Die Entwicklung innovativer Produkte ist in der Regel mit einem fachübergreifenden Transfer von Wissen verbunden. Dieser Wissenstransfer erfolgt bislang meist zufällig und wenig systematisch. Zukünftig wird er jedoch an Bedeutung gewinnen.
In dieser Arbeit werden Fragestellungen des fachübergreifenden Wissenstransfers aus Sicht der Produktentwicklung beleuchtet. Im Vordergrund stehen dabei die Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung des bionischen Arbeitens. Die Bionik ist eine transdisziplinär angelegte Wissenschaftsdisziplin, die sich mit der Erforschung biologischer Systeme sowie mit der Anwendung der gewonnenen Erkenntnisse in technische Produkte und Verfahren befasst. Mit Hilfe der Bionik wurden bereits eine Reihe innovativer Lösungen für technische Problemstellungen generiert. Dennoch ist festzustellen, dass sich das bionische Arbeiten im Rahmen der Produktentwicklung bislang kaum etablieren konnte. Zwar existieren Modelle, die die Arbeitsweise in der Bionik beschreiben, doch werden diese in der Praxis kaum gelebt. Ähnliches gilt für die Werkzeuge und Methoden, die zur Unterstützung bionisch arbeitender Personen entwickelt wurden.
Den Anstoß für die Entwicklung eines bionischen Produktes bilden Analogien. In dieser Arbeit wird daher untersucht, welche Bedeutung Analogien für die Produktentwicklung haben und wie die Bildung zweckmäßiger Analogien unterstützt werden kann. Dabei wird deutlich, dass in Natur und Technik ein enger Zusammenhang zwischen Funktionen, Strukturen und Materialien besteht. Eine analoge Gegenüberstellung sollte daher alle möglichen Aspekte der beteiligten Analoga berücksichtigen und ganzheitlich ihre Unterschiede und Gemeinsamkeiten herausstellen. Der Prozess zum Aufbau eines ganzheitliches Analogiebildes wird dieser Arbeit durch das Bionische Analogiemodell beschrieben.
Für den Aufbau eines solchen Analogiemodells ist in der Regel Expertenwissen notwendig. Die Kommunikation zwischen Fachexperten und Produktentwicklern wird daher in dieser Arbeit ebenfalls thematisiert.
Die bestehenden Ansätze zur Unterstützung des bionischen Arbeitens werden in dieser Arbeit gleichfalls dargestellt und diskutiert. Davon ausgehend wird das Konzept für ein Unterstützungssystem für die Bionik erarbeitet. Als Werkzeug für Recherche unterstützt es den Produktentwickler beim Aufbau des bionischen Analogiemodells und bei der Suche nach Experten, an die er sich bei offenen Fragen und konkreten Problemstellungen wenden kann.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Forschungsmethodik
1.3 Struktur der Arbeit
2. Bionik im Überblick
2.1 Bionik im Schrifttum
2.1.1 Begriffsklärung und Grundverständnis
2.1.2 Teilgebiete der Bionik
2.1.3 Zusammenfassung
2.2 Beispiele bionischer Produkte
2.2.1 Beispiel: Lotus-Effekt
2.2.2 Beispiel: Haifischhaut
2.2.3 Beispiel: Unterwasser-Modem
2.2.4 Beispiel: Anti-G-Anzug
2.3 Bionik in der Praxis
2.3.1 Vorgehensweise
2.3.2 Biologische Grundlagenforschung
2.3.3 Bionisches Arbeiten
2.3.4 Technische Umsetzung
2.4 Zusammenfassung
3. Produktentwicklung im Überblick
3.1 Produktentwicklungsmethodik
3.1.1 VDI-Richtlinie 2221
3.1.2 Alternative Beschreibungen der Vorgehensweise
3.1.3 Weitere Aspekte der Produktentwicklung
3.2 Strategien, Methoden, Werkzeuge und Hilfsmittel
3.2.1 Strategien
3.2.2 Sachmethoden
3.2.3 Organisationsmethoden
3.2.4 Werkzeuge und Hilfsmittel
3.3 Konstruktionsarten
3.3.1 Neukonstruktion
3.3.2 Anpassungskonstruktion
3.3.3 Variantenkonstruktion
3.3.4 Zusammenfassung
3.4 Entwicklung technischer Systeme
3.4.1 Evolution technischer Systeme
3.4.2 Entwicklungstrends technischer Systeme
3.5 Zusammenfassung
4. Lösungsfindung
4.1 Lösungsfindung in der Praxis
4.1.1 IPE-Projekt: Schleifgerät
4.1.2 IPE-Projekt: Carving-Hilfe
4.1.3 IPE-Projekt: Ampel-Informations-System
4.1.4 Ideenfindung durch Wettbewerbsanalyse
4.1.5 Ideenfindung durch nichttechnische Assoziation
4.2 Exkurs in die Analogielehre
4.2.1 Analogien aus philosophischer Sicht
4.2.2 Analogien aus psychologischer Sicht
4.2.3 Analogiearten
4.3 Analogiebildung in der Produktentwicklung
4.3.1 Analogien und Kreativitätstechniken
4.3.2 Analogien und das Konzept der Wiederverwendung
4.3.3 Lösungsfindung und das Werkzeug „Bionik“
4.4 Thesen
5. Modelle für das bionische Arbeiten
5.1 Übertragungsmodelle für die Bionik
5.1.1 Modell von Hill
5.1.2 Modell von Küppers
5.1.3 SFT-Methode nach Rummel
5.1.4 Bionisches Vorgehensmodell nach Gramann
5.1.5 Ilmenauer Bionic Algorithm
5.1.6 Zusammenfassung und Kritik
5.2 Bionisches Analogiemodell
5.2.1 Vorbetrachtungen
5.2.2 Analogiebildung als Mapping-Prozess
5.2.3 Verallgemeinerung des Analogiemodells
5.2.4 Diskussion des Analogiemodells
5.3 Analogiebildung als Kommunikationsprozess
5.3.1 Vorbetrachtungen
5.3.2 Kommunikation zwischen Biologen und Ingenieuren
5.3.3 Barrieren des interdisziplinären Wissenstransfers
5.3.4 Weitere Dimensionen des Kommunikationsmodells
5.4 Zusammenfassung
6. Methoden und Werkzeuge der Bionik
6.1 Unterstützung der Kommunikation zwischen Experten und Laien
6.1.1 Vorbetrachtungen
6.1.2 Triadengespräche und interpunktierte Erzählungen
6.1.3 Diskussion des Ansatzes
6.2 Bestehende Ansätze zur Unterstützung des Wissenstransfers
6.2.1 Kataloge biologischer Konstruktionen
6.2.2 Digitaler Katalog biologischer Konstruktionen
6.2.3 Assoziationslisten
6.2.4 Grundprinzipien biologischer Systeme
6.2.5 Gesetzmäßigkeiten und allgemeingültige Regeln
6.2.6 TRIZ und Bionik
6.2.7 Zusammenfassung
6.3 Konzept eines Unterstützungssystems für das bionische Arbeiten
6.3.1 Vorbetrachtungen
6.3.2 Wikis und semantische Wikis
6.3.3 Ontologie des Unterstützungssystems
6.3.4 Anmerkungen zur prototypischen Umsetzung
6.3.5 Prototypische Umsetzung mit Semantic MediaWiki
6.3.6 Zusammenfassung und Diskussion
7. Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit untersucht die Potenziale und Grenzen eines fachübergreifenden Wissenstransfers zwischen Biologie und Technik aus der Perspektive der Produktentwicklung, mit dem primären Ziel, Methoden und Werkzeuge zur systematischen Unterstützung des bionischen Arbeitens zu entwickeln.
- Bedeutung von Analogien für die Produktentwicklung
- Kommunikationsprozesse zwischen Biologen und Ingenieuren
- Systematische Ansätze und Modelle für das bionische Arbeiten
- Konzeption eines IT-gestützten Unterstützungssystems (Semantisches Wiki)
Auszug aus dem Buch
2.2.1 Beispiel: Lotus-Effekt
Der von BARTHLOTT und NEINHUIS in [BN97; BN98; BNC04] beschriebene Lotus-Effekt gilt als das Vorzeigebeispiel der Bionik schlechthin. Er bezeichnet die Fähigkeit natürlicher Oberflächen zur Selbstreinigung. Der Lotus-Effekt basiert auf einer stark reduzierten Adhäsion von Wasser. Das abfließende Wasser trägt Partikel, die auf der Oberfläche haften, davon und reinigt sie auf diese Weise. Der Effekt wurde von BARTHLOTT und NEINHUIS zwar nach der Lotuspflanze benannt, jedoch ist anzumerken, dass er nicht auf diese beschränkt ist. Das Prinzip der Selbstreinigung ist in der Pflanzenwelt weit verbreitet und ist darüber hinaus auch bei Insekten zu finden. So sind z. B. Libellen und Schmetterlinge im Gegensatz zu anderen Insekten nicht in der Lage, ihre Flügel mit den Beinen zu reinigen; die Größe ihrer Flügel hindert sie daran. Die Reinigung erfolgt durch den Lotus-Effekt [BN98, S. 290 f.].
Beim Lotus-Effekt kommen zwei physikalische Prinzipien zum Tragen. Zum einen lässt sich feststellen, dass selbstreinigende Oberflächen eine hydrophobe (wasserabweisende) Schicht aufweisen. Dabei handelt es sich in der Regel um eine Wachsschicht. Bei Pflanzen wird sie als extrazelluläre Schicht über der Epidermis ausgeprägt und heißt Cuticula. Diese Schicht ändert die Grenzflächenspannungen zwischen Luft, Wasser und Blattoberfläche mit der Folge, dass der Kontaktwinkel zwischen Flüssigkeit und Oberfläche vergrößert wird und sich auf den benetzten Blättern Wassertropfen ausbilden.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt die Motivation für Innovationen in der Produktentwicklung, die Relevanz der Bionik und die methodische Vorgehensweise der Arbeit.
2 Bionik im Überblick: Vermittelt ein Grundverständnis der Bionik, erläutert ihre Teilgebiete und analysiert anhand von Fallbeispielen die praktische Anwendung sowie die Herausforderungen des bionischen Arbeitens.
3 Produktentwicklung im Überblick: Skizziert die methodischen Grundlagen der Produktentwicklung, stellt Vorgehensmodelle vor und diskutiert die Einordnung bionischer Ansätze in den klassischen Konstruktionsprozess.
4 Lösungsfindung: Analysiert den Prozess der Lösungsfindung, untersucht die theoretischen Grundlagen der Analogiebildung und zeigt deren Rolle als Werkzeug in der industriellen Praxis auf.
5 Modelle für das bionische Arbeiten: Diskutiert existierende Übertragungsmodelle und entwickelt ein neues bionisches Analogiemodell sowie ein Modell für die fachübergreifende Kommunikation.
6 Methoden und Werkzeuge der Bionik: Stellt Methoden zur Verbesserung der Kommunikation zwischen Experten und Laien vor und erarbeitet das Konzept eines wissensbasierten Unterstützungssystems auf Basis semantischer Wikis.
7 Zusammenfassung und Ausblick: Resümiert die Ergebnisse der Arbeit und identifiziert Anknüpfungspunkte für die zukünftige Forschung zur Etablierung bionischer Arbeitsweisen.
Schlüsselwörter
Bionik, Produktentwicklung, Wissenstransfer, Analogiebildung, Konstruktionsmethodik, Semantisches Wiki, Innovationsmanagement, Kreativitätstechniken, Interdisziplinarität, Modellbildung, Kommunikation, Systematische Lösungsfindung.
Häufig gestellte Fragen
Was ist das grundlegende Thema dieser Arbeit?
Die Arbeit befasst sich mit der methodischen Unterstützung des bionischen Arbeitens in der industriellen Produktentwicklung, um den Transfer von biologischen Prinzipien in technische Anwendungen effizienter zu gestalten.
Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?
Zu den Kernbereichen gehören die Analyse von Produktentwicklungsprozessen, die Erforschung von Analogiebildung als kreatives Werkzeug sowie der fachübergreifende Wissenstransfer zwischen Biologen und Ingenieuren.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist die Erarbeitung von Modellen und die Konzeption eines IT-gestützten Unterstützungssystems, um die Brücke zwischen der biologischen Grundlagenforschung und der anwendungsorientierten Produktkonstruktion zu schlagen.
Welche wissenschaftliche Methodik wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer Kombination aus Literaturanalyse, einer Auswertung von Industrieprojekten und Interviews mit Fachleuten, ergänzt durch die Modellierung ontologischer Strukturen für ein semantisches Wiki.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretische Fundierung der Bionik, die Darstellung der aktuellen Produktentwicklungsmethodik, die Herleitung von Analogiemodellen sowie die Beschreibung konkreter Methoden und Werkzeuge für den Wissenstransfer.
Welche Begriffe charakterisieren die Arbeit am besten?
Wichtige Begriffe sind Bionik, Analogiebildung, Mapping-Prozess, fachübergreifende Kommunikation und semantische Wissensrepräsentation.
Inwiefern beeinflusst das „Mapping-Problem“ die Bionik?
Das Mapping-Problem beschreibt die Schwierigkeit, eine biologische Lösung adäquat auf eine technische Fragestellung zu übertragen, ohne dabei relevante Aspekte oder Randbedingungen zu vernachlässigen.
Warum ist ein Semantisches Wiki für die Bionik besonders geeignet?
Ein Semantisches Wiki ermöglicht die netzwerkartige Verknüpfung von Wissen, die dezentrale Pflege durch Experten unterschiedlicher Fachrichtungen und eine flexible Recherche, die über klassische Schlagwortsuchen hinausgeht.
- Quote paper
- André Jordan (Author), 2008, Methoden und Werkzeuge für den Wissenstransfer in der Bionik, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/144726
