Möglichkeiten und Grenzen des Wirkraummodells in der Produktentwicklung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Eckhard A. Kirchner
• Fachliche Zuordnung: Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 443578519

Die Modellierung des Verhaltens von Wirkräumen und der Wechselwirkungen der Wirkräume über die Grenzflächen der Volumina hinweg ist eine offene Frage in der Produktentwicklung, die bearbeitet werden soll, um über eine phänomenologische Modellierung von Wirkzusammenhängen in technischen Produkten Expertenwissen domänenübergreifend frühzeitig im Entwicklungsprozess nutzbar zu machen. Bisher scheitert die Beschreibung der Funktion von mediengefüllten Wirkräumen in Analyse und Synthese der Produktentwicklung entweder an der mangelnden Nutzbarkeit des Expertenwissens in Form phänomenologischer Modelle für die Wirkräume, an der begrenzten Einsetzfähigkeit von Produktmodellen für komplexere Fragestellungen oder an der Akzeptanz derartiger Modelle. Das Ziel eines Wirkraummodells muss also die quantitative Beschreibung der Funktionen von Wirkräumen sein, welche mit frühzeitig verfügbaren Daten eine physikalisch sinnvolle Bewertung grundsätzlicher Fragestellungen ermöglicht. Die Modelle müssen mit den Werkzeugen der Spezialisten für den Ausarbeitungsprozess kompatibel sein und mit dem Reifegrad der frühen Entwicklung plausible Ergebnisse als Entscheidungsgrundlage liefern. Diese Teilziele werden verfolgt:- Prozesse in mediengefüllten Wirkräumen (Stoff, Ladung, …) als wichtige repräsentative Funktionen sind mit empirischen Modellen quasistatisch und transient beschreibbar, das Risiko von Fehl- und Nichtfunktionen kann bewertet und somit eine Entscheidungsgröße in der Produktentwicklung bereitgestellt werden.- Die Kopplung von Bilanzgleichungen (Energie, Stoff, Ladung, …) und Zustandsgleichungen (Ideale Gasgleichung, …) der Wirkräume wird ermöglicht und so Expertenwissen frühzeitig in der Produktentwicklung verfügbar gemacht.- Die physikalischen Grenzen exemplarischer Effekte werden durch charakteristische Kenngrößen der einzelnen Wirkräume beschreibbar und erlauben die vergleichende Bewertung von Varianten im Rahmen des Konzeptprozesses.Das Ziel ist die Ertüchtigung des Wirkraummodells zur Modellierung technischer Systeme in der Produktentwicklung. Aufgrund der notwendigen Fokussierung werden zunächst gasförmige und flüssige (newton’sche) Medien in den Wirkräumen unter der Annahme langsam veränderlicher Zustände und laminarer Strömungen betrachtet. Das Modell soll den Produktentwickler bei der Bewertung der Risiken unerwünschter und der Funktionserfüllung erwünschter Funktionen unterstützen. Dazu wird eine Übersicht von verschiedenen Wirkraumklassen zur Beschreibung von Funktionen in technischen Systemen auf der einen Seite und der Grenzen der Effekte auf der anderen erarbeitet. Ferner ist es notwendig, ein Vorgehensmodell zur mathematisch-quantitativen Analyse kritischer Prozesse und Betriebsbedingungen des technischen Systems mit dem Wirkraummodell vorzuschlagen und zu erproben, um anschließend einen Algorithmus zur Beschreibung und Analyse realer Systeme und dynamischer Prozesse für die Produktentwicklung zu erarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen