Freitag, Michael
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Freitag, Michael
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Freitag, Michael
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Freitag, M.
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Item type:Publication, Systematik für die ökologische Bewertung von Flugzeugkabinen zur Integration in den Konfigurationsprozess unter Verwendung von Lebenszyklusdaten(2025-01-17); ; ; Verkehrsflugzeuge werden auch für die Mobilität der Zukunft eine wichtige Rolle spielen und zur globalen Vernetzung beitragen. Im Hinblick auf die gesteckten Ziele im Bereich der ökologischen Nachhaltigkeit steht die gesamte Luftfahrtindustrie jedoch vor enormen Herausforderungen. Daher werden von den Flugzeugherstellern und deren Zulieferern zum einen völlig neuartige, langfristig orientierte Flugzeugkonzepte entwickelt. Zum anderen wird nach kurzfristigen Möglichkeiten zur Erreichung der ökologischen Ziele gesucht. Entsprechend werden bestehende Flugzeugtypen kontinuierlich inkrementell weiterentwickelt. Darüber hinaus besteht für Fluggesellschaften die Möglichkeit zur kundenindividuellen Konfiguration der Flugzeugtypen, welche Auswirkungen auf die ökologische Nachhaltigkeit hat. Dies trifft insbesondere für die Flugzeugkabine zu und ist daher von hoher Relevanz für die Fluggesellschaften. Aus dieser Motivation heraus schlägt diese Arbeit eine Systematik für die ökologische Bewertung von Flugzeugkabinen zur Integration in diesen Prozess vor. Hierzu wird in dieser Arbeit ein konzeptioneller Rahmen für die Integration der Systematik in den Konfigurationsprozess anhand von Forschungsfragen aufgespannt. Hieraus ergeben sich für die vorliegende Arbeit drei thematische Schwerpunkte: Erstens die Ausgestaltung eines Prozessmodells zur Integration von Zuliefererdaten mit dem Ziel eine ausreichende Datengrundlage zu gewährleisten. Zweitens die Entwicklung einer spezifischen und parametrisierten Methodik zur ökologischen Bewertung von Flugzeugkabinen. Hierbei werden die Lebenszyklusdaten sowie die Spezifika der Luftfahrtindustrie in Form der Betriebsphase berücksichtigt. Drittens die Konzeptionierung eines Phasenmodells, welches die Implementierung in den Konfigurationsprozess ermöglicht. Das Ergebnis dieser Arbeit umfasst damit eine Systematik, welche unter Verwendung von Lebenszyklusdaten die ökologische Bewertung von Flugzeugkabinen innerhalb des Konfigurationsprozesses erlaubt. Zudem wird eine softwaretechnische Umsetzung für die weitere Operationalisierung vorgestellt. Mit der abschließenden Analyse der Übertragbarkeit der Systematik leistet die vorliegende Arbeit ein Beitrag über den Anwendungskontext der Kabine hinaus.doctoral thesis189 165 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Modellierung cyber-physischer Logistiksysteme in Distributionsprozessen(2022-04-08); ; ; Cyber-physische Systeme können einen Beitrag zur Verbesserung der logistischen Qualität sowie zur Optimierung logistischer Prozesse leisten. Handelt es sich bei der Planung oder Optimierung logistischer Prozesse bereits um eine interdisziplinäre Aufgabe, wird diese durch den Einsatz von cyber-physischen Systemen um weitere Disziplinen erweitert. Vorhandene Modellierungskonzepte berücksichtigen dabei die bekannten Disziplinen, die „neuen“ Disziplinen Systems Engineering oder Elektrotechnik finden wenig bis keine Berücksichtigung. Durch das Zusammenwirken dieser Vielzahl an Disziplinen können Ineffizienzen bei der Konzipierung und Entwicklung von cyber-physischen Logistiksystemen entstehen. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Modellierungskonzept entwickelt, das die Kommunikation der beteiligten Disziplinen verbessert und somit zu effizienteren Prozessen bei der Konzipierung und Entwicklung führt. Das methodische Gerüst der vorliegenden Arbeit bildet das Design Science Research Methodology (DSRM) Prozess-Modell nach Peffers et al.. Diese Methode ermöglicht die strukturierte Entwicklung eines Artefakts sowie dessen Anwendung und Evaluation. Der DSRM-Prozess wird durch die wissenschaftlichen Methoden Anforderungsmanagement nach Hull et al., Wiederverwertungsorientiertes Software-Engineering nach Sommerville sowie das Evaluationskonzept nach Venable et al. und die Durchführung von Leitfaden-orientierten Experteninterviews nach Mayer inklusive der qualitativen Inhaltsanalyse nach Mayring sowie Misoch flankiert. Das entwickelte Artefakt „Integriertes Modellierungskonzept“ liefert eine Notation, ein Sichtenkonzept und ein Vorgehensmodell. Die Notation basiert auf den Modellierungsmethoden Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0), Business Process Model and Notation (BPMN 2.0), Decision Model and Notation (DMN 1.2) sowie dem Quality Function Deployment (QFD) und vereint diese. Als Grundlage für das Sichtenkonzept dient RAMI 4.0. Das Vorgehensmodell wurde in Anlehnung an den Deming-Zyklus entwickelt. Die Anwendung des Artefakts erfolgt anhand des Praxisbeispiels „Transport von Bananen aus Mittelamerika nach Europa“ des Forschungsprojekts „Der Intelligente Container“. Aufbauend auf der Anwendung wird das Integrierte Modellierungskonzept gemäß der von Venable et al. publizierten Evaluationsmethode für DSRM-Aktivitäten evaluiert. Das Ergebnis der Dissertation wurde durch die konsultierten Experten aus Anwendersicht positiv bewertet.doctoral thesis588 584 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Entwicklung einer integrativen Planungsmethodik für Autoterminals mittels selbststeuernder logistischer Prozesse(2024-12-10); ; ; Automobilterminals spielen eine zentrale Rolle in internationalen Fahrzeuglieferketten, indem sie als Knotenpunkte der Supply Chain fungieren. Diese Häfen sehen sich dynamischen Wechselwirkungen und Anforderungen gegenüber, die klassische Terminalplanungsprozesse oft nicht hinreichend bewältigen können. Diese Arbeit entwickelt eine neue Planungsmethodik basierend auf selbststeuernden logistischen Prozessen, um Effizienzsteigerungspotenziale zu erschließen. Zunächst wird der Problembereich analysiert und die Eignung selbststeuernder Prozesse als Lösungsprinzip untersucht. In der Hauptstudienphase werden theoretische Erkenntnisse anhand eines realen Automobilterminals überprüft. Darauf aufbauend wird eine Planungsmethodik entwickelt, die auf pheromonbasierten Selbststeuerungsmethoden basiert. Simulationsstudien an einem generischen Terminalmodell und einem realen Automobilterminalmodell evaluieren die Leistungsfähigkeit der neuen Methodik. Die Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Methode Schwachstellen klassischer Planungsprozesse überwinden und die logistische Leistung von Terminals unter dynamischen Bedingungen steigern kann. Die Analyse der Umsetzungsanforderungen und der erarbeitete Handlungsleitfaden verdeutlichen, dass die Implementierung der Lösung unter realen Einsatzbedingungen mit geringem Aufwand möglich ist. Die Methodik hat somit eine hohe praktische Relevanz und bietet eine Grundlage für weitere Forschung, beispielsweise um die Parametrisierung zu optimieren oder neue Selbststeuerungsansätze zu entwickeln.doctoral thesis249 129 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Integration der Human Factors in die Gestaltung von Mensch-Maschine-Schnittstellen in cyber-physischen Produktionssystemen(2020-05-14); ; ; Aufgrund der Integration cyber-physischer Systeme in die Produktion findet eine Veränderung der menschlichen Arbeit hin zu überwiegend kognitiven Aufgaben statt. Infolgedessen besteht für Unternehmen ein Bedarf, diese veränderte Arbeit auf eine Weise zu gestalten, die sowohl die Arbeitsleistung fördert als auch das Arbeitsempfinden der Mitarbeiter berücksichtigt. Hierfür werden Erkenntnisse und Hinweise zur Gestaltung adäquater Schnittstellen zwischen Menschen und Maschinen benötigt. Infolgedessen wurde in dieser Arbeit eine Methode zur Evaluation von Gestaltungselementen entwickelt mit dem Ziel, Gestaltungsregeln für Mensch-Maschine-Schnittstellen in cyber-physischen Produktionssystemen (CPPS) abzuleiten. Diese basiert sowohl auf Erkenntnissen als auch auf Methoden der Human Factors, einer Disziplin, die sich u. a. mit der Rolle des Menschen in komplexen Systemen und menschorientierter