PLM-Forum Veränderungen der Virtuellen Produktentstehung von heute und morgen Die intelligente Rolle von V6

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1 PLM-Forum 2010 Veränderungen der Virtuellen Produktentstehung von heute und morgen Die intelligente Rolle von V6 Mannheim, Congress Center Rosengarten Juni 2010 Prof. Dr.-Ing. Rainer S tark Direktor des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung am Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) Leiter des Fachgebietes Industrielle Informationstechnik, Technische Universität Berlin Fakultät V Verkehrs- und Maschinensysteme Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) 0

2 Prof. Dr.-Ing. Rainer Stark Studium des Maschinenbaus an der Ruhr-Universität Bochum Integriertes einjähriges Studium an der Texas A&M University, USA, im Bereich Mechanical Engineering Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Konstruktionstechnik und CAD an der Technischen Fakultät der Universität des Saarlandes System-Ingenieur Karosserieentwicklung der Ford Werke in Köln (Senior) Technischer Spezialist CAD, Produktmodellierung und Product Information Management in Ford Europa Technischer Leiter / Europäischer Manager "Virtuelle Produktentstehung & Methoden in der Ford Motor Company Technische Universität Berlin Leiter des Fachgebiets Industrielle Informationstechnik an der Technischen Universität (TU) Berlin und Direktor des Geschäftsfeldes Virtuelle Produktentstehung des Fraunhofer Instituts für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) in Berlin 1

3 Übersicht Industrielle Informationstechnik und Virtuelle Produktents tehung Virtuelle Produktentstehungskompetenz Herausforderungen an die Virtuelle Produktentstehung Das neue Potential von V6 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Industry Ausblick 2

4 Das Produktionstechnische Zentrum in Berlin Fraunhofer-Gesellschaft Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) Virtuelle Produktentstehung Prof. Dr.-Ing. R. Stark Studies, collaborative research projects and applied research and development with PLM vendors and industry Industrial research projects: MRO Planning and digital support ISYPROM Model Driven Process- and System Design to accelerate Innovation AVILUSplus Applied virtual Technologies referring to Lifecycle of Products CoVES Collaborative Virtual Engineering Power Train Process Assessment PLM Research Study for asset management Technische Universität Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) Industrielle Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. R. Stark Basic research, new algorithmic and methodological approaches, scientific experiments with students and partners Education program Information Technology for Engineers Fundamentals of Industrial Information Technology Technologies of Virtual Product Creation Development and Management of Digital Product Creation Processes IT Processes for Digital Factory Management Virtual Engineering in Industry 3

5 Forschungsfelder im Bereich Fraunhofer-Gesellschaft Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) Virtuelle Produktentstehung Prof. Dr.-Ing. R. Stark Technische Universität Berlin Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF) Industrielle Informationstechnik Prof. Dr.-Ing. R. Stark Forschungsfelder: 1. Produktentw icklungs m ethoden und prozes s e 2. Produktges taltung und funktionale Abs icherung 3. Intuitive Interaktion mit virtuellen Prototypen 4. Inform ations m anagem ent für die Produktents tehung 5. Digitale Fertigungs - und Fabrikprozes s e 4

6 Übersicht Industrielle Informationstechnik und Virtuelle Produktentstehung Virtuelle Produktents tehungs kom petenz Herausforderungen an die Virtuelle Produktentstehung Das neue Potential von V6 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Industry Ausblick 5

7 Modellbasiertes Entwickeln ISyProM Modellbasierte und damit rechnerinterpretierbare Beschreibung der Produkte Domänen- und prozessübergreifende Verknüpfung produktbeschreibender Modelle über ein gemeinsames Metamodell SFB 271: Demontagefabriken Unterstützung der Entwicklung demontagegerechter Produkte durch die Bereitstellung von Informationen über Abnutzungen am Produkt Function Oriented Design (FOD) Integrierte Lösung zur Definition von Produktanforderungen, -funktionen und Bauteilstrukturen und deren Zusammenhänge AVILUSplus Anwendungs- und benutzerorientierte Erforschung, Entwicklung und Erprobung von Langfristtechnologien im Kontext virtueller und erweiterter Realität 6

