Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK)

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1 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Technische Universität Darmstadt Petersenstraße 30, D Darmstadt Telefon: ( ) / Telefax: ( ) anderl@dik.tu-darmstadt.de

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3 DiK Jahresbericht 2004 INHALTSVERZEICHNIS / CONTENTS Inhaltsverzeichnis / Contents... 3 Vorwort... 5 Lehrangebot im Grundstudium... 7 Grundlagen der Datenverarbeitung... 8 Programmiersprachen und -techniken... 9 Einführung in das rechnergestützte Konstruieren (CAD) Lehrangebot im Hauptstudium PDT A - CAD-Systeme und CAx-Prozessketten PDT B - Produktdatenmanagement PDT C - Produkt- und Prozessmodellierung Tutorium CAD-Mechatronik mit CATIA V Tutorium zum Arbeiten mit 3D-CAD-Systemen Grundlagen der CAe/CAD I und II Advanced Design Project Virtuelle Produktentwicklung DiK - Statistik Lehre Forschung learn2l E-Learning-umgebung Sonderforschungsbereich 392: Entwicklung umweltgerechter Produkte PACE Partners for the Advancement of Collaborative Engineering Education ProSTEP ivip-verein Projektgruppe SimPDM Wissensbasierte agentengestützte Modellierung in parametrischen 3D-CAD Systemen Projektstudie zur Bewertung des Datenformats JT und Einordnung der JT Open Aktivität Analyse des unternehmensübergreifenden Visualisierungs- und Struktur- Datenaustauschs Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 3

4 Jahresbericht 2004 DiK Preface Courses offered in basic studies Basics of Data Processing Programming Languages and Techniques Introduction to computer based design (CAD) Courses offered in the main course PDT A - CAD Systems and CAx Process Chains PDT B - Product Data Management PDT C - Product and Process Modeling Tutorial CAD-Mechatronics within CATIA V Tutorial 3D-CAD with Unigraphics Principles of CAE/CAD I and II Adanced Design Project Virtual Product Development DiK - Statistics Study Research learn2l E-Learning-environment Collaborative Research Center 392 Design for Environment PACE Partners for the Advancement of Collaborative Engineering Education ProSTEP ivip-association Workgroup Knowledge-based and agent-supported modelling in the field of parametric 3D- CAD systems Project Study Evaluation of the JT Data Format and the JT Open Initiative Analysis of Cross-Enterpise Visualization- and Structur Data Exchange Dissertationen / Doctor Theses Veröffentlichungen / Publications Mitarbeiter / Staff Seite 4 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

5 DiK Jahresbericht 2004 VORWORT Das Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion (DiK) ist eines von 23 Fachgebieten des Fachbereichs Maschinenbau (FB 16) der Technischen Universität Darmstadt. Das Berichtsjahr 2004 war ein überaus erfolgreiches Jahr in dem sehr viele wichtige Weichen für die zukünftige Ausrichtung gestellt wurden. Mein Dank gilt deshalb allen meinen Mitarbeitern für die überaus erfolgreiche Zusammenarbeit sowie für die fruchtbare und motivierende Arbeitsatmosphäre. Dem Präsidium der Technischen Universität Darmstadt, meiner Kollegin und meinen Kollegen des Fachbereichs Maschinenbau danke ich für ihre vielfältige Unterstützung. Ebenso möchte ich mich beim Dekanat des Fachbereichs und der Verwaltung der Technischen Universität Darmstadt für ihre Unterstützung bedanken. Das Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion leistet seinen Beitrag in der universitären Lehre und Forschung auf dem Gebiet der Informationsverarbeitung im Maschinenbau. Die Aktivitäten des DiK werden durch seine Aufgabenbereiche in - der Lehre im Grund- und Hauptstudium und - der grundlagen- und anwendungsorientierten Forschung repräsentiert. In diesen Aufgabengebieten des DiK wird wissenschaftlich geforscht und gelehrt. Im Jahr 2004 wurden neue Initiativen für neue Forschungsthemen in den vier Kompetenzbereichen - Methoden zur Informationsmodellierung, - Virtuelle Produktentwicklung, - Verteiltes und kooperatives Arbeiten und - CAx-Labor gestartet. Der Kompetenzbereich Methoden zur Informationsmodellierung entwickelt objektorientierte Verfahren und Werkzeuge zur Informationsmodellierung für Anwendungen des Maschinenbaus. Die Schwerpunkte liegen dabei in der Entwicklung von Produktmodellen wie z.b. die der internationalen Norm ISO (STEP) aber auch in der Evaluierung neuer Modellierungstechniken wie beispielsweise UML (Unified Modeling Language). Im Kompetenzbereich Virtuelle Produktentwicklung werden digitale Produktentwicklungs- und Produktionsplanungsmethoden erforscht. Ziel ist es dabei, einmal beschriebene Produktdaten durchgängig in Prozessketten weiter zu verarbeiten (CAX- Prozessketten). Dabei werden Lösungen zur Verwaltung (Produktdatenmanagement- Systeme), zur Visualisierung (Virtual Reality Techniken) und zur Steuerung (Workflow Management) der Produktdaten entwickelt. Ein Schwerpunkt liegt dabei insbesondere in Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 5

6 Jahresbericht 2004 der Erforschung und Anwendung von Feature-basierten, parametrischen und wissensbasierten 3D-CAD-Systemen für die interdisziplinäre Entwicklung von Produkten. Im Forschungsbereich Verteiltes und kooperatives Arbeiten wird untersucht, wie sich Produktentwicklungsprozesse örtlich und zeitlich verteilen lassen. Im Mittelpunkt der Forschung steht dabei die Verteilung von Produktentwicklungsaufgaben über Ländergrenzen und Zeitzonen hinweg, sowie die Untersuchung der damit verbundenen Informationsflüsse und notwendigen Basistechnologien, wie beispielsweise XML (Extensible Markup Language). Zur Kommunikation in verteilter Umgebung werden Methoden aus den Gebieten CSCW (Computer Supported Cooperative Work) hinsichtlich ihrer Verwendung im Produktentwicklungsprozess evaluiert. In der Lehre wie auch in der Forschung wurden im Berichtsjahr 2004 die angestrebten Ziele und Meilensteine mehr als erreicht. Die wichtigsten Ereignisse waren der Abschluss des Sonderforschungsbereichs 392 Entwicklung umweltgerechter Produkte mit dem internationalen Symposium am 27. und 28. Oktober, die Initiierung des PACE- Forschungsprojektes und die PACE-Partnerschaft. Besonders hervorzuheben ist im PA- CE-Rahmen der weitere Ausbau und die Modernisierung des Zentrums für Informationsverarbeitung im Maschinenbau (IiM). Den Studenten stehen nun etwa 150 modernste CAD-Clients, 7 Server für zahlreiche Dienste, sowie als zusätzliche Ausgabegeräte eine Rapid Prototyping Anlage und zur Produktpräsentation eine mobile Virtual Reality (VR) - Anlage zur Verfügung. Darüber hinaus konnten ein Internet basiertes Teleconferencing System und ein Smartboard beschafft werden. Ein besonderer Dank gilt den Firmen A- dam Opel AG, Electronic Data Systems (EDS), Sun Microsystems und Hewlett-Packard für die überaus großzügige Unterstützung im Rahmen der PACE Initiative. Im Jahr 2004 wurde im Rahmen der PACE (Partners for the Advancement of Collaborative Engineering) Partnerschaft erstmalig auch ein Advanced Design Project mit der amerikanischen Universität Virginia Tech durchgeführt, bei der Vorlesungen über die Videokonferenztechnik live von und nach USA übertragen wurden. Besonders hervorheben möchte ich insbesondere auch die erfolgreichen Promotionen von Frau Regina Beuthel und Herrn Steven Vettermann. Herzlichen Glückwunsch! Mein besonderer Dank gilt allen Mitarbeitern des DiK, die mit ihrer Motivation und ihrem engagierten Einsatz die Erfolge des Jahres 2004 ermöglichten. DiK Im Dezember 2004 Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Seite 6 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

7 DiK Jahresbericht 2004 LEHRANGEBOT IM GRUNDSTUDIUM Das Lehrangebot im Grundstudium umfasst, begleitet von intensiven Übungen, Vorlesungen zur Einführung in die Methoden der Datenverarbeitung. Die Vorlesungen sind inhaltlich auf die Tätigkeitsfelder der zukünftigen Ingenieure ausgerichtet. Eingebunden ist das Lehrangebot in die ersten beiden Semester und besteht aus 1. Semester: Vorlesung "Grundlagen der elektronischen Datenverarbeitung (GEDV) Übung "Programmiersprachen und -techniken (PST)" 2. Semester: Vorlesung "Einführung in das rechnergestützte Konstruieren (CAD)" (mit begleitenden Übungen) Die Lehrinhalte und Lernziele sind so ausgewählt, dass fundierte Kenntnisse zur Datenverarbeitung im Maschinenbau vermittelt werden. Eine besondere Bedeutung besitzt dabei das Arbeiten mit einem parametrischen 3D-CAD-System im 2. Semester. Dies erfolgt ausgerichtet auf die Prozesskette Konstruktion mit dem Ziel, alle einmal erzeugten Produktdaten in späteren Prozessstadien effizient weiterverwenden zu können. Diese Ausbildung wird im 3. und 4. Semester im Fach Maschinenelemente fortgeführt. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 7

8 Jahresbericht 2004 DiK GRUNDLAGEN DER DATEN- VERARBEITUNG Die Vorlesung behandelt für den Maschinenbau relevante Themen der heutigen Datenverarbeitung. Ausgewählte Kapitel der Technischen, Praktischen und Angewandten Informatik vermitteln die methodische Anwendung und das effektive Arbeiten mit der EDV. Ein Schwerpunkt bildet die Einführung in die objektorientierte Softwareentwicklung, die durch den begleitenden Programmierkurs (PST) vertieft wird. Lernziele: - Beherrschung der mathematischen und technischen Grundlagen der EDV - Fähigkeit zur Entwicklung von Datenstrukturen und Algorithmen - Fähigkeit zur Entwicklung objektorientierter Software - Kenntnisse über die Hardware elektronischer Rechenanlagen und verteilter Systeme - Verständnis des Zusammenhangs zwischen Betriebssystemen und Anwendungssoftware - Kenntnis der verschiedenen Anwendungssysteme Ansprechpartner: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Seite 8 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

