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Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 1
2.2 Produktkonstruktion
2.2.1 Grundlagen der Produktkonstruktion
2.2.2 Kostenbetrachtung
2.2.3 Aktuelle Entwicklungen in der
Konstruktionsmethodik
- Simultaneous Engineering
- integrierte Virtuelle Produktentstehung (iViP)
- Computer Supported Cooperative Work
2.2.4 Moderne Konstruktionswerkzeuge
- Produktdatenmanagement (PDM)
- CAD / CAM / FEM
- DMU, VR
- RP-Techniken
2 Produkt / Produktentwicklung
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 2
Lehrziele der Vorlesung Produktkonstruktion
Die Vorlesung Produktkonstruktion soll folgende Themen vermitteln:
• Vorgehensweisen in der Produktkonstruktion
• Möglichkeiten die Produktkonstruktion zeitlich zu straffen und
gleichzeitig die Produktqualität zu steigern
• Einfluss der Produktkonstruktion auf die später entstehenden
Produktkosten
• Einsatz von Berechnungs- und Simulationswerkzeuge zur Steigerung
der Produktqualität und gleichzeitiger Verminderung von
Entwicklungskosten und Entwicklungszeit
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 3
System Fabrik
Organisation Qualität Personal Service
Recycling / Kreislaufwirtschaft / Demontage
Produkt-
planung
Produkt-
konstruktion
Produktentwicklung
Arbeits-
planung
Arbeits-
steuerung
Arbeitsvorbereitung
Teile-
fertigungMontage
Fertigung
Produktionstechnik im betrieblichen Umfeld -
Gliederung der Vorlesung
Produktionstechnik 1 Produktionstechnik 2
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 4
Pro
du
kt
pla
ne
n
Von der Produktplanung zur Produktkonstruktion
Markt Umfeld Unternehmen
1 Analysieren der Situation
2 Aufstellen von Suchstrategien
3 Finden von Produktideen
4 Auswählen von Produktideen
5 Definieren von Produkten
6 Klären und Präzisieren
Entwicklung, Konstruktion
Situationsanalyse
Suchfeldvorschlag
Produktideen
Ausgew. Produktideen
Produktvorschlag
Anforderungsliste
Produkt-
konstruktion
Quelle: Pahl/Beitz
VL 3: Produktplanung
VL 4: Produkt-
konstruktion
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
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2.2 Produktkonstruktion
2.2.1 Grundlagen der Produktkonstruktion
2.2.2 Kostenbetrachtung
2.2.3 Aktuelle Entwicklungen in der
Konstruktionsmethodik
- Simultaneous Engineering
- integrierte Virtuelle Produktentstehung (iViP)
- Computer Supported Cooperative Work
2.2.4 Moderne Konstruktionswerkzeuge
- Produktdatenmanagement (PDM)
- CAD / CAM / FEM
- DMU, VR
- RP-Techniken
2 Produkt / Produktentwicklung
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 6
Erf
ülle
n u
nd A
np
asse
n d
er
Anfo
rde
run
ge
n
Generelles Vorgehen beim Entwickeln und Konstruieren
Ermitteln von Funktionen
und der Strukturen
Klären und präzisieren
der Aufgabestellung
Suchen nach Lösungsprinzipien
und deren Strukturen
Gliedern in
realisierbare Module
Gestalten der
maßgebenden Module
Gestalten des gesamten
Produktes
Ausarbeiten der Ausführungs-
und Nutzungsangaben
Anforderungs-
liste
Funktions-
strukturen
Prinzipielle
Lösungen
Modulare
Strukturen
Vorentwürfe
Gesamt-
entwurf
Produkt-
dokumentationweitere Realisierung
Itera
tives V
or-
oder
Rückspringen z
u e
inem
oder
mehre
ren
Arb
eitsschri
tten
Quelle: VDI 2221
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Anforderungsliste
Änderung
Anforderungsliste
für Projekt, ProduktBenutzer /
UnternehmenSeite:
F / W Anforderungen Verantw.
Datu
m d
er
Ände
rung
Kenn
zeic
hnung n
ach
Ford
eru
ngen o
. W
ünschen
Vera
ntw
ort
liche
Kon
str
uktion
sgru
ppe
Gegenstände oder Eigenschaften
mit Quantitäts- und
Qualitätsangaben
gegebenenfalls in Teilsysteme
(Funktions- bzw. Baugruppen)
oder nach
Merkmalen
aufgegliedert
Ersetzt Ausgabe vom
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Beispiel einer Anforderungsliste
Änderung
Anforderungsliste
für Leiterplatten-PositioniereinrichtungSiemens
MessgerätewerkSeite: 1/1
F / W Anforderungen Verantw.
1. Geometrie: Maße des Prüflings
Leiterplatte:
Länge = 80 – 650 mm
Breite = 50 – 570 mm
Höhe = 0,1 – 10 mm
Hauptsächlich verlangte Höhe:
Haupthöhe = 1,6 – 2 mm
2. Kinematik:
genauste Positionierung des Prüflings
usw.
Ersetzt 1. Ausgabe vom 21.9.2010
F
F
F
F
W
27.9.2010
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Bilden einer Funktionsstruktur durch Aufgliedern einer
Gesamtfunktion in Teilfunktionen
Gesamtfunktion
Energie
Stoff
Signal
Energie´ Stoff´
Signal´
Teilfunktion
Quelle: Pahl, Beitz
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Suche nach Lösungsprinzipien mit Hilfe des
morphologischen Kasten
Lösungen
Funktionen1 2 3
Karosserie
- Form
Cabrio Limousine Kombi
Karosserie
- Material
Aluminium GFK
Spritzlack Lackfolie Nano - Technologie
Karosserie
- Lackierung
Stahl
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Gliedern in realisierbare Module
Bodengruppe
Dach
2 Seitenteile
Heck
Vorderteil
Motor
Schaltgetriebe
Differentialgetriebe
Hinterachse
Vorderradaufhängung
Cockpit
Bremssystem
etc.
Module
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Gestalten der maßgebenden Module / des gesamten
Produktes
Beachtung von Gestaltungsregeln:
• Normen, Vorschriften
• endgültige Werkstoffauswahl
• genaue Berechnung
• Versuchsergebnissen in die Auslegung einbeziehen
• endgültige Festlegung aller notwendigen Einzelheiten wie Abmaße,
Passungen, Toleranzen, Fertigungsverfahren, Stückzahl
• Integration von Zulieferteilen
Maßgebende Hauptfunktionen hinsichtlich der Gesamtgestaltung nach
Abmessung und Anordnung werden zuerst bearbeitet.
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Zeichnungs-SatzEin Zeichnungs-Satz ist die Gesamtheit aller für einen Zweck
zusammengestellten Zeichnungs-Unterlagen.
Quelle: VDI 2211
• bildliche Darstellung des
Gegenstands
• Bemaßungen
• sonstige Darstellungs-
angaben z. B. Schnittlinien
• Werkstoff- und
Qualitätsangaben
• Behandlungsangaben z. B.
Prüfvorschriften
organisatorischer Inhalt
• sachbezogene Angaben,
z. B. Benennungen und
Sachnummern zur
Identifizierung und
Klassifizierung
• zeichnungsbezogene
Angaben, z. B.
Maßstäbe,
Zeichnungsformat,
Erstellungsdatum
Zeichnungsinhalt nach VDI 2211
technologischer Inhalt
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Schema einer Erzeugnisgliederung
E 1
G 1 G 2 G 3
G 11G 31 G 32
G 311
T 1
T 2 T 3
T 5 T 6 T 7 T 8
T 3 T 4
T 6 T 8 T 2
T 5 T 6 T 7 T 8
E: Erzeugnis
G: Gruppe (Baugruppe)
T: Teil (Einzelteil)
Quelle: Pahl, Beitz
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2.2 Produktkonstruktion
2.2.1 Grundlagen der Produktkonstruktion
2.2.2 Kostenbetrachtung
2.2.3 Aktuelle Entwicklungen in der
Konstruktionsmethodik
- Simultaneous Engineering
- integrierte Virtuelle Produktentstehung (iViP)
- Computer Supported Cooperative Work
2.2.4 Moderne Konstruktionswerkzeuge
- Produktdatenmanagement (PDM)
- CAD / CAM / FEM
- DMU, VR
- RP-Techniken
2 Produkt / Produktentwicklung
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Kostenfestlegung und Kostenentstehung in den
Unternehmensbereichen
Entwicklung
Konstruktion
Fertigungs-
vorbereitungFertigung Material-
wirtschaft
Zulieferer
Verwaltung
Vertrieb
~70 %
~5 % ~3 %
~18 %
~7 %~5 %
~28 %
~54 %
~10 %
Ko
ste
n in
%
0
50
100
festgelegte Kosten
z.T. beeinflussbar
entstandene Kosten
n. BMW, H. C. Koch
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Änderungskosten im Produktentstehungsprozess
Entwicklung KonstruktionArbeits-
vorbereitungFertigung Produkt-
gebrauch
Än
deru
ng
sko
ste
n
Quelle: Spur
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Kostengerechte Konstruktion
Allgemeine Regeln zur Kostenminimierung
• Geringe Kompliziertheit, d. h. geringe Zahl der Teile und
Fertigungsoperationen, anstreben.