8 Informations- und Prozesssteuerung Telekooperationsprojekte für die Produktentwicklung Entwicklung einer flexiblen Kollaborationsplattform, die speziell auf die Bedürfnisse von KMU im Unternehmensbereich FuE zugeschnitten ist PDM-Collaborator Integration verschiedener PDM- Systeme durch Federation Services Bereitstellung der Daten auf einem Collaboration-Client Entwicklung einer Kooperationsplattform zur transparenten und integrierten Nutzung von Grid-Diensten Verbesserung der durchgängigen und konsistenten Verfügbarkeit von produkt- und prozessrelevanten Daten MRO Entwicklung und Anwendung von Methoden und IT-Werkzeugen zur Unterstützung und Optimierung der Planung und Durchführung von MRO-Prozessen bei kostenintensiven, langlebigen Maschinen und Anlagen 7

9 Systemlandschaft am Bereich Virtuelle Produktentstehung Produktvisualisierung und -verifikation Siemens PLM Teamcenter Visualization Visual Decision Platform Dassault Systemes Fertigungsplanung Siemens PLM Dassault Systemes Modellierungsumgebungen V5 Siemens PLM Dassault Systemes V6 Produktdaten- management- Systeme 8

10 Labore am Bereich Virtuelle Produktentstehung (1/3) Virtual Reality Solution Center (VRSC) Forschungs-, Kompetenz- und Dienstleistungszentrum rund um den Bereich erweiterte und virtuelle Realität. Technische Ausstattung: 5-Seiten-Cave (Seitenlänge je 2,5 m) mit Active Stereo 2-Seiten Holobench mit Active Stereo Responsive Workbench 2 Head-Mounted-Displays Cyberglove-Handschuhe und Shutterbrillen 7 haptische Interaktionsgeräte vom Typ PHANToM für Force-Feedback-Interaktionen Trackingsysteme für magnetisches und optisches Tracking 9

11 Labore am Bereich Virtuelle Produktentstehung (2/3) Zentrum für innovative Produktentstehung (ZiP) Separierte Arbeitsplätze als Basis zum Aufbau und Vermittlung von Einsatz- und Anwendungsszenarien für VPE-Lösungen. Die technische Infrastruktur besteht aus: 1 impressx xdesk (mobil) mit 52 Multitouchoberfläche, 1 SMART Tech. Smart Board 600i Interactive Whiteboard System, Typ 680i mit 77 aktiver Bildfläche (mobil) 8 Vorführrechner zur gleichzeitigen Präsentation mehrerer Demos und Verdeutlichung von Abläufen, unterschiedliche Aufgaben werden an den verschiedenen Stationen bearbeitet Netzwerk- und Sicherheitsinfrastruktur zur Simulation verteilter Umgebungen: Vorführrechner werden in unterschiedliche virtuelle Firmennetzwerke gestellt Beamer, Whiteboards, Flipcharts 10

12 Labore am Bereich Virtuelle Produktentstehung (3/3) Virtual Engineering Learning Center (VELC) VR-Sektion z. B. Empfangsbereich Flexibles Arbeiten 22 Arbeitsplätze auf 120m 2 KVM over IP Endgeräte mit Anbindung an leistungsstarke IT-Infrastruktur, mit Dell- Servern, Workstations und CAT7-Netzwerk QuadCore CPU 3GHz mit je 8GB Arbeitsspeicher Hochwertige Büroatmosphäre Flexibles Mobiliar auf Rollen Engineering Software-Ausstattung PDM, Prozessmodellierung High-end Grafikverarbeitung in Echtzeit über NVIDIA 3800 quadro FX Grafikkarten 11

