Jahresbericht Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion. Technische Universität Darmstadt

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1 Jahresbericht 2006 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Technische Universität Darmstadt

2 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis...2 Vorwort...6 Lehrangebot im Grundstudium...10 Grundlagen der elektronischen Datenverarbeitung...11 Programmiersprachen und Techniken...12 Einführung in das rechnergestüzte Konstruieren (CAD)...13 Lehrangebot im Hauptstudium...14 Produktdatentechnologie A CAD Systeme u. Cax Prozessketten...15 Produktdatentechnologie B - Produktdatenmanagement..18 Produktdatentechnologie C Produkt u. Prozessmodellierung...19 Tutorium - Advanced CAx Freiformflächen modellieren mit UG NX Tutorium Advanced CAx - CatiaV Tutorium Advanced CAx Prozesskette CAD - FEM...23 Tutorium Collaborative Engineering - Windchill...25 Grundlagen CAD/CAE...26 ADP - Rechnerunterstützte Entwicklung ergonomie- und designorientierter Produkte...29 ADP - Collaborative Engineering - UG NX DiK Statistik Lehre Forschung...31 Super Light Car (SLC) - EU-Forschungsprojekt Sustainable Production Technologies of Emission Reduced Light-weight car concepts...34 Sonderforschungsbereich Integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung - Entwicklung, Fertigung,Bewertung...36 Teilprojekt A4 - Entwicklung von Methoden und Werkzeugen neuer Modellierungsverfahren für das Spaltprofilieren und -biegen...38 ProSTEP IViP e.v. Projektgruppe SIM PDM...40 Transferbereich 55 C5 - Lifecycle Design auf Basis von Standardsoftwaresystemen...42 Global Engineering Excellence Initative (GEE)...44 ProSTEP ivip e.v. Projektgruppe CPV...46 Verteilter recnherunterstützter Produktentstehungsprozess...49

3 Veröffentlichungen...87 Dissertationen...89 Mitarbeiter

4 Index Index...4 Preface...52 Courses offered in basic course...54 Basics of Data Processing...55 Programming languages and techniques...56 Introduction to Computer Aided Design (CAD)...57 Courses offered in the main course...58 Product Data Technology A - CAD systems and Cax process series...59 Product Data Technology B- Product Data Management...61 Product Data Technology C - Product and Process Modeling...62 Advanced Cax - Tutorial on Freeform Modelling with UG NX Advanced Cax - Tutorial with Catia V Advanced Cax - Process Chain CAD - FEM...66 Tutorial - Collaborative Engineering - Windchill...67 Introduction to CAD / CAE...68 ADP Computer Aided development of Ergonomic and Design oriented Products...69 ADP - Collaborative Engineering with UG NX DiK Statistics Study Research...73 Super Light Car - EU-Research Project Sustainable Production Technologies of Emission Reduced Light-weight Car Concepts (SLC)...74 Collaborative Research Center 666 Integral Sheet Metal Design with Higher Order Bifurcations -(Design, Manufacturing, Evaluation)...76 Subproject A4: Development of modeling techniques for Linear Flow Splitting and Linear Flow Bending...77 ProSTEP ivip e.v. Association - Project Group SIM PDM...79 Transfer-Unit 55 C5 Life Cycle Design based on E-Business Solutions...80 Global Engineering Excellence Initiative (GEE)...82 ProSTEP ivip Association Project Group CPV...84 Distributed computer supported Product Development Process...86

5 Publications...87 Doctor Theses...89 Staff

6 Vorwort Das Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) ist eines von 27 Fachgebieten des Fachbereichs Maschinenbau (FB 16) der Technischen Universität Darmstadt. Das Berichtsjahr 2006 war ein sehr erfolgreiches Jahr, aber auch ein sehr herausforderndes Jahr. Mein Dank gilt deshalb allen meinen Mitarbeitern für die überaus erfolgreiche Zusammenarbeit sowie für die fruchtbare und motivierende Arbeitsatmosphäre. Dem Präsidium der Technischen Universität Darmstadt, meiner Kollegin und meinen Kollegen des Fachbereichs Maschinenbau danke ich für ihre vielfältige Unterstützung. Ebenso möchte ich mich beim Dekanat des Fachbereichs und der Verwaltung der Technischen Universität Darmstadt für ihre Unterstützung bedanken. Das Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion leistet seinen Beitrag in der universitären Lehre und Forschung auf dem Gebiet der Informationsverarbeitung im Maschinenbau. Die Aktivitäten des DiK werden durch seine Aufgabenbereiche in der Lehre im Grund- und Hauptstudium und der grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung repräsentiert. In der universitären Lehre wurden durch das DiK wieder sehr viele Studierende ausgebildet. Im Grundstudium bzw. im Bachelorprogramm wurden 1181 Prüfungen in den Fächern Grundlagen der elektronischen Datenverarbeitung und Einführung in das rechnerunterstützte Konstruieren (CAD) abgenommen. Im Hauptstudium bzw. im Masterprogramm fanden 370 Prüfungen statt. Im Jahr 2006 wurden auch neue Initiativen für innovative Forschungsthemen in den vier Kompetenzbereichen Methoden zur Informationsmodellierung, Virtuelle Produktentwicklung, Verteiltes und kooperatives Arbeiten und CAx-Labor gestartet.

7 Der Kompetenzbereich Methoden zur Informationsmodellierung entwickelt objektorientierte Verfahren und Werkzeuge zur Informationsmodellierung. Die Schwerpunkte liegen in der Entwicklung von Produktmodellen wie z. B. die der internationalen Norm ISO (STEP) aber auch in der Evaluierung neuer Modellierungstechniken wie beispielsweise UML (Unified Modeling Language). Im Kompetenzbereich Virtuelle Produktentwicklung werden digitale Produktentwicklungs- und Produktionsplanungsmethoden erforscht. Ziel ist es, einmal beschriebene Produktdaten durchgängig in Prozessketten weiter zu verarbeiten (CAX-Prozessketten). Dabei werden Lösungen zur Verwaltung (Produktdatenmanagement-Systeme), zur Visualisierung (Virtual Reality Techniken) und zur Steuerung (Workflow Management) der Produktdaten entwickelt. Ein Schwerpunkt liegt in der Erforschung und Anwendung von Featurebasierten, parametrischen und wissensbasierten 3D- CAD-Systemen für die interdisziplinäre Entwicklung von Produkten. Im Forschungsbereich Verteiltes und kooperatives Arbeiten wird untersucht, wie sich Produktentwicklungsprozesse örtlich und zeitlich verteilen lassen. Im Mittelpunkt der Forschung steht dabei die Verteilung von Produktentwicklungsaufgaben über Ländergrenzen und Zeitzonen hinweg sowie die Untersuchung der damit verbundenen Informationsflüsse und notwendigen Basistechnologien, wie beispielsweise XML (Extensible Markup Language). Weiterentwickelt wurde unser CAx-Labor, in dem nun neue, rechnerunterstützte Methoden zum Produktdesign erforscht werden. In diesem Zusammenhang spielt das Wechselspiel zwischen digitalem Produktdesign und realen Entwürfen, insbesondere realen Prototypen eine zentrale Rolle. Das Jahr 2006 war ein überaus erfolgreiches Jahr. In der Lehre wie auch in der Forschung wurden die angestrebten Ziele und Meilensteine mehr als erreicht.

8 Die wichtigsten Ereignisse waren der Zuschlag zum Graduiertenkolleg Topologie der Technik, der erfolgreiche Abschluss des Projektes Global Engineering Excellence sowie die Spende von 160 3D-CAD Arbeitsplätzen durch die Firma Adam Opel GmbH sowie die Spende von 10 3D-CAD Arbeitsplätzen durch die Firma Hewlett-Packard im Rahmen der PACE-Partnerschaft (Partners for the Advancement of Collaborative Engineering). Im Jahr 2006 wurde im Rahmen der PACE Partnerschaft wieder ein Advanced Design Project mit den amerikanischen Universitäten Virginia Tech und Howard University, der mexikanischen Universität ITSEM (Monterrey) sowie der Jiao Tong University (Shanghai) erfolgreich durchgeführt, bei der Vorlesungen über die Videokonferenztechnik life von und nach USA, Mexiko und China übertragen wurden. Ganz besonders freuen wir uns, dass wir im Jahr 2006 wieder den Wanderpokal für den Sieg beim TUD-Marathonlauf gewonnen haben. Persönlich hat mich auch besonders bewegt, dass ich von UNIMEP (Piracicaba, Brasilien) mt einer Gastprofessur geehrt wurde und dass ich zum Mitglied der Akademie der Wissenschaft und der Literatur in Mainz gewählt wurde. Besonders hervorheben möchte ich selbstverständlich auch die erfolgreichen Promotionen von Herrn Lars Klug, Herrn Tri- Ngoc Pham Van und Herrn Alain Pfouga. Herzlichen Glückwunsch und viel Erfolg bei der weiteren beruflichen Karriere! Mein besonderer Dank gilt allen Mitarbeitern des DiK, die mit ihrer Motivation und ihrem engagierten Einsatz die Erfolge des Jahres 2006 ermöglichten. Im Dezember 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Anderl

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10 Lehrangebot im Grundstudium Das Lehrangebot im Grundstudium umfasst, begleitet von intensiven Übungen, Vorlesungen zur Einführung in die Methoden der Datenverarbeitung. Die Vorlesungen sind inhaltlich auf die Tätigkeitsfelder der zukünftigeningenieure ausgerichtet. Eingebunden ist das Lehrangebot in die ersten beiden Semester und bestehen aus: 1. Semester: Vorlesung Grundlagen der elektronischen Datenverarbeitung (GEDV) Übung Programmiersprachen und -techniken (PST) 2. Semester: Vorlesung Einführung in das rechner-gestützte Konstruieren (CAD) (mit begleitenden Übungen) Die Lehrinhalte und Lernziele sind so ausgewählt, dass fundierte Kenntnisse zur Datenverarbeitung im Maschinenbau vermittelt werden. Eine besondere Bedeutung besitzt dabei das Arbeiten mit einem parametrischen 3D-CAD- System im 2. Semester. Dies erfolgt ausgerichtet auf die Prozesskette Konstruktion mit dem Ziel, alle einmal erzeugten Produktdaten in späteren Prozessstadien effizient weiterverwenden zu können. DieseAusbildung wird im 3. und 4. Semester im Fach Maschinenelemente fortgeführt.

