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Entwerfen Entwickeln Erleben 2016 - Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 30. Juni – 1. Juli 2016
Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2016 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Physical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmethodik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren.
Die Technische Universität Dresden und technischesdesign.org ermöglichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP) und dem Rat für Formgebung die fachübergreifende Diskussion des Schwerpunkt- Themas inmitten der interdisziplinären Dresdner Wissenschaftslandschaft. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (ISBN 978-3-95908-061-3, herausgegeben von Jens Krzywinski et al.) fasst die Beiträge zum Industrial Design zusammen.:Big Data Analytics für die Produktentwicklung
Alfred Katzenbach · Holger Frielingsdorf 15
Das Industrial Internet – Engineering Prozesse und IT-Lösungen
Martin Eigner 25
Nutzbarmachung des Potentials naturfaserbasierter Werkstoffe als Leichtbau- bzw. Konstruktionsmaterial
Timo Kuntzsch · Frank Miletzky 39
Erarbeitung eines Beziehungssystems zur Entwicklung eigenschaftsoptimierter Karosseriekonzepte in Mischbauweise
Jan Hasenpusch · Andreas Hillebrand · Thomas Vietor 51
Faserverbundleichtbau in der Großserie: Chancen und Herausforderungen für den Produktentwickler
Olaf Helms 63
Gestaltung eines alltagstauglichen Hocheffizienz-Konzeptfahrzeugs
Richard Eiletz · Enno Block · Christoph Warkotsch · Klaus Post 73
Entwicklung kompakter, gepulster Elektro-Dipolmagnete für die laserbasierte Protonentherapie
Michael Schürer · Thomas Herrmannsdörfer · Leonhard Karsch · Florian Kroll · Umar Masood · Jörg Pawelke 91
Der Panzer des Helmwasserflohs: Erfolgreiches adaptives Design in der Natur
Hans-Peter Prüfer 97
Anforderungen des Nicht-Elektrischen Explosionsschutzes im Produktentwicklungsprozess
Sabrina Herbst · Frank Engelmann · Karl-Heinrich Grote 113
Begleitung des Entwicklungsprozesses durch einen Generalisten und der „Faktor Mensch“ als Erfolgspotential
Michael Bader · Harald Lang 127
Agile PLM Strategy Development – Methods and Success Factors
Dietmar Trippner · Karsten Theis 143
Quo vadis „Additive Manufacturing“
Heinz Simon Keil 161
ProVIL – Produktentwicklung im virtuellen Ideenlabor
Albert Albers · Nikola Bursac · Benjamin Walter · Carsten Hahn · Jan Schröder 185
Organisatorische Unterstützung der Produktentwicklung mit SysMLModellen
Johannes Kößler · Kristin Paetzold 199
Personal Resource Management (PRM) in der modernen Produktentwicklung
Bettina Schleidt 213
SkiPo – Ein skizzen- und portbasiertes Modell für die Entwicklung von mechanischen Systemen
Martin Grundel · Jutta Abulawi 223
Benutzer- und aufgabenorientiertes virtuelles Modell für die Produktentwicklung
Christian Weber · Heidi Krömker · Stephan Husung · Stephan Hörold · Atif Mahboob · Andreas Liebal 239
Konzept zur internationalen Einführung vernetzter Virtual Obeya-Räume zur standortverteilten Produktentwicklung
Michael Abramovici · Stefan Adwernat · Matthias Neges 253
Innovation in der Orthopädie- und Rehatechnik, 3D-Digitalisierung und CAD/CAM-Nutzung
Thomas Mitzenheim · Christoph Knoch-Weber 265
Nutzerintegration bei der Produktentwicklung am Beispiel der Medizintechnik
Axel Boese · Michael Friebe · Christoph Arens · Fabian Klink · Karl-H. Grote 283
NC-gestützte Fertigung von Bohrschablonen für die dentale Implantation
