Funktionsorientiertes Konzept zur Unterstützung früher Phasen der Produktentwicklung in der Informationstechnik:
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TECHNISCHE UNIVERSITAET MUENCHEN
LEHRSTUHL FUER INFORMATIONSTECHNIK IM MASCHINENWESEN
FUNKTIONSORIENTIERTES KONZEPT ZUR UNTERSTUETZUNG FRUEHER PHASEN DER
PRODUKTENTWICKLUNG IN DER INFORMATIONSTECHNIK
MARKUS OLIVER FRIEDRICH
VOLLSTAENDIGER ABDRUCK DER VON DER FAKULTAET FUER MASCHINENWESEN
DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET MUENCHEN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN
GRADES EINES
DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.)
GENEHMIGTEN DISSERTATION.
VORSITZENDE:
PRUEFER DER DISSERTATION:
UNIV.-PROF. DR. RER. NAT. SONJA BERENSMEIER
1. UNIV.-PROF. DR.-ING. BIRGIT VOGEL-HEUSER
2. UNIV.-PROF. DR.-ING. ROLAND JOCHEM, TECHNISCHE UNIVERSITAET BERLIN
DIE DISSERTATION WURDE AM 04.11.2010 BEI DER TECHNISCHEN UNIVERSITAET
MUENCHEN
EINGEREICHT UND DURCH DIE FAKULTAET FUER MASCHINENWESEN
AM 10.01.2011 ANGENOMMEN.
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1010587730
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
VORWORT I
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS VII
GLOSSAR IX
1 EINFUEHRUNG UND UEBERBLICK 1
1.1 MOTIVATION UND PROBLEMSTELLUNG 1
1.2 GLIEDERUNG DER ARBEIT 4
2 PROBLEMANALYSE - KOMPLEXITAET DES INTERDISZIPLINAEREN SYSTEMENTWURFS 7
2.1 MECHATRONIK, INFORMATIONSTECHNIK UND INFORMATIONSTECHNISCHE
PRODUKTENT- WICKLUNG 8
2.1.1 WANDLUNG TRADITIONELLER TECHNISCHER PRODUKTE 8
2.1.2 INFORMATIONSTECHNIK UND MECHATRONIK 9
2.2 STATISCHE KOMPLEXITAET 17
2.2.1 PRODUKTKOMPLEXITAET 17
2.2.2 INTERDISZIPLINAERE ZUSAMMENARBEIT 19
2.3 DYNAMISCHE KOMPLEXITAET 21
2.3.1 HERAUSFORDERUNGEN DURCH VERAENDERUNG 21
2.3.2 HERAUSFORDERUNGEN DURCH WIEDERVERWENDUNG 23
2.4 ANFORDERUNGEN UND LOESUNGSANSATZ 23
2.4.1 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNGEN 23
2.4.2 LOESUNGSANFORDERUNGEN UND AUFGABENSTELLUNG 25
3 STAND DER TECHNIK 29
3.1 AUSWAHL-UND BEWERTUNGSKRITERIEN 31
3.1.1 DISZIPLINAERE UND PHASENBEZOGENE EIGNUNG 31
3.1.2 FORMALE BASIS UND MODELL 32
3.1.3 DARSTELLUNG UND STRUKTURIERUNG 33
3.1.4 ANWENDBARKEIT UND METHODEN 33
3.2 UEBERTRAGBARE DISZIPLINSPEZIFISCHE ANSAETZE 34
3.2.1 UNIFIED MODELING LANGUAGE (UML) 34
M
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
3.2.2 SYSTEMS MODELING LANGUAGE (SYSML) 35
3.2.3 ENTITY RELATIONSHIP DIAGRAM (ER) 36
3.2.4 STRUCTURED ANALYSIS AND DESIGN TECHNIQUE (SADT) 37
3.2.5 PETRI-NETZE (PN) 37
3.2.6 MATRIX-BASIERTES KOMPLEXITAETSMANAGEMENT 39
3.3 EXPLIZIT DISZIPLINUEBERGREIFENDE ANSAETZE 41
3.3.1 ZUSTANDSAUTOMATEN UND STATEMATE-ANSATZ 41
3.3.2 DOMAENENSPEZIFISCHE MODELLIERUNG MITTELS SYSML 42
3.3.3 AXIOMATIC DESIGN 43
3.3.4 FUNKTIONSORIENTIERTE SPEZIFIKATION NACH HUANG 45
3.3.5 FUNKTIONSORIENTIERTE SPEZIFIKATION NACH BUUR 46
3.3.6 METUS 48
3.3.7 METHODE ZUR MODELLIERUNG PRINZIPIELLER LOESUNGEN MECHATRONISCHER
SYSTEME 49
3.3.8 MECHASOFT UND MECHASOFT MODELLER (MESOMOD) 49
3.3.9 SPEZIFIKATION DER PRINZIPLOESUNG SELBSTOPTIMIERENDER SYSTEME . . ..
52 3.3.10 COMPUTATIONAL DESIGN SYNTHESIS BASED ON FUNCTION-BEHAVIOR-
STRUCTURE 53
3.3.11 MODELL ZUR ANFORDERUNGSGERECHTEN PRODUKTGESTALTUNG (DECODE) . .
55 3.3.12 FUNKTIONSORIENTIERTES ENTWERFEN (FOD) 57
3.3.13 ENTWURF MECHATRONISCHER SYSTEME AUF BASIS VON FUNKTIONSHIERAR-
CHIEN UND SYSTEMSTRUKTUREN 58
3.3.14 VARIABILITY MODELING 60
3.4 FAZIT UND HANDLUNGSBEDARF 62
4 ENTWICKLUNG EINES FUNKTIONSORIENTIERTEN KONZEPTS 65
4.1 GRUNDIDEE UND MODELLENTWURF 66
4.1.1 MODELLIERUNGSZIEL 68
4.1.2 SICHTEN AUF DAS PRODUKT 75
4.1.3 LOGISCHE BEZIEHUNGEN IM PRODUKT 80
4.1.4 FUNKTIONSORIENTIERTE KOPPLUNG DER SICHTEN 82
4.1.5 AENDERUNGSMANAGEMENT 86
4.2 MODELLIMPLEMENTIERUNG ALS BESCHREIBUNGSMITTEL 90
4.2.1 DATENMODELL 90
4.2.2 DATENDARSTELLUNG 102
4.2.3 DATENVERSIONIERUNG 114
4.3 METHODE DER MODELLIERUNG 122
4.4 ZUSAMMENFASSUNG 125
5 REALISIERUNG EINES SOFTWAREPROTOTYPS 127
5.1 WERKZEUGARCHITEKTUR 128
5.1.1 EINGESETZTE TECHNOLOGIEN 129
IV
IMAGE 4
INHALTSVERZEICHNIS
5.1.2 ARCHITEKTUR UND BASISKOMPONENTEN 131
5.2 WERKZEUGIMPLEMENTIERUNG 132
5.2.1 IMPLEMENTIERUNG DES DATENMODELLS 132
5.2.2 IMPLEMENTIERUNG DER GRAPHISCHEN DARSTELLUNG UND INTERAKTION . . .
135 5.2.3 IMPLEMENTIERUNG VON VERSIONSMANAGEMENT UND AUSWERTUNG . . ..
137 5.2.4 IMPLEMENTIERUNG DER AUSWIRKUNGSANALYSE 138
5.3 ZUSAMMENFASSUNG 141
6 BEWERTUNG DES KONZEPTS UND DER PROTOTYPISCHEN UMSETZUNG 143
6.1 EVALUIERUNG ANHAND DES BEISPIELS WEICHE 144
6.1.1 BESCHREIBUNG DES PRAXISBEISPIELS 144
6.1.2 ANWENDUNG DES BESCHREIBUNGSMITTELS 145
6.1.3 ANALYSE VON VERAENDERUNGEN UND AUSWIRKUNGEN 147
6.1.4 ERGEBNISBEWERTUNG 148
6.2 EVALUIERUNG ANHAND DES BEISPIELS SMARTPHONE 150
6.2.1 BESCHREIBUNG DES PRAXISBEISPIELS 150
6.2.2 ANWENDUNG DES BESCHREIBUNGSMITTELS 151
6.2.3 ERGEBNISBEWERTUNG 152
6.3 ZUSAMMENFASSUNG 153
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 155
7.1 ERREICHTE ZIELE 155
7.2 WEITERFUEHRENDE ARBEITEN 157
7.2.1 EVALUIERUNG DER BENUTZERFREUNDLICHKEIT UND ANWENDBARKEIT 157 7.2.2
SCHNITTSTELLE PRODUKTANFORDERUNGEN 158
7.2.3 VERSIONIERUNG UND DIFFERENZANZEIGE 158
7.2.4 LAYOUT DES GRAPHEN 159
ANHANG A - ABBILDUNGEN 161
LITERATURVERZEICHNIS 169
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 183
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