschenswert und sinnvoll, früh zur Verfügung stehende, digitale Modelle für die Bewertung des Nutzererlebnisses zu verwenden. Damit könnten bereits in einer frühen Phase des Produktentwicklungsprozesses Erkenntnisse über das Nutzungserlebnis unterschiedlicher Konzepte in die Entwicklung des Produkts einfließen. [... aus Punkt 1]

Heutige industrielle Produktentstehungsprozesse basieren in weiten Teilen auf dem Einsatz digitaler Methoden, weshalb man oft von Virtuellen Produktentstehungsprozessen (VPE) spricht (Stark et al., 2011). In diesen Prozessen können häufig Elemente bekannter Vorgehensmodelle wie der VDI 2221 (VDI-2221, 1993) oder des V-Modells (Rausch, 2006; VDI-2206, 2003) wiedergefunden werden. Die im Rahmen der Produktentstehung getätigten Entwicklungsentscheidungen werden regelmäßig in sogenannten Design-Reviews geprüft und ggf. weiterentwickelt. Solche Design-Reviews sind typischerweise interdisziplinär z. B. mit Ingenieuren, Designern und Mitgliedern der Geschäftsführung besetzt (Fu & East, 1999). Sie dienen als Element der Qualitätskontrolle und können Ideengeber für konstruktive Lösungen und Entwicklungsimpulse sein. Dabei werden beispielsweise grundsätzliche Entscheidungen zur Auswahl von Varianten getroffen, die Gestaltung konstruktiver Details erörtert oder die Möglichkeit des Ein- und Ausbaus von Produktelementen im Servicefall getestet. Die Verwendung virtueller statt physischer Prototypen bietet dabei einen Zeit- und Kostenvorteil (Spur & Krause, 1997). In Teilbereichen des Produktentwicklungsprozesses, in denen Materialität eine wesentliche Rolle spielt, finden physische Modelle und Prototypen weiterhin Verwendung; zum Beispiel werden Tonmodelle nach wie vor im Fahrzeugdesign eingesetzt (Daimler-AG, 2008).

Augmented Reality (AR) Anwendungen finden zunehmend den Weg auf Smartphones und Tablets und etablieren sich stetig weiter in unseren Alltag. Bislang waren spezielle Drittanbieter-Entwicklungsumgebungen (SDKs) wie Vuforia für die Entwicklung von AR Anwendungen notwendig, um die teils komplexe Erkennung von Objekten und Umgebungen für eine positionsgetreue Darstellung von Texten und virtuellen 3D-Modellen zu ermöglichen. Heutet bieten die Hersteller der mobilen Betriebssysteme eigene SDKs, wie z.B. Google mit ARCore für eine Reihe von Smartphones und Tablets auf Android-Basis, an. Apple kaufte 2015 die Firma metaio, welche bis dato eines der leistungsstärksten AR-SDKs angeboten hat. Seit 2017 ist das SDK vollständig in das Betriebssystem integriert und lässt sich von jedem Entwickler wie jede andere Standardfunktionalität des Betriebssystems nutzen [...] Ermöglicht wird die virtuelle Positionierung über die visuell-inertiale Odometrie (VIO), bei den markanten Punkten in jedem einzelnen Kamerabild des Videostreams der Smartphone Kamera verglichen und zusätzlich mit den detektierten Bewegungen über die integrierte Bewegungs-und Beschleunigungssensoren des Smartphones abgleichen werden. Durch dieses Verfahren lassen sich digitale, dreidimensionale Abbilder der Umgebung erzeugen, ohne spezielle Kameras mit Tiefensensoren oder Stereokameras nutzen zu müssen. Die Nutzung von AR erfreut sich unter den Anwendern immer größerer Beliebtheit. Dabei ist den Anwendern häufig nicht klar, dass die anfallenden Daten, welche durch die VIO generiert werde, auch Auswertungen ermöglichen, die einen erheblichen Eingriff in die Privatsphäre bedeuten. [... aus der Einleitung]

