ZAFH Digitaler Produktlebenszyklus

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1 10. Altair Anwendertreffen ZAFH Digitaler Produktlebenszyklus vorgetragen von: Manuel Ramsaier, M. Sc. Hochschule Ravensburg-Weingarten Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen Institut für Flugmechanik und Flugregelung

2 Projektkonsortium Universität Stuttgart ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 2 / 19

3 Problemstellung Cyber-Physical System Design (CPS) Produktidee Marktstudie Industrie 4.0 Konzept- / Machbarkeitsuntersuchungen Konzeptentwurf Detailentwurf Funktionsnachweise Typmuster Prototypen Baubarkeitsprüfung Produktionsplanung Digitale Fabrik Inbetriebnahme Produktion Entsorgung Recycling Wartung Reparatur Produktion Produktlebenszyklus Design Freeze Product Freeze ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 3 / 19

4 Wissensrepräsentation n Modelle (Domänen) - n(n-1)/2 Schnittstellen - manuelle Nacharbeit n Modelle (Domänen) + n Schnittstellen + konsistente Daten Entwurf Entwurf Systeme Struktur Systeme Struktur Code Strömung Code Strömung Finanzen Finanzen Produktion etc. Produktion etc. klassisch ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 4 / 19

5 Wissensverarbeitung abstrakte Physik (partielle Ontologie) abstrakte Regelung (partielle Ontologie) abstrakte Verkabelung (partielle Ontologie) CAD MKS FEM CFD CATIA V5 OpenCASCADE SIEMENS NX VRML ADAMS SimMechanics ANSYS CALCULIX NASTRAN MSC Laminate Modeler, FLUENT OpenFOAM STAR-CCM+ MATLAB/ SIMULINK ESATAN-TMS abstrakte Fabrik (partielle Ontologie) CAS MAPLE MACSYMA REDUCE MATHEMATICA ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 5 / 19

6 Forschung anwendungsorientiert Methodenentwicklung ISD, IFR der Universität Stuttgart Requirement Management, Method-Oriented Architecture, Stukturierung, Verarbeitung und Kopplung von Wissen (Ontologien), Erarbeitung von Engineering Design Patterns zur elektronischen Wiederverwendung (Reuse) Struktur und Konzeption von Bibliotheken HS Reutlingen User Interface Design / Datenmanagement / Softwareentwicklungsprozess Umsetzung moderner, multidisziplinärer Arbeitsweisen in neues Arbeits- und Bedienkonzept, kontextabhängige Sichtweisen HS Weingarten auf das Modell, kollaborativer Entwurf, Concurrent Design Facility, Informationsarchitektur, Datenmanagement, Softwareentwicklungsprozess Wissensrepräsentation und -verarbeitung Ontologien und Design Patterns für Engineering Bibliotheken Requirements Entwurf / Produktarchitektur Modellierung und Simulation / Test Digitale Fabrik Kosten- und Energieanalyse Anwendung integrativ Use Case 1 (Schwerpunkt Leichtbau, Digitale Fabrik) PKW-Frontklappe Geometrieerstellung funktionaler Entwurf Leichtbau, Materialkonzept Stahl/Alu/CFK Steifigkeit, Festigkeit Kinematik Kopfaufprall Umformen Montage- und Fabrikplanung virtuelle Inbetriebnahme Kosten- und Energieanalyse, Qualität, KVP (kontinuierlicher Verbesserungsprozess) Use Case 2 (Schwerpunkt Mechatronik) Quadrocopter Geometrieerstellung, funktionaler Entwurf mechatronisches System Steifigkeit/Festigkeit Flugverhalten Regelungsstrategien Fertigungs- und Montageplanung geometriebasierte Kosten- und Energieanalyse Use Case 3 (Schwerpunkt Lehre) Segway Alle Partner Geometrieerstellung funktionaler Entwurf Steifigkeit/Festigkeit Regelungsstrategien Fertigungsplanung Energieabschätzung HS Weingarten/ISD/IFR HS Weingarten/IFR HS Albstadt/HS Ulm HS Weingarten/ISD Softwaresysteme domänenspezifisch UML/Eclipse CAD/PDM/ CAE/FEM/MKS/ OpenSource/Siemens Siemens Lasso/Siemens CAP/Produktionssimulation/ EKS-InTec/ Siemens PKM/KA/LCA/ Siemens Engineering-Framework Systemintegration mittels Entwurfssprachen Design Cockpit mit Modellierungspracheneditor, Regeleditor für Modelltransfomationen, Schnittstellen zu domänenspezifischen Softwaresystemen im Ingenieurwesen Begleitender Industriekreis 6 Konzerne und 6 KMU aus der Region Baden-Württemberg Kontec/DIF