Daniel Ellmann · Andreas Klar · Philipp Sembdner · Stefan Holtzhausen · Christine Schöne · Ralph Stelzer 293
Optimierung der Schaftkomponente von Kurzschaftendoprothesen mittels Finite-Elemente-Analyse
Claudia Kleinschrodt · Hans-Georg Simank · Bettina Alber-Laukant · Frank Rieg 303
Wissensbasierter Aufbau konstruktions-begleitender Finite-Elemente-Analysen durch ein FEA-Assistenzsystem
Philipp Kestel · Sandro Wartzack 315
Fertigungsrestriktionsmodell zur Unterstützung des algorithmisierten PEP fertigungsgerechter Blechprodukte
Katharina Albrecht · Thiago Weber Martins · Reiner Anderl 331
Prozessgebundene Berechnungs-Baugruppen: Ein Ansatz zur Lösung komplexer Entscheidungs- und Berechnungsabläufe
Denis Polyakov · Willi Gründer 345
Elektronenstrahlschmelzen – ein pulverbettbasiertes additives Fertigungsverfahren
Burghardt Klöden · Alexander Kirchner · Thomas Weißgärber · Bernd Kieback · Michael Süß · Christine Schöne · Ralph Stelzer 359
Produktarchitekturgestaltung unter Berücksichtigung additiver Fertigungsverfahren
Timo Richter · Hagen Watschke · David Inkermann · Thomas Vietor 375
Additive Fertigung von Metallen – Einsatz des LaserCUSING®s im Bereich Automotive
Lisa Pastuschka · Peter Appel 393
Methoden zur Absicherung simulationsgerechter Produktmodelle
René Andrae · Peter Köhler 403
Ein Doppelschneckenextruder zur Materialdosierung in einem Rapid Prototyping-Prozess
Tobias Flath · Jörg Neunzehn · Michael C. Hacker · Hans-Peter Wiesmann · Michaela Schulz-Siegmund · Fritz Peter Schulze 419
Kosteneffiziente Technologien zur geometrischen Datenaufnahme im digitalen Reverse Engineering
Tim Katzwinkel · Bhavinbhai Patel · Alexander Schmid · Walter Schmidt · Justus Siebrecht · Manuel Löwer · Jörg Feldhusen 429
3-D-Oberflächenerfassung- und 3-D-Druck-Potentiale für gerichtsverwertbare kriminaltechnische Untersuchungen
Rainer Schubert · Marcus Mittasch 451
Das FEA-Assistenzsystem – Analyseteil FEdelM
Tobias C. Spruegel · Sandro Wartzack 463
Entwicklung eines Doppelkolbenmotors – Konzept, Simulation und Prüfstandversuche
Pascal Diwisch · Daniel Billenstein · Frank Rieg · Bettina Alber-Laukant 475
Interaktive Initialisierung eines Echtzeit 3D-Trackings für Augmented Reality auf Smart Devices mit Tiefensensoren
Matthias Neges · Jan Luca Siewert 487
Virtuelle und experimentelle Methoden bei der Produktentwicklung einer Handhabungseinheit zur automatisierten Ablage technischer Textilien
Marvin Richrath · Jan Franke · Jan-Hendrik Ohlendorf · Klaus-Dieter Thoben 503
Optimierung von Druckbehältern unterschiedlicher Geometrien und Werkstoffe
Thomas Guthmann · Frank Engelmann 515
Customized Fabrication – Mass Customizing mit 3D-Druck
Frank Lamack 527
Virtual Reality und Augmented Reality als Werkzeug in der Aufstellplanung
Jens Mögel 537
XENOKAT – Biofilter für Xenobiotika in der Ressource Wasser
Anett Werner · Ralf Hauser · Thomas Bley 549
Konzept für ein VR-System zur intuitiven Modellierung durch natürliche Interaktion
Marius Fechter · Sandro Wartzack 561
Ansätze zur Betriebsdauerverlängerung von Suzlon Windkraftanlagen
Jan Brökel 571
Augmented Reality Assistenzsystem mit graphenbasierter Zustandsanalyse für Produkte im Internet der Dinge
Matthias Neges · Mario Wolf · Michael Abramovici 581
Datenqualität in Rapid Prototyping Prozessen
Carsten Haugwitz 597
Erlebbarkeit von Anlagenkomponenten im Kontext Virtuelle Inbetriebnahme in virtuellen Umgebungen
Andreas Geiger · Ingolf Rehfeld · Uwe Rothenburg · Rainer Stark 609
Management von Produktinformationen aus Entwicklungs- und Betriebsphase