13 Übersicht Industrielle Informationstechnik und Virtuelle Produktentstehung Virtuelle Produktentstehungskompetenz Heraus forderungen an die Virtuelle Produktents tehung Das neue Potential von V6 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Industry Ausblick 12

14 Objectives Measures Targets Initiative PLM Einzellösungen in der Virtuellen Produktentstehung Internal Business Process product control / project management KPI BSC project plan / milestones Project description Definition Concept Development Series preparation Func. Specification Concept Tech. Spec. Prototype Tools A0 Series B0 Series Launch interdisciplinary development process mechanics electronics software domain specific knowledge Product, system, module product creation manufacturing, assembly service PD process layer Development tools PLM application layer FEM CAD MBS RE/RM DMU PCB- HiL Layout RUP IDE ECAD CASE DRC SiL MBD E-Simulation Tool-Suite Information management collaboration tools multi-disciplinary PDM IT infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) 13

15 Neue digitale Entwicklungskompetenz bei der Virtuellen Produktentstehung traditional world of engineering in the industry brave new world of virtual product creation world of PLM software engineering long history of engineering positions in an enterprise starting from tinkerer and mechanic to chiefengineer (100+ years) linear proceeding from outer shaping over vehicle attributes (charateristics) up to test rig and vehicle test drives final (hardware) product is physically tested, homologated and even evaluated by test-teams before being delivered to the costumer all components and systems have to be in perfect order and condition before start of production very new discipline of engineering in enterprises (practised and accepted only since < 10 years) right from the start multi disciplinary oriented (cross-departmental, multi technological) tensions emerging from incompatibility responsible for harmonized interaction of processes, methods and it-tools building bridges between conventional it infrastructure and users respectively the management of traditional disciplines balancing between the expectations of traditional engineering world and plm provider turbulent development cycles, continuous innovation great demand for testing of digital processes information overload: generating 100+ models per component until start of production relatively new discipline, initially non-professionals, today from code guru to product manager / key account manager (20+ years) mindset dominated by grammar, algorithms, compiler und software modules typical test routine at the customers site consists of 2-3 test cycles with selected users it is commonly agreed, that complete functionality does not have to be available at job 1 and that work arounds have to be considered in early phases already 14

16 Objectives Internal Business Process Measures Targets Initiative Herausforderungen in der PLM-Landschaft issues to be addressed: product control / project management KPI BSC project plan / milestones Definition Concept Development Series preparation Func. Project description Concept Tech. Prototype Series Launch Spec. Tools A0 Series B0 Specification Barrier between engineering execution and product control / project management domain specific knowledge domain specific knowledge product, system, Product, system, module module mechanics electronics software product creation mechanics electronics software PD process layer PD process layer FEM CAD ECAD HiL development PCBlayout MBS PCB- DRC FEM RE/RM HiL Development CAD Layout tools MBS DMU RE/RM VR e-simulationecad DRC tools PLM application layer DMU e-simulation PLM application layer collaboration tools information multi-disciplinary PDM management collaboration tools Information IT management infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) multi-disciplinary PDM IT infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) product creation RUP IDE CASE RUP SiL IDE CASE MBD tool SiL suite MBD Tool-Suite manufacturing, manufacturing, assembly assembly serv ice service Barrier between development processes and engineering IT application landscape Barrier between internal model representations of different domain-specific IT applications Barrier between IT-tools and PDM-PLM solutions Barrier between product and service development 15

17 Veränderung der Methodik beim digitalen Entwickeln (1/2) Classic digital engineering (90ies) introduction of CAD, CAE and CAM for tasks that require digital engineering capabilities new ways of digital engineering was only picked up by younger workforce Today s digital engineering (00s) product complexity sharply increased introduction of intelligent product modeling with history / parametric / template CAD, knowledge-based engineering digital validation and virtual series process with the help of digital mock-up introduction of digital planning tool in manufacturing engineering (digital process planning, robot simulation, etc.) Template 16