11 Grundlagen der elektronischen Datenverarbeitung Der Inhalt und Lehrplan der Vorlesung Grundlagen der elektronischen Datenverarbeitung ist auf die Anforderungen des Maschinenbaus an die Datenverarbeitung ausgelegt. Es werden die für den Maschinenbau relevanten Themen der heutigen Datenverarbeitung behandelt. Im Rahmen des Kurses werden ausgewählte Kapitel der technischen, praktischen und angewandten Informatik vermittelt die zur methodischen und effektiven Anwendung, sowie dem grundlegenden Verständnis der EDV im Ingenieuralltag eine unbedingte Voraussetzung bilden. Ein Schwerpunkt des Inhaltes liegt in der Vorstellung des Softwarelebenszyklus der die Grundlage einer methodischen Softwareentwicklung darstellt. Weiterhin wurden im Rahmen der vorlesungsbegleitenden Übung Programmiersprachen und -techniken die dargestellten Themengebiete anhand praktischer Beispiele vertieft. Lernziele des Kurses: Beherrschung der mathematischen und technischen Grundlagen der EDV Faehigkeiten zur Entwicklung von Datenstrukturen und Algorithmen Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kai Mecke

12 Programmiersprachen und Techniken In der Übung zur Vorlesung GEDV wird der Stoff aus dem Themengebiet Methoden der Programmierung vertieft. Im Vordergrund stehen die Erlernung der programmiertechnischen Grundlagen für Ingenieure und die methodische Vorgehensweise bei der Bearbeitung von Softwareproblemen. Neben der theoretischen Einführung wird in betreuten Übungen im Ausbildungszentrum IIM der Umgang mit dem Betriebssystem SOLARIS und dem Berechnungssystem MATLAB vermittelt. Weitere Schwerpunkte sind der Umgang mit Programmkonstrukten, die methodische Softwareentwicklung, Planung und Umsetzung von Algorithmen, Datenaustausch durch Dateioperationen und die Programmierung graphischer Benutzerschnittstellen.Der Kurs schließt mit einer zweiwöchigen Hausarbeit ab, die in Teams zu je vier Studenten zu bearbeiten ist. Bei einem entsprechenden Ergebnis der Hausarbeit kann die Note in GEDV angehoben werden (siehe Folienskript zu PST für nähere Informationen). Der Inhalt der Klausur zur GEDV ist thematisch in ca. 40% PST- Inhalten und 60% GeDV-Inhalte gegliedert. Eine besondere Herausforderung zum Wintersemester 2006/07 Bestand in der Umstellung des bestehenden Kurses auf MATLAB. Im Rahmen der TUD-Online-Initiative wurde der Kurs erstmalig mit dem e-learning label ausgezeichnet. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Kai Mecke

13 Einführung in das rechnergestützte Konstruieren (CAD) In der Vorlesung und der zugehörigen Übung werden die Grundlagen des dreidimensionalen Konstruierens an CAD-Arbeitsplätzen vorgestellt und desseneinordnung in den Ablauf zur Lösung von Konstruktionsaufgaben getroffen. Dabei werden im Rahmen der Lösungsfindung die dreidimensionale geometrische Bauteilbeschreibung, die Abbildung von Gestaltungsabsichten, die Bildung von Produktstrukturen sowie der Einsatz und Zugriff auf Normund Zukaufteilen erlernt. Die gefundenen Lösungen müssen auf unterschiedliche Arten dargestellt und dokumentiert werden, z.b. durch das Ableiten von normgerechten Technischen Zeichnungen aus dem 3D-CAD-Modell. Sämtliche Unterlagen zu Vorlesung und Übung werden digital bereitgestellt, wodurch die eigenständige Nutzung der Werkzeuge aus dem Bereich der Informationstechnologie gefördert wird. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Marc Bierwerth

14 Lehrangebot im Hauptstudium Das Lehrangebot für das Hauptstudium Maschinenbau ist so ausgelegt, dass es interessierten Studierenden die Möglichkeit bietet, die Themen der Datenverarbeitung im Produktentwicklungsprozess weiter zu vertiefen und sich hierin zu qualifizieren. Dieses Lehrangebot spricht Studierende ab dem 5. Semester an und umfasst die folgenden Themen: Vorlesungen: Produktdatentechnologie A (CAD-Systeme und CAx Prozessketten) Produktdatentechnologie B (Produktdatenmanagement) Produktdatentechnologie C (Produkt- und Prozessmodellierung) Tutorien: Freiformflächenmodellierung mit CATIA V5 Arbeiten mit dem 3D-CAD-System Unigraphics CAD/FEM Proyessketten Collaborative Engineering Grundlagen mit Windchill ADPs: Virtuelle Produktentwicklung Rechner-unterstützte Prozesskette von der Idee bis zum realen Prototypen Virtuelle Produktentwicklung im Umfeld design- und stylingorientierter Produkte Der zentrale Ansatz dieses Lehrangebotes ist in der sog. Produktdatentechnologie verankert. Sie ist ein interdisziplinäres Fachgebiet, geprägt von den Grundlagen der Informatik und den Methoden der Ingenieurwissenschaften, insbesondere des Maschinenbaus. Das grundlegende Konzept basiert dabei auf einer durchgängigen Verarbeitung (ohne Medienbrüche, ohne Informationsverlust) digital repräsentierter Produktdaten über alle Phasen des Produktlebenszyklus hinweg. Die dafür eingesetzten DV-Systeme, das Integrierte Produktmodell (STEP) und die Methoden und Werkzeuge zum Management der Produktdaten im Produktlebenszyklus sind Gegenstand dieses Lehrangebots.

15 Produktdatentechnologie A: CAD-SYSTEME UND CAx PROZESSKETTEN Die Grundlagen der modernen Produktdatentechnologie werden in der Vorlesung Produktdatentechnologie A vermittelt. Hierbei stehen insbesondere der Produktmodellgedanke und die Handhabung des zur vollständigen Produktbeschreibung notwendigen Produktdatenmodells im Vordergrund. Das didaktische Konzept beruht darauf, den StudentInnen nach der Vorstellung der mathematischen und informationstechnischen Grundlagen eines CAD-Systems methodische Konzepte ebenso wie die umfangreichen Funktion der CAD-System theoretisch zu vermitteln, als auch die Weiterverwendung der der durch CAD-Systeme erzeugten Daten zu demonstrieren.folgende Lernziele werden mit der Vorlesung PDT A verfolgt. Verständnis der Zusammenhänge: Integriertes Produktmodell, Produktinformationen, CAD-Systeme, CAx-Prozessketten Kenntnisse unterschiedlicher Modelle der rechnerinternen Beschreibung von Produktinformationen Kenntnisse rechnerunterstützter Methoden zur Konzeption, Konstruktion, Optimierung, Darstellung, Fertigungsvorbereitung und Dokumentation von Produkten Verständnis des Zusammenwirkens der DV-Systeme innerhalb von Prozessketten Insbesondere werden folgende Themen im Laufe der Vorlesung im Detail angesprochen: Das integrierte Produktmodell mit einer Trennung und Definition der Bergriffe Produktdefinition, Produktrepräsentation und Produktpräsentation Die mathematischen Grundlagen der in den CAD- Systemen eingesetzten Geometrieelemente (1D-3D). Einführung in die in CAD-Systemen gebräuchlichen Geometriemodelle (1D-3D), mit Fokus auf die Volumenmodelle Verschiedene Arten und Verwendungszwecke der Produktpräsentation mit weiterführenden Information z.b. zur Farbtheorie

16 Rechnerunterstützung im Produktentwicklungsprozess Grundlegende Modellierungs- und Strukturierungsverfahren, z.b. Parametrik in 3D-CAD- Systemen, Variantenbildung, Norm- und Wiederholteile Ein weiteres Kernelement der Vorlesung ist die Vorstellung der wichtigsten CAD-Prozessketten der Produktentstehung. Diese werden anhand repräsentativer Beispiele von der Produktkonzeption bis hin zum Herstellungsprozess analysiert und diskutiert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf den folgenden CAx-Prozessketten: CAD-Digital Mock-Up (DMU) CAD-Berechnung (Finite-Elemente-Methode / FEM) CAD-Simulation (Mehrkörpersimulation) CAD-Technische Produkt Dokumentation (TPD) CAD-Rapid Prototyping (RPT) CAD-Virtual /Augmented Reality (VR /AR) Die Prozesskette CAD-Arbeitsvorbereitung wurde, beginnend mit der Konstruktion des CAD-Modells im 3D-CAD-System, über die Ableitung der NC-kodierten Verfahrwege der Werkzeugmaschine bis zur realen Herstellung an einer mehrachsigen Fräsmaschine eingehend demonstriert.

17 Eine NC-Maschinenvorführung am Fachgebiet für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) sowie Praxisvorträge verschiedener Industrievertreter runden dieses Lernangebot ab. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Marco Kormann

18 Produktdatentechnologie B - PRODUKTDATENMANAGEMENT Im Mittelpunkt der Vorlesung Produktdatentechnologie B steht die Bedeutung des Produktdatenmanagements und seiner Funktionen. Hierzu wird den StudentInnen zunächst insbesondere die Bedeutung des modernen Produktdatenmanagements vermittelt und organisatorische Voraussetzungen für dessen Einsatz vorgestellt Im technischen Teil der Vorlesung werden sowohl die Basistechnologien als auch die grundlegenden Rahmenbedingungen wie z.b. Grundlagen von Datenbanksystemen für Produktdatenmanagementsysteme diskutiert. Darüber hinaus wird ein Überblick über die Architektur von PDM- Systemen gegeben. Zur Verdeutlichung werden verschiedene Datenmodelle beispielhaft vorgestellt und, aufgrund der wachsenden Bedeutung, entsprechende Workflow- Beispiel einer Baugruppenstruktur in einem Relationalen Datenmodell Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

19 Produktdatentechnologie C: PRODUKT- UND PROZESSMODELLIERUNG Zentrales Ziel der Produktdatentechnologie ist es, die Entwicklung eines Produktes durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien hinsichtlich Qualität des Produktes, Kosten des Produktes und des Entwicklungsprozesses sowie der Effizienz des Entwicklungsprozesses zu optimieren. Dies führt zum verstärkten Einsatz von Softwaresystemen in allen Teilprozessen der Produktentwicklung, wie beispielsweise der Verwendung von CAD- und PDM-Systemen im Rahmen der Detailkonstruktion.In dieser Vorlesung werden verschiedene Prinzipien, Methoden und Werkzeuge für Produkt- und Prozessmodellierungen vorgestellt. So werden z. B. die Prinzipien der Systemtechnik, wie die hierarchische Strukturierung und Modellbildung, besprochen. Die Methoden des Modellentwurfs und seiner Spezifikation werden aufgezeigt und diskutiert. Die systematische Datenmodellbildung wird mit Blick auf ISO ( allgemein bekannt als STEP " Standard for the Exchange of Product Model Data") unter Verwendung von SADT, EXPRESS and EXPRESS-G vorgestellt. Die Konzepte der Prozessmodellierung selbst werden anhand der Geschäftsprozessmodellierung erläutert. Hierbei wird besonders auf die Möglichkeiten zur Modellierung von Abläufen und Geschäftsprozessen mit UML sowie auf die integrative Methode ARIS eingegangen. Darüber hinaus werden XMLbasierte Lösungsalternativen diskutiert. Besonderer Wert wird innerhalb der Vorlesung darauf gelegt, dass die erworbenen, theoretischen Kenntnisse anhand von praktischen Beispielen und kleineren Übungen vertieft werden.