Über die Gestalt eines optimalen Handgriffs hat sich Wilhelm Emil Fein als Erfinder der handgeführten Bohrmaschinen bereits vor hundert Jahren Gedanken gemacht (Schmid & Maier 2017). Der spanische Architekt Gaudì passte die Fenstergriffe im Casa Battlò in Barcelona Anfang des 20. Jahrhunderts der Handform an, die heute als antropomorphe Gegenform in der Forschung bekannt ist und im Griffdesign angestrebt wird (Schmid & Maier 2017). Die anthropomorphe Gegenform stellt das Pendant zu körpereigenen Formen dar und ermöglicht somit eine Maximierung der Kontaktfläche bei einer Minimierung der Flächenpressung. Die Vorteile hierbei sind eine gute Kraftübertragung bei geringer Druckstellenbildung. Bei einem nicht adaptiven Griff würde dessen Form verschiedene Hände in verschiedenen Nutzungsszenarien in ungewünschte Zwangshaltungen bringen, weswegen eine optimale Form nur durch einen adaptiven Griff sichergestellt werden kann. Aufgrund der unterschiedlichen Topographie von Händen ermöglicht ein individueller Griff die beste Kraftübertragung und einen idealen Komfort. Dementsprechend ist das Optimum ein kontinuierlich adaptiver Griff, den es bisher nicht auf dem Markt gibt (s. Stand der Forschung). Aufbauend auf einem beantragten Patent wird ein Demonstrator eines solchen Griffs entworfen. Dabei wird in der Einleitung auf die Problemstellung der Griffgrößen eingegangen, sowie der gewählte Anwendungsfall hergeleitet. Im Anschluss wird der Stand der Forschung erarbeitet. Darauffolgend wird auf die methodische Vorgehensweise sowie auf die konstruierten Prototypen eingegangen. Eine Diskussion und Ausblick runden den Beitrag ab. [... aus der Einleitung]

Wie kann man die internationale Anlagen - und Maschinenindustrie zum „Besseren Entwerfen von Mensch-Maschine-Benutzeroberflächen“ verführen. Das war die Ausgangssituation und Aufgabenstellung. [...] Mit der Erkenntnis, dass nutzerorientiertes HMI-Design ein wesentlicher Erfolgsfaktor ist, stellte sich das Unternehmen Siemens die Frage, wie es nachhaltig und schrittweise die weltweiten Kunden zum „besseren Design“ anleiten und die tägliche Arbeit der Anwender in den Maschinen-Produktionshallen der Welt spürbar verbessern könnte. In Zusammenarbeit mit chilli mind entstand mit der HMI-Design Masterclass eine erfolgversprechende Antwort: Man braucht ein zeiteffizientes und unterhaltsames Lernformat, verbunden mit praktischen und pragmatischen Lerninhalten, um die Zielgruppe der weltweiten Maschinenbauer für eine „bessere HMI-Gestaltung“ zu gewinnen und zur Teilnahme zu bewegen. (Kranert et al. 2018) Dieser Beitrag beantwortet u.a. folgende drei Fragen: 1. Welche Charakteristika von Content Marketing, Microlearning und Storytelling greifen ineinander, um zum Lernerfolg der Zielgruppe zu führen? 2. Wie sieht das Konzept der HMI-Design Masterclass konkret aus? 3. Welche messbaren Erfolge konnten mit der HMI-Design Masterclass erzielt werden? [... aus der Einleitung]

Technische Entwicklungen sowie Elemente der Automatisierung führen im Maschinen- und Anlagenbau zu einer steigenden Komplexität, welche mit einem gesteigerten Gesamtwirkungsgrad (nach (DIN 8743:2014-01) der Endprodukte einhergeht. In der Bedienung kann jedoch, bspw. in der Lebensmittelverarbeitungs- und -verpackungsindustrie, eine Diskrepanz des technisch möglichen und real erzielten Wirkungsgrades im zweistelligen Prozentbereich festgestellt werden (Schult, Oehm, Klaeger & Carsch 2018). Mit den Ironies of automation wurde bereits in den 1980er Jahren eine Ursache dafür identifiziert. Die fehlende Erfahrung sowie fehlendes Prozessverständnis im Umgang mit komplexen Systemen auf Bedienenden-Seite führen zu Problemen im Umgang mit ebenjenen (Bainbridge 1983). Insbesondere bei biogenen Rohstoffen mit volatilen Eigenschaften können weit verzweigte Ursache-Wirkungs-Kausalitäten im Störungsfall weder verstanden noch nachhaltig behoben werden. Diese theoretische Annahme wird auch durch Analysen am Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung (IVV) in Dresden bestätigt. Seit 1995 konnte in über 6.000 Stunden Maschineneffizienzanalysen in der Lebensmittelverarbeitung und -verpackung festgestellt werden, dass die Prozesse von so genannten Mikrostörungen, also Unterbrechungen kürzer als 2 Minuten, geprägt sind (Schult, Beck & Majschak 2015). Ein für die nachhaltige Problemlösung notwendiger Erfahrungsaustausch und -aufbau unter den Mitarbeitenden wird dabei häufig durch Personalfluktuation, Fachkräftemangel und Kommunikationsbarrieren behindert. [...aus der Einleitung]