9 DiK Jahresbericht 2004 PROGRAMMIERSPRACHEN UND -TECHNIKEN In der Übung zur Vorlesung GEDV wird der Stoff aus dem Themengebiet Methoden der Programmierung vertieft. Im Vordergrund steht die Erlernung des objektorientierten Ansatzes. Neben der theoretischen Einführung wird in betreuten Übungen am Computer die Modellbildung mit Hilfe graphischer Werkzeuge sowie die Umsetzung in die Programmiersprache JAVA vermittelt. Weitere Schwerpunkte sind die methodische Softwareentwicklung, Planung und Umsetzung von Algorithmen und die Programmierung graphischer Benutzerschnittstellen. Der Kurs schließt mit einer zweiwöchigen Hausarbeit ab, die in Teams zu je ca. vier Studenten zu bearbeiten ist. Bei einem entsprechenden Ergebnis der Hausarbeit kann die Note in GEDV angehoben werden (siehe Folienskript zu PST für nähere Informationen). Der Inhalt der Klausur zu GEDV besteht zu ca. 40% aus Stoff, der in PST vertieft wird. Ansprechpartner: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 9

10 Jahresbericht 2004 DiK EINFÜHRUNG IN DAS RECHNER- GESTÜTZTE KONSTRUIEREN (CAD) In der Vorlesung und der zugehörigen Übung werden die Grundlagen des dreidimensionalen Konstruierens an CAD-Arbeitsplätzen vorgestellt und dessen Einordnung in den Ablauf zur Lösung von Konstruktionsaufgaben getroffen. Dabei werden im Rahmen der Lösungsfindung die dreidimensionale geometrische Bauteilbeschreibung, die Abbildung von Gestaltungsabsichten, die Bildung von Produktstrukturen sowie der Einsatz und Zugriff auf Norm- und Zukaufteilen erlernt. Die gefundenen Lösungen müssen auf unterschiedliche Arten dargestellt und dokumentiert werden, z.b. durch das Ableiten von normgerechten Technischen Zeichnungen aus dem 3D-CAD-Modell. Sämtliche Unterlagen zu Vorlesung und Übung werden digital bereitgestellt, wodurch die eigenständige Nutzung der Werkzeuge aus dem Bereich der Informationstechnologie gefördert wird. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Arndt Ufer Orkun Yaman, M.Sc. Seite 10 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

11 DiK Jahresbericht 2004 LEHRANGEBOT IM HAUPTSTUDIUM Das Lehrangebot für das Hauptstudium Maschinenbau ist so ausgelegt, dass es interessierten Studierenden die Möglichkeit bietet, die Themen der Datenverarbeitung im Produktentwicklungsprozess weiter zu vertiefen und sich hierin zu qualifizieren. Dieses Lehrangebot spricht Studierende ab dem 5. Semester an und umfasst die folgenden Themen: Vorlesungen: Produktdatentechnologie A (CAD-Systeme u. CAx Prozessketten) Produktdatentechnologie B (Produktdatenmanagement) Produktdatentechnologie C (Produkt- und Prozessmodellierung) Tutorium: ADP: CAD-Mechatronik mit CATIA V5 Virtuelle Produktentwicklung Der zentrale Ansatz dieses Lehrangebotes ist in der sog. Produktdatentechnologie verankert. Sie ist ein interdisziplinäres Fachgebiet, geprägt von den Grundlagen der Informatik und den Methoden der Ingenieurwissenschaften, insbesondere des Maschinenbaus. Das grundlegende Konzept basiert dabei auf einer durchgängigen Verarbeitung (ohne Medienbrüche, ohne Informationsverlust) digital repräsentierter Produktdaten über alle Phasen des Produktlebenszyklus hinweg. Die dafür eingesetzten DV-Systeme, das Integrierte Produktmodell (STEP) und die Methoden und Werkzeuge zum Management der Produktdaten im Produktlebenszyklus sind Gegenstand dieses Lehrangebots. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 11

12 Jahresbericht 2004 DiK PDT A - CAD-SYSTEME UND CAX-PROZESSKETTEN Das Primärziel dieser Vorlesung ist die Vermittlung der Grundlagen der Produktdatentechnologie. Zunächst wird eine Einführung in Identifikation und Klassifikation von rechnerinternen Produktdateninformationen gegeben. Danach werden die Grundlagen zu Architektur und Funktionalität von CAD-Systemen beschrieben. Hierzu werden die analytischen und parametrischen Beschreibungen von Geometrieelementen sowie Klassifikation von Produktmodellen vorgestellt. Des Weiterem werden auf die Arbeitsweisen zur Erstellung von Produktrepräsentationen in CAD-Systemen eingegangen. Hierbei wird das Ziel verfolgt, die grundlegenden Zusammenhänge von rechnerunterstützter Verfahren der Produktkonzeption, -konstruktion, -analyse, -optimierung, -visualisierung und -fertigung im gesamten Produktlebenszyklus zu vermitteln. Darüber hinaus werden die Methoden und Werkzeuge zur Modellierung von CAx-Prozessketten sowie das Konzept der virtuellen Produktentwicklung näher erläutert. Der Schwerpunkt liegt dabei auf CAx- Prozessketten: CAD-DMU, CAD-FEM, CAD-MKS, CAD-TPD, CAD-RPT, CAD- VR/AR, etc. Zahlreiche Beispiele aus der Entwicklung und der Forschung begleiten die bereits beschriebenen Lernziele. Abbildung: CAx-Prozessketten Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Majid Rezei rezei@dik.tu-darmstadt.de Seite 12 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

13 DiK Jahresbericht 2004 PDT B - PRODUKTDATENMANAGEMENT Im Mittelpunkt dieser Vorlesung steht die Bedeutung des Produktdatenmanagements und seiner Funktionen. Dabei werden sowohl die Basistechnologien als auch die grundlegenden Rahmenbedingungen für Produktdatenmanagementsysteme diskutiert. Ebenso werden die organisatorischen Voraussetzungen für deren Einsatz vorgestellt. Darüber hinaus wird ein Überblick über die Architektur von PDM-Systemen gegeben. Zur Verdeutlichung werden verschiedene Datenmodelle beispielhaft vorgestellt. Aufgrund ihrer wachsenden Bedeutung werden Workflow-Managementsysteme eingehender betrachtet. Lernziele: - Verständnis der Bedeutung von Produktdatenmanagementsystemen und der Zusammenhänge zwischen diesen, dem Integrierten Produktmodell und Workflow- Managementsystemen, - Kenntnisse der Basistechnologien der Produktdatenmanagementsysteme, - Verständnis der organisatorischen Voraussetzungen, - Kenntnisse über die Struktur von Produktdatenmanagementsystemen. Ansprechpartnerin: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Pamela Stöcker stoecker@dik.tu-darmstadt Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 13

14 Jahresbericht 2004 DiK PDT C - PRODUKT- UND PROZESSMODELLIERUNG Zentrales Ziel der Produktdatentechnologie ist es, die Entwicklung eines Produktes durch den Einsatz von Informations- und Kommunikationstechnologien hinsichtlich Qualität des Produktes, Kosten des Produktes und des Entwicklungsprozesses sowie der Effizienz des Entwicklungsprozesses zu optimieren. Dies führt zum verstärkten Einsatz von Softwaresystemen in allen Teilprozessen der Produktentwicklung, wie beispielsweise der Verwendung von CAD- und PDM-Systemen im Rahmen der Detailkonstruktion. In dieser Vorlesung werden verschiedene Prinzipien, Methoden und Werkzeuge für Produkt- und Prozessmodellierungen vorgestellt. So werden z. B. die Prinzipien der Systemtechnik, wie die hierarchische Strukturierung und Modellbildung, besprochen. Die Methoden des Modellentwurfs und seiner Spezifikation werden aufgezeigt und diskutiert. Die systematische Datenmodellbildung wird mit Blick auf ISO (allgemein bekannt als STEP "Standard for the Exchange of Product Model Data") unter Verwendung von SADT, EXPRESS and EXPRESS-G vorgestellt. Die Konzepte der Prozessmodellierung selbst werden anhand der Geschäftsprozessmodellierung erläutert. Hierbei wird besonders auf die Möglichkeiten zur Modellierung von Abläufen und Geschäftsprozessen mit UML sowie auf die integrative Methode ARIS eingegangen. Darüber hinaus werden XML-basierte Lösungsalternativen diskutiert. Besonderer Wert wird innerhalb der Vorlesung darauf gelegt, dass die erworbenen, theoretischen Kenntnisse anhand von praktischen Beispielen und kleineren Übungen vertieft werden. Lernziele: - Verständnis der Zusammenhänge zwischen Funktionen, Daten und Prozessmodellierung. - Kenntnisse über den Nutzen der Modellierungstechniken für Geschäftsprozessoptimierungen. - Kenntnisse über das Produktmodell, wie es in ISO (STEP) spezifiziert ist. - Kenntnisse über die Umsetzung von Produkt- und Prozessmodellen in industrielle Anwendungen. Ansprechpartner: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Seite 14 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

15 DiK Jahresbericht 2004 TUTORIUM CAD-MECHATRONIK MIT CATIA V5 Im Tutorium CAD-Mechatronik mit CATIA V5 wird die Anwendung featurebasierter Generierungsstrategien zur Erzeugung von komplexen Bauteilen und Baugruppen mit dem CAD-System CATIA V5 von Dassault Systemes vermittelt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf einer durchgängigen Prozesskette. Diese baut auf eine konsequente Parametrik und die Integration von Wissen in das Geometriemodell auf. Ausgehend von der Produktstruktur, über eine anschließende Analyse (Schwingungs- und Festigkeitsanalyse) bis hin zur kinematischen Simulation werden alle konstruktiven Phasen der Produktentstehung behandelt. Besonderes Interesse in diesem Praktikum gilt der Integration und Simulation Mechatronischer Systeme. Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katharina Melk Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 15

16 Jahresbericht 2004 DiK TUTORIUM ZUM ARBEITEN MIT 3D-CAD-SYSTEMEN Im Tutorium zum Arbeiten mit 3D-CAD-Systemen wird die Anwendung verschiedener Generierungsstrategien zur Erzeugung von komplexen Bauteilen und Baugruppen mit dem parametrischen 3D-CAD-System Unigraphics vermittelt. Kooperative Arbeitstechniken werden dabei ebenso erprobt, wie die Anwendung erweiterter Softwaremodule wie Kinematik oder Variantenerzeugung. Es erfolgt eine Einführung in das methodische Vorgehen zum Aufbau parametrischer 3D-Geometriemodelle mit dem Ziel des Aufbaus digitaler Prototypen (digital mockups). Darüber hinaus wird die fortgeschrittene 3D-Modellierung mittels Freiformkurven und Freiformflächen erläutert. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Arndt Ufer Seite 16 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