20 Lernziele: - Verständnis der Zusammenhänge zwischen Funktionen, Daten und Prozessmodellierung - Verständnis der Zusammenhänge zwischen Funktionen, Daten und Prozessmodellierung. - Kenntnisse über den Nutzen der Modellierungstechniken für Geschäftsprozessoptimierungen. - Kenntnisse über das Produktmodell, wie es in ISO ( STEP) spezifiziert ist. - Kenntnisse über die Umsetzung von Produkt- und Prozessmodellen in industrielle Anwendungen. Beispiel für ein Prozessmodell in EXPRESS-G Ansprechpartner: Dipl.- Wirtsch.-Ing. Thomas Rollmann rollmann@dik.tu-darmstadt.de

21 TUTORIUM - ADVANCED CAx - FREIFORMFLÄCHENMODELLIERUNG MIT UG NX3 Im Tutorium zur Freiformflächenmodellierung in Unigraphics NX wird die Anwendung methodischer Vorgehensweise zur Erzeugung von komplexen Bauteilen und Baugruppen, die Freiformflächen enthalten, mit einem parametrischen 3D- CAD-System vermittelt. Typische Anwendungen für die Freiformflächenmodellierung sind z.b. Karosseriebleche, Schiffs- und Flugzeugrümpfe, Turbinenschaufeln sowie komplexe Formräume von Um- und Urformwerkzeugen. Die Freiformflächenmodellierung kommt somit sowohl im Designbereich, als auch in den Bereichen Simulation und Berechnung zum Einsatz. Daneben werden kooperative Arbeitstechniken erprobt, da ein besonderes Augenmerk auf die Gruppenarbeit gelegt wird. So erzeugt der Einzelne Freiformflächen nach methodischer Vorgehensweise in CAD. Die Gruppe als Ganzes ist jedoch verantwortlich für sinnvolle Flächenübergänge, die damit einhergehende Integration der Flächen zum Gesamtprodukt und der Arbeitsteilung. Bei Freiformflächenmodellierung ist Definition von Flächenübergangsbedingungen von besonderem Augenmerk, weil damit auch die Qualität der Flächenübergänge und damit des Gesamtproduktes bestimmt wird. Nach erfolgreichem Abschluss des Tutoriums verfügen die TeilnehmerInnen über Kenntnisse in Unigraphics NX 3.0. Die Erfahrungen aus der Freiformflächenmodellierung können auch auf andere 3D- CAD-Softwaresysteme übertragen werden. Ansprechpartner: Dipl.-Ing.Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Marc Bierwerth bierwerth@dik.tu-darmstadt.de

22 TUTORIUM - ADVANCED CAx - CATIA V5 Das Tutorium Advanced CAx führt die Studenten an fortgeschrittene Methoden der CAD-Anwendung mit Hilfe des 3D-CAD Systems CATIA V5 von Dassault Systemes heran. Neben einer allgemeinen Einführung in die Einzelteilmodellierung Part Design und die Baugruppenmodellierung Assembly Design liegt der Schwerpunkt des Tutoriums auf dem Erlernen der Methoden des Knowledgebased engineering. Anhand des Beispiels eines sechsachsigen Vertikal-Knickarm Industrieroboters wird den Studenten neben der Anwendung des wissensbasierten, parametrischen Konstruierens weiterhin die Methodik der Skelettmodellierung und des Concurrent Design vermittelt. Die Gesamtaufgabe muss innerhalb der Teams aufgeteilt, Bauräume definiert und gemeinsame Schnittstellen festgelegt werden. Nach erfolgreichem Abschluss des Tutoriums verfügen die TeilnehmerInnen über fundierte Grundlagen im Solidmodelling und der Methodik des wissensbasierten Konstruierens mit CATIA V5. Alle Erfahrungen aus der Anwendung der wissensbasierten Methoden können auch auf andere 3D-CAD-Softwaresysteme übertragen werden. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

23 TUTORIUM - ADVANCED CAx - PROZESSKETTE CAD - FEM Unter dem Themenschwerpunkt "Advanced CAx" bietet das DiK Tutorien zu verschiedenen Techniken der fortgeschrittenen Entwicklungsmethoden. Das Tutorium Prozesskette CAD-FEM beinhaltet die grundlegenden theoretischen Kenntnisse der Finite-Elemente-Methode mit einer umfassenden Einführung in die praktische Anwendung der Methode. Es erweitert das Lehrangebot des DiK im Bereich CAE und deckt somit einen interdisziplinären Bedarf der Ingenieurwissenschaften und des Studienbereichs Computational Engineering ab. Das Lehrangebot zielt auf die Vermittlung industrieller Anwendungsmöglichkeiten leistungsfähiger High-End CAE Pre- und Postprozessoren ab. Als Software kam 2006 das Hyperworks 7.0 der Firma Altair zum Einsatz. Im Tutorium werden theoretische Kenntnisse im Bereich Computer Aided Engineering vertieft. Unter Anderem werden die Inhalte der Vorlesung Grundlagen des CAE-CAD I von Herrn Prof. Dr.-Ing. R. Anderl behandelt. Der Schwerpunkt des Tutorials liegt dabei weder auf der Vertiefung des theoretischen Wissens im Bereich der FEM noch der Bedienung eines kommerziellen Programms, sondern vielmehr auf dem Denken in Prozessketten.

24 Das Tutorium besteht aus folgenden Lehrinhalten. Dabei besteht jedes Thema aus einer Theorie und mehreren Übungseinheiten: Geometrieaufbereitung Materialdefinition Vernetzung Randbedingungen Berechnungsvorgang Post-Processing An dem interdisziplinär ausgelegten Lehrangebot haben 13 Studenten aus Fachbereichen Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen (Fachrichtungen Maschinenbau und Informatik) und den Studienbereichen Computational Engineering und Informationssystemtechnik teilgenommen. Ansprechpartner: Orkun Yaman M.sc.

25 TUTORIUM - Collaborative Engineering - Windchill Während des CE-Tutoriums im Sommersemeter 2006 sollten die Studenten sich anhand der Lehrunterlagen und Beispiele in Windchill einarbeiten und darauf aufbauend dann die theoretischen Kenntnisse in Produktstruktur-Management und Freigabe- und Änderungs-Management aus der Vorlesung PDT-B in das System Windchill umsetzen. Als praktisches Beispiel soll insbesondere die Organisation und Verwaltung von Produktstrukturen mit Varianten und Änderungen von dem Produkt Tür mit Zylinderschloss unter Verwendung der entsprechenden Funktionalitäten von Windchill betrachtet werden. Die Ergebnisse wurden im vorhandenen Tutorial mit Hilfe vom Autorensystem learn2l dokumentiert und die Schulungsunterlagen von letztem Semester wurden um weitere Themen wie Lebenszyklus- und Workflow-Management, Freigabeund Ändeurngs-Management und Produktstruktur- Management erweitert. Ansprechpartner: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

26 Grundlagen des CAD-CAE Das Fachgebiet DiK hat 2006 die Lehrveranstaltung Grundlagen des CAE-CAD I vollständig übernommen und in sein Lehrangebot integriert. Das bisherige Konzept der Vorlesung, das eine abschnittsweise Zuordnung der Themen jeweils zu einem anderen Fachbereich vorsieht, wurde neu erarbeitet. Dabei wurde ein neues Lehrprogramm entworfen, das eine einheitliche Einführung in die folgenden Themen des Grundlagen der Produktdatentechnologie Aufbau der Cax-Systeme Cax-Prozessketten und Modelltheorie Geometrische Modellierung Simulation und Modellbildung Grundlagen der Finite Elemente Methode (FEM) Die Vorlesung wurde semesterbegleitend mit 5 Übungseinheiten unterstütz, deren Lernziele u.a folgende Themen umfassten: Einführung in die Systemumgebung - Dateisystem vs. PDM Methoden der geometrischen Modellierung FEM mit NX 3 Structures FEM weiterführende Techniken NX 3 Structures Mehrkörpersimulation Kinematik NX 3 Ansprechpartner: Orkun Yaman M.sc. yaman@dik.tu-darmstadt.de

27 ADP - Rechnerunterstützte Entwicklung ergonomie- und designorientierter Produkte Das ADP wird von den Fachgebieten DiK, IAD und pmd der TU- Darmstadt und dem Fachbereich Gestaltung der Hochschule Darmstadt gemeinsam durchgeführt. Während der Bearbeitung sollen dabei insbesondere die charakteristischen Arbeitsmittel (Methoden, Werkzeuge, Medien) und Prozesse entsprechend derschwerpunkte der beteiligten Disziplinen berücksichtigt und angewandt werden. Dabei sollen insbesondere rechnerunterstützte Arbeitsmittel der virtuellen Produktentwicklung im Vordergrund stehen. Die Aufgabenstellung des ADPs besteht in der Durchführung, Analyse und Beschreibung des Prozesses einer rechnerunterstützten Produktentwicklung von der Idee bis zum Prototypen unter besonderer Berücksichtigung funktionaler, ergonomischer und ästhetischer Aspekte. Dabei sollen angewandte Vorgehensweisen ebenso wie Schnittstellen und auftretende Zielkonflikte zwischen den beteiligten Fächern und deren Lösung während des gesamten Prozesses erfasst und beschrieben werden. Der Fokus liegt somit insbesondere auf der Reflexion und Dokumentation des Prozesses sowie der Informations- und Datenflüsse. Die Aufgabenstellung soll in Teamarbeit bearbeitet werden. Einzelne Teammitglieder sollen im Verlauf des gesamten Projektes die Rollen von Vertretern der beteiligten Disziplinen übernehmen. Ein Produkt sowie einschränkende Kriterien zu diesem Produkt werden vorgegeben. Der Schwerpunkt des Projekts liegt in der Gestaltung des Produktentwicklungsprozesses sowie dem Einsatz von Methoden zur formalabstrakten und geometrisch gegenständlichen Produktbeschreibung. Die Studenten werden dazu ermutigt, gegebenenfalls Methoden und Werkzeuge zu variieren und Vorschläge zur Verbesserung zu machen.

