Methoden und Werkzeuge für den Wissenstransfer in der Bionik

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Methoden und Werkzeuge für den Wissenstransfer in der Bionik

  1. 1. Methoden und Werkzeuge für den Wissenstransfer in der Bionik Vortrag zum Promotionskolloquium von Dipl.­Ing. André Jordan ... ? Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  1
  2. 2. Bionik – Was ist das? Biologie  +  Technik  =>  Bionik AquaJelly [ Festo ] Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  2
  3. 3. Inhalt  Bionik im Überblick » theoretische Betrachtungen & Beobachtungen aus der Praxis  Analogiebildung » Grundvoraussetzung für das bionische Arbeiten  Kommunikation » zwischen Biologen und Ingenieuren  Werkzeuge » die das bionische Arbeiten unterstützen  Zusammenfassung Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  3
  4. 4. Definition „Bionik als Wissenschaftsdisziplin befaßt sich systematisch mit der technischen Umsetzung und Anwendung von Konstruktionen, Verfahren und Entwicklungsprinzipien biologischer Systeme.“ [ Verein Deutscher Ingenieure, 1993 ] „Lernen von der Natur für die Technik“ Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  4
  5. 5. Bionische Entwicklungen selbstreinigende Oberflächen nach dem Vorbild der Lotus­Pflanze Hydrostatische Druckanzüge zur Kompensation von G­Kräften nach dem Vorbild der Libelle InnovaBeispiele tive Lösunge n mikrostrukturierte Oberflächen  zur Reibungsreduktion nach dem Vorbild der Haifischhaut Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  5
  6. 6. Entstehung bionischer Lösungen Querbeziehungen Welt Welt der der Natur Technik e gi lo Bio           Teilsystem Problem     e  ch nis ch Te Verstandenes Bearbeitung Teilsystem Bionik Bionisch beeinflusste technische technische Lösung Lösung [ Nachtigall ] Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  6
  7. 7. Analogiebildung Antizipation Problem Analogiebildung Funktions­ Bio. analogie Tech. Lösung Lösung Realisierung [ Hill ] Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  7
  8. 8. Bionik in der Praxis „unbeabsichtigtes  Name „Libelle“ Nebenprodukt“  von Idee zum Produkt ca. 15 Jahre wegen der Anatomischer Aufbau Flugeigenschaften wurde nicht untersucht Seit 100 Jahren Hinweise im Schrifttum Analogie zum „Kind im Mutterleib“ Bionik­Projekte Flugzeugfolien: Schwimmanzüge:  viel versprechenden Technische Wirksamkeit  Testergebnisse aber nicht nachgewiesen kein serienmäßiger  Einsatz Komplexe Struktur: Vereinfachungen erforderlich Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  8
  9. 9. Bionisches Arbeiten ­ Herausforderungen Vergleichbarkeit Kommunikation Abstraktion Analogiebildung Wissenstransfer Komplexe Zusammenhänge  von Struktur, Funktion und  Fachliche Isolation Material Persönliches Interesse /  Engagement „Nebeninnovationen“ „Gradwanderung Innovation“ Bionisches Arbeiten Technische Realisierung Zeitfenster Innovationstiefe Werkstoffe Ungleiche Rahmenbedingungen von Grundlagenforschung und Fertigungsverfahren Produktentwicklung Forschungsziel Zeitrahmen Finanzierung Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  9
  10. 10. Analogiemodell für das bionische Arbeiten  Ziel: ein ganzheitliches Analogiebild aufbauen  Weg: Analogiebildung als iterativen mapping­Prozess gestalten Funktion Verhalten Mikrostruktur Makrostruktur Material Geruch Bio. Oberflächenstruktur Techn. System System Entstehung Recycling Farbe Struktur Gestalt Prinzip Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  10
  11. 11. Vorgehensweise  Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech. System System Ergänzen Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  11
  12. 12. Vorgehensweise  Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech. System System Ergänzen  Zusammenhänge und Wechselwirkungen ermitteln  Bio. Tech. System System Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  12
  13. 13. Vorgehensweise  Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech. System System Ergänzen  Zusammenhänge und Wechselwirkungen ermitteln Bio. Tech. System System  Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausstellen  Bio. Tech. System System Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  13
  14. 14. Vorgehensweise  Aspekte identifizieren und zusammentragen Bio. Tech. System System Ergänzen  Zusammenhänge und Wechselwirkungen ermitteln Bio. Tech. System System  Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausstellen Bio. Tech. System System Bio. Tech. System System Ziel: Tragweite und Grenzen der Analogie erkennen Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  14
  15. 15. Kommunikationsmodell  Problem: „Ungleichgewicht des Wissens“ (Expertenwissen der Biologie und der  Technik notwendig) B ­ Biologe B T T ­ Techniker / Ingenieur BS ­ Biologisches System TS ­ Technisches System M ­ Analogiemodell BS M TS Individuelle Ebene Gruppenebene organisatorische Ebene Kommunikation zwischen Kommunikation zwischen keine Interaktion zwischen „innerer Experten“, Experten und Laien, Sender und Empfänger, „Bionik­Dilettanten“, bionisches Arbeiten, Recherche, Selbststudium, Universalgenies persönlicher Kontakt unpersönlich, Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  15
  16. 16. Werkzeuge für das bionische Arbeiten  Katalog biologischer Konstruktionen [ Hill ] Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  16
  17. 17. Werkzeuge für das bionische Arbeiten  Katalog biologischer Konstruktionen  Grundprinzipien natürlicher Systeme Grundprinzipien natürlicher Grundprinzipien der Evolution Biokybernetische Grundregeln Konstruktionen Integrierte statt additiver Konstruktion Modularität Negative Rückkopplung Optimierung des Ganzen statt Opportunismus/Funktionswandel Funktionsunabhängigkeit von qantitativen Maximierung eines Einzelelements Wachstum Multifunktionalität statt Monofunktionaliät Multifunktionalität statt Monofunktionalität Zukunftsblindheit Funktionsunabhängikeit vom Produkt Feinabstimmung gegenüber der Umwelt Spezialisierung/Arbeitsteilung Jui­Jitsu­Prinzip Das Jui-Jitsu-Prinzip Energieeinsparung statt Multifunktionalität/Optimumkompromisse Mehrfachnutzung Energieverschleuderung Direkte und indirekte Nutzung der Dynamik Wiederverwertung Sonnenenergie Zeitliche Limitierung statt unnötiger Selbstorganisation/Selbstanpassung Symbiose Haltbarkeit Selbstorganisation/Selbstanpassung Totale Recyclierung statt Abfallanhäufung Sterben/Aussterben Prinzipielle Befolgung eines biologischen Grunddesigns Vernetzung statt Linearität Entwicklung im Versuch-Irrtums-Prozess Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  17
  18. 18. Werkzeuge für das bionische Arbeiten  Katalog biologischer Konstruktionen Grundprinzipien natürlicher Systeme Grundprinzipien natürlicher Grundprinzipien der Evolution Biokybernetische Grundregeln  Konstruktionen Integrierte statt additiver Konstruktion Modularität Negative Rückkopplung Optimierung des Ganzen statt Opportunismus/Funktionswandel Funktionsunabhängigkeit von qantitativen Maximierung eines Einzelelements Wachstum Multifunktionalität statt Monofunktionalität Zukunftsblindheit Funktionsunabhängikeit vom Produkt Feinabstimmung gegenüber der Umwelt Spezialisierung/Arbeitsteilung Das Jui-Jitsu-Prinzip Energieeinsparung statt Multifunktionalität/Optimumkompromisse Mehrfachnutzung Energieverschleuderung Direkte und indirekte Nutzung der Dynamik Wiederverwertung Sonnenenergie Zeitliche Limitierung statt unnötiger Selbstorganisation/Selbstanpassung Symbiose Haltbarkeit Totale Recyclierung statt Abfallanhäufung Sterben/Aussterben Prinzipielle Befolgung eines biologischen Grunddesigns Vernetzung statt Linearität Entwicklung im Versuch-Irrtums-Prozess  Konstruktionsregeln » „In Seilen denken“ » „Prinzip des verrammelten Notausgangs“ [ Mattheck ] Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  18
  19. 19. Werkzeuge für das bionische Arbeiten  Katalog biologischer Konstruktionen Grundprinzipien natürlicher Systeme Grundprinzipien natürlicher Grundprinzipien der Evolution Biokybernetische Grundregeln  Konstruktionen Integrierte statt additiver Konstruktion Modularität Negative Rückkopplung Optimierung des Ganzen statt Opportunismus/Funktionswandel Funktionsunabhängigkeit von qantitativen Maximierung eines Einzelelements Wachstum Multifunktionalität statt Monofunktionalität Zukunftsblindheit Funktionsunabhängikeit vom Produkt Feinabstimmung gegenüber der Umwelt Spezialisierung/Arbeitsteilung Das Jui-Jitsu-Prinzip Energieeinsparung statt Multifunktionalität/Optimumkompromisse Mehrfachnutzung Energieverschleuderung Direkte und indirekte Nutzung der Dynamik Wiederverwertung Sonnenenergie Zeitliche Limitierung statt unnötiger Selbstorganisation/Selbstanpassung Symbiose Haltbarkeit Totale Recyclierung statt Abfallanhäufung Sterben/Aussterben Prinzipielle Befolgung eines biologischen Grunddesigns Vernetzung statt Linearität Entwicklung im Versuch-Irrtums-Prozess  Konstruktionsregeln Ziel: Insellösungen zusammenführen und Synergieeffekte nutzen Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  19
  20. 20. Unterstützungssystem für Bionik Anwender = Autoren Server­Client­Konstellation dezentrale  Keine spezielle  Datenpflege Anwender­Software Ziel: Aufbau eines bionischen  Wissensspeichers Leichte Zugänglichkeit Internet als Plattform unterschiedliche Darstellungsebenen Einfache Handhabung Anforderungen Administration Intuitiv bedienbar Problembezogene  Darstellung des Wissens Datenpflege &  Wissensverwaltung Verständliche Aufbereitung Vernetzung des Wissens Beispiele ohne Fachsprache anschauliche Darstellungen Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  20
  21. 21. Unterstützungssystem für Bionik können online  Bsp: HTML­Syntax geändert werden <a href=themen.html>Themen</a> Bsp: Wikipedia Bsp: WIKI­Syntax [[Themen]] Sammlung von  Einfache Syntax für  Internetseiten Seitenformatierung Schnell erlernbar Projektmanagement Dokumentation CMS vielfältige  Navigationsfunktion Wiki Einsatzmöglichkeiten Suchfunktion Präsentation Semantik maschinelle Auswertung  möglich Ontologie Speicherung von Metadaten Bsp: Attribute & Relationen Kommentierte Relationen [[Basiert auf Prinzip::Dynamisierung]] Bsp: Klassen/Kategorien [[Kategorie:Analogieaspekt]] Promotionskolloquium  ::  Dipl.­Ing. André Jordan  ::  28. April 2008  21
  22. 22. Vom Analogiemodell zum Unterstützungssystem Bio. Tech. System System hat relevant für Vorbildobjekt Analogieaspekt Umsetzungsbeispiel relevant für hat Beispiel: Beispiel: Beispiel: Wärmeisolation, Transparente Fell des Eisbären Lichtleitung, Absorption Wärmedämmung Beschreibungsebene Erklärungsebene Beispielebene Promotionskolloquium Dipl.­Ing. André Jordan  22
  23. 23. Unterklassen von Analogieaspekt Funktionskategorie Anmutung Hat Unterklasse Hat Unterklasse Grundfunktion Makrostruktur Hat Unterklasse Hat Unterklasse Grundprinzip Mikrostruktur Hat Unterklasse Hat Unterklasse Analogieaspekt Hat Unterklasse Hat Unterklasse Gesetzmäßigkeit Entstehungsprozess Hat Unterklasse Hat Unterklasse Technischer Entsorgungsprozess Widerspruch Hat Unterklasse Hat Unterklasse Verhalten ... Promotionskolloquium Dipl.­Ing. André Jordan  23
  24. 24. Auszug aus der Ontologie Vorbildobjekt Publiziert in Erforscht von Publikation Publiziert in Analogieaspekt Organisation Produziert von Hat Publiziert in Hat Hat Umsetzungsbeispiel Hat Hat Hat Jahr Hat ... Autor Hat Name Homepage Titel Telefon ... Promotionskolloquium Dipl.­Ing. André Jordan  24
  25. 25. Prototypische Umsetzung Navigation Ontologie backlinks Recherche factbox Semantische Suche Suche Kategorie Werkzeuge Promotionskolloquium Dipl.­Ing. André Jordan  25
  26. 26. Zusammenfassung Willst du Produkte gut und neu Bei dem Analogisieren hab' vor Bionik keine Scheu. denk bitte auch ans Kommunizieren. Natur „erfindet“ tolle Sachen, Hast Biologen du am Tisch, doch wie soll man sie technisch machen? sprudeln Ideen neu und frisch. Kann man mit Haifischschuppen fliegen Sind die Experten mal auf Reise, und Reibungskräfte so besiegen? hilft dir das Wiki aushilfsweise. Kann man Bäume vielleicht fragen, Semantisch ist hier strukturiert, wie man verhindert Bruchversagen? was den Entwickler interessiert. Abstraktion und Analogie Mit diesen vorgestellten Dingen sind weder Zauber noch Magie. kann die Bionik wohl gelingen, Methodisch geht’s mit dem Modell wenn man sich eines macht zu eigen: in drei Schritten gut und schnell. Sie ist ein Werkzeug. Dies wollt' ich zeigen. Promotionskolloquium Dipl.­Ing. André Jordan  26
  27. 27. Ende Ich bedanke mich für Ihre Aufmerksamkeit. Für Fragen zur Verfügung stehe ich Ihnen gern zur Verfügung! Promotionskolloquium Dipl.­Ing. André Jordan  27

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