Stephan Günter Arndt · Bernhard Saske · Ralph Stelzer 62
Objekte im Netz: Wissenschaftliche Sammlungen im digitalen Wandel
Die digitale Dokumentation von Objekten und ihre virtuelle Verfügbarkeit bieten enorme Chancen für Forschung, Vermittlung und Öffentlichkeitsarbeit. Sie stellen Museen und Universitäten aber auch vor etliche Fragen und Herausforderungen: Mit welchen Zielen und Werkzeugen digitalisieren wir unsere Bestände? Welche Zugänge zu ihnen wollen wir gestatten? In welchem Verhältnis stehen analoge und digitale Objekte? Der Band versammelt Positionen aus Theorie und Praxis, die sich mit der Digitalisierung und Digitalität wissenschaftlicher Sammlungen beschäftigen. Die Beiträger*innen geben Einblicke in aktuelle Ansätze, beleuchten künftige Perspektiven und fragen nach den Folgen einer digitalen Sammlungspraxis
Tagungsband zum 20. Treffen junger WissenschaftlerInnen deutschsprachiger Wasserbauinstitute vom 29. bis 31. August 2018 in Darmstadt
Das Mitteilungsheft fasst die Beiträge zum 20. Treffen junger WissenschaftlerInnen deutschsprachiger Wasserbauinstitute zusammen. Die Tagung fand vom 29. bis 31. August 2018 in Darmstadt statt
Integration elektromechanischer CA-Anwendungssysteme über einem STEP-Produktmodell
Ein Problem der Spezialisierung industriealisierter Wirtschaftsstrukturen in einzelne Leistungserbringer ist die Kommunikation zwischen Anbietern und Nachfragern von Gütern und Dienstleistungen. Dies gilt sowohl zwischen kooperierenden Unternehmen als auch innerhalb eines Unternehmens zwischen unterschiedlichen Abteilungen. Durch die Nutzung rechnergestützter Hilfsmittel wird diese Kommunikationsproblematik nicht gelöst, sondern auf eine neue Stufe gehoben.
Während die rechnergestützte Bearbeitung administrativer Unternehmensvorgänge oftmals zentralistisch organisiert und über Datenbanklösungen integriert wurde um Kommunikationsvorgänge zu minimieren, ließen sich technische EDV-Systeme bisher weder effizient koppeln noch zentral oder verteilt integrieren. Grund hierfür sind hochspezialisierte interne Datenstrukturen technischer Anwendungssysteme die allgemeingültigen Modellen wenig zugänglich waren.
Mit der unter der ISO definierten Norm ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data) wird ein einheitliches Modell für produktbeschreibende Informationen geschaffen. Über die Modellbildung hinaus wird jedoch sogar eine Referenzarchitektur für die Entwicklung von Anwendungs- und Implementierungsmodellen bereitgestellt. Dabei stellt die Modellierungssprache EXPRESS fundamentalen Kern der Architektur von STEP dar.
Die Entwicklung von Werkzeugen zur Unterstützung der Implementierung der einzelnen Teile der Norm ISO-10303 stellt ein Ergebnis der geleisteten Arbeit dar. Insbesondere die Verarbeitung der Modellierungssprache EXPRESS, in der sowohl Anwendermodelle, Referenzmodelle sowie Metamodelle der Implementierungsprinzipien beschrieben werden, wurde effizient unterstützt. In der Arbeit wird auf ein flexibles Implementierungswerkzeug für jegliche in EXPRESS definierte Modelle gesetzt. Die Nutzung beliebiger EXPRESS-Modelle als Basis von Implementierungen wird dadurch möglich.
Die vier in der Norm ISO-10303 diskutierten und teilweise genormten Implementierungsmethoden Austauschdatei, Datenbasis mit Zugriffsschnittstelle SDAI (Standard Data Access Interface), Hauptspeicherstruktur und Wissensbasis wurden prototypisch in der Arbeit realisiert. In die noch laufenden Normierungstätigkeiten konnten dadurch wertvolle Spezifikationshinweise eingebracht werden.