• Möglichst kleine Baugröße wegen geringer Materialkosten vorsehen, da
diese mit der Größe, meist Durchmesser, überproportional ansteigt.
• Hohe Stückzahl (Losgröße) zur Reduzierung von Einmalkostenanteilen
ermöglichen, z. B. wegen Verteilung von Rüstkosten, aber auch wegen
Einsatzes leistungsfähiger Fertigungsverfahren und Nutzung von
Wiederholeffekten.
• Begrenzte Genauigkeitsanforderungen stellen, d. h. möglichst große
Toleranzen und Rauhigkeitswerte zulassen.
In der Konstruktion sind nur die variablen Kosten relevant, weil diese
direkt in der Konstruktion festgelegt werden.
Quelle: Pahl, Beitz
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Gewicht:
Saugleistung
an der Düse:
Filtervolumen:
Teileanzahl Montage:
Montagezeit:
Abmaße Motor:
Drehzahl Motor:
Fertigungskosten:
alt:
6,6 kg
210 W
3,0 l
39
7,5 min
147 mm /
160 mm
ca. 20.000
U/min
ca. 51 €
neu:
4,2 kg
300 W
3,5 l
17
3,1 min
139 mm /
120 mm
ca. 60.000
U/min
ca. 33 €
Quelle: Bosch und Siemens Hausgeräte GmbH
Kostengerechte Konstruktion am Beispiel eines
Staubsaugers
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Hilfsmittel und Methoden zur Kostenabschätzung
• Konkurrenzanalysen
• Marktanalysen
• WirtschaftlichkeitsrechnungenProduktplanung
Konzept-
erarbeitung
• Bestimmung von Kostenschwerpunkten durch
- Kostenstrukturanalysen
- ABC-Analysen
Entwurf und
Ausarbeitung
• Relativkostenkataloge
• KurzkalkulationsverfahrenBerechnungen
- Gewichtskostenkalkulation
- Materialkostenkalkulation
- Kurzkalkulation über leistungsbestimmende Parameter
- Kurzkalkulation mit Bemessungsgleichungen
- Kurzkalkulation mit Werkstückklassifizierungssystem
- Kurzkalkulation mit statistisch ermittelten
Kostenbeziehungen
Kostenprognosen
- Ähnlichkeitsgesetze
- KostenwachstumsgesetzeQuelle: Spur
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2.2 Produktkonstruktion
2.2.1 Grundlagen der Produktkonstruktion
2.2.2 Kostenbetrachtung
2.2.3 Aktuelle Entwicklungen in der
Konstruktionsmethodik
- Simultaneous Engineering
- integrierte Virtuelle Produktentstehung (iViP)
- Computer Supported Cooperative Work
2.2.4 Moderne Konstruktionswerkzeuge
- Produktdatenmanagement (PDM)
- CAD / CAM / FEM
- DMU, VR
- RP-Techniken
2 Produkt / Produktentwicklung
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Tendenzen der Marktwirtschaft
Verkürzte Produktlebenszyklen Steigende Entwicklungskosten
Produktamortisationszeit nähert
sich der Produktlebenszeit
Steigende Bedeutung des Wettbewerbsfaktors
Zeit in der Produktentwicklung
Quelle: Ochs
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Simultaneous Engineering
Quelle: Ehrlenspiel
Kosten
Kosten-
steigerung
Produkt-
erstellungs-
kosten
Gebrauchs-
kosten
ZeitEntwicklungs-
ende
Produktions-
ende
Zeitverkürzung
Kostensenkung
Produkt-
gesamt-
kosten
(Life Cycle
Cost)
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Merkmale des Simultaneous Engineering
Organisation der Arbeit:
•Arbeiten im SE-Team
•Ablaufplan mit Meilensteinen,
Zwischenrevisionen und
Freigabebesprechung
•Parallelisierung von Produkt-,
Fertigungs- und eventuell
Vertriebsentwicklung
Gestaltung der Arbeit:
•mehr Zeit für Aufgabenklärung
und Konzeptphase auf Kosten
der Realisierung
•Integration von Kunden und
Lieferanten in das SE-Team
Eigenschaftsfrüherkennung
durch virtuelle Produktabbildung
•Einsatz effektiver
Konstruktionswerkzeuge
•Reduzierung der
Besprechungsdokumentation
durch gute Kommunikation
Quelle: Ehrlenspiel
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Ablauf der Produktentwicklung in unstrukturierter
Form H
