Forschungsschwerpunkte

Unter Training und Transfer von Methoden verstehen wir den nachhaltigen Aufbau sowie die konsequente Integration von Methodenwissen in der Produktentwicklung sowohl im universitären als auch im industriellen Kontext. Dabei umfasst Methodenwissen die Auswahl und Anpassung von Methoden und Werkzeugen unter Berücksichtigung der unternehmensspezifischen Entwicklungssituation. Die Methoden werden so auf die Zielgruppe von EntwicklerInnen und den individuellen Anwendungskontext zugeschnitten, um eine effiziente und effektive Unterstützung sicherzustellen. Im Speziellen fokussieren wir in diesem Forschungsfeld folgende Themen:

• Situative Auswahl und Adaption von Methoden
• Aus- und Weiterbildung in der Produktentwicklung

Aufgrund steigender Softwareanteile in Produkten und sich verändernden Geschäftsmodellen sieht sich die Industrie mit dem Bedarf nach kürzeren sowie flexibleren Produktentstehungsprozessen konfrontiert. Durch Digitalisierung, d.h. die intensive und datenbasierte Vernetzung von Maschinen, Produkten und Menschen, kann den Herausforderungen dieses global-gesellschaftlichen sowie -technologischen Wandels begegnet werden. Vor diesem Hintergrund und in diesem Forschungsfeld agiert die AG ISF mit der Methodenentwicklung zur strategischen Technologiebewertung und -einführung, wobei die unternehmensspezifische Auswahl und potentielle Umsetzung einzelner Digitalisierungsmaßnahmen unterstützt wird. Kerngedanke der Forschungsarbeiten der AG ISF ist hierbei die praktische Schaffung von Mehrwerten für die Industrie. Bei der Entwicklung unterstützender Methoden und Werkzeuge wird den Aspekten geringer Kosten, geringer Zeitaufwände und individuell aussagekräftiger Ergebnisse die zentrale Bedeutung seitens der AG ISF zugerechnet.

Das Systems Engineering (SE) ist ein sehr weitreichender Forschungsbereich, der den Eckstein des Model-based Systems Engineering sowie das Requirements Engineering bildet. Das SE beschreibt die wichtigsten Grundlagen des systemischen Denkens von Produkten, Netzwerken und Organisationen. Mit Hilfe der Grundprinzipien des SE können komplexe Zusammenhänge verschiedenster Untersuchungsgegenstände von groben Zukunftsszenarien bis hin zu feinen Systemkomponenten greifbar und insbesondere handhabbar gemacht werden - auch im Alltag.

Das modellbasierte Systems Engineering (MBSE) ist die formalisierte Anwendung von Modellen, um Aktivitäten, Anforderungen, Design, Analyse, Verifikation und Validierung von der Konzeptphase bis in die späten Lebenszyklusphasen zu unterstützen. Anstelle von Einzeldokumenten aus verschiedenen Domänen wird im MBSE ein interdisziplinäres Modell angestrebt – ganz nach dem Motto „ein Bild sagt mehr als tausend Worte“. Aktuelle Forschungsthemen der AG ISF befassen sich u.a. mit der Verknüpfung von analytischen mit deskriptiven Modellen, dem Einbinden von Zukunftsbildern in Modelle und der Unterstützung von Aktivitäten wie dem Architekturmanagement oder der Funktionsspezifikation durch Modellierung des Systems.

Das bloße Aufstellen von Anforderungen reicht oft nicht aus. Um Herausforderungen wie die Nachverfolgbarkeit von Anforderung und das Treffen der Interessen der Stakeholder zu meistern, gilt es weitere Aktivitäten zu berücksichtigen. Das Requirement Engineering befasst sich sowohl mit dem Erheben, Analysieren, Dokumentieren und Validieren als auch dem Freigeben, Verändern und Rückverfolgen von Anforderungen. Aktuelle Forschungsthemen der AG ISF erweitern die Methoden des RE. Dabei werden u.a. Zukunftsbilder und Zukunftsszenarien aufgegriffen und in existierende Umgebungs- und Systemmodelle eingebunden, um zukunftsrobuste Anforderungen zu eruieren.

In Zeiten sich schnell ändernder Produktanforderungen- und wünsche, gewinnt eine flexible Anpassung der Produkte während der Entwicklung immer mehr an Bedeutung. Dies setzt allerdings gewisse Prozesse, Strukturen sowie Handlungs- und Denkweisen voraus, damit sich Entwicklungsorganisationen im Bedarfsfall schnell umorientieren und an die neuen Gegebenheiten anpassen können. Agile Methoden wie Scrum adressieren diese Herausforderungen und unterstützen Entwicklungsteams bei der flexiblen Gestaltung moderner Produkte durch eine inkrementelle und iterative Vorgehensweise. Dabei wird der Kunde stets in die Entwicklung eingebunden, um die Produkte bedarfsgerecht umzusetzen. Andererseits werden bei der Entwicklung physischer Produkte oftmals plangetriebene (klassische) Prozesse verwendet, um beispielsweise Freigaben festzulegen und Dokumentationspflichten zu erfüllen. Die AG ISF befasst sich auf dem genannten Themengebiet daher mit der Entwicklung von Konzepten zur Einführung hybrider Entwicklungsstrukturen in KMU, in denen agile und plangetriebene Ansätze kombiniert werden.

Prozessmanagement
Prozesse beschreiben Abfolgen von Tätigkeiten, um letztlich einen gewünschten Zielzustand zu erreichen. Über Modelle können Prozesse visualisiert werden, um im Rahmen des Projektmanagements zu unterstützen. Häufig werden Prozessmodelle dabei zur zeitlichen Planung und Festlegung von Meilensteinen verwendet (z.B. Gantt). Darüber hinaus können Prozesse aber auch in inhaltlich fokussierten und logisch verknüpften Modellen abgebildet werden (z.B. BPMN). Die Integration dieser und weiterer Sichten in gemeinsamen Prozessmodellen umfasst das Themengebiet des Model-based Process Engineering, aus dem sich Potenziale zur effektiven Koordination von Entwicklungsinformationen zwischen Stakeholdern aus unterschiedlichen Engineering-Bereichen ergeben. Dies unterstützt die Durchführung komplexer Produktentwicklungsprojekte und bildet ein Teilgebiet des Model-based Systems Engineering. Die AG ISF fokussiert und erforscht dabei Möglichkeiten zur Verknüpfung unterschiedlicher Prozessmodelle, um anschließend ganzheitliche Optimierungspotenziale für Prozesse abzuleiten.

Im Kontext der Kreislaufwirtscahft beschäftigen wir uns intensiv mit der Frage, wie Produkte von Anfang an so gestaltet werden können, dass sie möglichst ressourcenschonend, langlebig, reparierbar und wiederverwendbar sind. Unser Ziel ist es, durch intelligente Produktentwicklung den Übergang von linearen zu zirkulären Wertschöpfungssystemen aktiv mitzugestalten.

Aktuell arbeiten wir an folgenden Schwerpunkten:

• Entwicklung von methodischen Entscheidungsgrundlagen zur Berücksichtigung von Circular-Economy-Prinzipien bereits in der frühen Phase der Produktentwicklung.

• Modellierung und Bewertung zirkulärer Produktstrategien (z. B. Reparatur, Remanufacturing, Refurbishment) im Kontext konkreter Produktbeispiele.

• Integration digitaler Technologien, etwa durch den Einsatz von digitalen Zwillingen zur Rückverfolgbarkeit und Zustandsbewertung von Produkten in der Nutzungsphase.

• Potenzialanalysen für Circular Design zur systematischen Identifikation von Optimierungsmöglichkeiten entlang des Produktlebenszyklus.

• Zusammenarbeit mit Industriepartnern zur Umsetzung zirkulärer Geschäftsmodelle und zur Überführung unserer Forschungsergebnisse in die industrielle Praxis.