17 DiK Jahresbericht 2004 GRUNDLAGEN DER CAE/CAD I UND II Die Grundlagen der CAE/CAD unterteilt sich in zwei Semester und wird in beiden Teilen jeweils abschnittsweise von Herrn Prof. Anderl, Herrn Prof. von Stryk, Herrn Prof. Huss und Herrn Prof. Encarnação gehalten. Der erste Teil der Lehrveranstaltung ist Pflichtfach für den Studiengang Computational Engineering (Bachelor). Der zweite Teil wird als Wahlpflichtveranstaltung angeboten. Beide Lehrveranstaltungen wenden sich auch an die Studierende der Fachbereiche Maschinenbau und Informatik (Bachelor und Master). Grundlagen der CAE/CAD I fand im Sommersemester 2004 statt. Folgende Themenbereiche wurden dort von den Professoren behandelt: Prof. Anderl - Einführung CAE/CAD, Architektur, Geometrische Modellierung Prof. von Stryk - Modellierung, Berechnungsmethoden und verfahren Prof. Huss - Modellierung, Simulation, Implementierungsvarianten Prof. Encarnação - Virtual Reality, Augmented Reality Der Themenbereich von Herrn Prof. Anderl umfasste insbesondere die folgenden Punkte: Einführung in die CAD/CAE-Technologie unterschiedliche Modelle der rechnerinternen Beschreibung von Produktinformationen Produktdefinition, -repräsentation und präsentation Geometrische Modellierung / Linien- Flächen- und Volumenmodelle Feature Modellierung Parametrische Modellierung und Modellierung mit Constraints Der Zweite Teil der Vorlesung fand im Wintersemester 2004/2005 statt und baut auf den ersten Vorlesungsteil auf. Folgende Themenbereiche wurden dort von den Professoren behandelt: Prof. Anderl - Digital Mockup (DMU), Rapid Prototyping (RPT), Technical Produkt Dokumentation (TPD) Prof. von Stryk - Optimirung, gekoppelte Simulationen Prof. Huss - Hard- und Softwarearchitectur Prof. Encarnação - Virtual Prototyping Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 17

18 Jahresbericht 2004 DiK Das Themengebiet von Herrn Prof. Anderl umfasste insbesondere die folgenden Punkte: Aufbau und Unterschiede in DMU Systemen Grundlagen der Tesselierung und Triangulierung Unterschiede verschiedener Rapid Prototyping Verfahren Datenformate der Technischen Produktdokumentation Ansprechpartner: Orkun Yaman, M.Sc. Seite 18 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

19 DiK Jahresbericht 2004 ADVANCED DESIGN PROJECT VIRTUELLE PRODUKTENTWICKLUNG Ein Advanced Design Project beinhaltet eine umfangreiche Aufgabenstellung konstruktiver oder systemtechnischer Art aus dem Maschinen- und Anlagenbau unter Einbindung der industriellen Praxis. Advanced Design Projects werden in studentischen Teams selbstverantwortlich und eigenständig durchgeführt und dienen der ganzheitlichen Betrachtung einer komplexen, interdisziplinären Aufgabe und deren Lösungsfindung. Die am DiK angebotenen Themenstellungen aus dem Bereich der virtuellen Produktentwicklung werden durch aktuelle Arbeiten am Fachgebiet initiiert. THEMENSCHWERPUNKT 2004: COLLABORATIVE ENGINEERING Sommersemester 2004 (KW 33+34) Ziel des von IBM begleiteten Advanced Design Projects im Sommersemester 2004 war die Entwicklung verschiedener Module eines Tutoriums für das zeitlich und räumlich verteilte interdisziplinäre Arbeiten. Als Beispiel-Objekt diente ein Stirling-Motor. Die Studenten sollten einen tieferen Einblick in die Potentiale marktüblicher 3D-CAD- und PDM-Systeme erhalten. Die zur Anwendung kommenden Systeme waren CATIA V5 und SmarTeam von Dassault Systèmes. Abbildung 1: Stirling-Motor Neben der Entwicklung des Stirling-Motors in CATIA V5 wurden verschiedene Workflows definiert. In einem Demonstrationsszenario wurde eine kooperative Zusammenarbeit in einer Multisite-Umgebung zwischen zwei unabhängigen Standorten inklusive Änderungsabläufen, Freigabemechanismen und Berechtigungskonzept konzipiert. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 19

20 Jahresbericht 2004 DiK Abbildung 2: Workflow Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katharina Melk Wintersemester 2004/2005 (Beginn: KW 43) Abbildung 3: Projektarbeit Ziel des im Wintersemester 2004/2005 durchgeführten Advanced Design Projects war die konstruktive Erweiterung eines bestehenden Produktes mit Hilfe grundlegender Methoden des Collaborative Engineering in internationalen Teams. Das Advanced Design Project wurde in Zusammenarbeit mit der Virginia Tech, USA und mit Unterstützung der Adam Opel AG durchgeführt. Dabei dienten Studenten der Virginia Tech als Projektpartner und die Adam Opel AG lieferte die technischen Daten einer Tür vom Opel Signum. In räumlich und zeitlich verteilten Teams nutzten die Studenten an beiden Standorten Instrumente des Projektmanagements und Collaborative Engineering, z.b. zur Kooperation und zum Datenaustausch zwischen den Standorten. Seite 20 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

21 DiK Jahresbericht 2004 Abbildung 4: Signum Tür Die Ergebnisse der ADPs können in den entsprechenden Abschlussberichten nachgelesen werden. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Arndt Ufer Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 21

22 Jahresbericht 2004 DiK DIK - STATISTIK LEHRE 2004 Prüfungen Anzahl Prüfungen Grundlagen der Datenverarbeitung 450 Programmiersprachen und -techniken 300 Einführung in das rechnergestützte Konstruieren 450 Produktdatentechnologie 198 Praktika zum Arbeiten mit 3D-CAD-Systemen 40 ADP 22 Studien- und Diplomarbeiten, Konstruktive Entwürfe 32 Seite 22 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

23 DiK Jahresbericht 2004 FORSCHUNG Hinter der heute eher konservativ anmutenden Fachgebietsbezeichnung Datenverarbeitung in der Konstruktion verbirgt sich ein oft auf den ersten Blick nicht in seinem vollen Umfang erkennbares Wissenschaftsgebiet, welches sich heute mit einem großen Spektrum vielfältiger Forschungsaufgaben rund um die rechnergestützte Produktentwicklung befasst. Dabei schließt der Aspekt der Datenverarbeitung sowohl die Generierung, Speicherung und Archivierung von Produktdaten ein wie auch den Datenaustausch und -abgleich dieser; und dies stets mit dem Ziel, alle jemals entstehenden Produktdaten eines Produkts durch den geschickten Einsatz elektronischer Datenverarbeitungsmethoden entlang seines gesamten Lebenszyklusses von seiner Idee bis hin zu seinem Recycling zu erfassen und zu verarbeiten. Der Begriff der Konstruktion im Maschinenbau steht ferner heute für den Gesamtprozess der virtuellen Produktschöpfung, nicht nur mehr für das zeichnerische norm- und funktionsgerechte Abbilden der angestrebten Produktgestalt auf Papier, da es die modernen CAx-Technologien heute erlauben, durchgängig rechnergestützt Produkte von ihrem ersten Formgebungsvorschlag bis hin zu ihrem rechnergestützt getesteten virtuellen serienreifen Prototyp zu entwickeln. Aus dieser Sichtweise heraus haben sich in den vergangenen Jahren drei Forschungsschwerpunkte am DiK ergeben: die Informationsmodellierung mit der Blickrichtung gezielt auf die Produktdatenabbildung, das verteilte und kooperative Arbeiten mit Gewicht auf den Arbeitstechniken sowie die virtuelle Produktentwicklung in ihren Grundlagen, so z. B. den Betrachtungen zu Einsatz, Handhabung und Nutzen von Softwarewerkzeugen im Entwicklungsprozess. Kompetenzen sind so vorhanden auf den Gebieten: Informationsmodellierung Prozessanalyse und Prozessmodellierung Objektorientierte Modellierung ISO Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP) Verteiltes und kooperatives Arbeiten Verteilte Produktentwicklung Kooperative Arbeitstechniken Geschäftsprozessoptimierung und -modellierung Verteiltes Prozess- und Produktmanagement Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 23

24 Jahresbericht 2004 DiK Virtuelle Produktentwicklung Computer Aided Design (CAD) Computer Aided Engineering/X (CAE/CAx) und Integration Produktdatenmanagement (PDM) Im Nachfolgenden werden nun die einzelnen Projekte, welche am Fachgebiet im Kalenderjahr 2004 bearbeitet worden sind, vorgestellt. Seite 24 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

25 DiK Jahresbericht 2004 LEARN2L E-LEARNING- UMGEBUNG learn2l Rechnergestützte Ingenieurwerkzeuge haben sich bereits zum Standard entwickelt und sind aus dem Berufsalltag von Ingenieurinnen und Ingenieuren nicht mehr wegzudenken. Der Umfang der Aus- und auch der Weiterbildung in entsprechenden Softwaresystemen hat deshalb, sowohl in den Hochschulen als auch in der Industrie, in den vergangenen Jahren signifikant zugenommen. Durch die Entwicklung neuer Methoden und Werkzeuge für die Erstellung, Bearbeitung und Verwaltung von Lehrinhalten für die Aus- und Weiterbildung in Softwaresystemen öffnen sich sowohl an den Hochschulen als auch in der Industrie vielfältige Potentiale. Im Rahmen des Dual Mode TUD -Programms, einer E-Learning Initiative der Technischen Universität Darmstadt, learn2l (learntool) entwickelt. Mit learn2l (learntool) steht ein weborientiertes Autorensystem zur einfachen und schnellen Erstellung von (Online)- Tutorials zur Verfügung. Abbildung 5: Aufbau eines Tutorials Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jürgen Rambo Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 25