7 Forschung anwendungsorientiert Methodenentwicklung ISD, IFR der Universität Stuttgart Requirement Management, Method-Oriented Architecture, Stukturierung, Verarbeitung und Kopplung von Wissen (Ontologien), Erarbeitung von Engineering Design Patterns zur elektronischen Wiederverwendung (Reuse) Struktur und Konzeption von Bibliotheken HS Reutlingen User Interface Design / Datenmanagement / Softwareentwicklungsprozess Umsetzung moderner, multidisziplinärer Arbeitsweisen in neues Arbeits- und Bedienkonzept, kontextabhängige Sichtweisen HS Weingarten auf das Modell, kollaborativer Entwurf, Concurrent Design Facility, Informationsarchitektur, Datenmanagement, Softwareentwicklungsprozess Wissensrepräsentation und -verarbeitung Ontologien und Design Patterns für Engineering Bibliotheken Entwurf / Produktarchitektur Modellierung und Simulation / Test Anwendung integrativ Use Case 1 (Schwerpunkt Leichtbau, Digitale Fabrik) PKW-Frontklappe Geometrieerstellung funktionaler Entwurf Leichtbau, Materialkonzept Stahl/Alu/CFK Steifigkeit, Festigkeit Kinematik Kopfaufprall Umformen Montage- und Fabrikplanung virtuelle Inbetriebnahme Kosten- und Energieanalyse, Qualität, KVP (kontinuierlicher Verbesserungsprozess) Use Case 2 (Schwerpunkt Mechatronik) Quadrocopter Geometrieerstellung, funktionaler Entwurf mechatronisches System Steifigkeit/Festigkeit Flugverhalten Regelungsstrategien Fertigungs- und Montageplanung geometriebasierte Kosten- und Energieanalyse Use Case 3 (Schwerpunkt Lehre) Segway Alle Partner Geometrieerstellung funktionaler Entwurf Steifigkeit/Festigkeit Regelungsstrategien Fertigungsplanung Energieabschätzung HS Weingarten/ISD/IFR HS Weingarten/IFR HS Albstadt/HS Ulm HS Weingarten/ISD Softwaresysteme domänenspezifisch UML/Eclipse CAD/PDM/ CAE/FEM/MKS/ OpenSource/Siemens Siemens Lasso/Siemens CAP/Produktionssimulation/ EKS-InTec/ Siemens PKM/KA/LCA/ Siemens Engineering-Framework Systemintegration mittels Entwurfssprachen Design Cockpit mit Modellierungspracheneditor, Regeleditor für Modelltransfomationen, Schnittstellen zu domänenspezifischen Softwaresystemen im Ingenieurwesen Begleitender Industriekreis 6 Konzerne und 6 KMU aus der Region Baden-Württemberg Kontec/DIF