Zur Herstellung und Verpackung von Konsumgütern wie Lebensmitteln, Getränken und Pharmazeutika werden hochautomatisierte Verarbeitungsmaschinen eingesetzt. Die Entwicklung dieser Maschinen erfordert die Anwendung und Zusammenführung spezieller Kenntnisse aus unterschiedlichen Wissensdomänen, wie bspw. Maschinenbau, Lebensmittel-, Kunststoff- und Automatisierungstechnik, sowie den Umgang mit volatilen, oft unbekannten und nur begrenzt bestimmbaren Eigenschaften von Naturstoffen. Aufgrund dieser branchenspezifischen Besonderheiten stellt insbesondere die Definition des Innermaschinellen Verfahrens (IMV) als Funktions- und Prinzipstruktur im Funktionsbereich Stoff in einer frühen Phase der Maschinenentwicklung eine besondere Herausforderung dar. Die Arbeit in dieser Entwicklungsphase ist vor allem durch ein heterogenes Informationsumfeld geprägt, welches die Anwendung des Erfahrungswissens von einzelnen Entwickelnden unabdingbar macht (Hacker 1992). So wird insbesondere bei der im Mittelpunkt stehenden Lösungssuche für das IMV, neben dem vorhandenen Fachwissen, dieses Erfahrungswissen genutzt, um den Zeit- und Kostenzielen der Entwicklung gerecht zu werden und rasch zu geeigneten Lösungen für die vorliegende Entwicklungsaufgabe zu gelangen (Turki 2014). Dabei bleiben jedoch oftmals potentielle Lösungsmöglichkeiten durch das stereotypische Vorgehen unberücksichtigt und mögliche Alternativen, die etwaige Vorzüge mit sich bringen, werden nicht betrachtet (Badke-Schaub & Frankenberger 2004). Erfahrungen einer Person können zudem nur dann einfließen, wenn diese in der aktuellen Problemlösesituation verfügbar ist und sie diese Erfahrungen auch mit dieser Situation assoziiert. Die demografische Entwicklung und die zunehmende Fluktuation der Mitarbeitenden erschweren die bedarfsgerechte Verteilung des Erfahrungswissens und fordern die Unternehmen somit heraus, das Erfahrungswissen der Mitarbeitenden aus der frühen Entwicklungsarbeit, aber auch aus anderen Bereichen der Produktentwicklung und -entstehung sowie aus dem Einsatz des fertigen Produktes selbst, als Wettbewerbsvorteil dauerhaft zu sichern (Schley et al. 2008). Werden durch den Mangel an Erfahrungswissen bei der Definition des IMV Entscheidungen ohne fundierte Kenntnis der jeweils zusammengestellten Prinziplösungen getroffen, kann dies bei der weiteren Entwicklungsarbeit zu neuen Herausforderungen und somit zu kosten- und zeitintensiven Iterationsschleifen führen. Der Arbeitsanteil in der Konzeptphase ist, gemessen am gesamten Entwicklungsaufwand im Verarbeitungsmaschinenbau, besonders hoch. Dies wird bedingt durch wechselnde Randbedingungen für gleiche oder ähnliche Verarbeitungsaufgaben und durch hohe Innovationsraten in der Konsumgüterentwicklung, insbesondere bei der Konsumgüterverpackung. Vor allem durch Marketing getriebene, neue Lösungen und Details erfordern nicht selten eine Anpassung „bewährter“ IMV. Gerade hier werden aber wesentliche Voraussetzungen für einen effizienten und sicheren Betrieb der zu entwickelnden Systeme gelegt. Demzufolge tragen die Entwickelnden besonders in der Konzeptphase erhöhte Verantwortung für Entwicklungs- sowie Herstell- und Betriebskosten der geplanten Maschine (Majschak 1997). Unterstützungsmöglichkeiten in Form softwarebasierter Assistenzsysteme für die Definition des IMV und die damit verbundene Suche nach verarbeitungstechnischen Prinziplösungen unter Einbeziehung von Erfahrungswissen sind für diesen frühen Entwicklungsschritt bisher nicht verfügbar, aber im Zuge fortschreitender Modularisierung umso wünschenswerter. Im Folgenden wird daher die Konzeption eines solchen softwarebasierten Assistenzsystems im Rahmen des Forschungsprojekts „Smarte Werkbank - Grafisches Assistenzsystem für die interdisziplinäre Entwicklung von produktionstechnischen Systemen“ vorgestellt.