26 Jahresbericht 2004 DiK SONDERFORSCHUNGSBEREICH 392: ENTWICKLUNG UMWELTGERECHTER PRODUKTE SFFB S Nach neun Jahren ertragreicher Forschungsarbeit wurde der Sonderforschungsbereich 392 (SFB 392) Entwicklung umweltgerechter Produkte Ende 2004 erfolgreich abgeschlossen. Mit einem internationalen Symposium Environmentally-Friendly Product Development wurden im Oktober 2004 in Darmstadt die wissenschaftlichen Ergebnisse des SFBs 392 (Sprecher Prof. Reiner Anderl) vorgestellt. An diesem Symposium nahmen ca. 120 nationale und internationale Experten aus Industrie und Wissenschaft teil. Zeitgleich erschien das englischsprachige Buch Environmentally-friendly Product Development, das die gesamten Ergebnisse des SFBs 392 einem breiten Publikum zur Verfügung stellt. Der SFB 392 erhielt hervorragende Bewertungen und wurde als internationaler Leuchtturm ausgezeichnet. Aus den Arbeiten des SFB 392 entwickelten sich vielschichtige neue Projektideen für einen Technologietransfer in die Industrie. Alle bisher beantragten Transferprojekte wurden genehmigt. Abbildung 6: ecodesign Workbench Seite 26 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

27 DiK Jahresbericht 2004 Der SFB 392 wurde 1996 gegründet und setzte sich aus einer interdisziplinären Gruppe von Forschern der TU Darmstadt zusammen. Ziel war die Entwicklung innovativer, leistungsstarker Methoden und Werkzeuge zur Produktentwicklung zur Herstellung ganzheitlich umweltfreundlicher Produkte. Experten untersuchten die physikalischen Wirkungen bestimmter Lebenszyklusprozesse auf die Umwelt, andere entwickelten Methoden und Werkzeuge zur Modellierung und Nutzung dieses Expertenwissens. Ein sehr wichtiges Ergebnis ist die am DiK entwickelte Softwareumgebung ecodesign Workbench. Sie ermöglicht die Erschließung eines enormen Effizienzpotenzials bei der Ermittlung des ökologischen Produktprofils. Die schnelle und effektive Simulation komplexer Lebenszyklusszenarien aus vorhandenen Daten stellt einen wesentlichen Vorteil bei der Entwicklung umweltgerechter Produkte dar. Bislang verfügbare Lösungen konnten diesen Anforderungen nicht gerecht werden. Grundlage war die Ausarbeitung einer Methodik, die durch Integration bereits vorhandener Daten aus der rechnerunterstützten Produktentwicklung Ökobilanzen per Mausklick möglich macht. Die entwickelte Methodik zeichnete sich durch die ganzheitliche Betrachtung von Sachbilanzdaten aus, bei der neuere EU-Richtlinien und Umweltgesetze, wie z.b. die Richtlinie zur Integrierten Produktpolitik (IPP), berücksichtigt wurden. So wurden Grundsätze der nachhaltigen Entwicklung konkret auf Produkte angewandt, um diese wirtschaftlich, ökologisch und technisch über den gesamten Lebenszyklus zu optimieren. Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katharina Melk Dipl.-Ing. Alain Pfouga Dipl.-Ing. Tri Ngoc Pham Van Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 27

28 Jahresbericht 2004 DiK PACE PARTNERS FOR THE ADVANCEMENT OF COLLABORATIVE ENGINEERING EDUCATION PACE - Partners for the Advancement of Collaborative Engineering Education - ist ein internationales Förderprogramm der Firmen General Motors, EDS, SUN Microsystems und UGS. Diese 1999 ins Leben gerufene Initiative stellt international strategisch ausgewählten Universitäten modernste CAD/CAM/CAE- und PLM- Software zur Verfügung. Darüber hinaus unterstützt sie diese mit hierfür benötigter Hardware sowie mit Automotive Parts zur Stärkung der innovativen, modernen Ausbildung künftiger Ingenieure. Damit eröffnen sich für Lehre und Forschung an den jeweiligen Universitäten neue technologische Möglichkeiten auf wissenschaftlich anspruchsvollem Niveau. PACE verstärkt nachhaltig die Zusammenarbeit der beteiligten Industrieunternehmen mit den Universitäten sowie zwischen den mittlerweile über 30 weltweiten PACE-Universitäten untereinander. Bislang sind im Rahmen des PACE-Programms Hochschul-Institute mit Hard- und Software im Wert von weit mehr als 1 Mrd. US$ unterstützt worden. Zu den PACE-Partnern zählen so renommierte Universitäten wie Michigan State University, Purdue University, Virginia Tech in den USA, University of Toronto und Queen's University in Canada, das Instituto Politecnico Nacional in Mexiko und die Shanghai Jiao Tong University in China. Weltweit ist ein Umfang von 50 Partner-Universitäten geplant. Die TU Darmstadt hat als erste europäische Universität diesen elitären Status erlangt. Die Förderung mit Hard- und Software unterstützt die TU Darmstadt bei ihrem konsequenten Modernisierungsprozess in Forschung und Lehre. Das zur Verfügung gestellte Software-Portfolio umfasst die Software, die bei General Motors und seinen Tochtergesellschaften, wie der Adam Opel AG, in der Entwicklung und Fertigung von Fahrzeugkomponenten eingesetzt wird. Auf diese Weise wird praxisnahe Forschung und Entwicklung gefördert. Das DiK hat die Führungsrolle dieses Förderprogramms an der TU Darmstadt übernommen, da ihm eine Schlüsselposition sowohl in der universitätsinternen Zusammenarbeit als auch in den Kontakten zu den PACE-Industriepartnern zufällt. Nach einer Initialphase im Jahre 2003, wurden 2004 erstmals Lehrveranstaltungen mit den durch PACE zur Verfügung gestellten Mitteln durchgeführt. Dazu zählten im Fachbereich Maschinenbau die Veranstaltungen: Einführungen in das rechnerunterstützte Konstruieren (CAD) Advanced Design Project Collaborative Engineering Grundlagen des CAE/CAD Seite 28 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

29 DiK Jahresbericht 2004 Weiterhin wurde die Organisationsstruktur von PACE an der TU Darmstadt verfeinert und über das Fachgebiet DiK hinaus ausgedehnt. Die PACE-Lizenzserver werden zukünftig zentral durch das Hochschulrechenzentrum (HRZ) betrieben und gepflegt. Weiterhin erfolgt die Verteilung der Software-Medien zukünftig ebenfalls zentral durch das HRZ. Durch die PACE Partnerschaft konnte die TU Darmstadt weitere Fördermittel seitens des Innovationsbudget des Landes Hessen einwerben. Auf Antrag wurden für die Jahre 2004 und 2005 insgesamt ,80 für die Forschung auf den Gebieten des Collaborative Engineering sowie der e-product Creation bewilligt. Ein Zwischenbericht über diese Forschungsaktivitäten wird im ersten Quartal 2005 vorliegen. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Arndt Ufer Zu dem Themenfeld Collaborative Engineering gehört u. a. das Projekt Functional Digital Mock-Up. Im Bereich e-product Creation werden am DiK die Projekte Digitale Werkzeugmaschine und CA-Labor, mit Prozesskette vom Design zum Prtotypen durchgeführt. Diese Projekte werden im Folgenden kurz vorgestellt. Functional Digital Mock-Up Ziel des Projekts Functional Digital Mock-Up ist die Erweiterung der DMU- Technologie um Analyseverfahren bezüglich der physikalischen und chemischen Verhaltensmodelle. Der auf dem JT-Toolkit basierende Ansatz sieht sowohl die Integration von Berechnungsmodellen, als auch die Kopplung von Simulationssoftware vor. Als Anwendungsbeispiel soll eine virtuelle Brennstoffzelle entwickelt werden. Im Jahr 2004 lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Konzeptes zur Kopplung von 3D-CAD-/DMU-Software mit Simulationswerkzeugen. Dazu wurde zunächst der Stand der Technik zur Integration der Berechnung in die Entwicklungsphase erörtert. Demnach existieren zurzeit ausschließlich Insellösungen, die nur eine Verkettung über neutrale Schnittstellen ermöglichen, durch die 3D-CAD Daten in die jeweilige Anwendungssoftware eingelesen werden. Es handelt sich hierbei lediglich um geometrische und nicht um berechnungsrelevante Daten. Ausgehend von den Erkenntnissen dieser Analyse werden Konzepte verschiedener Integrationstiefen erarbeitet, die danach exemplarisch implementiert werden. Auf dem folgenden Bild ist das implementierte Konzept dargestellt. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 29

30 Jahresbericht 2004 DiK In einem nächsten Schritt wurden die Grundlagen der chemischen und physikalischen Vorgänge einer Brennstoffzelle analysiert, um die berechnungsrelevanten Parameter zu ermitteln. In einem weiteren Schritt wurde das Konzept prototypisch validiert, indem eine Berechnung, die eine thermische Betrachtung der Brennstoffzelle in die Matlab- Modellierungssprache umsetzt, mit dem CAD-Tool UG bidirektional verkettet wurde. Im weiteren Verlauf des Teilprojektes Functional-DMU werden folgende Themenbereiche bearbeitet: - Validierung weiterer Integrations- und Kopplungskonzepte zur virtuellen Brennstoffzelle, - Konzeption eines DMU- und Verhaltensdatenmodells und - Implementierung einer Functional Digital Mock-Up Anwendungssoftware. Ansprechpartner: Orkun Yaman, M.Sc. yaman@dik.tu-darmstadt.de Digitale Werkzeugmaschine Eine erfolgreiche Strategie im Werkzeugmaschinenbau, die sich auch langfristig bewährt, ist die Distanzierung von den Wettbewerbern am Markt. Eine Distanzierung erfolgt jedoch mit kürzeren Innovativitätszyklen, höherer Qualität und kürzerem Time-To-Market. Mit zunehmender Funktionalität der Werkzeugmaschinen aufgrund hoher Individualität und Innovativität wächst die Komplexität dieser Maschinen stetig. Dadurch steigt der Wunsch nach einer interdisziplinären Entwicklungsplattform, womit die Entwicklungsprozesse im Werkzeugmaschinenbau durchgängig beschleunigt werden können. Insbesondere möchte man die Maschineneigenschaften in sehr frühen Phasen der Entwicklung erfassen und die Fehler frühzeitig erkennen und ggf. beseitigen. Das Projekt Digitale Werkzeugmaschine verfolgt zwei Hauptziele. Das Primärziel ist eine Analyse, um bestehende Entwicklungsmethoden und werkzeuge für mechatronische Systeme zu erforschen. Das Sekundärziel ist zu überprüfen, ob Werkzeugmaschinenbauer moderne industrielle Informationstechniken wie beispielsweise CAD- Seite 30 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