8 Forschung anwendungsorientiert Methodenentwicklung ISD, IFR der Universität Stuttgart Requirement Management, Method-Oriented Architecture, Stukturierung, Verarbeitung und Kopplung von Wissen (Ontologien), Erarbeitung von Engineering Design Patterns zur elektronischen Wiederverwendung (Reuse) Struktur und Konzeption von Bibliotheken HS Reutlingen User Interface Design / Datenmanagement / Softwareentwicklungsprozess Umsetzung moderner, multidisziplinärer Arbeitsweisen in neues Arbeits- und Bedienkonzept, kontextabhängige Sichtweisen HS Weingarten auf das Modell, kollaborativer Entwurf, Concurrent Design Facility, Informationsarchitektur, Datenmanagement, Softwareentwicklungsprozess Wissensrepräsentation und -verarbeitung Ontologien und Design Patterns für Engineering Bibliotheken Requirements Entwurf / Produktarchitektur Modellierung und Simulation / Test Digitale Fabrik Kosten- und Energieanalyse Anwendung integrativ Use Case 1 (Schwerpunkt Leichtbau, Digitale Fabrik) PKW-Frontklappe Geometrieerstellung funktionaler Entwurf Leichtbau, Materialkonzept Stahl/Alu/CFK Steifigkeit, Festigkeit Kinematik Kopfaufprall Umformen Montage- und Fabrikplanung virtuelle Inbetriebnahme Kosten- und Energieanalyse, Qualität, KVP (kontinuierlicher Verbesserungsprozess) Use Case 2 (Schwerpunkt Mechatronik) Quadrocopter Geometrieerstellung, funktionaler Entwurf mechatronisches System Steifigkeit/Festigkeit Flugverhalten Regelungsstrategien Fertigungs- und Montageplanung geometriebasierte Kosten- und Energieanalyse Use Case 3 (Schwerpunkt Lehre) Segway Alle Partner Geometrieerstellung funktionaler Entwurf Steifigkeit/Festigkeit Regelungsstrategien Fertigungsplanung Energieabschätzung HS Weingarten/ISD/IFR HS Weingarten/IFR HS Albstadt/HS Ulm HS Weingarten/ISD Softwaresysteme domänenspezifisch UML/Eclipse CAD/PDM/ CAE/FEM/MKS/ OpenSource/Siemens Siemens Lasso/Siemens CAP/Produktionssimulation/ EKS-InTec/ Siemens PKM/KA/LCA/ Siemens Engineering-Framework Systemintegration mittels Entwurfssprachen Design Cockpit mit Modellierungspracheneditor, Regeleditor für Modelltransfomationen, Schnittstellen zu domänenspezifischen Softwaresystemen im Ingenieurwesen Begleitender Industriekreis 6 Konzerne und 6 KMU aus der Region Baden-Württemberg Kontec/DIF

9 Entwurfsprache Multicopter Cyber-Physical System Design (CPS) Produktidee Marktstudie Industrie 4.0 Konzept- / Machbarkeitsuntersuchungen Konzeptentwurf Detailentwurf Funktionsnachweise Typmuster Prototypen Baubarkeitsprüfung Produktionsplanung Digitale Fabrik Inbetriebnahme Produktion Entsorgung Recycling Wartung Reparatur Produktion Produktlebenszyklus Design Freeze Product Freeze Requirements Produktentwurf ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 9 / 19

10 Entwurfsprache Multicopter Motor Rigger LandingGear Centerplate Vokabeln + Quadrocopter Hexacopter Octocopter Regeln = Topologie Topologieoptimierung + Produktarchitektur Produktoptimierung ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 10 / 19

11 Entwurfsprache Multicopter Import: Geometrie Produktebene Baugruppenebene Bauteilebene ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 11 / 19

12 Regeln - Topologie Quadrocopter Hexacopter Octocopter ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 12 / 19

13 Topologieoptimierung Design Space Position: Motor (4x) Centerplate Position: Landing Gear (4x) Design Space ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 13 / 19

14 Topologieoptimierung Ergebnisse Quadrocopter Hexacopter Octocopter Quo vadis? ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 14 / 19

15 Graphenrepräsentation Multicopter Graph als Repräsentation des Produkts Quadrocopter Antriebsystem und Chassis Bauteile (/Positionen) ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 15 / 19

16 Zusammenfassung Industrie 4.0 heißt (auch) ganzheitlich digitale Abbildung des Produktlebenszyklus Wissensrepräsentation in zentralem, abstrakten UML Graphenmodell Unabhängig von (Ingenieur-) Softwaretools Modell ist inhärent konsistent Automatisierte Anbindung der Topologieoptimierung an das UML Modell Forschungsfrage: Wie schließt man die Entwurfsschleife? Graphenbasierte Mustererkennung als Startpunkt ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 16 / 19

17 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Image Source: ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 17 / 19

18 Projektkonsortium / Industriekreis Universität Stuttgart ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 18 / 19

19 Ansprechpartner ZAFH Dekan Prof. Dr.-Ing. Markus Till Hochschule Ravensburg-Weingarten Doggenriedstraße Weingarten Internet: Ansprechpartner Industriekreis Priv.-Doz. Dr.-Ing. Stephan Rudolph Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen Universität Stuttgart Pfaffenwaldring Stuttgart Internet: ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 19 / 19

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