Einführung in die Simulation. Dr. Christoph Laroque Wintersemester 11/12. Dresden,

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1 Fakultät Informatik, Institut für Angewandte Informatik, Professur Modellierung und Simulation Einführung in die Simulation Dr. Christoph Laroque Wintersemester 11/12 Dresden,

2 Einführung in die Simulation Wintersemester 11/12 DIGITALE FABRIK Einführung in die Simulation Folie Nr. 2

3 Was ist die Digitale Fabrik? Die Digitale Fabrik ist der Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden. Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen Prozesse und Ressourcen der Fabrik in Verbindung mit dem Produkt. [VDI-Richtlinie 4499] 3 Einführung in die Simulation Folie Nr. 3

4 3 Sichten auf die Produktion Was soll produziert werden? CAD PDM PLM Wie soll produziert werden? Digitale Fabrik Wann soll wie viel wo produziert werden? ERP PPS 4 Einführung in die Simulation Folie Nr. 4

5 Was ist die Digitale Fabrik? Die Digitale Fabrik erlaubt es, in einer virtuellen Fabrik die Produkte, Prozesse und Anlagen in Modellen abzubilden. Basierend auf den virtuellen Produkten & Prozessen kann die geplante Produktion getestet und so verbessert werden, dass ein ausgereifter Prozess in der realen Fabrik zum Einsatz kommen kann (virtuelle Inbetriebnahme). Digitale Fabrik ist ein übergreifender Begriff, der die virtuelle Fabrik und die Integration in die reale Fabrik beinhaltet. 5 Einführung in die Simulation Folie Nr. 5

6 Vision Digitale Fabrik Produkt, Prozess und Ressource sollen über den gesamten Fabriklebenszyklus digital geplant, simuliert und integriert werden und mit Hilfe rechnergestützter Methoden geändert, korrigiert und in ihren Wechselwirkungen optimiert werden. Freigabe zur physischen Produktherstellung, wenn das Produkt digital abgesichert ist und die Digitale Fabrik erfolgreich durchlaufen wurde. Dadurch Zeit- und Kostenersparnis bei gleichzeitig höherer Qualität und Reifegrad 6 Einführung in die Simulation Folie Nr. 6

7 Ziel: Schneller zum Produkt Idee Markt Produktentstehungsprozess idea to market Strategische Produktplanung Prozessentwicklung Produktentwicklung Markt FE Methoden Virtual Prototyping & Simulation Virtuelle Realität Bearbeitungssimulation Off Line Programmierung Signifikanter Nutzen: Verkürzung Time to Market Materialflusssimulation Strömungssimulation Digital Mock Up Mehrkörpersimulation Einführung in die Simulation Folie Nr. 7

8 Ziele der Digitalen Fabrik Verbesserung der Wirtschaftlichkeit Verbesserung der Produktqualität Verkürzung der Produkteinführungszeit Verkürzung der Entwicklungs-, Planung-, Inbetriebsnahmezeit Transparente Kommunikation Standardisierung von Planungsprozessen Wissensmanagement 8 Einführung in die Simulation Folie Nr. 8

9 Herausforderung I Das digitale Produkt Projektstart Digital Physisch Serie Quelle: Daimler AG, Einführung in die Simulation Folie Nr. 9

10 Produktentwicklung Ist Basis der Wertschöpfung des Unternehmens und liefert wichtige Eingangsdaten für alle anderen Bereiche Produktstruktur, 3D-Modell des Produkts, Funktionsbeschreibungen und Produktions- und Montageanforderungen. Sie ging früher der Produktionsplanung voraus; in der Digitalen Fabrik werden heute Produkt und Produktion parallel geplant, da das Produkt großen Einfluss auf die Art zu Produzieren hat Weil große Wechselwirkungen zwischen der Produkt- und Fabrik-/Produktionsplanung bestehen und eine anschließende wirtschaftliche Produktion und eine kürzere Produkteinführungszeit vorteilhaft sind. 10 Einführung in die Simulation Folie Nr. 10

11 Simulationen im Produktdesign Alle Simulationen laufen in einer integrierten Datenumgebung, um das digitale Produkt zu berechnen Bedeutung von Computer Simulation in der Entwicklung steigt Computerbasierte Berechnungen hauptsächlich für Steifigkeits und Schwingungssimulation Berechnungsabteilungen arbeiten weitgehend noch unabhängig voneinander Quelle: Theodor Großmann Calculating Innovative Benefits, DC Technology Times March Einführung in die Simulation Folie Nr. 11

12 Herausforderung II Digitale Fabrik Wenn Sie Produkt und Produktionsanlage zusammen entwickeln, haben sie wesentlich schnellere Anläufe. Dr. Norbert Reithofer, Vorstand Bereich Produktion, BMW Group Beschleunigung der Produktionsplanung um bis zu 30% bei sinkenden Kosten und besserer Qualität. Roland Berger Studie Betreibersimulation: Wir brauchen eine kontinuierliche, simulationsbasierte Analyse der Prozesse zur Unterstützung der Fertigungssteuerung Markus Klose, Digitale Fabrik BMW Werk Leipzig 12 Einführung in die Simulation Folie Nr. 12

13 Simulation Prozessdesign 13 Einführung in die Simulation Folie Nr. 13

14 Einführung in die Simulation Wintersemester 11/12 FRAGEN BIS HIER? Einführung in die Simulation Folie Nr. 14

15 Einführung in die Simulation Wintersemester 11/12 BLITZLICHT: VISUALISIERUNG Einführung in die Simulation Folie Nr. 15

16 Vor dem Hintergrund der Digitalen Fabrik Was ist für die Anwendung Simulation alles zu visualisieren? Was ist eine gute Visualisierung? Brainstorming. Was sind dann Anforderungen an die Visualisierungsumgebung? Einführung in die Simulation Folie Nr. 16

17 Was ist im Bereich Simulation zu visualisieren? Beispiele. Einführung in die Simulation Folie Nr. 17

18 Was ist CAD? rechnergestützende Tätigkeit im Bereich Entwerfen und Konstruieren ermöglicht das Zeichnen und Gestalten von Bauteilen, -gruppen und elementen in 2D und 3D Ansicht geeignet für mechanische, elektrische und elektronische Erzeugnisse Fußzeile/Ersteller/Da tum Einführung in die Simulation Folie Nr. 18

19 Anwendungs- und Einsatzgebiete von CAD Typische Anwendungsgebiete von CAD: Maschinenbau Bsp. 3D-Explosionszeichnung Elektronik: Bsp. Schaltplan Bauwesen : Räumliche Darstellung von Bauobjekten Fußzeile/Ersteller/Da tum Einführung in die Simulation Folie Nr. 19

20 CAD-Modellierung 2D - 3D 2D-Modellierung: Skizzierwerkzeug in 3D-Systemen und Erzeugung von 2D-Geometrien z.b. technische Zeichnung 2½D-Modellierung: räumliche Darstellung von 2D gezeichneten Ansichten 3D-Modellierung: realitätsnahe Objektbeschreibung als Basis für Simulation, Animation und Berechnung -heute Standard Fußzeile/Ersteller/Da tum Einführung in die Simulation Folie Nr. 20

21 Vom CAD zum animierten Simulationsmodell Sofern heute überhaupt eine 3D-Visualisierung von Simulationsmodellen angestrebt wird, sind folgende Schritte zu bewältigen: Modellieren Transformieren (ggf. aufbereiten) Sim-Modell und Vis-Modell zuordnen Animationen festlegen Animieren ( Kommunikation Sim-Vis) Einführung in die Simulation Folie Nr. 21

22 Was ist daran problematisch? Welche Herausforderungen könnte es in der Kombination von Simulation und Visualisierung geben? Einführung in die Simulation Folie Nr. 22

23 Problembereiche Welche Herausforderungen könnte es in der Kombination von Simulation und Visualisierung geben? Umfang des Gesamtmodells (Detaillierungsgrad) Animationsmenge Kommunikationsmenge Modellierungsaufwand Qualität der Visualisierung wie typisch ist, was ich sehe? Einführung in die Simulation Folie Nr. 23

24 Anwendungsbeispiel 3D Visualisierung um mal einen Eindruck zu bekommen Einführung in die Simulation Folie Nr. 24

25 One-Minute Paper Heute steht mal wieder ein One-Minute Paper an. Die Fragen: 1. Schwerpunktthemen für Januar: Lieber einige Methoden en-detail oder Übersicht über weitere Anwendungen? 2. Was fehlt Euch bis heute von mir für eine erfolgreiche mündliche Prüfung? Bitte ausfüllen und vorne hinlegen. Einführung in die Simulation Folie Nr. 25

26 Einführung in die Simulation Wintersemester 11/12 FRAGEN? Einführung in die Simulation Folie Nr. 26

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