18 Veränderung der Methodik beim digitalen Entwickeln (2/2) Tomorrow s digital engineering paradigm shift from today s engineering of system product development plan towards true systems engineering cross-domain and cross-company engineering collaboration transition from product oriented development to PSS (product service systems) engineering engineering of systems realized by different domains or even different companies engineering of system A engineering of system B engineering of system C all processes are aligned with the central systems engineering process integrating systems needs & requirements product & system sign-off traffic information focus of the development processes function allocation systems synthesis & alternatives overall system performance module integration testing specification of subsystem & components testing of assembly units traffic management system service provider energy infrastructure example PSS: from single vehicle to mobility as a service design and validation of components & interfaces Main development of sub-systems and components engineering of system A engineering of system B engineering of system C 17

19 Übersicht Industrielle Informationstechnik und Virtuelle Produktentstehung Virtuelle Produktentstehungskompetenz Herausforderungen an die Virtuelle Produktentstehung Das neue Potential von V6 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Industry Ausblick 18

20 Objectives Internal Business Process Measures Targets Initiative Das Potential von Dassault Systemes V6 innerhalb der PLM-Landschaft product control / project management KPI BSC project plan / milestones domain domain specific specific knowledge product, Product, system, module PD PD process process layer layer development Development tools PLM PLM application application layer layer Definition Concept Development Series preparation Func. Project description Concept Tech. Prototype Tools B0 Series Launch Spec. A0 Series Specification FEM FEM CAD CAD MBS MBS RE/RM RE/RM DMU VR DMU product manufacturing, mechanics electronics software creation manufacturing, assembly product creation assembly ECAD PCB- HiL RUP PCBlayout IDE HiL Layout RUP IDE DRC CASE ECAD CASE SiL DRC SiL MBD e-simulation tool suite e-simulation Tool-Suite collaboration tools information collaboration tools multi-disciplinary PDM management Information PDM management IT infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) IT infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) service Definition von Anforderungen und das Herunterbrechen auf Funktionen bis hin zum physikalische Bauteil ist durchgängig im RFLP-Kontext möglich Einbindung der elektrotechnischen Domäne im RFLP-Kontext (Dynamic Behavior Modeling) ist zukunftsweisend Integration der Workbenches zwischen CATIA und DELMIA. Beide Programme stellen die gleichen Workbenches bereit Assoziative Modellierung der Fertigungsschritte mit einer innovativen graphische Repräsentation innerhalb des PPR-Kontextes Verbesserung der kollaborativen Zusammenarbeit durch das Arbeiten auf einer gemeinsamen Datenbasis. Möglichkeit der Beurteilung von Modellen auch auf Manager-Ebene mit 3D-live 19

21 Objectives Internal Business Process Measures Targets Initiative Erste Erkenntnisse aus der praktischen Nutzung von Dassault Systemes V6 product control / project management KPI BSC project plan / milestones domain domain specific specific knowledge product, Product, system, module PD PD process process layer layer development Development tools PLM PLM application application layer layer Definition Concept Development Series preparation Func. Project description Concept Tech. Prototype Tools B0 Series Launch Spec. A0 Series Specification FEM FEM CAD CAD MBS MBS RE/RM RE/RM DMU VR DMU product manufacturing, mechanics electronics software creation manufacturing, assembly product creation assembly ECAD PCB- HiL RUP PCBlayout IDE HiL Layout RUP IDE DRC CASE ECAD CASE SiL DRC SiL MBD e-simulation tool suite e-simulation Tool-Suite collaboration tools information collaboration tools multi-disciplinary PDM management Information PDM management IT infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) IT infrastructure (SOA, Grid, Web-Services ) service Einbindung der elektrotechnischen Domäne kann noch weiter verstärkt werden: Das Modul des Dynamic Behavior Modeling ist in der Funktionalität noch nicht mit Dymola vergleichbar Zugriff auf Workbenches ist von sowohl von CATIA als auch von DELMIA möglich, aber: Die Arbeit über das CATIA-Modul stellte sich als sicherer und ergebnisorientierter dar (Stabilität) Umfangreiche Funktionen zu ENOVIA sind ausschließlich über das Web- Frontend zugänglich Ausbau der Anbindung an VR- Umgebungen 20

