Kaiserslautern - Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
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Mit der schnellen Verbreitung der CAx-Techniken in der deutschen Automobilindustrie wächst die Notwendigkeit einer besseren Integration der CAx-Systeme in die Prozeßketten und der Beherrschung der Produktinformationsflüsse. Aufgrund dieser Tatsachen ist in den letzten Jah-ren ein Wandel der CAx-Systemarchitekturen von geschloßenen, monolithischen zu offen inte-grierten Systemen erkennbar. Im folgenden wird dieser Prozeß sowie dessen Implikationen auf die Anwendung und auf die Systemhersteller analysiert. Ausgehend von der Initiative der deutschen Automobilindustrie wurde das Projekt ANICA (Analysis of Interfaces of various CAD/CAM-Systems) gestartet. In diesem Projekt werden die Schnittstellen zu den Systemkernen einiger CAx-Hersteller untersucht und ein Konzept für kooperierende CAx-Systeme in der Automobilindustrie wird entwickelt.
In the past years, development and production processes in many companies have changed in a revolutionary way, leading to new demands in information and CAx technology. The R&D-departments of the German automotive industry installed a working group to develop a common long term CAD/CAM strategy1. A preliminary result is the concept for an open CAx system architecture as a basis for realizing industrial requirements on CAD/ CAM and for the cooperation with system vendors. The project ANICA was started in cooperation with five international CAD/CAM -suppliers in order to show the feasibility of this architecture. The access interfaces of different system kernels are analysed with the aim of developing a concept for a cooperating CAx system network. The concept will be put into practice with a software prototype basing on CORBA and OLE. The communication elements within such an architecture have to go far beyond conventional CAD data. This will lead to an extension of "feature" concepts including CAx functionality and dynamic information about the process chain of a product. The impact on modern concepts for user interfaces, on reverse engineering methods and on product data models will be discussed to finally close the loop to industrial CAx application.
In dieser Arbeit wird die Problematik der sich rapide wandelnden industriellen CAx-Anwendungen betrachtet. Durch die Einfu"hrung der Feature-Technologie scheinen einige Probleme der Parallelisierung der Prozesse, des Simultaneous und des Concurrent Engineering sowie des Outsourcing überwindbar zu sein. Allerdings entwickelte sich die Feature-Technologie bisher ohne ausreichenden Bezug zur Konstruktionspraxis, was zu erheblichen Defiziten im industriellen Einsatz führte. Untersuchungen in der Automobilindustrie (AIFEMInitiative) zeigen, dass dies vielfach auf mangelnde Kommunikation zwischen Konstrukteuren und CAx-Experten zurückgeführt werden kann. Aufgrund des jetzigen Ansatzes der Feature-Technologie im Zusammenwirken mit dem extremen Zeitdruck in der Produktentwicklung besteht aber die Gefahr, die Produktdefinitionsprozesse nur nach den Kriterien Entwicklungszeit, Kosten und Produktqualität zu optimieren. Features dienen dabei nur als speziell angepasste Werkzeuge. Damit wird eine echte Innovation der Produkte behindert. Es wird aufgezeigt, wie die Feature-Technologie erweitert werden muss, um die Kreativität der Konstrukteure zu fördern und somit neuartige Produkte zu ermöglichen. Näher ausgeführt werden die Aspekte der benutzerdefinierten Features, der Datenstandardisierung, der Verarbeitung unvollsta"ndiger Information und der dynamischen Prozessunterstützung.
Ist "Programmieren ganz ohne Code" auch im CAx-Bereich möglich? Die Vielzahl heterogener CAx-Anwendungen und die wachsende Komplexität der Entwicklungsprozesse bedarf neuer Lösun-gen in der CAx-Technik. Ziel dieses Beitrages ist es, die richtungsweisende Rolle der Komponenten-technologie im CAx-Bereich aufzuzeigen. Es werden die Grundlagen der Komponenten sowie die wichtigen Komponentenarchitekturen (ActiveX und Java Beans) vorgestellt. Die Erwartungen der Anwender und der Systemhersteller, die Potentiale und die Auswirkungen dieser Technologie auf die neuen Systeme werden analysiert. Die zur Zeit verfügbaren ersten Ansätze werden präsentiert. Die Rolle der internationalen Standards für die technische Umsetzung und für die Akzeptanz von CAx-Komponentensystemen wird aufgezeigt.