28 Das ADP wurde bisher in den Wintersemestern 05/06 sowie 06/07 und im Sommersemester 06 durchgeführt. Entwickeltes Produkt: Hammer-Schraubendreher Kombination Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jürgen Rambo Dipl.-Ing. Jens Malzacher

29 ADP - Collaborative Engineering UG NX4 Ziel des im Wintersemester 2005/2006 durchgeführten Advanced Design Projects war die konstruktive Erweiterung eines bestehenden Produktes unter Anwendung grundlegender Methoden des Collaborative Engineering in internationalen Teams. Das Advanced Design Project wurde in Zusammenarbeit mit den Universitäten Virginia Tech (USA), Howard University (USA) sowie ITESM Monterrey (Mexiko) und mit Unterstützung der Adam Opel GmbH durchgeführt. Dabei dienten Studenten von Virginia Tech, Howard University und ITESM Monterrey als Projektpartner, während die Adam Opel GmbH die CA-Daten eines Opel Zafira lieferte. In räumlich und zeitlich verteilten Teams nutzten die Studenten an den vier Standorten Instrumente des Projektmanagements und Collaborative Engineering, z. B. zur Kooperation und zum Datenaustausch zwischen den Standorten. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Arndt Ufer ufer@dik.tu-darmstadt.de

30 DiK - Statistik Lehre 2006

31 Forschung Hinter der heute eher konservativ anmutenden Fachgebietsbezeichnung Datenverarbeitung in der Konstruktion verbirgt sich ein oft auf den ersten Blick nicht in seinem vollen Umfang erkennbares Wissenschaftsgebiet, welches sich heute mit einem großen Spektrum vielfältiger Forschungsaufgaben rund um die rechnergestützte Produktentwicklung befasst. Dabei schließt der Aspekt der Datenverarbeitung sowohl die Generierung, Speicherung und Archivierung von Produktdaten ein wie auch den Datenaustausch und -abgleich dieser; und dies stets mit dem Ziel, alle jemals entstehenden Produktdaten eines Produkts durch den geschickten Einsatz elektronischer Datenverarbeitungsmethoden entlang seines gesamten Lebenszyklus von seiner Idee bis hin zu seinem Recycling zu erfassen und zu verarbeiten. Der Begriff der Konstruktion im Maschinenbau steht ferner heute für den Gesamtprozess der virtuellen Produktschöpfung, nicht nur mehr für das zeichnerische norm- und funktionsgerechte Abbilden der angestrebten Produktgestalt auf Papier, da es die modernen CAx-Technologien heute erlauben, durchgängig rechnergestützt Produkte von ihrem ersten Formgebungsvorschlag bis hin zu ihrem rechnergestützt getesteten virtuellen serienreifen Prototyp zu entwickeln. Aus dieser Sichtweise heraus haben sich in den vergangenen Jahren drei Forschungsschwerpunkte am DiK ergeben: die Informationsmodellierung mit der Blickrichtung gezielt auf die Produktdatenabbildung, das verteilte und kooperative Arbeiten mit Gewicht auf den Arbeitstechniken sowie die virtuelle Produktentwicklung in ihren Grundlagen, so z. B. den Betrachtungen zu Einsatz, Handhabung und Nutzen von Softwarewerkzeugen im Entwicklungsprozess. Informationsmodellierung Prozessanalyse und Prozessmodellierung, Objektorientierte Modellierung und ISO Standard für Exchange of Product Model Data (STEP).

32 Verteiltes und kooperatives Arbeiten Verteilte Produktentwicklung, Kooperative Arbeitstechniken, Geschäftsprozessoptimierung und modellierung Verteiltes Prozess- und Produktmanagement. Virtuelle Produktentwicklung Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Engineering/X (CAE/CAx) und Integration Produktdatenmanagement (PDM).

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34 SUPER LIGHT CAR (SLC) - EU-Forschungsprojekt Sustainable Production Technologies of Emission Reduced Light-weight car concepts SuperLightCar (SLC) ist ein Forschungsprojekt, das von der EU im 6. Rahmenprogramm gefördert wird. 38 führende Organisationen aus 9 Ländern Europas arbeiten zusammen, um aktuelle Technologien des Automobilleichtbaus in der Massenfahrzeugproduktion zu verankern. SLC verfolgt einen Multi-Material Ansatz und strebt danach, für jedes Bauteil das beste Material und die besten Prozesse im Hinblick auf Leichtbau, Ökologie und Kosten zu verwenden. Dabei muss den relevanten Anforderungen der Automobilindustrie, wie Steifigkeit, Crash-Verhalten, Materialermüdung, Korrosionsschutz, etc. jedoch Rechnung getragen werden. Die treibende Aktivität innerhalb von SLC geht von sieben europäischen Automobilherstellern aus: Volkswagen (als Koordinator), Fiat Research Centre, Opel, Renault, Volvo Technology Centre, Porsche and DaimlerChrysler. Zusammen mit hochklassigen Forschungsinstitutionen (z.b. Fraunhofer Institut, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt oder Commisariat ŕ l énergie atomique) und der Zuliefererindustrie (z.b. Arcelor, Hydro, Corus oder Comau) wurde das Projekt formuliert. Prospektive Integration von Technik-, Umwelt- und Kosteneinflüssen

35 SLC verfolgt das ehrgeizige Ziel, Technologien und Designkonzepte bereitzustellen, die es erlauben zukünftige Fahrzeuge des C-Sortiments (1000 Fahrzeuge pro Tag; z.b. Opel Astra, Renault Megane oder VW Golf) mit einer Gewichtsersparnis von bis zu 30% zu entwickeln, während die anspruchsvollen Kostenbeschränkungen dieses Segments beibehalten werden. SuperLightCar arbeitet unter dem Schirm der EUCAR (European Council for Automotive Research) mit anderen Projekten innerhalb des 6. EU-Rahmenprogramms zusammen. Die dem Wettbewerb vorgelagerten Ergebnisse von SuperLightCar sollen bis 2010 in die Serienproduktion einfließen und dazu beitragen, Millionen Tonnen von Kraftstoff bzw. Kohlendioxyd aufgrund des reduzierten Fahzeuggewichts einzusparen. Die Aufgaben des DiK innerhalb des Projekts bestehen darin, die Domänen der Konzeptentwicklung mit den Domänen Life Cycle Assessment und Life Cycle Costing (LCx) derart miteinander zu verbinden, dass bereits im Tätigkeitsfeld der Konzeptentwicklung LCx-relevante Informationen integriert werden. Diese sollen es erlauben, die Kosten- und Umweltauswirkungen eines Produkts prospektiv zu beurteilen. Zu diesem Zweck werden am DiK spezifische XML-basierte CAD-Schnittstellen als auch eine unabhängige Plattform zum XML-basierten LCx-Datenaustausch geschaffen (siehe Abbildung 2) Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt

36 Sonderforschungsbereich 666 Integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung - Entwicklung, Fertigung, Bewertung Der Sonderforschungsbereich (SFB) 666 Integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung existiert an der TU Darmstadt seit dem 01. Juli Im SFB 666 werden Methoden und Verfahren entwickelt, mit deren Hilfe verzweigte Strukturen in integraler Blechbauweise im Hinblick auf ihre Funktion und Beanspruchung optimiert entwickelt, gefertigt und bewertet werden können. Für den Zeitraum von bis wurden für den SFB 666 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft insgesamt bewilligt. Die gemeinsamen langfristigen Forschungsziele und Erkenntnisinteressen des SFB 666 liegen auf folgenden Gebieten: Erarbeiten von Methoden zur systematischen Entwicklung und Nachweis ihrer Tragfähigkeit am Beispiel integraler Blechbauteile mit verzweigten Strukturen Herstellung integraler verzweigter Blechstrukturen Bewertung und Optimierung von Bauteilen mit verzweigten Blechstrukturen hinsichtlich multifunktionaler Eigenschaftsprofile Das Fachgebiet DiK ist in dem Forschungsbereich Entwicklung mit den Teilprojekten A4 und A5 vertreten. Die Repräsentation des SFBs auf den wichtigen deutschen Industriemessen Hannover Messe 2006 und Euromold 2006 waren im Jahre 2006 wichtige Meilensteine zur Verbreitung der beschriebenen Forschungsziele. Auch dieses Jahr wurde erfolgreich ein gemeinsamer Workshop aller Beteiligter in Bad Orb veranstaltet. Der aktuelle Forschungsstand der Teilbereiche konnte so allen Teilnehmern verdeutlicht werden. Der aktuelle Stand der Teilprojekte des DiK wurde von den Teilnehmern sehr positiv aufgenommen. Für das Jahr 2007 wurde weiterhin ein konkreter Zeitplan für Veröffentlichungen aufgestellt.

37 Die Koordinationsrolle des Arbeitskreises virtuelle Produktentstehung wurde auch dieses Jahr erfolgreich vom DiK übernommen, wie auch die Administration der offiziellen Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Rollmann Dipl.-Ing. Marco Kormann Dipl.-Inform. Zhenyu Wu

38 Teilprojekt A4 - Entwicklung von Methoden und Werkzeugen neuer Modellierungsverfahren für das Spaltprofilieren und biegen Eine der großen Herausforderung bei der Konstruktion und insbesondere der Modellierung nach der mathematisch optimierten Topologie von Produkten, die dem Herstellungsprinzip der Blechspaltweise entsprechen, ist die Entwicklung von Modellierungsfeatures in CAD-Systemen. Eine dreidimensionale Repräsentation der Bauteile erfodert eine Methodik zur Darstellung dieser Bauteile in CAD- Systemen. Die vollständige Integration aller für Repräsentation und Präsentation verzweigter Blechbauteile notwendigen Anforderungen ist durch konventionelle Funktionen moderner 3D-CAD-Systeme und der entsprechenden Blechbauteil- Umgebungen nicht abgedeckt. Der wissenschaftliche Ansatz besteht darin, neue Konstruktionsmethoden und Werkzeuge in 3D-CAD-Systemen zu entwickeln und implementieren, die die algorithmisierte Konstruktion verzweigter Blechbauteile auf Basis mathematischer Lösungsbäume ermöglichen. Hierfür wurde eine Methodik entwickelt, auf Basis von User Defined Features (UDF), die ein Konstruktionswissen über ihre Verwendung tragen, ein Gesamtbauteil zu erstellen

39 Im Jahr 2006 wurden eine Schnittstelle und das zugrunde liegende Datenmodell für den Austausch der Produktinformationen mit anderen Teilprojekten definiert und implementiert. Weiterhin konnte ein erster Demonstrator implementiert werden, der aufbauend auf den Informationen des Datenmodells auf Basis von User Defined Features ein CAD-Modell im System Pro/ENGINEER erstellt. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Marco Kormann

40 ProSTEP ivip e. V. PROJEKTGRUPPE SimPDM Das DiK ist in der Projektgruppe Integration der Simulation und Berechnung in eine PDM Umgebung - SimPDM des ProSTEP ivip-vereins vertreten. Das Projekt hat zum Ziel, mit Anwendern, Systemanbietern und Forschungseinrichtungen aus den Bereichen Produktdatenmanagement sowie Simulation/Berechnung eine gemeinsame Lösung zur Integration der Simulation und Berechnung in eine PDM- Umgebung zu entwickeln. Daraus leiten sich folgende Ziele ab: Definition von Anwendungsfällen zur Entwicklung der Spezifikation zur Integration Nutzen von Synergieeffekten durch Wissenstransfer und Erfahrungsaustausch Gemeinsamer Auftritt gegenüber den Systemanbietern bei der Implementierung Entwicklung eines Industriestandards zur Integration

41 Das Projekt läuft seit 2003 mit einer großen Teilnehmergruppe aus der Industrie. Aufbauend auf den in den vergangenen Jahren erreichten Ergebnissen wurden folgende Arbeitspakete definiert und bearbeitet: Aufbau eines gemeinsamen Verständnisses zum Thema PDM im Bereich Berechnung und Simulation Erstellung einer Anforderungsspezifikation für die Integration Erarbeitung von Referenzprozessen zur Integration der Simulation undtehungsprozessen Erstellung eines integrierten Metadatenmodells zur Abbildung der CAE- Modellstrukturen im xdm-system. Das Konzept beinhaltet auch Versions- und Variantenmanagement Entwicklung von Konzepten zum Parameterabgleich zwischen Produktstruktur und CAE-Modellstruktur und zur Anbindung von CAE-Anwendungen an xdm-systeme. Im weiteren Verlauf des Projektes sind folgende Arbeitspakete geplant: Technische Spezifikation des Parameterabgleiches zw. Produkt- und CAE-Modellstruktur Technische Spezifikation der Anbindung CAE-Systeme an ein xdm-system Erweiterung auf CFD- und Postprocessing Umfänge Betreuung der SimPDM Implementierungen Fertigstellung der VDA-Empfehlung Teil 1 & 2 Erstellung einer Recommended Practices zu den VDA-Empfehlungen Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de