Arbeitgestaltung befasst. Die entwickelte Methode ermöglicht die Analyse und Bewertung spezifischer Elemente der Arbeitsgestaltung, von denen ein signifikanter Effekt auf die Arbeitsleistung und das Arbeitsempfinden in CPPS erwartet wird. Sie wurde in zwei verschiedenen Varianten konzipiert und adressiert sowohl eine grundlagenorientierte als auch eine anwendungsorientierte Forschung. Es werden somit die Entwicklung allgemeiner Gestaltungsregeln und eine konkrete Hilfestellung bei der Gestaltung einer spezifischen Mensch-Maschine-Schnittstelle ermöglicht. Im Rahmen der Anwendung und Validierung der entwickelten Methode wurden potentielle Gestaltungselemente vorgestellt und eine experimentelle Plattform für deren Analyse entwickelt. Anschließend wurden zwei Human Factors-Studien mit insgesamt 68 Teilnehmern durchgeführt. Auf diese Weise konnten drei Gestaltungselemente exemplarisch untersucht und die Ergebnisse in vorläufige Gestaltungsregeln für Mensch- Maschine-Schnittstellen in CPPS übertragen werden. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die entwickelte Methode die eingangs formulierten Ziele erfüllt und somit zu einem besseren Verständnis der Mechanismen zwischen den Human Factors und menschlicher Arbeit in CPPS beiträgt.doctoral thesis974 1849 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, RFID-basierte Fahrzeugidentifikation und EPCIS-basierter Datenaustausch zur Verbesserung der Fahrzeugdistribution(2020-02-27); ; ; Der schnelle und kostengünstige Transport neuer Fahrzeuge vom Werk zum Händler, die sogenannte Fahrzeugdistribution, ist für Automobilhersteller ein wichtiger Wettbewerbsfaktor. Dies war die Motivation, um zu untersuchen welchen Beitrag die automatische Identifikation von Fahrzeugen mit RFID-Technik hierzu leisten kann. Darauf aufbauend wird der Frage nachgegangen, ob der XML-basierte EPCIS-Standard geeignet ist, die so erzeugten Daten effizient den beteiligten Unternehmen zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass durch den Einsatz der beiden genannten Technologien die Transparenz in Distributionsprozessen gesteigert und somit deren Wirtschaftlichkeit verbessert werden kann.doctoral thesis1363 1470 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Analyzing and Predicting Material Flow Networks Using Stochastic Block Models and Statistical Graph Embeddings(2020-12-10); ; ; Manufacturing and logistics systems consist of many complexly interacting elements. Starting from social science, the field of complex networks has developed concepts and methods to analyze and predict networks, such as friendship networks or protein interactions. However, although these examples have equivalents in the form of company networks and interactions within manufacturing processes, more sophisticated methods have not yet been transferred to manufacturing and logistics. We propose to apply methods from clustering and graph embedding on representations of machine interactions to analyze the structural stability of manufacturing systems and to predict structural changes of such systems.doctoral thesis445 471 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Kognitive Mensch-Technik-Interaktion: Entwicklung eines flexiblen Funktionsmodells zur Steuerung cyber-physischer ProduktionssystemeDiese Arbeit entwickelt eine Lösung zur Flexibilisierung cyber-physischer Produktionssysteme (CPPS) mittels einer adaptiven Mensch-Technik-Interaktion (MTI). Ziel ist eine anpassungsfähige und gegenüber Störungen widerstandsfähige Produktion durch die verbesserte Zusammenarbeit von Mensch und Maschine. Der zentrale Beitrag ist eine Methodik zur hierarchischen Zerlegung von Produktionsprozessen, die eine dynamische Aufgabenverteilung zwischen Mensch und Maschine ermöglicht. Darauf aufbauend wird eine Steuerung auf Basis des Digitalen Zwilling (Digital Twin, DT) entwickelt, die gezielte Eingriffe in automatisierte oder autonome Abläufe und die direkte Behebung von Störungen erlaubt. Grundlage der Ergebnisse ist eine systematische Analyse hybrider Mensch-Maschine-Systeme, aus der allgemeine Rollen und Funktionen von Mensch