22 Übersicht Industrielle Informationstechnik und Virtuelle Produktentstehung Virtuelle Produktentstehungskompetenz Herausforderungen an die Virtuelle Produktentstehung Das neue Potential von V6 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Indus try Ausblick 21

23 Virtual Engineering Learning Center - Funktionen VELC creative: VELC communicate: Verknüpfung mit Anwendungen aus dem I-Lab Nachspielen von Kollaborationsszenarien creative VELC represent: VELC VR: VELC remote: Kleiner Vortragssaal Repräsentation des Lehrbetriebs gemeinsame Nutzung von VR- Applications zw. VRSC und VELC Zugriff auf VELC-Ressourcen aus anderen Räumlichkeiten (für Meetings, Konferenzen, Lehre) fun remote Virtual Engineering Learning Center communi cate represent VELC fun: teambildende Veranstaltungen VR 22

24 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Industry Virtual Engineering in Industry ist eine integrierte Lehrveranstaltung an der TU- Berlin. Der Kurs wird in englischer Sprache angeboten. Innerhalb eines industriellen Szenarios wird als Gruppe ein Entwurfsprojekt bearbeitet. Zu Beginn findet eine Blockveranstaltung statt und anschließend werden die Projektarbeit sowie regelmäßige Design Reviews durchgeführt. Zusammenarbeit und Diskussionen im Team Kinematik- Simulation Definition von Anforderungen für das Projekt Design Review als Meilenstein in der Produktentstehung Digitale Fertigungsplanung 23 23

25 Eignung von Dassault Systemes V6 für das Lehrkonzept Wertschöpfungsprozess eines Unternehmens Die V6 Umgebung bietet eine Möglichkeit der integrierten Plattform um virtuelle Produktentstehung zu lehren. Planung zur Arbeitsvorbereitung Konzepterarbeitung Marketing Produktentstehung Begleitprozesse Beschaffung/Einkauf Entwicklung Desing Konstruktion Vertrieb Produktherstellung operative Produktion Reales Produkt 24 24

26 Virtual Engineering in Industry: Industrielles Szenario als Projektaufgabe In der Lehrveranstaltung Virtual Engineering in Industry wird eine Projektaufgabe kollaborativ innerhalb eines industriellen Szenarios bearbeitet. Projektaufgabe: Entwickeln Sie einen Sitz für das 40-Fires HyBran Brennstoffzellenauto. Validieren Sie Ihren Entwurf hinsichtlich konstruktiver, ergonomischer, kinematischer und fertigungstechnischer Aspekte.? 25

27 Virtual Engineering in Industry: Ingenierusaufgaben kollaborativ bearbeiten Die Teilnehmer nehmen bei der Projektarbeit unterschiedliche Rollen ein: Control of requirements Digital structuring of the project Engineering Design Manufacturing Planning Kinematics and Verification 26 26

28 Erste Entwicklungsergebnisse (1/3) Sitz-Konzept #1: bestehend aus Sitzbasis und Rückenlehne jeweils mit Polsterung (55 Stücklisten-Positionen) Rückenlehne und Gesamtsitz klappbar Derzeitiger Bearbeitungsschwerpunkt der Projektgruppe: Anpassung der Unterkonstruktion zur Sicherstellung der ergonomischen Vorgaben Kinematische Simulation / Gewichtsüberprüfung 27

29 Erste Entwicklungsergebnisse (2/3) Sitz-Konzept #2: bestehend aus Sitzbasis und Rückenlehne jeweils mit Polsterung (33 Stücklisten-Positionen) Rückenlehne klappbar Geschätztes Gewicht: 13 kg Derzeitiger Bearbeitungsschwerpunkt der Projektgruppe: Verifizierung der strukturellen Konstruktion Definition der Polsteroberfläche (Freiform-Fläche) 28