ers
tellko
ste
n
Entwicklungszeit
Ziel 100% Ist 123%
Ist 137%
Ziel 100%
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Ablauf der Produktentwicklung in unstrukturierter
Form - Optimierung der Kosten durch Iterationsschritte
nach Ehrlenspiel
K: kostenintensive Baugruppen
Iteration
Hers
tellko
ste
n
Entwicklungszeit
Ziel 100% Ist 152%
Ist 116%
Ziel 100%
K
K
K
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Iteration
Hers
tellko
ste
n
Entwicklungszeit
Ziel 100%
Ziel 100%
K
K
K
K: kostenintensive Baugruppen
Reduzierung von Entwicklungszeit und -kosten durch
Strukturierung des Produktentwicklungsablauf nach
Kernbaugruppen und SE
nach Ehrlenspiel
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Tendenzen der Geschwindigkeitsfaktoren beim
KonstruierenG
esch
win
dig
keit
s-
fakto
r
Konv.
Konstruktion
Wissensbasiertes
Anwendungssystem
Konstruktion, aufgebaut auf
geometrischem Modellierer
Anwendungssystem
Konstruktion, aufgebaut auf
geometrischem Modellierer
Basissystem: geometrischer
Modellierer 1
2
3
4
5
6
7
9
8
0 0,5 1Jahre
Quelle: SpurEntwicklungszeit
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Evolution der Produktmodellierung
Quelle: Krause1850 1900 20001950
Evolutionsstufen
Jahr
Geometrie-
modell
Algorithmen
Organisation
Wissensver-arbeitung
Entwurf von
Produkt-
modellierungs-
prozessen
Lebenszyklus-
Produkt-Modell
MethodischeKonstruktion
Werkstatt-orientierte
Konstruktion
Allgemeine
Lehrmethoden
Werkstückzeichnung
Normen-orientierte
Konstruktion
Simulation
Virtuelles Entwickeln
Virtuelle Konstruktion
Rapid Prototyping
Virtuelle Planung
der Fertigung
Prozessketten,
Prozessflüsse
Vollständige digitale
Beschreibung von
Produkten
(Virtuelles Produkt)
VirtuelleProduktentwicklung
RechnerorientierteProduktmodellierung
RechnerunterstützteKonstruktion
Visualisierungz.B. Virtual Reality
Rapid Tooling
Vollständige digitale
Beschreibung von
Produktentwicklungs-prozessen
CAD
VAD
VAD: Virtuality Aided Design
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Virtuelles Produkt
Virtuelles Produkt
DMU - PMU
AbgleichVR-
Visualisierung
DMU-
Modellierer
Simulations-
modelle
Gebrauchs-
simulation
Ergonomie-
simulation
Freiraum-
untersuchung
Montage/
Demontage
Funktions-
simulation
Daten-
organisation
Produkt-
modell
Bestandteile
Anwendungen
Quelle: Krause
DMU: Digital Mock-up
PMU: Physical Mockup
VR: Virtual Reality
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
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integrierte Virtuelle Produktentstehung (iViP)
• Medienbrüche
• Prozessreihe
Gestern
Heute
• Prozesskette
• Konvertierung
der Modelle
• proprietäre
Lösungen
Fertigungs-vorberei-tung
Produkt-konstruk-tion
Produkt-planung
Produkt-erprobung
Engineering Data Management (EDM)/Produktdatenmanagement (PDM)
Produkt-
planung
Produkt-
konstruktion
Produkt-
erprobung
Fertigungs-
vorbereitung
Morgen
• Prozessfluss
• heterogen
• umfassende
Integration
Prozeßmanagement
Fertigungs-vorbereitung
Produkt-konstruktion
Produkt-planung
Produkt-erprobung
EDM/PDM - Engine
iViP-Client
Digitaler Master
Quelle: Krause
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DISTANCE (Telekooperationssysteme in der
Automobilindustrie)
Quelle: R. Schultz
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2.2 Produktkonstruktion
2.2.1 Grundlagen der Produktkonstruktion
2.2.2 Kostenbetrachtung
2.2.3 Aktuelle Entwicklungen in der
Konstruktionsmethodik
- Simultaneous Engineering
- integrierte Virtuelle Produktentstehung (iViP)
- Computer Supported Cooperative Work
2.2.4 Moderne Konstruktionswerkzeuge