und Maschine abgeleitet wurden. Der Mensch steht als kreativer Problemlöser im Mittelpunkt und wird durch die Prozesszerlegung sowie die Steuerung unterstützt. Tätigkeiten werden durch prozessbezogene und kognitive Schritte beschrieben, aufbauend auf der Entscheidungsleiter von Rasmussen. Die Ergebnisse kombinieren die kognitiven Schritte der Informationsverarbeitung mit der Beschreibung prozessbezogener Tätigkeiten unter Einbindung wissenschaftlicher Ansätze, Normen und Verfahren wie MTM-UAS. Die resultierende hierarchische Beschreibung ermöglicht es Menschen und Maschinen, Prozesse vollständig oder in Teilen auszuführen und Tätigkeiten dynamisch zu verteilen. Die technische Umsetzung erfolgt durch die Entwicklung einer Steuerung für hybride Systeme, die auf dem DT basiert. Dieser dient als zentrale Schnittstelle zwischen physischer und virtueller Welt, ermöglicht die Echtzeitsteuerung des Systems und erlaubt die mensch-zentrierte Informationsaufbereitung, die das Situationsbewusstsein stärkt. Der Mensch kann so unerwartete Störungen effektiv beheben. Die Evaluation der Methodik und Steuerung erfolgt in Montage- und Handhabungsprozessen. Es zeigt sich, dass die hierarchische Tätigkeitsbeschreibung eine einfache Prozessbeschreibung ermöglicht und die MTI fördert. In Bedienstudien könnten Menschen mit der entwickelten Lösung effektiv in autonome und automatisierte Prozesse eingreifen und Fehler korrekt identifizieren und beheben. Die hierbei auftretende kognitive Belastung zeigt Optimierungspotenziale bei der Gestaltung der Benutzeroberfläche auf. Die Ergebnisse zeigen, dass die Lösung die Flexibilität und Resilienz industrieller Systeme steigern kann. Die Verknüpfung kognitiver und prozessbezogener Tätigkeitsbeschreibungen bietet einen ganzheitlichen Ansatz für die Steuerung hybrider Systeme. Die Arbeit veranschaulicht auch die vom DT bereitgestellten Möglichkeiten für zur Verbesserung der MTI im Sinne der Industrie 5.0. Dank ihrer allgemeinen Struktur ist die entwickelte Methodik vielseitig einsetzbar und auf unterschiedliche Anwendungsszenarien übertragbar.doctoral thesis82 50 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Methodische Entwicklung von hochflexibler stationärer Fördertechnik am Beispiel eines omnidirektionalen Fördersystems(2026-03-09); ; ; Das wachsende Paketvolumen im Onlinehandel und Kurier-Express-Paket-Sektor (KEP) zwingt die Intralogistik zu anpassungsfähigen Prozessen. Herkömmliche stationäre Materialflusssysteme sind jedoch meist hochspezialisiert und lassen sich nur schwer an volatile Anforderungen anpassen. Da eine quantitative Grundlage zur Bewertung in der Konzeptphase fehlte, ist die Entwicklung bedarfsgerechter, hochflexibler Fördersysteme im interdisziplinären Forschungsfeld der Produktentwicklung mit Schwerpunkt Automatisierungstechnik, konkret in der Intralogistik, zu verorten. Diese Arbeit schließt diese Forschungslücke durch eine in die Richtlinie VDI 2221 integrierte, technologieneutrale Bewertungsmethode auf Basis einer mehrstufigen Nutzwertanalyse. Das Modell teilt das Zielsystem systematisch in vier Dimensionen der Flexibilität (Layout-, Durchsatz-, Fördergut- und Prozessflexibilität) sowie zwei Dimensionen der Wandelbarkeit (Erweiterungs- und Integrationsfähigkeit). Diesen sechs Zielvorstellungen werden 14 physikalische und steuerungstechnische Kriterien zugeordnet. Zur objektiven Gewichtung wird eine Support Vector Machine (SVM) eingesetzt, die auf Basis einer Expertenbefragung eine Rangliste der Flexibilitätstreiber berechnet. Die Validierung der Methode erfolgt rekursiv entlang des Entwicklungsprozesses der omnidirektionalen Fördertechnologie celluveyor über drei Systemgenerationen. Durch die kontinuierliche Anwendung der Bewertungsmethode und die gezielte Umsetzung der identifizierten Optimierungspotenziale konnte die Gesamtflexibilität des Systems in jeder Generation nachweislich gesteigert werden. Die Arbeit demonstriert somit erfolgreich, wie subjektiv empfundene Flexibilität in eine objektiv messbare ingenieurwissenschaftliche Zielgröße transformiert wird.doctoral thesis16 33 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Automation of inflight services - development of a multicriteria decision-making framework for the assessment of automation concepts for inflight catering services inside the aircraft cabin(2023-12-01); ; ; Diese Dissertation befasst sich mit der Forschungsfrage "Wie ist es möglich, die Bordverpflegung zu automatisieren?". Bordverpflegungsdienste sind mit anspruchsvollen Herausforderungen in einem komplexen Umfeld verbunden. Auf der einen Seite steht die Luftfahrtindustrie mit ihren Lieferanten, Caterern und Fluggesellschaften, auf der anderen Seite die Passagiere. In diesem Zusammenhang bedeutet die Verbesserung von Systemen und Prozessen innerhalb des Flugzeugs auch die Veränderung von Prozessen außerhalb des Flugzeugs. Für die Entwicklung neuer Automatisierungskonzepte zur Optimierung der Bordverpflegung wurde ein neuer Ansatz gesucht, um neue Konzepte konsequent vergleichen und auswählen zu können. Zu diesem Zweck wurde eine enge Zusammenarbeit mit der Flugzeugindustrie durchgeführt, um bisherige Erfahrungen, Kenntnisse und Anforderungen zu sammeln sowie die durchgeführten Arbeiten in der Literatur auszuwerten. Der Trend zur Individualisierung wurde als Beispiel für den Wandel innerhalb des Flugzeugs herangezogen, um neue Entwicklungen voranzutreiben, da die derzeitigen Systeme nicht in der Lage sind, die neuen Anforderungen zu erfüllen. Um die tatsächlichen Bedürfnisse zu spezifizieren und Anforderungen an ein neues technisches System abzuleiten, wurde eine Passagierbefragung mit 1000 Passagieren durchgeführt. Die entwickelte Methode ermöglicht die Entwicklung von Automatisierungskonzepten für das Inflight Catering auf der Grundlage eines spezifischen Rahmens, der einen konsistenten Vergleich und eine Bewertung der Konzepte ermöglicht. Letztlich wurde mit dieser Arbeit nicht nur ein wissenschaftlich wenig erforschtes Gebiet beleuchtet, sondern auch ein neuer Ansatz entwickelt, der Aspekte des Produktdesigns und der Prozessanalyse mit Methoden der Entscheidungsfindung verbindet und damit neue Möglichkeiten für die frühzeitige Entwicklung von Automatisierungskonzepten mit konsistentem Vergleich eröffnet.doctoral thesis324 285 - Some of the metrics are blocked by yourconsent settings
Item type:Publication, Prognose der Lieferzeit in mehrgliedrigen Transportketten : Entwicklung einer Methode zur Prognose der Lieferzeit unter Verwendung von Algorithmen des Maschinellen Lernens in mehrgliedrigen Transportketten(2020-06-03); ; ; Die Prognose einer zuverlässigen Lieferzeit für Logistiktransporte generiert einen signifikanten Mehrwert für die Logistikqualität der Supply-Chain-Teilnehmer. Besonders in multimodalen Transportketten erfordert dies eine geeignete Vorhersagemethode, welche mit der bestehenden Komplexität umgehen kann. Der Literatur nach können allein Algorithmen des Maschinellen Lernens adäquat mit dem komplexen und dynamischen Verhalten während eines Transportes umgehen. Dennoch befassen sich nur wenige Autoren mit der Vorhersage der Ankunftszeit in Gütertransporten mehrgliedriger Transportketten mit diesen Ansätzen. In dieser Arbeit wurde eine Methode zur Vorhersage der Lieferzeit in mehrgliedrigen Transportketten ohne Nutzung von Plandaten entwickelt. Zur Prognose werden die Algorithmen ExtraTrees, AdaBoost und Support Vector Regression (SVR) genutzt. Diese besitzen die Fähigkeit, mit geringen Datenmengen umzugehen und benötigen gleichzeitig eine geringe Verarbeitungszeit. Anhand verschiedener Kombinationen sog. Features, welche aus den Tracking-Daten abgeleitet werden, werden mehrere Prognosemodelle erstellt. Diese werden schließlich anhand von Daten einer realen Transportkette von Deutschland in die USA evaluiert. Bei einer durchschnittlichen Transportzeit zwischen 22 und 31 Tagen erreichte die abgeleitet Methode einen durchschnittlichen Fehler von 15 Stunden bzw. 5 %, bezogen auf die tatsächliche Lieferzeit. Das beste Modell basiert auf den SVR-Algorithmus. Das entwickelte Modell liefert zudem im Vergleich zu durchschnittsbasierten Verfahren eine bessere Prognosegenauigkeit.doctoral thesis835 2094