30 Erste Entwicklungsergebnisse (3/3) Fertigungskonzept Entwurf einer halbautomatischen Fertigung (Werksarbeiter und unterstützender Roboter) Derzeitiger Bearbeitungsschwerpunkt Aktuellen Entwurfsstand des Sitzes in dem PPR- Kontext platzieren Definition der Roboter-Bewegungsabfolge Analyse der benötigten Zeit für die Montage 29

31 Virtual Engineering in Industry: Bisher genutzte V6 Werkzeuge Workbench Dynamic Behavior Modelling Device Task Design Resource Definition & Layout Part Design Assembly design Human Builder Drafting FreeStyle Imagine & Shape Generative Shape Design Shape Sculptor Generative Sheetmetal Design Process Definition Used for Defining Requirements Animate robots Design shop floor area Design parts Assemble parts Design worker and humans Create drawings Create upholstery Create upholstery Create upholstery Create upholstery Create frame Defining manufacturing steps 30

32 Kollaborations-Forum auf der 3d-Swymer Plattform Die Ergebnisse der Lehrveranstaltung werden auf der Kollaborations- Plattform 3d-Swymer diskutiert: 31

33 Nutzung des Campus.3ds für Online-Lehrmaterialien Innerhalb des Projektes wurde das online Lehrangebot von Dassault Systems genutzt. Viele Tutorials sind online verfügbar Die Studierenden konnten sich im Selbststudium Methoden erarbeiten V6 Inhalte befinden sich noch im Aufbau. Insbesondere für Enovia V6 32

34 Übersicht Industrielle Informationstechnik und Virtuelle Produktentstehung Virtuelle Produktentstehungskompetenz Herausforderungen an die Virtuelle Produktentstehung Das neue Potential von V6 Das Lehrkonzept: Virtual Engineering in Industry Aus blick 33

35 Ausblick Das Potential von Dassaults V6 kann in der Ausbildung noch intensiver genutzt werden: Bearbeitung von Entwurfsprojekten mit zunehmender elektrotechnischer Modellierung wird durch Dynamic Behavior Modelling möglich Verstärkte Nutzung der FEM-Simulationsumgebung Ausbau der Lehrveranstaltung für Kollaborationsprojekte mit anderen Hochschulen Simulation von Latenzzeiten bei virtuellen Kollaborationsszenarien 34

36 Ausblick Für Forschungszwecke ist die V6-Umgebung für folgende Szenarien interessant: Beurteilung der Erweiterbarkeit von V6 Nutzung von hybriden PDM-Umgebungen (unterschiedliche Hersteller), um das Zusammenspiel als industrierelevantes Szenario zu erforschen Nutzung der V6-Umgebung zur Multiphysik-Simulation von Gesamtsystemen Digital Mockup Simulationsmodell Erlebbarkeit funktionaler Eigenschaften (z.b. mit Force Feedback Devices) 35

37 Weiterbildungsangebot des Bereichs VPE Im Rahmen des Weiterbildungsprogrammes Mehr Können des Fraunhofer IPK bietet der VPE- Bereich zwei jeweils einwöchige Kurse an Zentrale Themen sind CAD-, CAE- und DMU-Techniken sowie PDM-Systeme und PLM-Strategien In beiden Kursen kommt V6 Software zum Einsatz 1. Kurs: Technologien der v irtuellen Produktents tehung Kennenlernen von Werkzeuge zur Modellierung, Simulation und Validierung von Produkten (CATIA) Simulation der Fertigung (DELMIA) PDM-System (ENOVIA) 2. Kurs: Digitale Werkzeuge für das Management von Produktentwicklungen Einblick in das PDM-System (ENOVIA) Workflowmanagement in (ENOVIA) Prozessmodellierung, -analyse und - verbesserung (BPM) 36

38 Vielen Dank, an Dassault Systemes für die bisherige Unterstützung bei der Einrichtung von V6 37

39 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit 38

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