- Produktdatenmanagement (PDM)
- CAD / CAM / FEM
- DMU, VR
- RP-Techniken
2 Produkt / Produktentwicklung
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Potentiale des Produktdatenmanagements
Unternehmen-
Übergreifendes
Datenmanagement
Produktdaten-
management
Produkt-
entwicklungs-
plattform
Unterstützung
von Simultaneous
Engineering
Integrations-
plattform für Prozesse,
Systeme und Daten
Life-Cycle-
Modellierung
Unternehmen-
Übergreifendes Work-
flowmanagement
Quelle: Krause
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Komponenten von EDM-Systemen
Engineering Data Management System
anwendungsübergreifende Funktionen
anwendungsbezogene Funktionen
Daten-
modellierung
Änderungs-
management
Varianten und
Versionsmanag.
Kommu-
nikation
Daten-
sicherung
Benutzungs-
verwaltung
Workflow-
management
Archi-
vierung
Zeichungs-
datenmana-
gement
Stücklisten-
management
Klassi-
fizierung
Standard-
und Normteil-
management
....... Arbeitsplandaten-
management
NC-Daten-
mangement
Anwendung 1
CAD 1
Anwendung i
CAP i
Anwendung i+1
CAP i+1
Anwendung n
CAM n
......Anwendung 2
CAD 2
Anwender
Benutzungsoberfläche
V
A
U
L
T
Quelle: Krause
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 36
CAD / CAM - Systeme
Der Einsatz von DV-Systemen für Aufgaben beim Entwickeln und
Konstruieren wird mit CAD (Computer Aided Design) bezeichnet.
Der Einsatz von DV-Systemen
zur technischen Steuerung und
Überwachung der Betriebsmittel
bei der Herstellung von Bauteilen,
Baugruppen usw. wird mit CAM
(Computer Aided Manufacturing)
bezeichnet. Dies bezieht sich auf
die direkte Steuerung von Arbeits-
maschinen, verfahrenstechnischen
Anlagen, Handhabungsgeräten
sowie Transport und Lagersysteme.
Quelle: Ausschuss für wirtschaftliche Fertigung Bild: IBM
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 37
Wichtige Elemente der CAD-Referenzstruktur
1
Organisation
des
Konstruktions-
ablaufs
2
Produkt-
modell
3
Anwendungs-
bezogene
System-
konfiguration
4
Modellierer
5
Analyse
Berechnung
Simulation
6
Aufgaben-
relevantes
Wissen und
Doku-
mentation
7
Benutzungs-
oberfläche und
Benutzerun-
terstützung
8
Integration
Quelle: Spur
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 38
Featuretechnologie
FräsoperationDrehmoment
übertragen
Subvolumen
Formelement
geometr. Gruppen von
Konturen, Flächen,
Volumen, Teilen
Werkstoff
Normen
Semantik
statische und
dynamische Attribute
der Anwendung
Fertigungs-
feature
Feature
Konstruktions-
feature
Quelle: Spur
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CAD / FEM – Systeme und Schnittstellen
CAD-System• 3D-Volumenmodell einer Baugruppe
• Problemaufbereitung
- Herauslösung der Hauptgeometrie
Schnittstelle
FEM – SystemPräprozessor
• Modellübernahme
• Festlegen der Randbedingungen
• Werkstoffkennwerte
Lösung des Gleichungssystems
• Berechnung der Verschiebungen
• Berechnung der Spannungen
Postprozessor
• Darstellung der verformten Struktur
• Darstellung der Spannungsverteilung
Quelle: nach Klein Bilder: IWF
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Modalanalyse mit Hilfe der FEM
• Bestimmung der
Eigenfrequenzen
• Berechnung der
Eigenschwingungs-
formen
• Ermittlung der
Auslenkung
hervorgerufen durch
dynamisch wirkende
Kräfte
• Durchführung von
Schwingungsanalysen
Quelle: IWF
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 41
Einsturz der Tacoma-Narrows Bridge (1940)
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 42
FEM-Simulation einer Aufprallprüfung nach DIN 12415
zur sicherheitsgerechten Auslegung von
Maschinenkapselungen • Projektilmasse:
2,5 kg
• Geschwindigkeit:
v = 40 m/s
• Plattenmaterial:
Makrolon
• max. Dehnung:
ca. 50 %
Quelle: IWF
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 43
Integration von CAD, CAM und Simulationssystemen
NC-Programmierung
Rapid Prototyping
FEM-Berechnungen
Digital Mock-Up
CAD-System
Interaktives
Reparieren
Analyse
Automatisches
Reparieren
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 44
DMU-XPress
• Funktionalität zum Aufbau, der
Modellierung und Analyse von
DMU‘s
• erweitertes Datenmodell mit
einer graphenbasierten
Abbildung von
Nachbarschaften der Bauteile/
Baugruppen
• Simulation von Montage und
Demontage auf Basis eines
prozessorientierten Ansatzes
• Generierung anwender-
spezifischer Sichten mittels
Bauteil- und Attributefilter
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 45
Einsatzfelder von Virtual Reality (VR) im industriellen
Umfeld
Quelle: Bild DaimlerChrysler AG, TAN
• Der Einsatz von Virtual Reality-Werkzeugen erfolgt mit dem primären Ziel,
die Anzahl der zu bauenden physischen Prototypen zu reduzieren.
• vorwiegend zur Evaluierung
von Produktalternativen
oder von Entwicklungs-
zwischenständen
• für Simulationen, z. B.
Strömungsverhalten,
Crash, Ergonomie
• Virtual Reality als Präsentations-
instrument im Marketing
und Vertrieb
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 46
Virtual Reality-Labor am IWF Berlin
• 5-Seiten-Projektion TAN VR-CUBE™
• Seitenlänge je 2,5m
• Lichtstarke DLP-Projektoren der
Fa. Christie
• PC-basiertes Visualisierungssystem
simFusion™ (Evans & Sutherland)
• 10 Imagegeneratoren
• 1 Server
• Ascension Motionstar für Tracking
• aktives Stereoverfahren
Quelle: Krause
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 47
Virtual Clay Modeling (VCM)
• In Analogie zum konventionellen
Modellbau entwickelter Ansatz für
die Rechnerunterstützung im
Styling
• Voxelbasierte Abbildung der
Modelle
• Splinebasierte Werkzeuge
(Flachschaber, Radienschablone,
Templates)
• Modellierung durch Auftragen,
Abtragen von Material
• Adaptive Visualisierung
Quelle: Y. Bock
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 48
• Virtual Clay Modelling (VCM)
• Visualisierung mittels
Responsive Workbench
• stereoskopische Darstellung
mit Shutterbrillen
• Head-Tracking
• direkte Interaktion mittels 3D-
Interaktionsgeräte (Polhemus-
Tracking-System)
Quelle: A. Striepe
Virtual Reality im Styling
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TechnischeUniversitätBerlinFolie 49
Vor- und Nachteile des digitalen Design-Prozesses
Vorteile:
• Die Daten sind mathematisch genau und können
vielseitig eingesetzt werden (Feasibility-
Untersuchung, Simulationen, Animationen, Rapid
Prototyping, Virtual Reality).
• Der Datentransfer weltweit an andere
Abteilungen und Lieferanten ist unkompliziert und
schnell.
• Die Konstruktionsabteilung kann viel früher mit
der Feasibility (Beurteilung) beginnen kürzere
Entwicklungszeiten.
• Der digitale Design-Prozess erlaubt zusätzliche
digitale Modelle und dadurch mehr Auswahl und
Variationsmöglichkeiten, die im Computer
schneller dargestellt werden können.
• Höhere Effizienz, das heißt jeder Designer, der
am Computer entwirft, produziert in der gleichen
Zeit mehr als ein Designer, der nach klassischer
Methode entwirft.
Nachteile:
• Die Beurteilung von digitalen Modellen ist
schwieriger als von konventionellen
Tonmodellen, weil auf dem Bildschirm nur
ein kleiner Maßstab abgebildet wird, zudem
der Kontext und die Informationen aus der
Umgebung fehlen, z. B. alle Licht-/
Schatteneffekte.
• Die für den digitalen Design-Prozess
notwendige Infrastruktur ist teuer und
aufwendig.
• Die Entwicklung eines Designs am
Bildschirm erfolgt weitgehend isoliert, d.h.
der Designer ist dem ständigen Feedback
des Teams entzogen.
• Bis heute steckt der digitale Design-Prozess
noch im Versuchsstadium, verlässliche
Erfahrungswerte über einen längeren
Zeitraum fehlen.
Quelle: Braess, Seifert
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 50
RP-Gussform einer Turbine Durch SLS hergestelltes Modell des PTZ Berlin.
Rapid Prototyping Verfahren
Rapid Prototyping Verfahren:
• Sterolithography
• Selective Laser Sintering
• Layer Laminate Manufacturing
• Fused Deposition Modeling
• Ballistic Particle Modeling
• Three Dimensional Printing
(SL)
(SLS)
(LLM)
(FDM)
(BPM)
(3DP)
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 51
Adaptives Slicen
• Adaptives Slicen
Quelle: Invenio
Erreichen hoher Oberflächengüte
Problem: Treppenstufeneffekt Lösungsansätze:
• Beschichten/
Nachbearbeiten
Konventionelle
Schichterzeugung:
Schichtdicke: 0,1 mm
Bauzeit : ~ 8 h
Schichterzeugung d.
Adaptives Slicen:
0,1 – 0,5 mm
~ 6 h
Bauteilgröße
100 • 70 • 51,4 mm³
Produktionstechnik I VL 4: Produktkonstruktion
Institut fürWerkzeugmaschinenund Fabrikbetrieb
Prof. Dr. h. c. Dr.-Ing. Eckart Uhlmann
TechnischeUniversitätBerlinFolie 52
Literatur
[Bra01] Braess, Hans-Hermann; Seifert, Ulrich: Handbuch Kraftfahrzeugtechnik, Vieweg, 2001.
[Ehr95] Ehrlenspiegel, Klaus: Integrierte Produktentwicklung Methoden für Prozessorganisation, Produkterstellung und Konstruktion,
Hanser Verlag, 1995.
[Eve96] Eversheim, W. (Hrsg.): Produktion und Management >>Betriebshütte<<, Teil 1. Berlin, Heidelberg: Springer
Verlag, 2000.
[Ges86] Geschka, H.; v. Reibnitz, U.: Die Szenariotechnik - ein Instrument der Zukunftsanalyse und der strategischen Planung.
In: Töpfer, A. (Hrsg.) Praxis der Unternehmensplanung. Landsberg am Lech: Verlag moderne Industrie, 1986.
[Gor61] Gordon, W. J.: Synectics: The Development of Creative Capacity. New York: Harper & Row, 1961.
[Hel78] Hellfritz, H.: Innovation via Galeriemethode. Königsstein/TS: Eigenverlag, 1978.
[Keh72] Kehrmann, H.: Die Entwicklung von Produktstrategien: Eine Methode zur Ideefindung und -bewertung auf
der Grundlage des Unternehmenspotentials. Diss. Aachen: TH Aachen, 1972.
[KLE99] Klein, Bernd: FEM Grundlagen und Anwendungen der Finite-Elemente-Methode, Vieweg, 1999.
[Kra87] Kramer, F.: Innovative Produktpolitik. Berlin., Heidelberg: Springer Verlag, 1987.
[Lec00] Lechner, C.; Müller-Stewens, G.: Initiierung des Strategieentwicklungsprozesses. In: Foschiani,S. (Hrsg.) Strategisches
Management im Zeichen von Umbruch und Wandel. Stuttgart, Verlag Schäffer-Poeschel, 2000.
[Opi71] Opitz, H.: Produktplanung - Konstruktion - Arbeitsvorbereitung: Rationalisierungsschwerpunkte bei der
Produktentstehung. Essen: Girardet, 1971.
[Osb57] Osborn, A. F.: Applied Imagination - Principles and Procedures of Creative Thinking. New York: Scribner, 1957.
[Pah93] Pahl,G.; Beitz, W.: Konstruktionslehre - Methoden und Anwendung. Berlin, Heidelberg, New York, Springer Verlag,
1993.
[SPU94] Spur, G.: Fabrikplanung. München, Wien, Hanser Verlag, 1994.
[SPU93 Spur, G.: Fabrikbetrieb, Hanser Verlag, 1993.