Integriertes Werkstückinformationsmodell zur Ausprägung werkstückindividueller Fertigungszustände

Durch die Digitalisierung und die Vernetzung der Fertigung werden Werkstücke zu Informationsträgern. In der Vision der werkstückgetriebenen Fertigung steuern sie eigenständig ihre individuelle Herstellung. Das durchgängige Engineering dieser Werkstücke erfordert die Entwicklung leistungsfähiger Methoden und Werkzeuge. Insbesondere die durchgängige Informationsverarbeitung in den CAx-Prozessketten von der Produktentwicklung bis in die Fertigung wird derzeit nicht ausreichend sichergestellt. Ein durchgängig nutzbares, digitales Informationsmodell zur Ausprägung von werkstückindividuellen Fertigungszuständen in der Fertigung existiert bislang nicht. Das entwickelte Konzept stellt eine Vorgehensweise vor, um diese Lücke in der CAx-Prozesskette zu schließen. Es spezifiziert dazu die digitale Repräsentation des integrierten Werkstückinformationsmodells, welches die geplanten mit den realisierten Fertigungszuständen über webbasierte Ansätze verknüpft. Merkmale und Verhalten werden dazu in der digitalen Repräsentation des 3D-Produktmodells durch semantische Annotationen gekennzeichnet und im Ablaufarbeitsplan zu definierten Fertigungszuständen abgeleitet. Die daraus entstehende Werkstückschablone bildet die informationstechnischen Vorgaben für die Ausprägung werkstückindividueller Fertigungszustände. Während der Fertigung werden dann die Informationen zum realisierten, individuellen Fertigungszustand eines einzelnen Werkstücks in der Werkstückschablone erfasst und webbasiert mit den Produktdaten abgeglichen. Die Auswertung der Werkstückschablone stellt dem Werker in der Fertigung eine Entscheidungsgrundlage bereit, um die Herstellungsprozesse werkstückindividuell im Sinne der werkstückgetriebenen Fertigung zu steuern. Die Tragfähigkeit des Konzepts wurde anhand eines repräsentativen Anwendungsbeispiels erfolgreich nachgewiesen. Das dazu prototypisch implementierte Assistenzsystem APIZ vernetzt über REST-konforme Webdienste Werkstücke als Informationsträger mit dem 3D-CAD-Autorensystem NX

VR-Informationssystem zur Bestimmung der benutzerorientierten Anforderungen für VR-Systeme im Kontext der virtuellen Produktentwicklung

Neue technologische Softwaresysteme müssen nutzerorientiert, profitabel, flexibel und gleichzeitig performant entwickelt werden. Durch den rasanten Fortschritt innovativer Technologien führt dies oftmals zu einem Defizit im Informations- oder Kommunikationsfluss zwischen beteiligten Stakeholdern. Im Kontext von Virtual Reality (VR)-Anwendungen kommt erschwerend hinzu, dass diese innovative Technologie und deren Funktionsumfang noch unzureichend beschrieben ist. Dies führt einerseits dazu, dass VR-KundInnen ihre Wünsche und Visionen bezüglich eines VR-Systems nicht entsprechend der aktuellen technischen Möglichkeiten ausrichten und formulieren können. Andererseits haben VR-EntwicklerInnen die Herausforderungen, kunden-orientiert zu konzipieren und zu kommunizieren und dabei das volle Potenzial auszuschöpfen, das mit VR-Technologien erbracht werden kann. Es fehlt an einem strukturierten Hilfsmittel, mit dem VR-KundInnen sowohl bei einer ersten Konfiguration eines gewünschten VR-Systems assistiert werden und relevante Informationen bereitgestellt bekommen als auch VR-EntwicklerInnen eine Übersicht für eine optimale Erstgesprächsvorbereitung sowie eine unmittelbare Entscheidungsgrundlage für eine Auftragsannahme erhalten. Das Ziel dieser Arbeit besteht in der Unterstützung des frühzeitigen Informationsaustausches zwischen VR-KundInnen und VR-EntwicklerInnen. Hierzu erfolgt die Entwicklung eines VR-Informationssystems, dessen Einsatz der VR-Systemrealisierung vorgelagert ist und das gewünschte VR-System spezifiziert. Durch die Bereitstellung aller VR-Spezifikationen und zugehöriger Metainformationen soll es VR-KundInnen möglich sein, Wissen über VR zu erwerben, ein gewünschtes VR-System zu konfigurieren und Schwerpunkte zu priorisieren. VR-EntwicklerInnen sollen im Sinne einer kundenorientierten VR-Systementwicklung das volle Potenzial von VR ausschöpfen können und im gesamten Softwareentwicklungsprozess unterstützt werden. Dabei wird der Rahmen des VR-Informationssystems auf den Einsatz von VR in der Produktentwicklung begrenzt.New technological software systems shall be developed in a user-oriented, profitable, flexible and, at the same time, in a high-performance manner. However, due to the rapid progress of innovative technologies, this often leads to a deficit in the information flow or the communication between the stakeholders involved in the early development. In the context of Virtual Reality (VR) applications, an additional challenge is that these innovative technologies and their range of functions are yet described insufficiently. On the one hand, this means that VR customers cannot streamline and formulate their wishes and visions from the VR system keeping in view the current technical possibilities. On the other hand, VR developers face the challenge of designing and communicating in a customer-oriented manner and thereby exploiting the full potential that can be offered from VR technologies. Currently, there is no structured tool available with which VR customers can be assisted with the initial configuration of the desired VR system and the acquisition of relevant information as well as the VR developers can be assisted with an overview for optimal preparation for an initial meeting and an immediate basis for decision making about accepting a development order. The goal of this work is to support the early exchange of information between VR customers and VR developers. For this purpose, a VR information system is developed with upstream use in the VR system implementation and it specifies the desired VR system. By providing all VR specifications and associated meta-information, VR customers shall be able to acquire knowledge about VR, configure the desired VR system and prioritize areas of focus. VR developers should be able to exploit the full potential of VR to develop a customer-oriented VR system and be supported in the entire software development process. The scope of the developed VR information system is limited to the use of VR in product development