42 Transferbereich 55 C5 - Life Cycle Design auf Basis von Standardsoftwaresystemen Mit der WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) und RoHS (Reduction of Hazardous Substances) hat die europäische Union eine Reihe von Rechtsvorschriften zum produkt bezogenen Umweltschutz erlassen. Dies führt dazu, dass ein Hersteller für seine Produkte über deren gesamten Lebensweg verantwortlich ist, d. h. von der Werkstoffherstellung bis hin zur Entsorgung. Ziel des Teilprojekts C5 ist die Entwicklung eines integrierten Software-instruments zur Unterstützung von Unternehmen bei der Einhaltung von Richtlinien bezüglich des produktbezogenen Umweltschutzes. Die Zusammenführung der im SFB 392 erarbeiteten Methoden und Instrumente bezüglich der Entwicklung umweltgerechter Produkte und der umfassenden technischen und betriebswirtschaftlichen Produktlebenszyklusbetrachtung, birgt ein enormes Potenzial eine praktikable Lösung zu entwickeln, mit deren Hilfe eine standardisierte Einhaltung dieser Richtlinien (Compliance) ermöglicht wird. Ziel des Projektes ist die Integration des Life Cycle Design in den betrieblichen Alltag. Dies bedeutet eine Integration der SFB-Ergebnisse (Methoden und Instrumente) in bestehende, betrieblich genutzte Standardsoftwaresysteme wie z. B. mysap Business Suite. Somit werden die Unternehmen befähigt, eine Produktkonformität in Bezug auf Richtlinien zum produktbezogenen Umweltschutz durchzuführen. Diese beinhaltet neben einer ökologischen Beurteilung des Produkts über den gesamten Lebensweg (Erstellung des ökologischen Profils nach der EuP) und eines WEEE / RoHS-Check, Hilfs- und Arbeitsmittel zur Produktoptimierung mit dem Ziel der Richtlinienkonformität (siehe Abbildung 1). Abb.1: Integration des Life Cycle Design in den betrieblichen Alltag

43 Dieses Projekt wird in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW) und der TechniData AG bearbeitet. Das DiK ist hierbei für die Analyse der europäischen und weltweiten Umweltgesetzgebungen zuständig. In einem ersten Schritt wurde eine Recherche der Umweltgesetzgebungen in Europa sowie USA, Japan und China durchgeführt. Daran anschließend wurde ein Konzept für die formale Abbildung dieser Informationen entwickelt. Dies wurde in Form von excelbasierten Anforderungsmatrizen umgesetzt. Darauf aufbauend wurde prototypenhaft eine Umweltgesetz-Datenbank implementiert. Mit Hilfe der Datenbank kann zunächst nach den Gesetzen bestimmter Länder bzw. deren Kurzbezeichnungen und anschließend detailliert nach den darin vorgeschriebenen Aufgaben (für den Hersteller, Anwender oder Lieferant), zu erstellenden Dokumenten sowie nach Restriktionen und Konsequenzen / Sanktionen gesucht werden. (siehe Abbildung 2) Abbildung 2: Umweltgesetz-Datenbank Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Pamela Stöcker stoecker@dik.tu-darmstadt.de

44 Global Engineering Excellence (GEE) In Search of Global Engineering Excellence: Educating the Next Generation of Engineers for the Global Workplace Continental AG in Verbindung mit acht international anerkannten Universitäten hat die Global Engineering Excellence Initiative gestartet. Diese einmalige Zusammenarbeit wird den Einfluss und die Bedeutung von technologischen Fachwissen und Ausbildung auf die Wettbewerbsfähigkeit von Nationen, Individien und Unternehmen untersuchen. Das Herzstück der Initiative ist eine umfassende Studie die dahingehend entwickelt wurde ein breites Spektrum an Untersuchungspunkten zu umfassen, die alle ingenieurswissenschaftlichen und naturwissenschaftlichen Aspekte abdecken. Die Studie behandelt die Folgenden Forschungsschwerpunkte: Wettbewerbsfähigkeit und TechnologieKarrierepfade von Absolventen in ingenieurs-wissenschaftlichen und naturwissenschaftlichen Disziplinen Entwicklung und Implementierung erstklassiger ingenieurswissenschaftlicher und naturwissenschaftlicher Ausbildung Entwicklung zukünftiger Trends in diesen Gebieten Unterstützung eines erfolgreichen Austauschs von Wissen zwischen Universitäten und Unternehmen Der Vizepräsident der TU Darmstadt Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl benennt die Kernpunkte der Studie wie folgt: "Wir wollen beispielsweise Erfolgsfaktoren für die Ausbildung von Ingenieuren anhand internationaler Vergleiche identifizieren. Unterscheiden sich diese? Wie definiert sich ein Ingenieur? Wie ist das Ansehen von ingenieurswissenschaftlichen und naturwissenschaftlichen Absolventen? Gibt es eine kritische Masse von technisch orientierten Wissenschaftlern für die Wettbewerbsfähigkeit einer Ökonomie? Wie viele Patente und mit welchem Fokus wurden in den verschiedenen Ländern angemeldet? Wie und Wo findet Zusammenarbeit zwischen Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft statt und durch welche Faktoren wird hier der Erfolg bestimmt?

45 Wir wollen weiter Produktentwicklungszyklen in Hinblick auf Trends innerhalb der verschiedenen Ingenieursdisziplinen untersuchen und die Erfolgreichste identifizieren. Das Ziel der Global Engineering Excellence Initiative ist es Fakten über die Wichtigkeit von Ingenieurswissenschaften in den Weltmärkten, der Ausbildung von Ingenieuren auf einer weltweiten Basis und den Bedarf an zukünfigen Ingenieursprofilen aufzudecken sowie Empfehlungen für Verbesserungen an alle Beteiligten zu adressieren. Und hierbei alles aus einer globalen Perspektive. Ingenieure spielen eine kritische Rolle in der globalen Ökonomie. Die Industrie benötigt hochausgebildete unternehmerische Ingenieure um Innovation und technische Marktführerschaft sicherzustellen. Weiter werden Ingenieure mit dem Streben nach dem Bestmöglichem in einem leistungsstarken hoch konkurrenzbetonten globalen Markt benötigt. Eine neue Art von Ingenieuren wird gefordert: breite fundamentales Technologiewissen, unternehmerisches Denken und Global ausgerichtet.

46 Als ein führender internationaler Automobilzulieferer in einem hochtechnologie Sektor hat sich Continental bei der Unterstützung einer globalen Verbesserung der Ingenieursausbildung und der Entwicklung von jungen Ingenieuren stark verpflichtet. Die Finanzierung der Studie In Search of Global Engineering Excellence: Educating the Next Generation of Engineers for the Global Workplace spiegelt diese Verpflichtung wieder. Ebenso reflektiert die Studie das Engagement des internationalen Teams von Wissenschaftlern von acht Universitäten bekannt für ihre Ingenieursausbildung. Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Michael Thel

47 ProSTEP ivip e.v. Projektgruppe CPV Das DiK ist in der Projektgruppe Collaborative Product Visualization - CPV des VDAs und des ProSTEP ivip-vereins vertreten. Zielsetzung der Projektgruppe ist die Harmonisierung des Visualisierungsdatenaustauschs in der unternehmensübergreifenden Zusammenarbeit. Im Rahmen des Projektes wurden bestehende und für die nahe Zukunft vorgesehene Prozesse in den Unternehmen untersucht. Im zweiten Schritt wurden auf den Ergebnissen der Analyse aufbauende Pilotszenarien entwickelt. Die unterschiedlichen Pilotszenarien wurden durch Datenaustauschpartner der Projektgruppe implementiert. Die Erfahrungen aus dem Einsatz der Pilotszenarien flossen dann in eine entsprechende ProSTEP ivip- und VDA-Richtlinie. Dazu wurden folgende Arbeitspakete durchgeführt: Erarbeitung Interviewleitfaden: Für die Durchführung der Firmenprozessanalyse und der anschließenden Auswertung der Ergebnisse wurde ein einheitlicher Interviewleitfaden erarbeitet. Durchführung der Firmenprozessanalyse: Als Grundlage für die geplante VDA-Richtlinie wurden die Prozesse bezüglich dem unternehmensübergreifenden Austausch von Visualisierungsdaten in verschiedenen Unternehmen analysiert und dokumentiert. Erarbeitung von Pilotszenarien: Nach der Untersuchung der Firmenprozesse wurden verschiedene Pilotszenarien basierend auf unterschiedlichen Datenformaten und Anwendungen erarbeitet. Diese Pilotszenarien wurden in anwendenden Unternehmen validiert und stellen die Basis für die Erarbeitung neutraler Referenzprozesse dar. Entwurf und Vorlage einer Richtlinie: Als Ergebnis des Projektes wurden die Referenzprozesse entwickelt und diese in einem Richtlinienentwurf zur Standardisierung bei dem ProSTEP ivip e.v. und dem VDA CAD/CAM-AK eingereicht.

48 Abbildung 1: Projektgrafik mit den Pilotscenarien Abbildung 2: Beispielhafte Darstellung eines Referenzprozesses Ansprechpartner : Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Arndt Ufer ufer@dik.tu-darmstadt.de

49 Verteilter Rechnerunterstützer Produktentstehungsprozess Im Sommersemester 2006 wurde folgende ergänzende Vorlesung von Herrn Dipl.-Ing Ulrich Sälzer (Daimler Chrysler AG) gehalten: Herr Dipl.-Ing. Ulrich Sälzer war von 2000 bis 2006 als Direktor ITC/D von Daimler Chrysler CVD (Commercial Vehicles Development) tätig. Im Rahmen der zweiwöchig stattfindenden Vorlesung geht Herr Sälzer auf praxisorientierte Beispiele des verteilten rechnerunterstützten Produktentstehungsprozess anhand von praktischen Beispielen ein. Lernziele: Im Rahmen der Vorlesung sollen die theoretischen Grundlagen der Entwicklungsprozesse anhand praxisorientierter Beispiele dargestellt werden. Die Schwerpunkte der Vorlesung liegen in der Darstellung struktureller Ansätze bei der weltweiten Zusammenarbeit ("Global Engineering") als auch der im Produktentstehungsprozess bei Daimler Chrysler Nutzfahrzeuge verwendeten Systeme (Prozessketten). Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt

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51 Annual Report 2006 Department of Computer Integrated Design (DiK) Technische Universität Darmstadt

52 Preface The chair of Computer Integrated Design (DiK) is one of 27 divisions of the Faculty Mechanical Engineering at Technische Universität Darmstadt. The year 2006 was a very successful year but also very challenging. I want to thank all my scientific researchers, technical and administrative staff for their successful collaboration and the motivating and fruitful atmosphere. Furthermore I want to thank the presidential board of Technische Universität Darmstadt as well as my colleagues from the Mechanical Engineering department for their ongoing strong support. Special thanks also to both, the departments and the university's administration. DiK is involved in research and teaching activities in the area of information processing in mechanical engineering. The activities are represented by the following areas of responsibility: Teaching in the undergraduate and graduate program, and Fundamental and application oriented research. At DiK 1181examinations have been approved on the undergraduate level and 370 on the graduate level. Scientific research and teaching has been performed in four attractive fields of competence: Information modelling, Virtual product development, Distributed and cooperative engineering and design, and CAx-laboratory The competence field information modelling deals with the development of object-oriented methods and tools for information modelling in the field of mechanical engineering. The main topics are dedicated to the development of product models as specified by ISO (STEP). In the competence field virtual product development digital product engineering, digital design and digital production planning methods are developed, analysed and evaluated. The common goal is to use once described product data many times within successive process chains. One main goal is to apply parametric and knowledge driven 3D-CAD systems for the interdisciplinary development of products.