Die Verwaltung von Produkt- und Prozessdaten in industrieller Produktentstehung ist seit dem Aufkommen der rechnergestützten Assistenzsysteme einer der großen Hebel bei der Suche nach Effizienzsteigerungen. Neben dem Flugzeugbau ist es insbesondere die Automobilindustrie, an deren komplexen Arbeitsabläufen Neuerungen auf den Gebieten der Datenhaltung, -verwaltung und der prozessübergreifenden Zusammenarbeit erprobt werden. Die rechnergestützte Umsetzung entlang des Produktentstehungsprozesses hat zum Ziel, eine bessere Abbildbarkeit, Durchgängigkeit und Verfolgbarkeit der virtuellen Geschäftsobjekte und letztlich der tatsächlichen Produkte sicherzustellen. [... aus der Einleitung]

Dieser Beitrag untersucht Potenziale des Einsatzes von MBE-Ansätzen bei der Validierung von Fahrerassistenzsystemen. Ziel ist die Untersuchung der Machbarkeit des Aufbaus einer Validierungsumgebung zur Automatisierung von Tests im Rahmen der kontinuierlichen Validierung von Fahrerassistenzsystemen. [... aus der Einleitung]

Das Potenzial, welches der 3D-Druck im Tissue Engineering für Weichteilgewebe und Knochenersatz hinsichtlich Formgebung und Materialanpassung bietet, wird zunehmend genutzt, weiterentwickelt und ausgebaut. Die Diversität der dabei betrachteten, biologisch aktiven Biomaterialien setzt voraus, dass unterschiedliche Technologien wie Stereolithographie (STL), Fused Deposition Modelling (FDM), Selektives Lasersintern (SLS) in verschiedenen Ausbaustufen zum Einsatz kommen. In medizinischen Anwendungen und besonders im pharmazeutischen Bereich, sind neben den drei räumlichen Dimensionen zusätzlich weitere Dimensionen hinsichtlich der Produkteigenschaften interessant. Einerseits besteht diese Mehrdimensionalität aus strukturellen und geometrischen Gradienten (An, Teoh, Suntornnond & Chua, 2015; Jones et al., 2007; Neri Oxman, Steven Keating & Elizabeth Tsai, 2012). Zusätzlich sind aber auch stoffliche Abstufungen der prozentualen Anteile wichtig. Das betrifft beispielsweise die Einbringung von Wirkstoffen in die generativ aufgebauten Strukturen (Goole & Amighi, 2016; Kalaskar, 2017; Ursan, Chiu & Pierce, 2013). Meist werden dabei scharf abgegrenzte Abstufungen der Materialeigenschaften gezeigt. Dies erfolgt im 3D-Druck beispielsweise durch die Nutzung unterschiedlicher Dosierköpfe in einem Prozess für die jeweiligen Materialien/Materialabstufungen oder durch die getrennte Herstellung der einzelnen Bereiche und anschließendem Fügen der Scaffolds (Diaz-Gomez et al., 2019). Ein allmählich ansteigender/abflachender gradueller Verlauf des zugemischten Anteils (Wirkstoff/Marker) wird bisher nicht beschrieben. Gelingt eine Regelung der Wirkstoffzumischung während des generativen Prozesses, entstehen neue Freiheitsgrade in der Gestaltung der Eigenschaften, wie beispielsweise der pharmazeutischen Wirksamkeit der Produkte. Im biomedizinischen Kontext sind durch Gradientengestaltung innerhalb eines Implantates, unterschiedliche Wirkstoffkonzentrationen oder funktionelle Parameter, wie Festigkeit, Verformbarkeit oder Reaktivität einstellbar. Bei der Zumischung innerhalb des 3D-Drucks ist auch der Einsatz solcher Wirkstoffe denkbar, die bei konventionellen Herstellungsprozessen herausgelöst oder zersetzt würden. Innerhalb der interdisziplinären Zusammenarbeit zwischen der Pharmazeutischen Technologie (Institut für Pharmazie, Medizinische Fakultät) der Universität Leipzig und der Fakultät Maschinenbau und Energietechnik (Maschinenbautechnisches Institut) an der HTWK Leipzig wurde ein miniaturisierter Doppelschneckenextruder (DSE-DK) als Dosierkopf in eine 3D-Druckanlage integriert. Mit der auf dem FDM-Verfahren basierenden Technologie konnte bereits nachgewiesen werden, dass Polymere wie Polycaprolacton (PCL) verarbeitet und mit zugemischten Pulvern homogenisiert werden können (Flath et al., 2016). Es wurden innerhalb eines 3D-Druckprozesses Materialmischungen aus einer aufgeschmolzenen Polymerphase und einem zugeführten Pulver erzeugt. In diesem Aufbau konnten alle Materialien als Pulver zugeführt und dosiert werden. Ziel der hier betrachteten Arbeiten war es, den DSE-DK für pastöse Ausgangsstoffe zur Erweiterung des Einsatzspektrums nutzbar zu machen. Zusätzlich sollten Pasten/Pulver Mischungen und die Möglichkeit der Herstellung von graduellen Zusatzstoffkonzentrationen während der dreidimensionalen Verarbeitung untersucht werden. [... aus der Einleitung]