A system-technical method for the safeguarding of simulations during the design process

Inhalt dieser Arbeit ist die Definition einer Methodik zur Entwicklung von Unterstützungs-systemen zur Absicherung konstruktionsbegleitender Simulationen in CAD-Systemen. Der Fokus der Vorgehensweise liegt auf der systemtechnischen Umsetzung im Sinne der modell-basierten Systementwicklung (MBSE). Die Methode teilt sich auf in die Erstellung einer Wis-sensbasis, die Systementwicklung mittels der System Modeling Language (SysML) und die Implementierung ins CAD-System. Mit diesem Leitfaden soll gerade im Bereich der Formalisierung und der Implementierung von KBE-Systemen der Entwickler solcher Systeme bei der Kommunikation im Team und der Implementierung unterstützt werden. Zur Qualifizierung werden praktische Beispiele gezeigt, wie unterschiedliche KBE-Techniken aus einem neutralen Systemmodell abgeleitet werden können. Die Validierung erfolgt an einem aktuellen Forschungsprojekt aus dem Bereich der spritzgussgerechten Konstruktion.Content of this thesis is the definition of a method for the development of support systems to safeguard simulations during the design process in CAD systems. The focus of the proce-dure is on the technical implementation in terms of model-based system development (MBSE). The method is divided into creating a knowledge base, system development using the System Modeling Language (SysML) and implementation into the CAD system. This guide is intended to support the developers of such systems in team communication and implementation, especially in the area of formalization and implementation of KBE systems. For qualification, practical examples of how different KBE techniques can be derived from a neutral system model are shown. The validation is carried out at a current research project in the field of injection-moulded part design

CAD-Methodik zur Produktivitätssteigerung in der Prozesskette Konstruktion-Fertigung