53 In the competence field distributed and cooperative engineering and design research is performed on the development of methods for product design and engineering in 24/7 scenarios distributed around the world. The competence field CAx-laboratory is dedicated to new innovative methods for product styling and design. Main emphasis is on the interdependencies between virtual product design and physical prototyping. The year 2006 was very successful. All milestones in education as well as in research have been achieved. The main highlights were the approval of the graduate school Topology of Technics, the successful presentation of the results of the Global Engineering Excellence project and donation of 160 3D-CAD workstations through Adam Opel GmbH and 10 3D- CAD workstations through Hewlett-Packard within the PACE partnership. In the year 2005 the intercontinental Advanced Design Project on Collaborative Engineering was established where students from Virginia Tech (USA), Howard University (USA), ITSEM Monterrey (Mexico), Jiao Tong Shanghai (China) and TU Darmstadt developed an automotive assembly collaboratively. This was performed by using most modern internet-based teleconferencing technology. We are very honoured and happy for again receiving the Challenge Cup for winning the TUD-Marathon. I am also very honoured by having been awarded the visiting professorship by UNIMEP (Piracicaba, Brasil) and by having been elected as Member of the Academy of Science and Literature (Mainz). Furthermore I want to point out in particular the successful doctor thesis's of Mr Lars Klug, Mr Tri Ngoc Pham Van and Mr Alain Pfouga. Congratulations and all the best for a successful future professional career! I appreciate very much the results achieved in 2006 and I want to thank the whole members of DiK for their high motivation and continuously committed efforts. December 2006 Prof. Dr.-Ing. R. Anderl

54 Courses offered in basic course The courses offered in the undergraduate program contain lectures accompanied by intensive courses introducing the methods of data processing. These courses are applied to the prospective engineers' fields of activity. The courses are an integrated part of the first two semesters and consist of 1st semester: Lecture Basics of Data Processing, Course Programming Languages and Techniques 2nd semester: Introduction to computer aided design (CAD) (lecture and course) The contents and aims of these courses are chosen to convey a well-founded knowledge of data processing in mechanical engineering. The courses especially focus on the use of a parametric 3D-CAD-system as an introduction to CAD in the 2nd semester. This use of 3D-CAD is based upon the process chain of design with the intent to reuse all created product data from 3D-modelling most efficiently in later steps of the product chain. The education is continued in the second year (3rd and 4th semester) in the Machine Elements lectures and courses.

55 Basics of Data Processing (GEDV) The content of the lecture deals with relevant topics of today's data processing for the mechanical engineering branch. Selected chapters of technical, practical and applied computer science impart methodical application and effective working with and the understanding of electronic data processing. Introductions to the software lifecycle and to the methods of object oriented software development are the main focus of the lecture. These topics are practiced in the accompanying programming course (PST). Educational objectives: Mastery of the mathematics and technical basics of electronic data processing Ability for the development of data structures and algorithms Ability for the development of object-oriented software Knowledge of the hardware of electronic computers and distributed systems Understanding of the connection between operating systems and application software Knowledge of the different application systems Contact: Dipl.-Ing. Kai Mecke

56 Programming Languages and Techniques (PST) The tutorial to the lecture Basics of Data Processing intensifies the area methods of programming. The main focus of this tutorial is the teaching of the foundations of software development relevant for engineers. In the computer pool 'IIM' the students learn the application of the calculation system MATLAB in connection with the operating system SOLARIS. Other points of focus are methodical software development, planning and implementation of algorithms, data exchange based on file operations and the programming of graphical user interfaces. The tutorial concludes with a two week long project, which is to be solved in teams of four students. With an adequate result the grade of the lecture Basics of Data Processing can be improved (for further information see slides of the theoretical introduction). The exam to the lecture Basics of Data Processing consists of about 40% that is intensified in the tutorial. An extra challenge towards the winter semester 2006/07 was the transfer of the tutorial content from JAVA to MATLAB. Within the scope of the TUD-online-initiative this course was Contact: Dipl.-Ing. Kai Mecke mecke@dik.tu-darmstadt.de

57 Introduction to Computer Aided Design (CAD) This lecture course deals with the basics of threedimensional design on CAD-workstations and how this applies to the development of solutions for design problems. Within the course the threedimensional geometrical description of parts, the implementation of design intentions, the definition of product structures and the use of standard or catalogue parts are taught. The solutions developed must be presented and documented in different ways e.g. by the derivation of technical drawings from the CAD-model which have to be compliant to standards. All material for the lecture and the course is supplied digitally; therefore the independent use of the information technology tools is promoted. Contact: Dipl.-Ing. Marc Bierwerth

58 Courses offered in the main course The main course enables interested students to deepen their knowledge in the topics of data processing in the product development process. These courses are available to students from their fifth semester on and contain the following topics: Lectures: Product Data Technology A (CAD systems and Cax process chains) Product Data Technology B (product data management) Product Data Technology C (product and process modelling) Principles of CAE/CAD I and II Tutorials: CAD-Mechatronics within CATIA V5 Tutorial 3D-CAD with Unigraphics ADP: Virtual Product Development The central approach of these courses is based on the so-called product data technology. This product data technology as an interdisciplinary field is characterized by the basics of information science and methods of engineering science, especially the mechanical engineering. The fundamental concept is based upon a general processing (no breaks in media, no loss of information) of digital representable product data in all phases of the product lifecycle. The data processing systems used in this context, the integrated product data model in STEP and methods and tools to manage the product data in the product lifecycle are topics of the courses in the main course.

59 Product Data Technology A: CAD systems and CAx process series In the lecture Product Data Technology A, a basic introduction to modern product data technology is given. In particular, the idea of product model and the handling of product information, which are necessary for complete product specification, is given to the students. The didactical concept of the lecture is based on stating the mathematical, IT- and methodical basics of CAD systems in order to demonstrate in the subsequent course of the lecture how to apply the data generated by 3D CAD systems for different purposes. The learning targets are: Comprehension of correlations: integrated product model - product information - CAD systems - CAx process series Knowledge about different models for computer internal description of product information Knowledge about computer supported methods for design, construction, optimization, presentation, manufacturing preparation and documentation of products Comprehension of the interaction of data processing systems within process series The following topics are explained in-depth: The integrated product including definitions of the terms of product definition, product representation and product presentation Basic mathematical principles concerning geometric elements in 3D CAD systems Introduction into common geometry models (1D-3D), in particular volume models Different kinds and further applications of product presentations including related information e.g. on the theory of colors Computer supporting in product development Conceptual and methodical basics concerning shaping, modeling and structuring, e.g. parametric equations, standard parts, variant parts

60 Furthermore important CAD process series of product development from product conception till manufacturing process are analyzed, discussed and exemplified by representative examples. These are in particular the following process chains: CAD-Digital Mock-Up (DMU) CAD-Finite Element Analysis (FEA) CAD-Technical Product Documentation (TPD) CAD-Rapid Prototyping Technology (RPT) CAD-Virtual / Augmented Reality (VR/AR) CAD-Numerical Control (NC) Numerous examples from research and development are demonstrated to facilitate the aims of the lecture. Presentations of experts from industry provide valuable impressions for the attendees. CAx-process series on the basis of 3D CAD systems Contact: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

61 Product Data Technology B: (PDT B) The major aspect of this lecture is conveying the importance of Product Data Management and its functions in modern product development. The basic technologies and main preconditions of implementing Product Data Management systems are discussed. Furthermore the organizational arrangements for the use of these software systems are presented. Technically, a rough overview of the architecture of Product Data Management systems is given and examples of data models are shown. Concerning the growing importance of workflow management systems they are presented separately. The main aims of teaching are as follows: Comprehension of product data management systems and the correlations between them, the integrated product model and workflow management systems Knowledge about the basic technology of product data management systems Comprehension of the organizational preconditions Knowledge about the structure of Product Data Management systems Contact: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

62 Product Data Technology C: (PDT C) Central vision of product data technology is the development of a product by the use of information and communication technologies regarding the product quality in order to optimize the product costs and the development process as well as the efficiency of the development process. This leads to an intensified use of software systems in all subprocesses of the product development as for example the use of CAD and PDM systems within the construction process. In this lecture different principles, methods and tools for product and process modelling are presented. Principles of system engineering like the hierarchical structuring and modelling are discussed. Methods of model designing and its specification are pointed out and discussed. Looking at the ISO (better known as the "Standard for the Exchange of Product Model Data" - STEP) the approach of systematic data modelling gets explained by using SADT, EXPRESS and EXPRESS G. The concepts of the process modelling are described on the basis of the business process modelling. Within this context possibilities for modelling business cases and processes by using UML as well as the integrative method ARIS is introduced and discussed. Furthermore alternative, XML-based solutions are introduced. For delving the acquired, theoretical knowledge practical examples and exercises are done within the lecture. Comprehension of correlations between functions, data and process modelling Knowledge about the use of modelling techniques for business process reengineering Knowledge about the product model as specified in ISO (STEP) Knowledge about mapping product and process models into industrial applications

63 Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Rollmann

64 Advanced CAx Tutorial on Freeform Modelling with Unigraphics NX 3.0 In the tutorial Freeform Modelling with Unigraphics NX 3.0 the application of methodical approach for the design of complex components and assemblies, which contain freeform faces, is taught with the help of a parametric 3D-CAD-system. Typical applications of freeform modelling are automotive body sheet steels, hulls of ships and planes, turbine vanes as well as complex forming dies and primary shaping. Freeform modelling is used in the areas of design as well as in the areas of simulation and computation. Besides, cooperative work techniques are tried out, with a special attention to team work. Every individual creates freeform faces by following a methodical approach using CAD, but the group members altogether are responsible for reasonable junctions of the surfaces, the integration of the surfaces into the entire product and the division of work. Using freeform modelling the definition of a condition for the junction of the surfaces is quite important, because the quality of the surface junctions and the entire product is defined therewith. With a successful closure of the tutorial its participants gain the base knowledge of freeform modelling in Unigraphics NX 3.0. The experience made during the tutorial can also be applied to other 3D-CAD software systems. Contact: Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Marc Bierwerth bierwerth@dik.tu-darmstadt.de

65 Advanced CAx - Tutorial with CATIA V5 The course 'Advanced CAx with CATIA V5' teaches different methodologies to generate complex parts and assemblies using the CAD system CATIA V5 from Dassault Systemes. The focus of this course is the explaination and practicing of the methodology of knowledge based engineering. Using the example of a six-axis industrial robot, students are taught the principles of knowledge-based engineering and concurrent design. For coping the team task, the team members have to define interfaces between parts and find out design space that can be modelled by one single designer. Kinematics simulation of an industrial robot with Catia V5 After completion of this course, students are able to fully make use of the methodology of knowledge-based engineering and its principles Contact: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

66 Tutorial Advanced CAx Process Chain CAD FEM The department of Computer Integrated Design (DiK) offers courses with an emphasis on the advanced topics of Computer Integrated Engineering. The tutorial "Process Chain CAD- FEM" is concerned with the fundamentals of the finite element theory and provides a comprehensive introduction to the FEM-applications. It broadens the graduate curriculum of DiK in the field of Computer Aided Engineering and meets one of the cross-disciplinary requirements of the Engineering Departments. In the tutorial the theory of Computer Aided Engineering has been addressed regarding the course "Introduction to CAE- CAD - I" held by Prof. Dr. Ing R. Anderl. The main focus is set on the industrial application of High-End CAE tools. In 2006 Hyperworks Version 7.0 from Altair has been employed as the CAE-software package. The tutorial presents the subject matter from a perspective of "process chains" rather than concentrating on the theoretical fundamentals of FEM or on using a commercial software package. Geometry preparation Material definition Meshing Boundary Conditions Solving Post-Processing 13 students from the departments of Mechanical Engineering, Industrial Engineering (with major in Mechanical Engineering and Computer Sciences), Computational Engineering and Informatics & Systems Engineering have participated in the Contact: Orkun Yaman M.sc. yaman@dik.tu-darmstadt.de

67 Tutorial Collaborative Engineering - Windchill During the CE-Tutoriums in the summer 2006 the students have been encouraged to implement the theory from the lecture PDT-B especially, the part of product structure management and release and change management from the lecture PDT-B in praxis on the basis of the system Windchill. First of all, the students haven been systematically introduced in the System Windchill on the basis of the tutorials. Based on the introduction the students should implement the theory in Windchill. As practical example the product door with cylinder lock were chosen. In particular, the organization and administration of product structures with all the possible variants and the change management of the door were to be regarded. The results were documented in the existing tutorial with the help of the system learn2l and the existing training documents of last term were extended by further topics like life cycle and workflow management, release and change management and product structure management. Contact: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

68 Introduction to CAD/CAE The department of Computer Integrated Design assumed full responsibility for the interdisciplinary course "Introduction to CAE-CAD - I" in 2006 and adopted it into its undergraduate curriculum. The previous concept of the course, which arranges each topic partially to different departments, has been reorganized. A new syllabus has been developed that contains a unified introduction to the following topics of Computer Aided Engineering: Architecture of CAx-Systems CAx-Processes and Model Theory Geometrical Modelling Modelling and Simulation Introduction to Finite Element Method (FEM) Process Chain CAD-FEM Process Chains CAD-DMU / CAD-MBS / CAD-RPT During the course 5 tutorial sessions have been offered, covering the following practice exercises Intorduction to the System Environment: File-based vs. PDM Methods of Geometrical Modelling FEM based on NX3 Structures FEM - further techniques and skills Multibody Simulation 70 students from the departments of Mechanical Engineering, Industrial Engineering (with major in Mechanical Engineering and Computer Sciences), Computational Engineering and Informatics & Systems Engineering have participated in the interdisciplinary oriented course. Contact: Orkun Yaman M.sc. yaman@dik.tu-darmstadt.de

69 ADP Computer Aided Development of ergonomic and design -oriented products The ADP is organized by the departments DiK, IAD and pmd of TU Darmstadt and the department Gestaltung of the University of Applied Sciences in Darmstadt. During the development especially the characteristic work equipment (such as methods, tools and media) and processes corresponding with the key aspects of the involved disciplines are applied. Thereby computer-aided work tools of product development in particular should be put into focus. The tasks of the ADP are developing, analysing and describing the processes of a computer-based product development from the scratch to the prototype by considering functional, ergonomic and aesthetic aspects. Thereby applied procedures as well as interfaces and occurring conflicts of aims between the involved subjects and their solution during the process should be gathered and described. The focus especially lies on the reflection and documentation of the process as well as the information and data flows. Figure 1: Developed Product hammer-screwdriver-combination

70 The problem is supposed to be solved in team work. Single team members are assigned to take the responsibility of a representative of the different disciplines. The product and its restricting criteria are given. The main focus lies on the design of the product development process, and the use of methods in order to create a formal-abstract and geometric-representational Figure 2: Developed product electrical measure tape product description. The students are encouraged to vary methods and tools and to make suggestions for improvement. Contact: Dipl.-Ing. Jürgen Rambo rambo@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de

71 ADP - Collaborative Engineering UG NX4 The intention of the advanced design project of winter term 2005/2006 was to upgrade an existing product constructively by using fundamental methods of Collaborative Engineering in international teams. The advanced design project was executed in collaboration with students of Virginia Tech (USA), Howard University (USA) and ITESM Monterrey (Mexico) as project partners. As industrial partner the Adam Opel GmbH supported the project with technical data of the Opel Zafira. Tools for Project Management and Collaborative Engineering, e.g. for cooperation and data exchange between the two locations, were used by the students in teams distributed in time and space. Contact: Dipl.-Ing. Arndt Ufer ufer@dik.tu-darmstadt.de

72 DiK - Statistics Study 2006

73 Research The strategic aim of the research projects is scientific exploration and design of integrated product development processes, elaboration of fundamental methods and knowledge transfer to industrial application. Technologies such as product data technology using the integrated product model are a basis for research in computer integrated methods realizing innovative and interdisciplinary product development and design. To implement these methods supporting the whole product development process, software and hardware tools are designed. Another important research area is the development of new working environment systems, based on a cooperative, distributed organization of work and the use of hypermedia and multimedia. In the past years three main areas of research have been established: the information modelling with the main focus directly to the product data description, the distributed and cooperative work with emphasis on the work techniques as well as the virtual product development in their main features, e.g. the views of applications, handling and use of software tools during the development process. Authorities in the following areas are available: Information Modelling Process Analysis and Modelling (PAM), Object-oriented Modelling (OOM) and Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP). Distributed and Co-Operative Work Distributed Product Development (DPD), Cooperative Working Techniques (CWT), Business Process Reengineering (BRP), Collaborative Process and Product Management Virtual Product Development Computer Aided Design (CAD), Computer Aided Engineering/X (CAE/CAX) and Integration and Product Data Management (PDM). In the following the individual projects, processed in the calendar year 2006, are presented.

74 EU-Research Project Sustainable Production Technologies of Emission Reduced Light-weight Car Concepts (SuperLight Car) SuperLightCar is a collaborative Research & Development project co-funded by the European Commission under the 6th Framework Programme. In SuperLightCar, 38 leading organizations from 9 European countries work together to bring lightweight automotive technologies closer to high volume car production. SuperLightCar has a multi-material philosophy, striving to use for each part the best material and manufacturing processes in terms of weight and cost minimization, while fulfilling a wide range of automotive requirements in areas such as stiffness, crash performance, fatigue and corrosion resistance, etc. From the start the core driving force for SuperLightCar has been a group of seven automotive manufacturers:volkswagen (as coordinator), Fiat Research Centre, Opel, Renault, Volvo Technology Centre, Porsche and Daimler Chrysler. These, together with top level organizations from science (e.g. Fraunhofer Institutes, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt or Commisariat ŕ l énergie atomique) as well as the supplier industry (e.g. Arcelor, Hydro, Corus or Comau), have defined the SuperLightCar approach. The project has an ambitious objective; it aims to deliver the technologies and design concepts that would allow up to 30% weight reduction in the C-class car models of future generations, while respecting the very demanding cost restrictions of such popular models. SuperLightCar collaborates with other major RTD projects under the auspices of EUCAR. (EUCAR: European Council for Automotive Research). Figure 1 : Prospective Integration of Technical, Environmental and Cost Issues

75 The precompetitive achievements of SuperLightCar applied in series production beyond 2010 will serve a basis to save millions of tons of fuel respectively carbon dioxide due to significantly reduced vehicle weight. The objectives of DiK within the project are to link the domain of concept development with the domains of Life Cycle Assessment and Life Cycle Costing (LCx) in a manner that LCxrelevant information can be adapted and made available in the field of concept development.. This ensures a prospective assessment of cost and environmental issues with regard to technical issues. For this purpose, DiK develops specific XML-based CAD interfaces and an independent platform for XML-based LCx data-exchange (figure 2) Figure 2 : Overview of IT-tools developed by DiK (CAD-interfaces, SLCbridge platform) Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt platt@dik.tu-darmstadt.de

76 Collaborative Research Center 666 Integral Sheet Metal Design with Higher Order Bifurcations - (Design, Manufacturing, Evaluation) The Collaborative Research Center (CRC) Integral Sheet Metal Design with Higher Order Bifurcations is running from July 2005 to March Its goals are the development of methods and techniques that support the optimised design of bifurcated integral sheet metal parts. From Juliy 2005 to March 2009 there have been allotted altogether for the CRC 666 by the Deutsche Forschungsgemeinschaft. The overall, long-term research objectives and cognitions of CRC 666 are as follows: Acquiring of methods for the systematical development and verification of bearing strength of bifurcated integral sheet metal parts Manufacturing of bifurcated integral sheet metal parts Evaluation and Optimisation of bifurcated integral sheet metal parts concerning multifunctional Profiles The department of Computer Integrated Design participates in the CRC 666 in two subprojects, called A4 and A5, which are described below. In 2006, the CRC has been present at the important german industry fairs Hannover Messe 2006 and Euromold This attendance is an essential step to propagate the scientific ideas behind the CRC. Furthermore, a workshop for all participants was held in Bad Orb, Germany, in November 2006 to present the current state of research in each project. The workgroup virtual product development is still led by the department of Computer Integrated Design as well as the administration of on the official website, which can be found at Contact: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Rollmann rollmann@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Infom. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de

77 Subproject A4: Development of modeling techniques for Linear Flow Splitting and Linear Flow Bending One challenge in modeling of products that correspond to the production methodology of integral sheet metal design with higher order bifurcations is the Integration of mathematically generated solutions. The three-dimensional representation of such parts therefore requires a suitable methodology. A 3D-representation enables the engineer to certify his selection decision. Conventional modeling functions in 3D- CAD systems are not appropriate to completely integrate all requirements to present and represent branched sheet metal products in a virtual product development system. The new scientific approach is to develop and implement new design methodologies and tools in 3D-CAD systems for geometric modeling of integrated sheet metal with higher bifurcation order, especially on the basis of algorithmic generated solution trees. A Methodology of implementing knowledge-based User Defined Features (UDF) has been developed and implemented for this purpose. Examplary view of the data model and the respective CAD In 2006, an interface and the fundamental data model have been specified that together serve the data exchange between this project and the projects taking place chronologically afore. Moreover, a demonstrating example could be implemented that shows handling of such exchange data. Contact: Dipl.-Ing. Marco Kormann kormann@dik.tu-darmstadt.de