Während zu Beginn der Entwicklung von STEP primär die Definition von Datenmodelle und daraus abgeleitet, Dateiformate zum Austausch von Produktinformationen im Vordergrund stand, stellt im weiteren Verlauf der STEP-Entwicklung die koordinierte Verwaltung von Produktinformationen einen Schwerpunkt dar. Die in Datenbanksystemen vorhandenen Fähigkeiten zur Datenverwaltung stellen einen Ansatz zur Realisierung von Produktdatenbanken dar. Die in STEP definierten Produktmodelle können dabei als Datenbankschemata benutzt werden.
Die heute in industriellen Umgebungen eingesetzten Datenbankprinzipien der relationalen und objektorientierten Datenbanksysteme werden hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit als Basissysteme für STEP-Produktdatenbanken untersucht und für ein Datenbanksystem, das eine spezielle Erweiterung des relationalen Modells darstellt, eine Implementierung einer STEP-Datenbank vorgenommen.
Die primären Anwendungsprobleme, für die mit Hilfe von STEP Austauschszenarien bewältigt werden können, sind im Bereich des Datenaustausches zwischen CAD/CAE- Systemen zu finden. Besonders CAD-Systeme, die die Repräsentation dreidimensionaler technischer Objekte ermöglichen, profitieren von der ausdrucksstarken Modellbildung der STEP Geometrie-Partialmodelle. Für leistungsfähige geometrische Modellierwerkzeuge wurde ein Datenaustauschszenario skizziert und mit Hilfe von realisierten STEP-Pre- und Postprozessoren unterstützt.
Der Integrationsaspekt von zukünftigen, unternehmensweiten CAD/CAE-Anwendungssystemen wird durch die Fähigkeit dieser Anwendungen bestimmt, STEP-konforme Daten aus Datenbasen zu entnehmen und für diese bereitzustellen. Während neu zu realisierende Anwendungssysteme zur Verwaltung von Produktdaten eine SDAI-Schnittstelle als integralen Bestandteil realisieren können, sind vorhandene Systeme mit Schnittstellen zu einem SDAI auszurüsten. Der geometrische Modellierer Acis wurde mit einem derartigen Interface versehen, um eine Integration von CAD-Anwendungssystemen die auf diesem Modellierer beruhen, auf STEP/SDAI-basierten Datenbasen zu ermöglichen. Die Probleme der langer Transaktionen stellen in diesem Zusammenhang neue Anforderungen Datenbankmanagementsysteme.
Die Bearbeitung von STEP-basierten Problemlösungen kann aus einer anwendungsfreien und einer anwendungsorientierten Sicht vorgenommen werden. Während Werkzeuge, die zur Unterstützung der Implementierung von Anwendungssystemen aus EXPRESS-Modellen heraus dienen, zunächst anwendungsfrei gehalten werden können, muß ein STEP-basiertes Anwendungssystem die Anforderungen, die aus dem Anwendungsreferenzmodell eines STEP-Anwendungsprotokolls stammen, inhaltlich berücksichtigen. Die aus der Entwicklungsmethodik für STEP-Anwendungsprotokolle abgeleitete problematische Beziehung zwischen Anwendungsmodell und Referenzmodell wurde kritisch hinterfragt und neue Lösungsansätze vorgestellt.
Spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger stellen ein Beispiel eines mechatronischen Produktes in einer neuen Produkt- und Produktionstechnologie dar. Das Defizit von Entwicklungswerkzeugen für die Produkt- und Produktionsgestaltung dieser Produkttechnologie ist vor allem durch fehlende und in den existierenden CAD/CAE-Systemen nur ineffizient realisierbare Modellbildung für derartige Produkte begründet. Das STEP-Anwendungsprotokoll 210 stellt einen akzeptablen Ansatz für eine integrierte elektromechanische Modellbildung bereit. Die in elektronisch oder mechanisch orientierten Systemen fehlenden Entwurfsfunktionen 3D-Layout und 3D-Entflechtung wurden auf einem geometrischen Modellierer realisiert. Der Prototyp wurde als integraler Bestandteil eines STEP-Anwendungssystems konzipiert und realisiert. Mit einem Anwendungsbeispiel konnte die prinzipielle Tragfähigkeit des integrierten Ansatzes nachgewiesen werden.One problem with the specialization of industrialized economic structures in individual service providers is the communication between suppliers and consumers of goods and services. This applies both between cooperating companies and within a company between different departments. By using computer-assisted aids, this communication problem is not solved, but raised to a new level.