Danksagung Für die wissenschaftliche und methodische Unterstützung während meiner gesamten Zeit als wissenschaftliche Mitarbeiter und Doktorand am Lehrstuhl für Rechnereinsatz in der Konstruktion gilt mein Dank meinem Doktorvater Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Math. Peter Köhler sowie allen Lehrstuhlkollegen, vor allem jedoch Dr.‐Ing. Alexander Martha, Thivakar Manoharan M. Sc., Phil Hungenberg M. Sc. und René Andrae M. Sc. Unstrittig ist, dass der Konstrukteur für die anforderungsgerechte Produktauslegung und Produkt-gestaltung verantwortlich ist und damit maßgeblich die Qualität und die Herstellkosten beeinflusst. Die Kompliziertheit und Komplexität der Konstruktionslösungen verhindert häufig eine angemessene Sichtweise auf die Herstellkosten bzw. auf Alternativen zur Herstellung eines Produktes. Die Kosten entstehen zumeist erst, wenn das Produkt durch die Fertigungsabteilung realisiert wird. Um dieser großen Kostenverantwortung der Konstruktion besser gerecht werden zu können, wird im Rahmen der Dissertation die technische Produktivität in der Prozesskette Konstruktion-Fertigung, welche sich über die Begriffe Effektivität und Effizienz ausdrücken lässt, betrachtet. Es werden Antworten auf die Fragen formuliert: Was kann getan werden, um die Produktivitätssteigerung in der heutigen Prozesskette Konstruktion-Fertigung zu erreichen? Bei der Beantwortung dieser Frage werden CAD-Methoden vorgestellt, welche die Einbeziehung des Fertigungswissens in ein möglichst frühes Stadium des Entwicklungs- und Konstruktionsprozesses ermöglichen. Anhand von ausgewählten Problemfeldern für Bohr-, Dreh- und Fräsprozesse werden Lösungen zum zerspanungsorientierten Geometrieaufbau und der Fertigbarkeitsanalyse der 3D-CAD-Modelle aufgezeigt. Durch die Implementierung der Methoden und die Entwicklung einer spe-ziellen, zerspanungsorientierten Umgebung im 3D-CAD-System wird dem Konstrukteur die Möglichkeit gegeben, den Produktmodellierungsprozess an Konstruktionsrichtlinien und projektspezifischen fertigungstechnischen und wirtschaftlichen Randbedingungen zu orientieren. Durch den Einsatz spezieller Methoden der wissensbasierten Konstruktion (KBE) und angepasster Web-Techniken (Webservice) werden die in einem fertigungsorientierten Form-Feature gebündelten, geometrischen Informationen um weitere technologische Parameter, wie Werkzeuge, Werkzeugparameter, Verfahrwege und notwendige Fertigungsvorgänge (wie z. B. Schruppen und Schlichten) ergänzt. Für komplexere Geometrieausprägungen werden flächenbasierte Modellierungsmethoden zur Gestaltung räumlicher und fertigungskonformer Werkzeugbewegungshüllen bereitgestellt. Diese insgesamt höherwertigen, fertigungsorientierten Features stellen die Basis für die konstruktionsbegleitende Kostenabschätzung und die CAD-CAM-Kopplung dar. Dabei werden die fertigungsrelevanten Daten und Informationen in der CAM-Umgebung extrahiert, sodass für jeden Fertigungsschritt die dafür benötigten Fertigungsoperationen auf einfache Weise abgeleitet werden können. Somit ergibt sich letztlich eine durchgängige Prozesskette zwischen der Konstruktion und Fertigung, welche auch die Qualität von CAD-CAM-Kopplungen erhöhen kann.It is indisputable that a design engineer is responsible for the requirement-driven functional and geometrical design of new products and that through this responsibility, has a significant impact on the associated quality and manufacturing costs. The complexity of the design solutions often prohibits an adequate assessment of the production costs and can make it difficult to consider alternative manufacturing methods. The manufacturing costs normally emerge only once the product is phased into production. In order to allow the design engineer to better fulfill this responsibility for product costs, this dissertation considers the technical productivity (expressed with the terms effectivity and efficiency) of the process chain between the design engineering and production departments. There are answers to the questions formulated: What can be done to achieve an improvement in the current process-chain between the design engineering and production departments? In answering this question, CAD methods will be introduced which allow the inclusion of production knowledge into the earliest possible stages of the design and development process. Considering selected problem fields in the drilling, turning and milling processes, solutions for creating geometry through machining methods and for analyzing the producibility of 3D CAD models will be presented. Through the implementation of the methods and the development of a special machining-focused environment in the 3D CAD system, the design engineer will be given the ability to align the product modeling process with design guidelines and project-specific manufacturing and economic constraints. By using special methods of knowledge-based design engineering (KBE) and adapted web technologies (Webservice), the geometric information which is bundled in a production-focused form feature will be supplemented with additional technological parameters, such as tools, tool parameters, tool paths and necessary manufacturing operations (e.g. roughing and finishing). For more complex geometrical features, surface-based modeling methods for the design of three-dimensional and production compliant tool-movement envelopes will be provided. These increased-value, production-oriented features are the basis for the cost-estimation in the design phase and for the coupling of the CAD and CAM environments. As a result, the manufacturing-relevant data and information will be extracted by the CAM environment so that the production operations for each step can be determined in a simple manner. This approach results in a complete chain between the design engineering and production departments and can improve the quality of the CAD-CAM information exchange