78 ProSTEP ivip e. V. Association Project Group SimPDM The DiK is member of the project group Integration of Simulation and Computation into a PDM Environment of ProSTEP ivip Association. Aim of this project is to find a common solution for the integration of simulation and computation into a PDM environment. Users and system providers as well as research institutes with the research fields of Product Data Management and simulation/computation participate in this solution finding process. Hence, following aims derive: Definition of application cases in order to develop a specification for integration Use of synergy effects by knowledge transfer and exchange of experience Collective appearance towards system providers during the implementation Development of industry standards for integration Figure 1: Context of Simulation Data Management The project started in 2003 with a large number of participants from industry. Building on the results of former years, following work packages are defined and arranged:

79 Build up of a common comprehension of the issue of PDM in the range of simulation and computation Creation of a requirement specification for the integration Formulation of reference processes for the integration of simulation and computation into the product development process Creation of an integrated meta data model for the representation of CAE-model structures in xdm systems. The concept also contains a version and variant management Development of concepts for the parameters synchronisation between the product structure and the CAE model structure as well as for the CAE application integration in xdm systems. Furthermore following work packages are planned concerning the project: Technical specification of the parameter synchronisation between product and CAE model structure Technical specification of the CAE application integration in xdm system Enhancement to CFD issues Enhancement to Post Processing issues Support of SimPDM implementations Completion of VDA Recommendation Creation of recommended practices linked to the VDA Contact: Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de

80 Transfer-Unit 55 C5 Life Cycle Design based on E-Business Solutions Recently the European Union (EU) has legislated a number of directives in the range of product-related environment protection. Two of these directives are the WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) and the RoHS (Reduction of Hazardous Substances). These directives follow the principle of responsibility, i.e. producers responsibility. Producers are responsible for their products during the entire life cycle, from material production up to ist disposal. The CRC 392 methods and tools, concerning the development of environmentally- friendly products, offer a huge potential in combination with the extensive technical and economic life cycle consideration, an SAP system holds. The development of a feasible solution is possible. With such a solution a standard compliance of the given directives can be acquired. Next goal is the integration of the life cycle design into the daily enterprise work. The integration comprises the CRC results (methods and tools) such as mysap Business Suite. Thus the companies are empowered to carry out a product compliance based on the mentioned directives. Along with the environmental assessment of products throughout the entire life cycle (establishing the environmental profile based on the EuP), this compliance contains also a WEEE/RoHS check, methods and instruments for product optimisation and the ambition to satisfy the requirements of the directives (figure one).

81 In this project the Institute of Production Management, Technology and Machine Tools (PTW) as well as the Department of Computer Integrated Design (DiK) collaborate with the TechniData AG. The DiK is responsible for analysis of the European and world-wide environmental legislation. Therefore the legislation from Europe, USA, Japan and China was analysed and a concept for the mapping of relevant information was developed. Furthermore a prototype of a relational database for environmental legislation was implemented. With this Database a query for legislation from specific countries or their short term respectively is possible. Afterwards a detailed search for required tasks (for producer, user or supplier), required documents as well as restrictions, consequences and sanctions can be performed (figure 2). Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Pamela Stöcker stoecker@dik.tu-darmstadt.de

82 Global Engineering Excellence (GEE) In Search of Global Engineering Excellence: Educating the Next Generation of Engineers for the Global Workplace Continental AG in conjunction with eight internationally renowned universities launched the Global Engineering Excellence Initiative. This unique collaboration will study the influence and importance of technological expertise and education on the competitiveness of nations, people, and companies. At the heart of this initiative is a comprehensive study designed to reflect a broad spectrum of topics dealing with all aspects of engineering and natural sciences. The study will cover the following research areas: Competitiveness and technology. Career paths of graduates in scientific and engineering disciplines. How first-rate engineering and science education are designed and implemented. The development of future trends in these fields. How a successful interchange of knowledge can be promoted between universities and companies. TU Darmstadt vice president Prof. Dr.-Ing. R. Anderl pointed out the core questions of the study: "We want to identify, for example, success factors for the development of engineers based on an international comparison. Do they differ? Is there such a thing as the engineer? How are graduates of technical sciences looked upon? Is there a critical mass of technical scientists needed for competitive economies? How many patents are there, and what is the patent focus in different countries? How and where does cooperation between science, industry and business take place, and what are the formulas for its success? We also want to examine product development cycles to look for trends within the various engineering disciplines, and identify which are taking the lead.

83 Figure: Project partners of the Global Engineering Excellence Initiative (Prof. Anderl 3rd from left) The target of the initiative Global Engineering Excellence is to uncover important facts about the importance of engineering in the world's markets, the education of engineers on a worldwide basis and the needs for future engineering profiles, as well as to give recommendations for improvement for all stakeholders. And all this from a global perspective. Engineers play a critical role in fueling the global economy. Industry needs highly educated, entrepreneurial engineers to ensure innovation and technological leadership. Industry needs engineers who strive for the best in a highperformance, highly competitive global market. Industry needs a new breed of engineer: technically broad, commercially savvy, and globally adept. As a leading international automotive supplier in the hightech sector, Continental is strongly committed to promoting the global advancement of engineering education and the development of young engineers. The report, In Search of Global Engineering Excellence: Educating the Next Generation of Engineers for the Global Workplace, reflects that commitment. It also reflects the commitment of an international team of scholars from eight universities known for their engineering programs. Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Michael Thel thel@dik.tu-darmstadt.de

84 ProSTEP ivip Association Project Group CPV The DiK participates in the project group Collaborative Product Visualization - CPV of VDA and ProSTEP ivip Association. The project group aims at a harmonisation of visualisation data exchange in the cross-enterprise collaboration. Within the scope of the project, existing and intended processes were analysed in the companies. Based on the results of this analysis pilot scenarios were developed. The different pilot scenarios were implemented by a data exchange partner of the project group. The herewith gained experience was used to create a corresponding ProSTEP ivip and VDA Recommendation. Definition of a common interview guideline for the company process analysis and the following evaluation of the results thereof. Realisation of the company process analysis: as a basis for the planned VDA Recommendation the processes concerning the cross-enterprise exchange of visualisation data in different companies were analysed and documented. Figure : Project chart with pilot scenarios

85 Figure 2: Example of a reference process illustration Creation of pilot scenarios: after analysing the company processes the different pilot scenarios based on different data formats and applications were created. These pilot scenarios were validated in the applying companies and form the basis for the creation of neutral reference processes. Draft and pattern of a Recommendation: As a result of the project the reference processes were developed and handed in at ProSTEP ivip Association and VDA CAD/CAM-AK as a draft of the Recommendation Contact: Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de

86 Distributed computer supported Product Development Process In summer term 2006, an additional course was lectured by Dipl.-Ing. Ulrich Sälzer (Daimler Chrysler AG). From 2000 to 2006, Mr. Sälzer was the director of ITC/D at Daimler Chrysler Commercial Vehicles Development. Within his two-week course, Mr. Sälzer lectured the distributed computer supported product development process based on practice-oriented examples and usecases. Goals: The lecture dealed with enhancing theoretical principles of product development processes with pratice-oriented examples. The focus of the lecture based on the description of both structural approaches for global engineering and used systems (process chains) based on the development of commercial vehicles. Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt

87 Veröffentlichungen / Publications Virtuelle Produktentwicklung in der Automobilindustrie, In: A. Baukrowitz; T. Berker; A. Boes; S. Pfeiffer; R. Schmiede; M. Will (Hg.): Informatisierung der Arbeit - Gesellschaft im Umbruch Anderl, R.: Virtuelle Produktentwicklung in der Automobilindustrie, In: A. Baukrowitz; T. Berker; A. Boes; S. Pfeiffer; R. Schmiede; M. Will (Hg.): Informatisierung der Arbeit - Gesellschaft im Umbruch, edition sigma, 2006 Application of Kinematics in DMU Malzacher, J.: Application of Kinematics in DMU, PACE Forum 2006, Darmstadt, 2006 Integrationsmodell für integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung Anderl, R.; Wu, Z.; Rollmann, T.; Kormann, M.: Integrationsmodell für integrale Blechbauweisen höherer Verzweigungsordnung, CAD-CAM Report, Dressler, 2006 Inovationspotenzial in der Produktentwicklung Anderl, R.; Bierwerth, M. B.; Pfouga Bopoungo, A. J.; Ufer, A.: Inovationspotenzial in der Produktentwicklung, Hanser, 2006 Utilizing PACE Software Products in Technische Universität Darmstadt s Undergraduate CAD Training Anderl, R.; Bierwerth, M. B.; Ufer, A.: Utilizing PACE Software Products in Technische Universität Darmstadt s Undergraduate CAD Training, PACE Annual Meeting 2006, Provo, USA, 2006 Product Design Data Management Anderl, R.; Rambo, J.; Wu, Z.: Product Design Data Management, 1ST International Design Management Symposium, Shanghai, 2006

88 Federative Factory Data Management: An approach based upon Service Oriented Architecture (SOA) Anderl, R.; Rezaei, M.: Federative Factory Data Management: An approach based upon Service Oriented Architecture (SOA), 3rd International CIRP Conference on Digital Enterprise Technology (DET-CIRP) in Setúbal, Portugal, 2006 Mehr Informationen

89 Dissertationen / Doctor Theses Lars Klug Methodischer Einsatz von parametrischen Prototypen in der Produktentwicklung Forschungsberichte aus dem Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion, Technische Universität Darmstadt, Shaker Verlag, Aachen 2006 Tri-Ngoc Pham-Van Föderatives PDM zur Verwaltung mechatronischer Systemstrukturen Forschungsberichte aus dem Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion, Technische Universität Darmstadt, Shaker Verlag, Aachen 2006 Alain Joseph Pfouga Bopoungo Entwicklung einer Methode zum Prdoduktmanagement im Produktlebenszyklus Forschungsberichte aus dem Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion, Technische Universität Darmstadt, Shaker Verlag, Aachen 2006

90 Mitarbeiter / Staff 2006 Fachgebietsleitung Prof. Dr.-Ing. Reiner Anderl anderl@dik.tu-darmstadt.de Telefon: Sekretariat Monika Mayer mayer@dik.tu-darmstadt.de Telefon: Technische Angestellte Jürgen Berberich David Fischer berberich@dik.tu-darmstadt.de Telefon: fischer@dik.tu-darmstadt.de Telefon: Auszubildende Christian Roth Henning Stecher roth@dik.tu-darmstadt.de Telefon: stecher@dik.tu-darmstadt.de Telefon: Wissenschaftliche Mitarbeiter Dipl.-Ing. bierwerth@dik.tu-darmstadt.de Marc Bierwerth Telefon: Dipl.-Ing. ufer@dik.tu-darmstadt.de Arndt Ufer Telefon: