Property-Driven Product Development/Design

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1 Seminar Virtual Engineering Property-Driven Product Development/Design Christoph Semkat

2 Gliederung 1. Grundlagen Rechnerunterstützung Prozess der Produktentwicklung 2. Konzept Property-Driven Product Development/Design (PDD) Merkmale und Eigenschaften Abhängigkeiten und Relationen Prozess der Produktentwicklung Formalisierung 3. Anwendung: PDD basiertes PLM System 4. Zusammenfassung 2/ 24

3 PDD? Vorher: Was ist Property-Driven Product Development/ Design? Methodisches Konzept von Weber / Werner / Deubel, Universität des Saarlandes Formaler Ansatz zur Beschreibung und Organisation der (rechnerunterstützten) Produktentwicklung Jahr / 24

4 Entwicklung der Rechnerunterstützung Quelle: Vajna, LMI, Uni Magdeburg 4/ 24

5 Aktuelle Rechnerunterstützung Geometriebasierte Produktmodellierung CAD-Software als Master System EDM/PDM-Systeme zur Datei- und Versionsverwaltung Berechnungsprogramme Unterstützung der Produktionsplanung / Simulation Features, Parametrik, Knowledge Based Engineering... Viele Programme Verschiedene Datenformate Produkt-Wissen gespeichert? 5/ 24

6 Prozess der Produktentwicklung Aufgabe Anforderungsliste Funktionsstrukturen Lösungsvarianten Vorentwürfe Gesamtentwurf Produktdokumentation Produkt Quelle: VDI / 24

7 Zielstellung Mehr Rechnerunterstützung Durchgängiges Produktmodell für den gesamten Produktlebenszyklus Speicherung des Wissens zu einem Produkt Produktentwicklung in allen Phasen beeinflussbar 7/ 24

8 Property-Driven Product Development/Design Ansatz: Produktentwicklung beginnt nicht mit der Modellierung, sondern mit der Ideenfindung, der Formulierung der Anforderungen und Eigenschaften 8/ 24

9 Merkmale vs. Eigenschaften Kern des PDD Ansatzes: Unterscheidung zwischen Merkmalen ( Characteristics ) und Eigenschaften ( Properties ) eines Produkts Eigenschaften beschreiben das Verhalten des Produktes (Sicht von außen) Bsp.: Funktion, Sicherheit, Ästhetik Merkmale beschreiben die Struktur, Gestalt, Beschaffenheit Bsp.: Form, Abmessungen, Material Aktuelle CAD-Systeme speichern nur Merkmale! 9/ 24

10 Merkmale vs. Eigenschaften Beispiel Getriebewelle Eigenschaften: Drehmoment übertragen Torsionsbeständigkeit Anschlussmaße einhalten Merkmale: Komponenten Welle, Zahnrad Verdrehsichere Verbindung Abmessungen (Wellendurchmesser ) Material 10 / 24

11 Abhängigkeiten und Relationen Zwischen Merkmalen können Abhängigkeiten bestehen Bsp.: gleiche Bohrungsdurchmesser, Parallelität Merkmale und Eigenschaften stehen in Relation zueinander: aus Merkmalen ergeben sich (Produkt-) Eigenschaften (Analyse) die Realisierung von (Produkt-) Eigenschaften verlangt eine bestimmte Ausprägung verschiedener Merkmale (Synthese) Relationen werden auch durch externe Bedingungen beeinflusst Es können sich zusätzliche Eigenschaften ergeben 11 / 24

12 Analyse C 1 EC 1 R 1 P 1 Bestimmung der Eigenschaften aus den Merkmalen C 2 C m EC 2 R 2 EC n R n C i...merkmale R i.relationen P i. Eigenschaften EC i.. externe Bedingungen P 2 P n Analyse-Methoden: Vermutungen, Abschätzungen Erfahrung Tests / Experimente Tabellen und Diagramme Berechnung und Simulation (Konventionell, numerisch, Regel-basiert, neuronale Netze) 12 / 24

13 Synthese C 1 EC 1 R -1 1 P 1 Bestimmung der Merkmale aus den Eigenschaften C 2 C m EC 2 R 2-1 EC n R n -1 C i...merkmale R i.relationen P i. Eigenschaften EC i.. externe Bedingungen P 2 P n Synthese-Methoden: Kreativität, Assoziationen Erfahrungen Konstruktionskataloge Methodische Ansätze Rechnerunterstützung (Optimierung, Numerik, Regelbasiert, neuronale Netze) 13 / 24

14 Prozess der Produktentwicklung Iteration aus Synthese- und Analyseschritten Nacheinander werden alle Merkmale und Eigenschaften bestimmt Vergleich von Ist- und Soll-Werten der Eigenschaften 14 / 24

15 Prozess der Produktentwicklung EC i C 1 P 1-R P 1 P 1 R i, R i -1 C m P n-r P n P n C i...merkmale R i.relationen P i. Eigenschaften EC i.. externe Bedingungen 15 / 24

16 Prozess der Produktentwicklung Beispiel Getriebewelle Eigenschaft: Drehmoment übertragen Merkmal: verdrehsichere Verbindung (z.b. Passfeder) Auswirkung auf die Eigenschaft: Torsionsbeständigkeit Anpassung des Merkmals: Wellendurchmesser 16 / 24

17 Formalisierung Analyseschritt im PDD Ansatz: P = R C Umformung in Design Equation nach Suh: FR = A DP Syntheseschritt entsprechend: DP = A -1 FR Notation: Vektor Matrix FR: funktionelle Anford. A: Design Matrix DP: Design Parameter P: Eigenschaften C: Merkmale R: Relationsmatrix Voraussetzungen: Lineares / linearisiertes System Quadratische Matrix (wegen Invertierung) -> Anzahl Eigenschaften = Anzahl Merkmale 17 / 24

18 Formalisierung Alternative: nicht-linear, nicht-quadratisch P = Φ(C) Bewertung: P = P R P = P R Φ(C) δ = P -> min Nicht-lineares Optimierungsproblem minimiere die Abweichung Ist/Soll Norm ist Fall-spezifisch, nicht mathematisch noch keine differentiellen Abhängigkeiten P: Eigenschaften C: Merkmale Φ(C): Überführungsfkt. P R : Soll-Eigenschaften P: Ist-Soll-Differenz P : Norm zur Bewertung δ: Skalar: Abweichung Ist/Soll 18 / 24

19 Anwendung Zielstellung des PDD Ansatzes: durchgängiges Produktmodell über den Produktlebenszyklus Realisierung in einem PLM System (Product Lifecycle Management) 19 / 24

20 PDD basiertes PLM System EC i MC i Dependencies (D x ) C 1 C m R i, R i -1 P 1 P 1 PR 1 PR n PL 1 PL n P n P n PL +1 PDM/PLM System Mittel und Ressourcen 20 / 24

21 Vorteile eines PDD basierten PLM-Systems Dynamische Anpassbarkeit von Prozessen / Projekten Design-Freiheitsgrade feststellbar Verbesserte Unterstützung von Simultaneous Engineering Trennung von CAD und PLM, stattdessen Integration von CAx Tools als Komponenten zur Analyse und Synthese Wiederverwendung von Lösungsbestandteilen Speichern aller Informationen über den gesamten Produktlebenszyklus Anpassbarkeit von Produkten auch nach dem Abschluss der Konstruktion 21 / 24

22 Zusammenfassung PDD: Property-Driven Product Development/Design Theoretisches Konzept, kein Softwareprodukt Unterscheidung von Eigenschaften und Merkmalen in der Produktentwicklung Produktentwicklungsprozess ist eine Iteration von Syntheseund Analyseschritten bis zu einer minimalen Ist/Soll Differenz als PLM-System: Speicherung des Wissens über ein Produkt Eigenschaften und Merkmale bilden den Kern eines Produktes PLM-System verwaltet Mittel und Ressourcen zur Analyse und Synthese, z.b. CAx-Tools 22 / 24

23 Ende Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 23 / 24

24 Literatur Weber, Werner, Deubel: A different view on Product Data Management/Product Life-Cycle Management and its future potentials. J. Engineering Design, 14(4), Dezember 2003, Weber: A new methodical concept to develop products: Property-Driven Development/Design (PDD), Vortrag, Oktober 2005 Vajna: Vorlesungen CAD/CAM Grundlagen / Produkt- Modellierung, Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik, Universität Magdeburg VDI 2221: Methodik zum Entwickeln und Konstruieren technischer Systeme und Produkte, Mai / 24

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