While the computer-assisted processing of administrative company processes was often organized centrally and integrated via database solutions to minimize communication processes, technical EDP systems have so far been neither efficiently coupled nor integrated centrally or distributed. The reason for this is highly specialized internal data structures of technical application systems that were generally inaccessible to models.
The ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data), defined under the ISO, creates a uniform model for product descriptive information. In addition to modeling, however, a reference architecture for the development of application and implementation models is also provided. The modeling language EXPRESS represents the fundamental core of the architecture of STEP.
The development of tools to support the implementation of the individual parts of the ISO-10303 standard is a result of the work done. In particular, the processing of the modeling language EXPRESS, in which both user models, reference models and metamodels of the implementation principles are described, was efficiently supported. The work is based on a flexible implementation tool for any models defined in EXPRESS. This makes it possible to use any EXPRESS models as the basis of implementations.
The four implementation methods exchange file, database with SDAI (Standard Data Access Interface), main memory structure and knowledge base, discussed and partially standardized in the ISO-10303 standard, were implemented prototypically in the work. As a result, valuable specification notes could be included in the ongoing standardization activities.
At the beginning of the development of STEP, the primary focus was on the definition of data models and, derived from them, file formats for the exchange of product information. In the further course of STEP development, the coordinated administration of product information will be a focal point is an approach to the realization of product databases. The product models defined in STEP can be used as database schemes.
The database principles of relational and object-oriented database systems used today in industrial environments are examined with regard to their usability as basic systems for STEP product databases and an implementation of a STEP database is carried out for a database system that represents a special extension of the relational model.
The primary application problems for which STEP exchange scenarios can be dealt with can be found in the area of data exchange between CAD / CAE systems. CAD systems in particular, which enable the representation of three-dimensional technical objects, benefit from the expressive modeling of the STEP geometry partial models. A data exchange scenario was outlined for high-performance geometric modeling tools and supported with the help of implemented STEP pre- and postprocessors.
The integration aspect of future, company-wide CAD / CAE application systems is determined by the ability of these applications to extract STEP-compliant data from databases and make them available for them. While newly implemented application systems for managing product data can implement an SDAI interface as an integral part, existing systems must be equipped with interfaces to an SDAI. The geometric modeler Acis was provided with such an interface to enable the integration of CAD application systems based on this modeler on STEP / SDAI-based databases. The problems of long transactions place new demands on database management systems in this context.
STEP-based problem solutions can be processed from an application-free and an application-oriented perspective. While tools used to support the implementation of application systems from EXPRESS models can initially be kept application-free, a STEP-based application system must take into account the content of the requirements that come from the application reference model of a STEP application protocol.
The problematic relationship between the application model and the reference model derived from the development methodology for STEP application protocols was critically examined and new solutions were presented.
Injection molded three-dimensional circuit carriers represent an example of a mechatronic product in a new product and production technology. The deficit of development tools for the product and production design of this product technology is mainly inefficient due to the lack of and in the existing CAD / CAE systems feasible model formation for such products justified. The STEP application protocol 210 provides an acceptable approach for integrated electromechanical modeling. The design functions 3D layout and 3D unbundling, which are missing in electronically or mechanically oriented systems, were realized on a geometric modeler. The prototype was designed and implemented as an integral part of a STEP application system. An application example was used to demonstrate the basic sustainability of the integrated approach
Arbeit in der digitalisierten Welt
Das vorliegende Open-Access-Buch umfasst Beiträge aus 29 Verbundvorhaben sowie dem begleitenden Verbundprojekt „TransWork“. Im Rahmen des Förderschwerpunkts „Arbeit in der digitalisierten Welt“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung wurden in den Projekten Entwicklungen im Transformationsprozess der Arbeitswelt analysiert, Lösungsansätze entwickelt und diese wissenschaftlich begleitet. In den Beiträgen werden Einblicke in die erarbeiteten Erkenntnisse und entwickelten Konzepte der Projekte gegeben. Hieraus lassen sich für Akteure aus Politik und Wirtschaft Handlungsempfehlungen ableiten und es ergeben sich neue Forschungsimpulse für die Wissenschaft