31 DiK Jahresbericht 2004 Systeme und Simulationstools in ihrer Entwicklungsumgebung bereits integriert haben. Darüber hinaus wird untersucht, ob die Simulationsaufgaben, Berechnungen, Optimierungen und Visualisierungen von Komponenten und Systemen an externen Engineering- Dienstleister übertragen werden können. Abbildung: Problematik im Werkzeugmaschinenbau Im Rahmen des Projektes Digitale Werkzeugmaschine in Zusammenarbeit mit dem Fachgebiet PTW (Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen) und dem Unternehmen Bosch Rexroth wird für den Industriepartner Bosch Rexroth VES (Virtual Engineering and Simulation) eine Marktanalyse durchgeführt, um herauszufinden, ob sich die Entwicklung neuer und kostengünstiger Simulationstools zur Entwicklung und Optimierung sowie Visualisierung von Werkzeugmaschinen und komponenten zukünftig bewährt. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Majid Rezei CA-Labor Prozesskette vom Design zum Prototypen Das Thema Vom Design zum Prototypen spielt in der Produktentwicklung eine wichtige Rolle und basiert auf der Integration von Methoden der Modellierung in CAS- bzw. CAD-Systemen, dem Virtual- und Rapid Prototyping, der Einrichtung von Prozessketten und dem Reverse Engineering. In Bezug auf die CAS-Systeme (CAS bedeutet Computer Aided Styling) wird auf die Entwicklung neuer Funktionen gezielt, die einen gestalterischen Entwurf mit parametrischen und constraint basierten 3D-Modellen erlaubt, auf deren Basis im technischen Entwurf weitergearbeitet werden kann. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 31

32 Jahresbericht 2004 DiK Abgeleitet von CAS- und CAD-Modellen werden aus Produktdaten mit Hilfe der Rapid Prototyping Technologie reale Prototypen erstellt. Mit Hilfe der realen Prototypen werden Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse zu Änderungen führen, die dann wieder in die CAS-Systeme bzw. auch in CAD-Systeme zurückgeführt werden müssen (reverse engineering). Übergeordnetes Forschungsziel ist es, diese geschlossene Prozesskette (CAS/CAD Rapid Prototyping realer Prototyp Änderungsprozess Reverse Engineering) zu erforschen und quantitativ zu erfassen. Mit der Einrichtung des CA-Labors wurde eine Arbeitsumgebung am Fachgebiet DiK geschaffen, die diese Werkzeuge und Methoden bereitstellt und eine umfassende Grundlagenforschung ermöglicht sowie deren Integration in Lehrveranstaltungen des Hauptstudiums erlaubt. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Lars Klug Dipl.-Ing. Jürgen Rambo Seite 32 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

33 DiK Jahresbericht 2004 PROSTEP IVIP-VEREIN PROJEKT- GRUPPE SIMPDM SimPDM Das DiK ist in der Projektgruppe Integration der Simulation und Berechnung in eine PDM Umgebung SimPDM des ProSTEP ivip-vereins vertreten. Das im Jahr 2003 angefangene Projekt wurde 2004 mit einer größeren Teilnehmergruppe aus der Industrie fortgeführt. Die Ziele der Projektgruppe wurden bereits 2003 definiert. Zur Erreichung der Ziele wurden bereits folgende Aufgaben bearbeitet: Aufbau eines gemeinsamen Verständnisses zum Thema PDM im Bereich Berechnung und Simulation Erarbeitung von Referenzprozessen zur Integration der Simulation und Berechnung in den Produktentstehungsprozess Formulierung von ersten Anforderungen an die Integration Aufbauend auf den im Jahr 2003 erreichten Ergebnissen wurden folgende Arbeitspakete für 2004 definiert und bearbeitet: Festlegung der Simulations- und Berechnungsdomänen Festlegung der Software-Werkzeuge der jeweiligen Domäne Definition der Anforderungen/Einflüsse (von Anwendern und Systemlieferanten) an die CAE-Modellstrukturen. Identifizierung der Elemente und Attribute für die CAE-Modellstrukturen Erstellung von Partialmodellen der Domänen zur Abbildung der Modellstrukturen. Erstellung eines Pflichtenheftes zur Umsetzung der Konzepte Erstellung eines Demonstrators zur Validierung des Pflichtenheftes. Das Projekt wird im Jahr 2005 weitergeführt. Folgende Arbeitspakete sind geplant: Erstellung eines integrierten Metadatenmodells zur Abbildung der CAE- Modellstrukturen in PDM-System. Erarbeitung eines Konzeptes für ein Versionmanagement in der CAE- Modellstruktur Entwicklung von Konzepten zum Parameterabgleich zwischen Produktstruktur und CAE-Modellstruktur Erweiterung der Anforderungsspezifikation Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Jens Malzacher Orkun Yaman, M.Sc. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 33

34 Jahresbericht 2004 DiK WISSENSBASIERTE AGENTENGESTÜTZTE MODELLIERUNG IN PARAMETRISCHEN 3D-CAD SYSTEMEN WAM Ziel der Forschungsarbeiten war die Entwicklung von Methoden und Werkzeugen für die wissensbasierte Modellierung in parametrischen 3D-CAD-Systemen. Dabei lag der Schwerpunkt auf der Erforschung der Verwendung des 3D-CAD-Modells als Träger der Wissensbasis. Es wurde erforscht, wie bestehende Modellierungsstrategien und -verfahren in parametrischen 3D-CAD-Systemen um den methodischen Aufbau einer Wissensbasis weiterentwickelt werden können. Die wissensbasierten CAD-Modelle besitzen den höchstmöglichen Gehalt an Semantik der integrierten Produktinformationen und des Produktwissens. Dazu wurden Methoden zur Abbildung komplexer wissensbasierter Lösungsbausteine entwickelt, die flexibel, adaptiv und wiederverwendbar in den Prozessen der Produktentwicklung zur Verfügung stehen. Die Lösungsbausteine der Strukturen basieren teilweise auf der bisher in der Forschung verwendeten Kopplung zwischen Features, Bauteilen und Baugruppen und sollen einen modularen wissensbasierten Ansatz zur Modellierung integrieren. Insbesondere war zu untersuchen, wie stark der Kontext, in dem sich ein 3D- Modell befindet, mit Hilfe der wissensbasierten Methoden abgebildet werden kann. Die Transferierung und Weiterentwicklung neuer Modelle und Methoden des Wissensmanagements in die Konstruktionsphase des Produktentwicklungsprozesses diente als Grundlage des wissensbasierten Modellierens mit parametrischen 3D-CAD-Systemen. Dabei stand besonders die Untersuchung der Anwendbarkeit von Wissenskreisläufen aus dem betriebswirtschaftlichen Wissensmanagement im Vordergrund, die in die Abläufe der Produktentwicklung integriert wurden. Der Aufbau einer Wissensbasis wurde sowohl methodisch als auch systemtechnisch integral in den Konstruktions- und Modellierungsprozess eingebunden. Das Forschungsprojekt verfolgte aus diesem Grund zwei Hauptziele. Das erste Ziel war die Erforschung des methodischen Aufbaus einer Wissensbasis im CAD-Modell. Das zweite Hauptziel bestand darin, mit Hilfe der Agententechnologie die Methoden und Funktionalitäten wissensbasierter Modellierungsverfahren zu steuern, zu verwalten und zu überwachen. Aus diesem Grund wurden die Anwendung agentengestützter Methoden und Werkzeuge analysiert, deren Integration prozessbegleitend als Modellierungsagent in den Modellierungsprozessen sowie systemtechnisch in das CAD-System erfolgte. Das DFG-Projekt wurde seit dem am DIK bearbeitet und am abgeschlossen. Ansprechpartner: Dipl.-Wirtsch..-Ing. Kristian Platt Dipl.-Wirtsch.-Ing. Michael Tehl Seite 34 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

35 DiK Jahresbericht 2004 PROJEKTSTUDIE ZUR BEWERTUNG DES DATENFORMATS JT UND EINORDNUNG DER JT OPEN AKTIVITÄT JT Im November 2003 gründete die Firma UGS die Initiative JT Open. Nach UGS hat sie zum Ziel, durch die Bereitstellung des JT Open Toolkits und die damit verbundene Öffnung des Datenformats JT einen Mehrwert im PLM-Umfeld zu schaffen. Dies soll zu einer Reduktion von Produktentwicklungskosten, einer Erhöhung der Produktqualität sowie der Innovationsfähigkeit führen. Zudem soll die Initiative der Verbreitung von JT bei Anwendern sowie Software-Herstellern dienen. Auf Grund des mittlerweile großen Verbreitungsgrads und der diesbezüglichen Anwenderakzeptanz kann JT als Quasi-Standard bezeichnet werden. JT ermöglicht die systemneutrale Visualisierung, Analyse und Optimierung von 3D-Geometrie und Produktstrukturen. Die Studie beinhaltet zum einen die Einordnung der JT Open Initiative gegenüber den Aktivitäten von Open HSF, ISO (STEP) und PLM XML, in Verbindung mit deren Datenformaten und Technologien. Zum anderen wurden als Grundlage für die Bewertung des Datenformats die Einsatzmöglichkeiten von JT in den Einsatzfeldern Visualisierung, Kollaboration, Archivierung und Analyse/Validierung untersucht. Ansprechpartnerin: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Pamela Stöcker Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 35

36 Jahresbericht 2004 DiK ANALYSE DES UNTERNEHMENSÜBER- GREIFENDEN VISUALISIERUNGS- UND STRUKTUR-DATENAUSTAUSCHS Steigende Produktkomplexität in Kombination mit immer kürzeren Produktentwicklungsund Herstellungszyklen erfordert eine enge Kooperation zwischen Produktenwicklungspartnern. Aufgrund einer verstärkten Globalisierung von Unternehmen finden solche Kooperationen verstärkt unternehmensübergreifend (z. T. weltweit auf verschiedene Standorte verteilt) Anwendung. Eine solche Zusammenarbeit führt zu einem erhöhten Daten- und Informationsaustausch. Der Austausch von Visualisierungsdaten gewinnt dabei aufgrund seines attraktiven Preis- / Leistungsverhältnisses und seines breiten Anwendungsspektrums zunehmend an Bedeutung. Um diesen realisieren zu können, stehen heute Methoden und Werkzeuge unterschiedlicher Softwareanbieter zur Verfügung, die in der Mehrzahl auf proprietären Datenformaten basieren. Daraus ergeben sich unterschiedliche Szenarien, die die untenstehende Grafik zeigt. Die existierenden und eingesetzten Datenformate und schemata wurden im Jahr 2004 in einer vom ProSTEP ivip-verein beauftragten Studie des DiK untersucht und eingeordnet. Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Anrdt Ufer ufer@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de Seite 36 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

37 TECHNISCHE UNIVERSITÄT DARMSTADT Annual Report 2004 Department Computer Integrated Design Prof. Dr.-Ing. R. Anderl

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39 Chair of Computer Integrated Design (DiK) Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Darmstadt University of Technology Petersenstraße 30, D Darmstadt Phone: ( ) / Fax: ( ) anderl@dik.tu-darmstadt.de

40 Jahresbericht 2002 DiK PREFACE The chair of Computer Integrated Design (DiK) is one of 23 departments of the Faculty Mechanical Engineering at Technische Universität Darmstadt. I want to thank all my scientific researchers, technical and administrative staff for this successful collaboration and the motivating and fruitful atmosphere. Furthermore I want to thank the president and his colleagues of Technische Universität Darmstadt as well as my colleagues of the Faculty Mechanical Engineering for their ongoing support. Special thanks also to both, the faculty s and the university s administration. DiK is involved in research and teaching activities in the area of information processing in mechanical engineering. The activities are represented by the following areas of responsibility: - Teaching in the undergraduate and graduate program - Fundamental and application oriented research. In these areas scientific research and teaching is being performed, where four attractive fields of competence have been established: - Information modelling, - Virtual product development, - Distributed and cooperative engineering and design and - CAx-laboratory. The competence field information modelling deals with the development of objectoriented methods and tools for information modelling in the field of mechanical engineering. The main topics are dedicated to the development of product models as specified by ISO (STEP). In the competence field virtual product development digital product engineering, digital design and digital production planning methods are developed, analysed and evaluated. The common goal is to use once described product data many times within successive process chains. One main goal is to apply parametric and knowledge driven 3D-CAD systems for the interdisciplinary development of products. In the competence field distributed and cooperative engineering and design research is performed on the development of methods for product design and engineering in 24/7 scenarios distributed around the world. The year 2004 was very successful. All milestones in education as well as in research have been reached. The main highlights were the successful termination of the collabora- Seite 40 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

41 DiK Jahresbericht 2002 tive research centre 392 Development of Environmentally Friendly Products and the further support by the PACE partners. Especially the further extension of the centre for information processing (IiM) is to be mentioned. The environment now consists of 150 state of the art CAD clients, 7 high-end servers for numerous services, special output devices such as a Rapid Prototyping System and a mobile Virtual Reality (VR) system for product presentation. Furthermore we thank GM-Opel, Unigraphics Solutions, SUN Microsystems and Hewlett-Packard for the donation of high end computer system for collaborative engineering. This equipment ensures best learning conditions for all students taking part in the classes and courses and high quality research. In the year 2004 a intercontinental Advanced Design Project on Collaborative Engineering was established were students from Virginia tech and TU Darmstadt developed a locking mechanism and a window mechanism collaboratively. This was enabled by having an internet-based teleconferencing system available. Furthermore I want to point out in particular the successful doctor thesis s of Mrs Regina Beuthel and Steven Vettermann. Congratulations! I appreciate very much the results achieved in 2004 and I want to thank the whole staff of DiK for their high motivation and continuously committed efforts. December 2004 Prof. Dr.-Ing. R. Anderl Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 41

42 Jahresbericht 2002 DiK COURSES OFFERED IN BASIC STUDIES The courses offered in the undergraduate program contain lectures accompanied by intensive courses introducing the methods of data processing. These courses are applied to the prospective engineers fields of activity. The courses are an integrated part of the first two semesters and consist of 1st semester: Lecture "Basics of Data Processing" Course "Programming Languages and Techniques" 2nd semester: Introduction to computer based design (CAD) (lecture and course) The contents and aims of these courses are chosen to convey a well-founded knowledge of data processing in mechanical engineering. The courses especially focus on the use of a parametric 3D-CAD-system as an introduction to CAD in the 2nd semester. This use of 3D-CAD is based upon the process chain of design with the intent to reuse all created product data from 3D-modelling most efficiently in later steps of the product chain. The education is continued in the second year (3rd and 4th semester) in the Machine Elements lectures and courses. Seite 42 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

43 DiK Jahresbericht 2002 BASICS OF DATA PROCESSING The lecture deals with relevant topics of the today's data processing for mechanical engineering.. Selected chapters of technical, practical and applied computer science impart methodical application and effective working with EDP. An emphasis forms the introduction to the object-oriented software development, which is deepened by the accompanying programming course (PST). Educational goals: - Mastery of the mathematics and technical basics of electronic data processing - Ability for the development of data structures and algorithms - Ability for the development of object-oriented software - Knowledge of the hardware of electronic computers and distributed systems - Understanding of the connection between operating systems and application software - Knowledge of the different application systems Contact: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 43

44 Jahresbericht 2002 DiK PROGRAMMING LANGUAGES AND TECHNIQUES The tutorial to the lecture Basics of Data Processing intensifies the area methods of programming. The focus of this tutorial is the teaching of object oriented concepts. Next to a theoretical introduction the creation of object oriented models with graphical tools and the implementation with the programming language JAVA is practiced in guided workshops. Further points of focus are methodical software development, planning and implementation of algorithms and the programming of graphical user interfaces. The tutorial concludes with a two week long thesis, that is to be arranged in teams of about 4 students. With an adequate result the grade of the lecture Basics of Data Processing can be improved (for further information see slides of the theoretical introduction). The exam to the lecture Basics of Data Processing consists of about 40% that is intensified in the tutorial. Contact: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Seite 44 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

45 DiK Jahresbericht 2002 INTRODUCTION TO COMPUTER BASED DESIGN (CAD) This lecture course deals with the basics of three-dimensional design on CADworkstations and how this fits in with the development of solutions to design problems. Within the course the three-dimensional geometrical description of parts, the implementation of design intentions, the definition of product structures and the use of standard or catalogue parts are taught. The solutions developed must be presented and documented in different ways e. g. by the derivation of technical drawings from the CAD-model which have to be compliant to standards. All material for the lecture and the course is supplied digitally; therefore the independent use of the information technology tools is promoted. Contact: Dipl.-Ing. Arndt Ufer Orkun Yaman, M. Sc. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 45

46 Jahresbericht 2002 DiK COURSES OFFERED IN THE MAIN COURSE The main course enables interested students to deepen their knowledge in the topics of data processing in the product development process. These courses are available to students from their third year and contain the following topics: Lectures: Product Data Technology A (CAD systems and CAx process chains) Product Data Technology B (product data management) Product Data Technology C (product and process modelling) Principles of CAE/CAD I and II Tutorial: CAD-Mechatronics within CATIA V5 Tutorial 3D-CAD with Unigraphics ADP: Virtual Product Development The central approach of these courses is based on the so-called product data technology. This product data technology as an interdisciplinary field is characterized by the basics of information science and methods of engineering science, especially the mechanical engineering. The fundamental concept is based upon a general processing (no breaks in media, no loss of information) of digital representable product data in all phases of the product life-cycle. The data processing systems used in this context, the integrated product data model in STEP and methods and tools to manage the product data in the product life-cycle are topics of the courses in the main course. Seite 46 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

47 DiK Jahresbericht 2002 PDT A - CAD SYSTEMS AND CAX PROCESS CHAINS A basic introduction to modern product data technology is given in the lecture. In particular the idea of product model and the handling of product information, which are necessary for complete product specification, will be placed into the foreground. Therefore different geometrical models often used in CAD systems are shown and the important CAD process series of product development from product conception till manufacturing process are presented and analyzed and discussed by the way of representational examples. Aims of teaching: - Comprehension of correlations: integrated product model - product information - CAD systems - CAx process series - Knowledge about different models for computer internal description of product information - Knowledge about computer supported methods for design, construction, optimization, presentation, manufacturing preparation and documentation of products Comprehension Numerous examples from development and the research attend the Aims of PDT A. Contact: Dipl.-Ing. Majid Rezei rezei@dik.tu-darmstadt.de Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 47

48 Jahresbericht 2002 DiK PDT B - PRODUCT DATA MANAGEMENT The importance of product data management and its functions is the major aspect of this lecture. The basic technologies and basic conditions of product data management systems are discussed. Also the organizational preconditions for the use of the system are presented. Furthermore a rough overview of the architecture of those systems is given and examples of data models are shown. Concerning the growing importance of workflow management systems they are presented separately. Aims of teaching: Comprehension of product data management systems and the correlations between them, the integrated product model and workflow management systems Knowledge about the basic technology of product data management systems Comprehension of the organizational preconditions Knowledge about the structure of product data management systems Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Pamela Stöcker stoecker@dik.tu-darmstadt.de Seite 48 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

49 DiK Jahresbericht 2002 PDT C - PRODUCT AND PROCESS MODELING Central vision of product data technology is the development of a product by the use of information and communication technologies regarding the product quality in order to optimize the product costs and the development process as well as the efficiency of the development process. This leads to an intensified use of software systems in all subprocesses of the product development as for example the use of CAD and PDM systems within the construction process. In this lecture different principles, methods and tools for product and process modeling are presented. Principles of system engineering like the hierarchical structuring and modeling are discussed. Methods of model designing and its specification are pointed out and discussed. Looking at the ISO (better known as the "Standard for the Exchange of Product Model Data" - STEP) the approach of systematic data modeling gets explained by using SADT, EXPRESS and EXPRESS G. The concepts of the process modeling are described on the basis of the business process modeling. Within this context possibilities for modeling business cases and processes by using UML as well as the integrative method ARIS is introduced and discussed. Furthermore alternative, XML-based solutions are introduced. For delving the acquired, theoretical knowledge practical examples and exercises are done within the lecture. Aims: - Comprehension of correlations between functions, data and process modeling - Knowledge about the use of modeling techniques for business process reengineering - Knowledge about the product model as specified in ISO (STEP) - Knowledge about mapping product and process models into industrial applications Contact: Dipl.-Inform. Zhenyu Wu wu@dik.tu-darmstadt.de Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 49

50 Jahresbericht 2002 DiK TUTORIAL CAD-MECHATRONICS WITHIN CATIA V5 The course CAD-Mechatronics within CATIA V5 emphazises a look on different policies to generate complex parts and assemblies using the CAD-System CATIA V5 from Dassault Systemes. Knowledge in feature based and parametric design is imparted. One focus is a continuous workflow containing product structure, vibration and stress analysis and kinematic simulation in the product development. While following the workflow all design phases were passed. A second focus is the integration and simulation of mechatronics. Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katharina Melk melk@dik.tu-darmstadt.de Seite 50 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

51 DiK Jahresbericht 2002 TUTORIAL 3D-CAD WITH UNIGRAPHICS The practical training in this workshop instructs about different strategies for generating complex mechanical objects using the parametric 3D-CAD-system Unigraphics. Computer Supported Cooperative Work (CSCW) is also trained combined with advanced CAD techniques such as kinematics and variant construction. A methodology is explained and practiced to generate parameterized 3D-geometry aiming at digital mock-ups and variants. Advanced modelling of sculptured curves and surfaces is also trained in the 3D-CAD Workshop. Contact: Dipl.-Ing. Arndt Ufer ufer@dik.tu-darmstadt.de Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 51

52 Jahresbericht 2002 DiK PRINCIPLES OF CAE/CAD I AND II The two semester course Principles of CAE/CAD is offered for the students of the departments of Computational Engineering, Mechanical Engineering and Computer Sciences. The course can be taken by the students of the above mentioned departments (Bachelor and Master) as an elective course, while the first part is compulsory for the Computational Engineering students (Bachelor). Topics are divided among the lecturing Professors: Prof. Anderl, Prof. von Stryk, Prof. Huss and Prof. Encarnação. Principles of CAE/CAD I was opened in the summer term The syllabus contains following topics sorted with respect to the lecturing professor: Prof. Anderl - introduction, architecture, geometric modelling Prof. von Stryk -modelling, mathematical methods and techniques Prof. Huss - modelling, simulation, types of implementation Prof. Encarnação - virtual reality, augmented reality The topic of Prof. Anderl contains particularly the following points: introduction to the CAD/CAE-techniques product definition, -representation and presentation geometric modelling / lines, surfaces and solids modelling with features parametric modelling and modelling with constraints The second part of the lecture is offered in the winter term 2004/2005. It is based on part one. The following themes are presented: Prof. Anderl -digital mock-up, rapid prototyping, technical product documentation Prof. von Stryk - optimization, coupled simulation Prof. Huss - hardware/software architecture and synthesis Prof. Encarnação - virtual reality, augmented reality The topics of Prof. Anderl contain particularly the following points: introduction to digital mock-up (DMU) basics of tessellation and triangulation introduction to Rapid Prototyping file formats and introduction to technical product documentation Contact: Orkun Yaman, M.Sc. yaman@dik.tu-darmstadt.de Seite 52 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

53 DiK Jahresbericht 2002 ADANCED DESIGN PROJECT VIRTUAL PRODUCT DEVELOPMENT Advanced design projects are extensive tasks in construction or systems engineering in the field of mechanical and plant engineering including industrial partners. Advanced design projects were self-dependently executed by teams of students to conduce to a holistic view of complex and interdisciplinary tasks and its results. Issues of virtual product development offered by the DiK are influenced by current projects of the institute. MAIN SUBJECT 2004: COLLABORATIVE ENGINEERING Summer term 2004 (calendar week 33+34) In summer term 2004 the Advanced Design Project was supported by IBM. The aim of this Advanced Design Project was to develop several modules of a tutorial with the main focus on interdisciplinary work distributed in time and space. A stirling motor was the regarded object. Commercial 3D-CAD- and PDM-Systems and its potentials were inspected by the students. The systems used in the project were CATIA V5 und SmarTeam from Dassault Systèmes. Figure 1: stirling motor In addition to developing a stirling motor in CATIA V5 the students defined several workflows in SmarTeam. Furthermore a demonstration scenario for collaborative work in a Multisite framework between two independent locations was conceived, including change and release management as well as the assignment of user rights and roles. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 53

54 Jahresbericht 2002 DiK Figure 2: workflow Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katharina Melk Winter term 2004/05 (Start calendar week 43) Figure 3: teamwork The intention of the advanced design project of winter term 2004/05 was to upgrade an existing product constructively by using fundamental methods of Collaborative Engineering in international teams. The advanced design project was executed in collaboration with students of Virginia Tech, USA as project partners. As industrial partner the Adam Opel AG supported the project with technical data of the Opel Signums door. Tools for Project Management and Collaborative Engineering, e.g. for cooperation and data exchange between the two locations, were used by the students in teams distributed in time and space. Seite 54 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

55 DiK Jahresbericht 2002 Figure 4: door of Opel Signum The results of all advanced design projects are described in final reports. Contact: Dipl.-Ing. Arndt Ufer Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 55

56 Jahresbericht 2002 DiK DIK - STATISTICS STUDY 2002 Examinations Number Basics of Data Processing 450 Programming Languages and Techniques 300 Introduction to Computer Based Design 450 Product Data Technology 198 3D-CAD Workshops 40 ADP 22 Diploma Thesis, Technical Projects with Constructional Design or Design Projects 32 Seite 56 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

57 DiK Jahresbericht 2002 RESEARCH The strategic aim of the research projects is scientific exploration and design of integrated product development processes, elaboration of fundamental methods and knowledge transfer to industrial application. Technologies such as product data technology using the integrated product model are a basis for research in computer integrated methods realizing innovative and interdisciplinary product development and design. To implement these methods supporting the whole product development process, software and hardware tools are designed. Another important research area is the development of new working environment systems, based on a co-operative, distributed organization of work and the use of hypermedia and multimedia. In the passed years three main areas of research have been established: the information modelling with the main focus directly to the product data description, the distributed and co-operative work with emphasis on the work techniques as well as the virtual product development in their main features, e.g. the views of applications, handling and use of software tools during the development process. Authorities in the following areas are available: Information Modelling Process Analysis and Modeling (PAM) Object-oriented Modeling (OOM) Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP) Distributed and Co-Operative Work Distributed Product Development (DPD) Co-Operative Working Techniques (CWT) Business Process Reengineering (BRP) Collaborative Process and Product Management (CPPM) Virtual Product Development Computer Aided Design (CAD) Computer Aided Engineering/X (CAE/CAX) and Integration Product Data Management (PDM) In the following the individual projects, processed in the calendar year 2004, are presented. Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 57

58 Jahresbericht 2002 LEARN2L E-LEARNING- ENVIRONMENT DiK Learn2l Computer aided engineering tools are a quasi standard in the professional routine of engineers. Therefore the scale of training in and off campus in software tools has increased significantly in the recent years. The development of new methods and tools for creation, improvement and administration of software training materials creates new potentials at universities and in industry. Within the scope of Dual Mode TUD 2004 (Technische Universität Darmstadt) the DiK has developed learn2l (learntool). Learn2l is a quick and easy to use authoring system for (online) software tutorials. Figure 7: Tutorial structure Contact: Dipl.-Ing. Jürgen Rambo rambo@dik.tu-darmstadt.de Seite 58 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

59 DiK Jahresbericht 2002 COLLABORATIVE RESEARCH CENTER 392 DESIGN FOR ENVIRONMENT CRC C The Collaborative Research Center 392 (CRC 392) Design for Environment finished its work after nine years of fruitful research in December The achieved results were presented within the scope of the international symposium Environmentally-friendly Product Development (speaker Prof. Reiner Anderl)in October 2004 in Darmstadt. About 120 international experts from industry and science participated. At the same time the English book Environmentally-friendly Product Development was released by Springer London. With this book all results of CRC 392 are open to the public. The CRC 392 was assessed as a significant contribution with international impact. New ideas for the technology transfer from research to industry were generated. All applied transfer projects were authorised. Figure 5: ecodesign Workbench The CRC 392 was founded in 1996 and was composed of an interdisciplinary team of scientists and researchers of the TU Darmstadt. The development of innovative highperformance methods and tools for product design to produce environmentally-friendly products was the main goal. Experts analysed the physical impact of specific product life Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 59

60 Jahresbericht 2002 DiK cycle processes, while other researches developed appropriate methods and tools to model and use this expert know-how. The software environment ecodesign Workbench, developed at the DiK, is one of the main results. The ecodesign Workbench enables designers to generate the environmental assessment of a product. Complex life cycle scenarios can be simulated fast and effectively out of inventory data. This is a significant benefit in the development of environmentally-friendly products, which is not covered by any other commercial software tool. The ecodesign Workbench is based on a method to integrate inventory data into the computer supported product development, to enable life cycle assessment by click. This method is characterised by the holistic view on inventory data taking environmental law and guidelines from the European Commission like the Integrated Product Policy (IPP) into account. Thus principles of the sustainable development were applied to optimise products across all of the product s life cycle phases according to technical, economic and environmental criteria. Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Katharina Melk melk@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Alain Pfouga pfouga@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Tri Ngoc Pham Van phamvan@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt platt@dik.tu-darmstadt.de Seite 60 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

61 DiK Jahresbericht 2002 PACE PARTNERS FOR THE AD- VANCEMENT OF COLLABORATIVE ENGINEERING EDUCATION PACE - Partners for the Advancement of Collaborative Engineering is an international support program of General Motors, EDS, SUN Microsystems and UGS. The initiative was founded 1999, providing strategic selected universities all over the world with stateof-the-art CAD/CAM/CAE- and PLM- software. In addition the PACE partners give donations in hardware and automotive parts to enforce the education of future engineers. This technology is a great chance to challenge education and research. Furthermore PACE will strengthen the co-operation between the more than 30 PACE partner universities and the industrial PACE partners worldwide. The donations in hardware and software made within the PACE-program score to more than 1 billion US$ so far. Renowned for engineering and research supported PACE partners are universities like Michigan State University, Purdue University, Virginia Tech in the USA, University of Toronto and Queen's University in Canada, the Instituto Politecnico Nacional in Mexiko as well as the Shanghai Jiao Tong University in China. A total of 50 partner universities is planed worldwide. The Technical University Darmstadt is the first University in Europe that was elected as PACE partner. The support of hardware and software will provide the consistent modernization process of research and education at the TU Darmstadt. The sophisticated software, currently used in the General Motors group in research and manufacturing will promote the practical research and development at TUD. Therefore the DiK has an exceptional position in the collaboration within the Technical University of Darmstadt as well as co-operation with the industrial PACE partners. Following an initial phase in 2003, 2004 the first PACE-powered classes could be held. Within Mechanical Engineering the following classes: Einführungen in das rechnerunterstützte Konstruieren (CAD) Advanced Design Project Collaborative Engineering Grundlagen des CAE/CAD Furthermore the organizational structure of PACE at TUD was refined. In future the PACE license management service and PACE software distribution service will be provided by TUD s central IT (HRZ). Due to the PACE partnership the Technical University of Darmstadt was able to acquire extra funding of from the Innovationbudget of the Region of Hessen for Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 61

62 Jahresbericht 2002 DiK progressing research in the fields of Collaborative Engineering and e-product Creation. An interim report of these activities will be present Q1/2005. Contact: Dipl.-Ing. Arndt Ufer One Project in the field of Collaborative Engineering is the Functional Digital Mock- Up. Concerning e-product Creation there are two projects Digital Mashine Tool and CA-Lab - Process chain from Styling to Prototyping which are accomplished by the DiK. These projects will be presented in the following paragraphs. Functional Digital Mock-up The field of activity functional digital mock-up aims at the enhancement of the DMU- Technologie by analysis methods regarding the physical and chemical computational models. The approach, based on the JT-Toolkit, includes the integration of the behaviour models as well as the coupling of the simulation software. A virtual fuel cell should be developed exemplarily as an application model. In 2004 the main emphasis was places on the development of a concept to couple 3D- CAD/DMU software with simulation tools. For this purpose, state of the art in integration of simulation in the development phase is comprehended. According to this, there exist currently isolated simulation specific applications, which provide a communication between CAD-Tools and simulation specific CAD-environment. They allow exchanging merely geometrical data through neutral interfaces but not analysis data. Based on this knowledge, concepts of various integration levels are worked out, which are to be implemented exemplarily in the subsequent phase. The implemented concept can be seen in the following figure. In the next stage the chemical and physical processes within the fuel cell were analysed to identify the analysis relevant data. Seite 62 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

63 DiK Jahresbericht 2002 In the next following step the concept was validated, where a heat transfer phenomenon analysis of a fuel cell, implemented in Matlab-environment, is coupled bi-directionally with the CAD-Tool Unigraphics. The further course of the activity field functional DMU comprises the following points: - Validation of further integration and coupling concepts to build up a virtual fuel cell - Conceptual design of a coupled DMU- and behaviour data model - Implementation of functional digital muck-up application software. Contact: Orkun Yaman, M.Sc yaman@dik.tu-darmstadt.de Digital Mashine Tool A successful strategie in machine tools manufacturing is to dissociate from competitors on market. However, dissociation can be increased with short innovation-cycles, better product quality and short time-to-market. The complexity of machine tools is rising constantly according to the increasing functionality due to high individuality and innovation. Regarding this, the request of an interdisciplinary development platform is given to accelerate the processes of machine tools constantly. Specially properties of machine tools can be defined in early phases of the product development process and errors can be eliminated promptly. Figure 6: Difficulty of Machine Tools Manufacturers and Users Within the project "digital machine tool" DIK (department of computer integrated design) and PTW (productionmanagement, technologies and machine tool) from the Technische Universität Darmstadt are cooperating with VES (virtual engineering simulation and Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 63

64 Jahresbericht 2002 DiK services) of Bosch Rexroth AG. This project includes two principal goals. The primary goal is the research of existing development methods and tools for mechatronic systems. The secondary goal is to find out which machine tools manufacturers have already been integrated modern industrial information technologies like 3D-CAD systems and simulation tools in their development environment. Beyond that it has to be examined whether the tasks of simulation, computations, optimizations and visualizations of components and systems are outsourced. In context of the project "digital machine tool", point of interest is if the development of new and cost-saving simulation tools is useful. Subject of investigation is: How can the development process be accelerated? How can a continuity of the development process be enabled? Is it useful to create a universal and cost-effective software for development, optimization and also for visualization of machine tool and components in the future? CA-Lab Process chain from Styling to Prototyping The Subject From Styling to Prototyping is playing a very important role for the product design process. It is based on methods and tools for modelling in CAS and CAD systems, virtual and rapid prototyping, setting up process chains and the reverse engineering. In context to CAS systems (CAS stands for Computer Aided Styling) the development of new functionalities is aimed for the styling process with parametric and constraint based 3D models, which can also be used for the technical design process. Based on the product data derived from CAS and CAD models, physical prototypes are created with rapid prototyping technologies. Physical prototypes are used for testing whose results lead to modifications which are taken back into the CAS and CAD systems. This is called reverse engineering. Within, the superior research objective is to explore and to cover quantitatively the whole process cycle including CAS/CAD rapid prototyping physical prototype modification reverse engineering. By establishing a Design and Styling center (CA-Lab) at the department of computer integrated design (DiK) a working environment has been initialised which offers the tools and methods for fundamental research and advanced teaching activities. Contact: Dipl.-Ing. Lars Klug klug@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Jürgen Rambo rambo@dik.tu-darmstadt.de Seite 64 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

65 DiK Jahresbericht 2002 PROSTEP IVIP-ASSOCIATION WORK- GROUP SimPDM The DiK is a member of ProSTEP ivip-association s workgroup SimPDM Integration of Simulation and Computation in a PDM environment. The project has started in 2003 and continued in 2004 with a broader participation of the commercial partners. The objectives of the group have been defined last year. To achieve them, the following tasks had been completed already: Developing a common comprehension of PDM in the area of computation and simulation Defining reference processes for the integration of simulation and computation in the product development process Specification of the principal requirements for the integration Based on the results achieved in 2003, following work packages were defined and handled in 2004: Identifying the simulation and computation domains Identifying the software tools of the respective domains Defining the requirements/effects (regarding user and supplier) on the CAEmodel structure. Identifying the elements and attributes for the CAE- model structures Developing partial models of the domains representing the model structures Developing a requirement specification for implementation of the concepts Developing a functional demonstrator to validate the requirement specification. The project will continue in The following main work packages are planned for the coming year. Developing an integrated meta data model to map the CAE- model structure in PDM systems Designing a concept for the release management within the CAE- model structure Conceptual design of a method for the synchronisation of the product and CAEmodel structure Enhancing the requirement specification Contact: Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de Orkun Yaman, M.Sc. yaman@dik.tu-darmstadt.de Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 65

66 Jahresbericht 2002 KNOWLEDGE-BASED AND AGENT- SUPPORTED MODELLING IN THE FIELD OF PARAMETRIC 3D-CAD SYSTEMS DiK WAM The goal of the research project was the development of methods and tools for knowledge-based modelling in the field of parametric 3D-CAD-systems. The main focus was to research the use of the CAD model and its representation structure as a medium for accumulating knowledge. The knowledge-based CAD models are designed in order to embed the highest possible content of semantics of the integrated product knowledge. The design components of the structures are partly based on the coupling between features, parts and assemblies used in applied research and are intended to integrate a modular and knowledge-based approach into the modelling process. In addition new methods were developed for building up complex knowledge-based solution components being flexible, adaptive and re-usable during the processes of product development. Furthermore a modular and context-oriented knowledgebase had to be integrated. Specific CAD based knowledge processes were developed or derived from generic knowledge (control) cycles which had to be integrated into the product development process. The second principal purpose of the research project consisted of managing the developed methodology for the knowledge-based modelling of 3D-CAD models by means of agent technology. For this reason agent-supported methods and tools were investigated, representing an integral part of the processes. Modelling agents provide methods to help the engineer in composing a well-structured knowledge base in the 3D-CAD models. For this reason agent-supported methods and tools were be integrated both into the modelling processes and technologically into the 3D-CAD system. The project was started in October 2002 and ended in March 2004 (ID code An 265/6-1). The project was funded by the DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft) a central national public funding organization for academic research in Germany. Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kristian Platt platt@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Wirtsch.-Ing. Michael Thel thel@dik.tu-darmstadt.de Seite 66 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion

67 DiK Jahresbericht 2002 PROJECT STUDY EVALUATION OF THE JT DATA FORMAT AND THE JT OPEN INITIA- TIVE JT In November 2003 UGS founded the JT Open Initiative. According to UGS, this initiative intends to increase the PLM-related added value by opening the JT data format by providing the JT Open Toolkit. Through this, reduction of product development costs, increase of product quality as well as innovation potentials could be realized. Furthermore the initiative intends to push the widespread adoption of JT by users and software vendors. Due its large spreading rate and user acceptance, JT can be denoted as de facto standard. It enables system-neutral visualization, analysis and optimization of 3d-geometry and related product structures. On the one hand the study classifies the JT Open Initiative compared to initiatives like OpenHSF, ISO (STEP) and PLM XML. Hereby their data formats and used technologies are of special interest. On the other hand the possible adoptions of JT regarding engineering visualization, collaboration, long-term archiving and analysis/validating are examined. The essential study results are outlined within this document. Contact: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Pamela Stöcker Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion Seite 67

68 Jahresbericht 2002 DiK ANALYSIS OF CROSS-ENTERPISE VISUALIZATION- AND STRUCTUR DATA EXCHANGE Rising product complexity conjoint with shorter product development and manufacture cycles requires a closer collaboration between product developing partners. Due to an intensified globalization of enterprises such cooperation are often cross-enterprise (partially world wide distributed on different locations). Such collaboration leads to raising data and information exchange. Because of its excellent price-performance ratio and its wide usability the Visualization Data Exchange gathers more and more importance. In order being able to realize such an exchange, today different methods and tools of competitive software providers are available, which are mainly based on proprietary data formats. The exchange takes place in different scenarios. Existing and utilized data formats and patterns were examined in 2004 in a study by the DiK, ordered by the ProSTEP ivip association. Contact: Dipl.-Ing. Arndt Ufer ufer@dik.tu-darmstadt.de Dipl.-Ing. Jens Malzacher malzacher@dik.tu-darmstadt.de Seite 68 Fachgebiet Datenverarbeitung in der Konstruktion