Helmut Käufer (Hrsg.) CAD-Expertensystem Kunststoff - Metall- Kleben Mit 30 Abbildungen Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo Hong Kong 1989
Prof. Dr. rer. nato Helmut Käufer Kunststofftechnikum dertu Berlin Kaiserin-Augusta-Allee 5 1000 Berlin 21 CI P-Titelaufnahme der Deutschen Bibliothek CAD-Expertensystem Kunststoff-Metall-Kleben / Helmut Käufer (Hrsg.). Berlin : Heidelberg : NewYork : London : Paris: Tokyo : Hong Kong : Springer, 1989 ISBN 978-3-540-51697-2 ISBN 978-3-642-52334-2 (ebook) DOI 10.1007/978-3-642-52334-2 NE: Käufer, Helmut [Hrsg.) Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikrovertilmung oder der Vervielfaltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfaltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. Septemberl965 in der Fassung vom 24. Juni 1985 zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspfiichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1989 Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Sollte in diesem Werk direkt oderindirekt auf Gesetze, Vorschriften oderrichtlinien (z.b. DI N,VDI,YDE) Bezuggenommen oderaus ihnen zitiert worden sein,so kann derverlag keine GewährftirRichtigkeit,VolIständigkeit oder Aktualität übernehmen. Es empfiehlt sich, gegebenenfalls ftir die eigenen Arbeiten die vollständigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gültigen Fassung hinzuzuziehen. 2068/3020-543210 - Gedruckt auf säurefreiem Papier
Autorenliste Bolst, Klaus, Or.-Ing., Market Manager Forschung und Lehre, Prime Computer GmbH, Friedrich-Bergius-Straße 9, 0-6200 Wiesbaden Bonau, Klaus, stud.-ing., Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechn ikum, Chemnitius, Reiner, Oipl.-Ing., Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechn ikum, Oorfstecher, Gabi, cand.-inf., Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechnikum, Elsner, Helmut, Oipl.-Ing., Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechn ikum, Frey, Gerhard, Oipl.-Ing., Fachgebiet Polymertechn ikl Kunststofftechn ikum, Käufer, Helmut, Prof. Or., Fachgebiet Polymertechnikl Kunststofftechnikum,
Vorwort HKäufer Die Entwicklung von Expertensystemen ist voll im Gange. Neben einfachen CAD-Expertensystemen nimmt der Komfort mit gleichzeitig zunehmendem Leistungsvermögen bei normalen Expertensystemen zu, so daß es heute schon solche für relativ komplexe Aufgabenlösungen gibt. Wenn die Techniken bei der Expertensystem-Entwicklung für die Lösung komplexer Aufgaben mit einem CAD-System kombiniert werden, dann ist es möglich, eine Entwicklung nicht mehr vor der Konstruktion, sondern konstruktionsbegleitend durchzuführen. Dies erschien uns bei der Behandlung der Entwicklung und der Konstruktion einer optimalen Kunststoff-Metall-Klebung als wünschenswert. Die chemischen und verfahrenstechnischen Entwicklungen zur Durchführung der Klebung können dabei am besten mit der konstruktiven Ausführung abgestimmt werden, weil die optimale Gestaltung von der angewandten Chemie und Verfahrenstechnik abhängt. Deshalb wurde ein Entwicklungs-Expertensystem, das Probleme der Kunststoff-Metall-Klebung lösen kann, mit einem CAD-Expertensystem, das die Fügebereichsgestaltung und dessen Einbau in das Bauteil behandelt, so kombiniert, daß ein gemeinsames ineinanderarbeitendes Expertensystem entstanden ist. Dieses von uns so benannte Innovative CAD-Expertensystem (I CX), das am Beispiel der Kunststoff-Metall-Klebung realisiert wurde, dürfte aber auch für viele andere Anwendungen, bei denen Entwicklungsüberlegungen aus mehreren Gebieten und konstruktives Arbeiten zur optimalen Lösungsfindung ineinandergreifend die besten und schnellsten Lösungen ermöglichen.
VIII Für das Kunststoff-Metall-Kleben liegen aufgrund eigener Arbeiten viele Unterlagen und Versuchsergebnisse sowie Praxiserfahrungen vor, so daß wir Regeln und Datenbanken einbauen konnten, die es ermöglichen, gute Lösungen zu erreichen. Die Anwendung hinsichtlich der konstruktiven Gestaltung macht die Mitarbeit eines Konstrukteurs erforderlich. Er muß immer wieder entscheiden, ob die Lösungen, die er in der Konstruktion anwendet und die konstruktiven Wege, die das Expertensystem vorschlägt, auch benützt werden sollen, oder ob abgewandelte Daten nötig sind. Diese Daten bekommt der Konstrukteur, der keine spezielle Klebeerfahrung zu haben braucht, vom System. Dagegen können Verfahrenstechniker und Chemiker ohne Konstrukteur arbeiten, wenn es sich nur um die Lösung technischer oder chemischer Probleme handelt. Wir sind uns im klaren, daß diese Entwicklung ein Vorstoß in Neuland ist und daher noch Fehler und Ungereimtheiten aufweisen kann. Desha Ib wünschen sich der Herausgeber und die Autoren, daß Sie uns kritische Anmerkungen mitteilen, damit wir entsprechende Überlegungen und eventuelle Verbesserungen durchführen können. Wir haben mit diesem Vorstoß in eine neue Modifikation des Expertensystems mit dem interessanten Gebiet des technischen Klebens viel Freude gehabt und wünschen uns, daß auch Ihnen diese Arbeit Vergnügen bereitet und daß Sie daraus hinsichtlich des neuen Expertensystem-Typs, aber auch hinsichtlich der hier vorgestellten Technik des Kunststoff-Metall-Klebens Nutzen ziehen können. Das Kleben von Kunststoffen mit Metallen aber auch von anderen verschiedenen neuen Werkstoffen ist die einzige Möglichkeit ihres stoffschlüssigen Verbindens. Da diese Klebverbindungen, gerade in komplexen anspruchsvollen Produkten, nun mit dem I CX wesentlich schneller und mit weniger Aufwand optimal entwickelt und gestaltet werden können, wird dies dazu beitragen, der zu unrecht zu wenig angewandten Klebeverbindung in der Technik den ihr gebührenden Platz in der Anwendung zukommenzulassen. Berlin, im Herbst 1989 H. Käufer
Inhaltsverzeichnis Einleitung 2 2.1 2.2 2.3 Konzeption und Arbeitsphasen des ICX-Projekts Der Anwenderkreis Das Leistungsprofil Die Arbeitsphasen des Projekts 4 4 5 7 3 3.1 3.1. 1 3.1.2 3.1.3 3.2 3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.3 3.3.1 3.3.2 3.3.3 Stand der Technik Klebtechnik Herkunft und Entwicklungsschritte der Klebtechnik Klebtechnische Anwendungen Klebtechnische Forschung CAD-Technik Der CAD-Begriff Bisherige Entwicklung Entwicklungstendenzen Expertensysteme Einführung Aufbau und Struktur Entwicklungstendenzen 9 9 9 11 13 16 16 16 17 20 20 22 23 4 4.1. 4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4 Verwendete KI-Techniken Ausgewählte Methoden der Wissensaquisition Konstruktgitter-Verfahren Protokollanalyse Skalierung Stru kturlege-techn i ken 26 26 27 27 27 28
x 4.2 KADS - ein Konzept für methodisches Knowledge Engineering 4.2.1 4.2.2 Akquisitionsphase Designphase 28 28 29 5 5.1 5.1.1 5.1.2 5.1.2.1 5.1.2.2 5.1.2.3 5.1.3 5.1.3.1 5.1.3.2 5.1.3.3 5.1.3.4 5.1.4 5.1.4.1 5.1.4.2 5.2 5.3 5.4 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 Analyse der ingenieurwissenschaftlichen Ausgangssituation beim Entwickeln von Kunststoff-Metall Klebverbindungen Die Datenbasis Entwicklungs-Ausgangsdaten Klebstoffe Werkstoff-System Eigenschaften Verarbeitungs technik Kunststoffe Werkstoffsystem, Additive Fertigung Formteil konstruktion Adhäsive Eigenschaften, Oberfläche Metalle Fertigung Oberflächeneigenschaften Der Entwicklungsprozeß Der Einfluß unterschiedlicher CAD/CIM-Konzepte auf den Entwicklungsprozeß Fügebereichsgestaltung Entwicklungssystematik für die Fügebereichsgestaltung Formulierung der Gestaltungsziele Auswahl der optimalen Gestaltungsmerkmale Benutzung der Entwickungssystematik 31 31 33 34 34 37 38 40 41 42 43 44 47 47 48 49 50 55 56 60 61 63 6 6.1 6.2 6.3 Die Strukturlerung der Wissensbasis Folgerungen aus den Protokollen Optimale Vorgehensweise aus Expertensicht Folgerungen aus der Literatur 69 69 71 73
XI 6.11 6.11.1 6.11.2 6.11.3 6.11.11 6.11.5 6.11.6 6.11.7 6.5 Folgerungen für die Struktur des Expertensystems Vorgehensweise bei der Konstruktion Erfassung der Anforderungen an den Fügebereich Behandlung der Gesamtbelastung und Koordinatentransformation Auswahl und Kombination der Gestaltungsmerkmale Charakterislerung des mechanischen Verhaltens Auswahl der Oberflächenvorbehandlungsverfahren Auswahl des Klebstoffes Kommunikation der Teilbereiche 711 711 78 79 80 80 81 81 81 7 7.1 7.1. 1 7.1.2 7.2 Beschreibung des ICX-Systems Systemstruktur Verbindung zur CAD-Umgebung ICX Entwurfsstrategie 83 83 811 85 87 8 8.1 8.1.1 8.1.2 8.1.3 8.2 8.2.1 8.2.2 Auswahl der Software-Systeme Expertensystem Möglichkeiten der Wissensrepräsentation Der Einsatz von Tools PRIME-KES als Tool zur Wissensrepräsentation Auswahl des CAD-Systems für ICX Anforderungsprofil Folgerungen 88 88 88 89 89 91 91 911 9 9.1 9.1.1 9.1.2 9.2 9.2.1 9.2.2 9.2.3 9.2.11 Die erste Ausbaustufe von ICX Das Leistungsprofil Werkstoffseite Wissensbereiche Die Verbindung mit dem CAD-System Die Struktur von Prime-MEDUSA Die Daten-Schnittstellen von Prime-MEDUSA Die Daten-Schnittstellen des Expertensystems Die Geometriedatenselektion 95 95 96 97 98 98 98 100 102
XII 9.3 9.3.1 9.3.2 9.3.3 Die Datenbanken Die interne Datenbank Der Import von Daten Der Zugriff auf externe Datenbanken 102 103 105 105 10 10.1 10.1.1 10.1.2 10.1.3 Benutzung von I CX Die duale Benutzerschnittstelle Einführung Inhaltliche Beschreibung der Benutzeroberfläche Die alphanumerische Eingabe 106 106 106 108 108 10.1.3.1 10.1.3.2 10.1.4 10.1.4.1 10.1.4.2 10.2 10.2.1 10.2.2 10.2.3 Anforderungen an die alphanumerische Eingabeeinheit Aufbau von Alphainput Die graphische Eingabe Anforderungen an die graphische Eingabe Aufbau von Graphinput Bedienung Darstellung der Bedienerführung Eingabe des Anforderungsprofils der Klebung Fügebereichsdefinition 108 109 110 110 111 112 112 116 118 11 11. 1 11.2 Beispiele aus der Praxis Kunststoff-Metall-Leichtbau-Träger Folgerungen 119 120 123 12 12. 1 12.2 12.3 Ausblick Klebtechnik ICX CAD-Systeme 125 125 126 128 13 Zusammenfassung 129 14 Literatur 133 Glossar 141 Index 149