С Ах für Ingenieure. Springer. Eine praxisbezogene Einführung

Transkript

1 Sandor Vajna Christian Weber Helmut Bley Klaus Zeman In Zusammenarbeit mit Peter Hehenberger С Ах für Ingenieure Eine praxisbezogene Einführung 2. völlig neu bearbeitete Auflage Springer

2 Inhalt 1. CAx-Systeme - warum und wozu? Aktuelle Herausforderungen an Unternehmen Ursprünge und Entwicklungen von CAx Einsatz von CAx 12 Literatur Methodische Grundlagen Lebensphasen technischer Produkte Konstruktionsprozess, Entwicklungsprozess Konstruktionsmethodik Entwicklungsmethodik für mechatronische Produkte und Systeme Weitere Modelle Produkt- und Prozessmodellierung auf der Basis von Produktmerkmalen und -eigenschaften Grundlagen Analyse Synthese Lösungselemente, Lösungsmuster Modell des Produktentwicklungsprozesses Ende des Produktentwicklungsprozesses Schlussfolgerungen für CAx-Systeme 46 Literatur Aufbau von CAx-Systemen Hardware Historischer Abriss Allgemeiner Aufbau Bildschirmarbeitsplätze für CAx-Anwendungen CAx-spezifische Peripheriegeräte Rapid Prototyping Virtuelle Realität Software 80 vii

3 3.2.1 Betriebssystem Aufbau der Anwendungssoftware Netzwerke Internet 95 Literatur 96 Grundlagen der Modellbildung Bedeutung und Nutzen von Modellen Systeme Der Systembegriff Bestandteile von Systemen, Systemstruktur Systemeigenschaften, Systemverhalten Zustand, Prozesse, Parameter, Signale Klassifikation von Systemen Modelle Der Modellbegriff Anforderungen an Modelle und Modellzweck Modellstrukturen und -hierarchien Modellbildung Allgemeines zur Modellbildung Vorgehensweise bei der Modellbildung Anforderungen an den Modellbildner" Anwendungsbeispiel zur Modellbildung Klassifikation von Modellen (Modellarten) Klassifikation nach dem Anwendungszweck Klassifikation nach den Phasen des Entwicklungsprozesses Modelle und Parameter (Parametrische Modelle) Systemanalyse durch Simulation Modellvalidierang und -Verifikation Verifikation Validierung 155 Literatur 155 Modellerstellung und -anwendung CAD-Modellierung und Anwendungen D-Modellierung D-Modellierung Modellarten und Volumenmodellierung Direkte Modellierung Parametrische Modellierung Featurebasierte Modellierung Modellierungsstrategien Chronologiebasierte Modellierung Bauräume und Beziehungen 210

4 Inhalt ix Erzeugnisorientierte Modellierang ( top down") Einzelteilorientierte Modellierang ( bottom up") Erzeugnisorientierte gegenüber bauteilorientierte Modellierang ( top-down" vs. bottom-up") Weitere Modellierungstechniken Verwendung von Standardteilen Toleranzsimulation Ableiten von Fertigungsunterlagen Animation und Visualisierung Finite-Elemente-Modellierang und Anwendungen Einleitung zur Finite-Elemente-Methode (FEM) Einführangsbeispiele Grundlagen zur Methode der Finiten Elemente FEM-Modellbildung Durchführung einer FEM-Analyse Geometriedefinition Werkstoffeigenschaften Randbedingungen Belastungen Vernetzung Rechenlauf Ergebnisauswertung Anwendungsbeispiele für FEM Mehrkörpersysteme-Modellierang und Anwendungen Einleitung Anwendungsbereiche von Mehrkörpersystemen Einführungsbeispiele Grundlagen für Mehrkörpersysteme Simulationswerkzeuge für Mehrkörpersysteme Modellbildung für Mehrkörpersysteme Durchführung einer Mehrkörpersystemsimulation Verfahren zur numerischen Zeitintegration Konstraktions- und Modellverbesserung Geregelte Mehrkörpersysteme Kopplung von Mehrkörpersystemen mit FEM Weitere Modellierangs- und Simulationsmethoden Weitere ausgewählte Modellierangstechniken und Anwendungen CFD-Modellierung und Anwendungen Modellierang und Anwendungen in der Hydraulik Modellierung und Anwendungen in Elektrotechnik und Elektronik Modellierang und Anwendungen bei gekoppelten Problemen Modellierang und Anwendungen in der Mechatronik 327

5 x Inhalt 5.5 Bauteiloptmierang Evolutionäre Algorithmen Neuronale Netze Simulated Annealing Particle Swarm Optimierung Monte-Carlo-Verfahren Hill-Climbing-Verfahren Gradientenverfahren 351 Literatur Rechnerunterstützte Arbeitsplanung und -Steuerung Grundlagen technischer Produktionsplanung Rechnerunterstützte Systeme Arbeitsplanung Arbeitssteuerung/Leitstand/Manufacturing Execution System (MES) NC-Programmierang Programmierung von Industrierobotern Rechnerunterstützte Planung technologischer Prozesse Urformen Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaften ändern Die Digitale Fabrik Design for Manufacturing and Assembly (DFMA) Feature-Technologie in der CAP-Nutzung Kommerziell verfügbare Systeme Virtuelle Realität, Digital Mock Up Kostenrechnung Offene Forschungsthemen 403 Literatur Systemintegration in der Prozesskette Entwicklung - Produktion Product Lifecycle Management Integrierte Produktentwicklung Prozess- und Projektnavigation Realisierung von PLM Nutzen einer PLM-gerechten Vorgehensweise Schnittstellen und Datentausch EDM- und PDM-Anwendungen ERP-Systeme Wissensverarbeitung 429

6 Inhalt xi Grundlagen Wissensnutzung in der Produktentwicklung Dokumentation und Archivierung Dokumentation von Produkten und Modellen Dokumentation des Modellierungsprozesses Digitales Archiv 436 Literatur Einführung und Migration von CAx-Systemen Gründe für eine Einführung bzw. eine Migration Bildung des Projektteams Wahl eines Partners für Einführung oder Migration Analysen des aktuellen Zustands Sollkonzept und Anforderungsprofil Bewertungsmaßstab und Auswahlverfahren Informationsbeschaffung Problemorientierter Benchmark Vereinfachtes Auswahlverfahren von CAx-Alternativen Nutzwertanalyse Abschätzung der Wirtschaftlichkeit Einführung Einführungsstrategie Systemauswahl Beschaffung, Implementierung und Schulung Migration Migrationsstrategie Arten der Migration von Alt-zu Nachfolgesystem Parallelbetrieb von Alt- und Nachfolgesystem Durchführen der Umstellungsarbeiten Einbinden der Altdatenbestände Probleme und Fehler bei der Migration Einrichten einer CAx-Betreuungsfunktion 466 Literatur Wirtschaftliche Bewertung Bestimmung der Kosten Bestimmung des Nutzens Kostenreduktion bei gleicher Leistung Leistungserhöhung bei gleichem Ressourceneinsatz Nutzwertanalyse Bestimmung der Wirtschaftlichkeit Statische Methoden Dynamische Methoden Möglichkeiten zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit 479

7 Xll Inhalt 9.4 Benefit Asset Pricing Model (BAPM) Berechnungsbeispiel Abgestufter Einsatz der Wirtschaftlichkeitsverfahren 488 Literatur 489 Glossar 491 Literatur 521 Sachverzeichnis 537