Methodische Entwicklung von Visualisierungen als Arbeitswerkzeuge in der Produktentwicklung

Visualisierungen werden in der Produktentwicklung vielfältig eingesetzt als Arbeitswerkzeuge. Die vorliegende Arbeit bietet erstmalig eine fundierte Wissensbasis sowie eine einfach einsetzbare Methode, mit der beliebige Arbeitsabläufe in der Produktentwicklung analysiert werden können und spezielle Visualisierungen als effektive Arbeitswerkzeuge für diese Abläufe entwickelt werden können. Die neue Methode wird anhand mehrerer Fallstudien vorgestellt und validiert. Vorwort 8 Summary 9 Inhaltsverzeichnis 10 Abkürzungsverzeichnis 12 1 Einleitung 13 1.1 Ausgangssituation und Problemstellung 13 1.2 Zielsetzung der Arbeit 15 1.3 Aufbau der Arbeit 16 2 Grundlagen und Stand der Wissenschaft 18 2.1 Grundlagen und Begriffe aus der Produktentwicklung 19 2.1.1 Definition und Ziele der Produktentwicklung 19 2.1.2 Typische Charakteristika der Arbeit in der Produktentwicklung 20 2.1.3 Prozesse, Methoden und Werkzeuge der Produktentwicklung 21 2.1.3.1 Prozesse 21 2.1.3.2 Methoden 22 2.1.3.3 Werkzeuge 23 2.1.4 Daten‐ und Informationsinhalte in der Produktentwicklung 24 2.1.4.1 Daten 24 2.1.4.2 Informationen 25 2.1.4.3 Wissen 25 2.1.4.4 Typische Daten und Informationen in der Produktentwicklung 26 2.2 Visualisierungen in der Produktentwicklung 26 2.2.1 Einsatz von Visualisierungen in der methodischen Produktentwicklung 27 2.2.2 Entwicklung von Werkzeugen in der Methodenforschung 28 2.3 Visualisierung und visuelle Wahrnehmung 30 2.3.1 Visualisierung 30 2.3.1.1 Arbeitsdefinitionen der Begriffe Visualisierung und Visualisierungsprozess 31 2.3.1.2 Darstellbare Inhalte 32 2.3.1.3 Aufbausystematik von Visualisierungen 33 2.3.1.4 Arbeitsdefinition Visualisierungsprinzip 33 2.3.1.5 Arbeitsdefinition Visualisierungstechnik 34 2.3.1.6 Arbeitsdefinition Visualisierungskonzept 35 2.3.2 Visualisierungen als Arbeitswerkzeuge 36 2.3.2.1 Visualisierungen als kreatives Arbeitsmedium 37 2.3.2.2 Visualisierungen als Kommunikationsmedium 37 2.3.2.3 Visuelle Konventionen 38 2.3.2.4 Präattentative Wahrnehmung 38 2.3.2.5 Funktionen von Visualisierungen als Arbeitswerkzeuge in der Produktentwicklung 39 2.3.2.6 Interaktionen 39 2.3.2.7 Visuelle Metapher 40 2.3.3 Allgemeine Einflussfaktoren auf die Gestaltung von Visualisierungskonzepten 41 2.3.4 Bewertungskriterien für Visualisierungskonzepte als Arbeitswerkzeuge 42 2.4 Vorgehen zur Entwicklung von Visualisierungskonzepten 44 2.4.1 Verfahren aus der Daten- und Informationsvisualisierung 44 2.4.1.1 Visualisierungspipeline 44 2.4.1.2 Data Visualization Methodology nach KIRK 45 2.4.1.3 Visualisation Design nach KULYK 46 2.4.1.4 slide:ology nach DUARTE 46 2.4.1.5 Protovis, D3.js, D4 nach BOSTOCK ET AL. 47 2.4.1.6 Five Design-Sheets nach ROBERTS ET AL. 47 2.4.2 Verfahren aus der Produktentwicklung und ihrem Umfeld 48 2.4.2.1 Engineering Graphic Modelling nach TJALVE 49 2.4.2.2 Vorgehensweise zur Auswahl und Gestaltung visueller Darstellungen nach MEYER 50 2.4.2.3 Systematik zur Entwicklung von Visualisierungen nach WAßMANN 50 2.4.2.4 Periodic Table of Visualization Methods of Management nach LENGLER und EPPLER 52 2.4.2.5 Strategic Visualisation Tools for Managing Technological Information nach YOON 52 2.5 Vergleichende Bewertung der Vorgehen und Ableitung des Forschungsbedarf 53 3 Studien zur Problemanalyse und Detaillierung der Anforderungen 56 3.1 Nutzung von Visualisierungen in der Produktentwicklung 56 3.2 Entwicklung von Visualisierungen in der Methodenforschung 58 3.3 Resultierende Anforderungen an eine Unterstützung 59 4 Methode zur Entwicklung von Visualisierungskonzepten 61 4.1 Adressierte Ausgangssituationen und Voraussetzungen zur Anwendung 61 4.2 Ablaufübersicht 61 4.3 Vorstellung des verwendeten Demonstrationsbeispiels 65 4.4 Phase 1 – Zieldefinition 66 4.5 Phase 2 – Analyse der Zielanwendung 69 4.5.1 Schritt 2.1 – Aufnahme des zu unterstützenden Methodenablaufes 70 4.5.2 Schritt 2.2 – Aufnahme der Arbeitsinhalte 71 4.5.3 Schritt 2.3 – Aufnahme der beteiligten Personen 72 4.5.4 Schritt 2.4 – Festlegung von Arbeitsschwerpunkten 74 4.6 Phase 3 – Suche nach bestehenden Lösungen 75 4.7 Phase 4 – Entwicklung alternativer Visualisierungskonzepte 78 4.7.1 Schritt 4.1 – Auswahl von Visualisierungsprinzipien 79 4.7.1.1 Identifikation der zu visualisierenden Beziehungen 80 4.7.1.2 Identifikation der primären Inhaltselemente 81 4.7.1.3 Prüfung der bestehenden Lösungen aus Schritt 3 der Phase 2 und aus Phase 3 82 4.7.1.4 Lösungskatalog generischer Visualisierungsprinzipien 83 4.7.1.5 Sammlung möglicher Visualisierungsprinzipien als morphologischer Kasten 85 4.7.2 Schritt 4.2 – Auswahl von Visualisierungstechniken 86 4.7.2.1 Prüfung der bestehenden Lösungen aus Phasen 2.3 und 3 87 4.7.2.2 Lösungskatalog generischer Visualisierungstechniken 88 4.7.2.3 Besonderheiten bei der Auswahl von Farben und Symbolen 90 4.7.3 Schritt 4.3 – Entwicklung alternativer Visualisierungskonzepte 91 4.7.3.1 Auswahl von Visualisierungsprinzipien und Ergänzung mit Visualisierungstechniken 92 4.7.3.2 Ausarbeitung entlang des Methodenablaufes und Erarbeitung von Alternativen 96 4.7.3.3 Integration in den zu unterstützenden Methodenablauf 97 4.7.3.4 Aufbau von Navigations- und Verständnishilfen, Legenden und Anmerkungen 99 4.7.3.5 Alternatives Lösungskonzept 1 im Beispiel der Modulfreigabe 99 4.7.3.6 Alternatives Lösungskonzept 2 im Beispiel der Modulfreigabe 101 4.8 Phase 5 – Bewertung, Auswahl und Finalisierung 102 4.8.1 Schritt 5.1 – Aufstellen der Bewertungskriterien und Indikatoren 104 4.8.1.1 Erläuterung der Bewertungskriterien, Indikatoren und Datenaufnahmetechniken 105 4.8.1.2 Ergänzung der Erprobung durch Eye Tracking 106 4.8.2 Schritt 5.2 – Planung und Durchführung der Erprobung 107 4.8.3 Schritt 5.3 – Bewertung, Auswahl und Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen 109 4.8.3.1 Ableiten von Verbesserungsmaßnahmen 110 4.8.4 Schritt 5.4 – Finalisierung 111 4.9 Ablaufalternativen nach Anwendungssituation 112 5 Fallstudien zur Erprobung der Methode 113 5.1 Planung der Studien 113 5.1.1 Prüfungshypothesen 113 5.1.2 Validierungsmethode 114 5.1.3 Vorstellung der Erprobungsfälle 114 5.2 Beschreibung der Studienfälle 115 5.2.1 Phase 1 – Zieldefinition 116 5.2.2 Phase 2 – Analyse der Zielanwendung 119 5.2.3 Phase 3 – Suche nach bestehenden Lösungen 122 5.2.4 Phase 4 – Entwicklung alternativer Visualisierungskonzepte 124 5.2.4.1 Schritt 1 – Auswahl von Visualisierungsprinzipien 124 5.2.4.2 Schritt 2 – Auswahl von Visualisierungstechniken 126 5.2.4.3 Schritt 3 – Entwicklung alternativer Visualisierungskonzepte 127 5.2.4.4 Schritt 4 – Integration in den zu unterstützenden Methodenablauf 133 5.2.5 Phase 5 – Bewertung, Auswahl und Finalisierung 134 5.2.5.1 Schritt 1 – Aufstellen der Bewertungskriterien und Indikatoren 134 5.2.5.2 Schritt 2 – Planung und Durchführung der Erprobung 135 5.2.5.3 Schritt 3 – Bewertung, Auswahl und Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen 136 5.2.5.4 Schritt 4 – Finalisierung 138 5.3 Auswertung der Validierung 138 6 Zusammenfassung und Ausblick 142 Anhang 146 A1 Materialien zur Studie „Nutzung von Visualisierungen in der Produktentwicklung“ 147 A2 Materialien zur Studie „Entwicklung von Visualisierungen in der Methodenforschung“ 152 A3 Ergänzendes Anwendungshandbuch zur Methode 160 A4 Sammlung typischer Daten- und Informationselemente in der Produktentwicklung 170 A5 Sammlung typischer visueller Konventionen der Berufsgruppen in Zusammenarbeit mit der Produktentwicklung 173 A6 Sammlung von Visualisierungskonzepten aus der Produktentwicklung 186 A7 Lösungskatalog der Visualisierungsprinzipien 189 A8 Lösungskatalog der Visualisierungstechniken 196 A9 Regeln zur Entwicklung von Visualisierungskonzept 199 A10 Alternative Visualisierungskonzepte im Fall der Modulfreigabe 203 Literaturverzeichnis 206 Front Matter ....Pages I-XII Einleitung (Nicolas Gebhardt)....Pages 1-5 Grundlagen und Stand der Wissenschaft (Nicolas Gebhardt)....Pages 6-43 Studien zur Problemanalyse und Detaillierung der Anforderungen (Nicolas Gebhardt)....Pages 44-48 Methode zur Entwicklung von Visualisierungskonzepten (Nicolas Gebhardt)....Pages 49-100 Fallstudien zur Erprobung der Methode (Nicolas Gebhardt)....Pages 101-129 Zusammenfassung und Ausblick (Nicolas Gebhardt)....Pages 130-133 Back Matter ....Pages 134-207 Die vorliegende Arbeit bietet erstmalig eine fundierte Wissensbasis sowie eine einfach einsetzbare Methode, mit der beliebige Arbeitsablaufe in der Produktentwicklung analysiert werden koennen und spezielle Visualisierungen als effektive Arbeitswerkzeuge fur diese Ablaufe entwickelt werden koennen.