Unser Beitrag zur Circular Economy ist somit nicht nur theoretischer Natur, sondern zielt auf konkrete Lösungen, die Unternehmen dabei helfen, zukunftsfähige und nachhaltige Produkte zu entwickeln.

Sustainable Design & Circular Economy
Design for Sustainabilty zielt darauf ab, Produkte so zu gestalten, dass sie möglichst geringe Umweltwirkungen haben. Hierzu zählen ökonomische, ökologische und soziale Auswirkungen. Wir fokussieren in unseren Arbeiten insbesondere die ökologischen Faktoren und legen in der Produktentwicklung den gesamten Lebenszyklus eines Produktes, seiner Komponenten und seines Materials darauf aus, dass es grundlegend nachhaltig ist, nachhaltig genutzt und kreislaufgeführt werden kann. Wichtig ist dabei auch die Betrachtung des Ökosystems rund um das Produkt - insgesamt das Produkt-Service System, sodass eine Kreislaufwirtschaft auch wirklich umgesetzt werden kann. Strategien und Maßnahmen werden bei uns entwickelt und bspw. in Workshopserien in Unternehmen angewandt und evaluiert. Wir beschäftigen uns daher nicht nur mit modularen Produktstrukturen, sondern auch mit umgebenden Services und Apps zur Steuerung der Nutzung und Rückführung.

Gestaltung von Produktgenerationen und Design DNA
Die Gestalt industrieller Produkte ist das Ergebnis des von den Entwicklern angetriebenen Prozesses der Gestaltung. Da aktuell rund 90% aller Entwicklungsprojekte Weiterentwicklungen betreffen, nimmt das Thema über die Gestaltung von Produktgenerationen immer mehr an Bedeutung zu. Wesentliche Herausforderungen dabei sind die systematische Findung von Identität-bestimmenden Gestaltmerkmalen – die Design-DNA – und deren konsistente Weitergabe im Laufe der Zeit. Zielsetzung der Arbeit im IK ist durch Inspiration aus der Natur die Gestaltung von Produktgenerationen mit Fokus auf die interdisziplinäre Arbeit zwischen Design und Technik methodisch zu unterstützen. Unter Berücksichtigung des Grundlagenwissens über die Gestaltkennzeichnung und -vererbung in der belebten Welt werden aktuell Hilfestellungen zur Analyse und zur systematischen Weiterführung der Design-DNA erarbeitet, erprobt und bereitgestellt.

In diesem Themenfeld erforscht die AG ISF mögliche Zukunftsszenarien auf Grundlage heutiger, politischer Beschlüsse, technologischer Entwicklungen sowie gesellschaftlicher Veränderungen und begrenzt sich dabei maßgeblich auf die Welt der Digitalen Transformation sowie bodengebundenen Mobilität. Kernziel unserer Forschungsarbeiten ist zum einen die Verbesserung der Abschätzbarkeit der Relevanz und Potentiale heutiger Innovationen und Hype-Technologien im Kontext der Zukunft. Zum anderen zielen unsere Arbeiten auf ein verbessertes Anforderungsmanagement ab, das auf techno-gesellschaftlich getriebene Anforderungen von Morgen schon Heute effektiv reagieren kann. Nicht zuletzt begeben wir uns als AG ISF dabei tief in den Themenkontext des Security-/Safety-Engineerings.

Nutzungs- und Anwendungsszenarien werden definiert, um Anforderungen abzuleiten, die bei der Entwicklung zukünftiger Fahrzeugkonzepte und Mobilitätsanwendungen zu berücksichtigen sind. Bei der Konzeptentwicklung werden sowohl Teil- als auch Gesamtpackages sowie das Zusammenspiel mehrerer Anforderungsbereiche, wie zum Beispiel Ergonomie, Sicherheit, Design und Technik betrachtet. Durch die Entwicklung und den Einsatz geeigneter Hilfsmittel wird in den frühen Phasen des Entwicklungsprozesses die Gestaltung und Bewertung von Fahrzeugkonzepten unterstützt.