Process Chain in Automotive Industry - Present Day Demands versus Long Term Open CAD/CAM Strategies
(1997)
The automotive industry was a pioneer in using CAD/CAM technology. Now the car manufacturers development process is almost completely done with this technology. Substantial initiative for the standardisation of CAD/CAM technics comes from the automotive industry, as e.g. for neutral CAD data interfaces. The R&D departments of German car manufacturers have founded a working group ii with the aim to develop a common long term CAD/CAM strategy. One important result is the concept of a future CAx iii architecture based on the standard data structure STEP iv . The commitment of the car manufactures to STEP and open system architectures is in contradiction to their attitude towards suppliers and subcontractors: Recently, more and more contractors are contractually bound to use exactly the same CAD system as the orderer. The German car industry tries to find a way out of this contradiction and to improve the co-operation between the companies in short term. Therefore they proposed a "Dual CAD Strategy", i.e. to put improvements in CAD communication into practice which are possible today - even proprietary solutions - and in parallel to invest in strategic concepts to prepare tomorrow's open system landscape.
Fabric reinforced thermoplastic composites, suitable for the production of thin-walled, high
strength structural parts, are available on the market today with various fibre/matrix combinations.
However, further market penetration and series production are inhibited as long as forming
technologies are not well understood. In this thesis, the potential for series production of different
forming technologies is evaluated. Stamp forming is an efficient way to produce parts in
very short cycle times. A limiting factor to part complexibilty is undesired wrinkle formation as
a consequence of insufficient fabric shear. Fabric shear and other important deformations of impregnated
fabrics were examined by means of new test devices. Evidence was found that membrane
tension is the crucial factor to avoid wrinkle formation. New tool concepts and processing
Windows were developed to produce fabric reinforced thermoplastic parts free of wrinkles and
distortions.
Das Problem der Integration heterogener Softwaresysteme stellt sich auch auf dem Gebiet der CAx-Systeme, wie sie in vielfältigen Ausprägungen etwa in der Automobilbranche für die Fahrzeugentwicklung eingesetzt werden. Zunächst werden die heute in diesem Bereich
praktizierten Lösungen und die dabei auftretenden Probleme kurz dargestellt. Danach werden der neue Standard für Produktdaten, STEP, und der Standard für die Interoperabilität heterogener Softwaresysteme, CORBA, sowie einige CORBA-Entwurfsmuster erläutert. Als nächstes wird eine auf diesen beiden Standards basierende CAx-Integrationsarchitektur, die im Projekt ANICA entwickelt wurde, vorgestellt und die prinzipielle Vorgehensweise bei
ihrer Realisierung beschrieben. Daran anschließend wird über eine erste Umsetzung dieser Architektur in die Praxis berichtet. Zum Abschluß wird kurz auf die gewonnenen Erfahrungen eingegangen und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungen gegeben.
Die virtuelle Produktentwicklung in verteilter Umgebung erfordert eine intensive Kommunika-tion zwischen den beteiligten CAx-Systemen. Diese findet bisher in Form des dateibasierten Datenaustausches mit Hilfe von Direktkonvertern oder neutralen Schnittstellen statt. Der Datenaustausch wird hierbei meist in mehreren Iterationsschleifen durchgeführt und ist oft mit Datenverlusten sowie Unterbrechungen der Entwicklungsaktivitäten verbunden. Demgegenüber steht als neuer Ansatz für die Interoperabilität zwischen CAx-Systemen das Konzept eines CAx-Objektbusses auf Basis von CORBA und STEP. Dieser Ansatz ermög-licht eine plattformübergreifende Online-Kopplung heterogener CAx-Systeme. Im Gegensatz zum dateibasierten Datenaustausch ist hierbei ein transparenter Zugriff sowohl auf Daten als auch auf Funktionen der angebundenen Systeme möglich. Dadurch kann die Durchgängigkeit der Produktdaten in der Prozeßkette deutlich erhöht werden. Zur Beurteilung der Praxistauglichkeit wird dieser neue Ansatz dem dateibasierten Daten-austausch am Beispiel virtueller Einbauuntersuchungen gegenübergestellt. Dabei werden für unterschiedliche praxisrelevante Modellgrößen die für die Übertragung von Geometrie und Topologie erforderlichen Zeiten analysiert und verglichen. Weiterhin werden die generellen Vor- und Nachteile der beiden Lösungen dargestellt. Abschließend wird auf die Potentiale des neuen Ansatzes für den Einsatz in anderen Bereichen eingegangen.
Der vorliegende Artikel setzt die Beitragsreihe zur Vorstellung der Ergebnisse der FEMEX fort, die mit der Präsentation einer allgemeinen Feature-Definition in [BWE-96] begonnen wurde. FEMEX (Feature Modelling Experts) ist eine internationale und interdisziplinäre Gruppe von Forschern, Entwicklern und Anwendern aus Universitäten, Forschungsinstituten und Industrie, die sich zum Ziel gesetzt haben, Grundlagen für eine Feature-basierte Produktentwicklung zu erarbeiten. Der Anwender steht dabei im Mittelpunkt der Bemühungen: die Feature-Technologie hat die Aufgabe, ihm Methoden und Werkzeuge an die Hand zu geben, mit denen er in den unterschiedlichen Phasen einer komplexen Prozeßkette effizient arbeiten kann. Vier Arbeitsgruppen wurden gebildet, die sich mit unterschiedlichen Aspekten der Feature-Technologie beschäftigen. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse der Arbeitsgruppe II Feature Modelling Methods and Application Areas" vorgestellt. Ihre Aufgabe ist es, die Modellierungsmethoden und Anwendungsgebiete der Feature-Technologie im Kontext des Produktentwicklungs- prozesses zu untersuchen. Ausgangspunkt für die Arbeiten ist neben den benutzerspezifischen Anforderungen die Feature-Definition der Arbeitsgruppe I [BWE-96]. An dieser Definition ist hervorzuheben, daß Features keine physikalischen Elemente sind und auch keine physikalischen Entsprechungen haben müssen, sondern nur in der Welt der informationstechnischen Modelle existieren. Desweiteren sind die für den Anwender relevanten Eigenschaften der bearbeiteten Objekte, welcher Art sie auch sein mögen (beispielsweise die Funktion des Bauteils), die eigentliche Grundlage der Definition. Keiner Eigenschaft wird von vorneherein eine höhere Priorität gegeben, wodurch die Bauteilgeometrie ihre tragende Rolle bei der Modellierung verliert (bei den meisten der heute angebotenen CAD/CAM-Systemen wird dagegen üblicherweise davon ausgegangen, daß die in einem System verarbeitete Produktgeometrie die Basis für das gesamte Produktmodell darstellt).
Aesthetic Design bzw. Styling ist mehr und mehr ein zentrales Merkmal für den Erfolg von Automobilen auf dem Weltmarkt. Entsprechend den firmenspezifischen Vorstellungen werden diese Eigenschaften der Karosserien in komplexen Abläufen herausgearbeitet. Computer Aided Styling (CAS), Computer Aided Aesthetic Design (CAAD) sind die Werkzeuge zur Schaffung optimaler Karosserieformen. Die Abläufe sind von Unternehmen zu Unternehmen unterschiedlich, haben aber ähnliche Strukturen: es wird die Form der Karosserie erstellt, anschließend wird mit Hilfe geeigneter Werkzeuge die Qualität der Flächen beurteilt. In einem nächsten Schritt werden die Flächen entsprechend dieser Beurteilung wieder verändert. Diese Schleifen werden wiederholt, bis das Ergebnis die Verantwortlichen zufriedenstellt. Im Brite-EuRam-Projekt FIORES von 12 Partnern aus 6 Ländern, mit Automobilunternehmen (BMW, Saab), Design-Firmen (Eiger, Formtech, Pininfarina, Taurus), Systemherstelllern und Forschungsinstituten wird jetzt versucht, Methoden zu entwickeln, die den Design-Ablauf verbessern könnten: Die Bewertungskriterien für ästhetische Flächen sollen formalisiert werden und dann direkt zur Modifikation der Freiformflächen benutzt werden im Sinne einer zielgesteuerten Modellierung (Engineering in Reverse, EiR). Dieser Artikel stellt die Ergebnisse des Projekts innerhalb des ersten Jahres dar: der Design-Prozeß in verschiedenen Unternehmen wird analysiert, die sich daraus ergebenden Beurteilungskriterien für ästhetische Formen werden formalisiert und der zielgesteuerten Modellierung zugeführt. Ausblicke auf weitere Ziele des Projekts werden gegeben. Die vorgestellten Arbeiten sind das gemeinsame Ergebnis des Projekt-Konsortiums.