ZAFH Digitaler Produktlebenszyklus - Altair University
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ZAFH Digitaler Produktlebenszyklus
vorgetragen von:
Manuel Ramsaier, M. Sc.
Hochschule Ravensburg-Weingarten
Institut für Flugmechanik
und Flugregelung
Institut für Statik und Dynamik der
Luft- und Raumfahrtkonstruktionen
10. Altair Anwendertreffen – 07.03.16
https://dip.reutlingen-university.de/
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 2 / 19
Universität
Stuttgart
Projektkonsortium
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 3 / 19
Industrie 4.0Cyber-Physical System Design (CPS)
Problemstellung
Produktlebenszyklus
Markt-studie
Produkt-idee
Konzept- / Machbarkeits-untersuchungen
Konzept-entwurf
Detail-entwurf
Funktions-nachweise Baubarkeits-
prüfung
TypmusterPrototypen
Produktions-planung
DesignFreeze
ProductFreeze
Produktion
WartungReparatur
EntsorgungRecycling
DigitaleFabrik
InbetriebnahmeProduktion
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 4 / 19
n Modelle (Domänen)
+ n Schnittstellen
+ konsistente Daten
n Modelle (Domänen)
- n(n-1)/2 Schnittstellen
- manuelle Nacharbeit
klassisch
Wissensrepräsentation
CodeStrömung
StrukturSysteme
Code
Finanzen
Produktionetc.
…
Entwurf
Finanzen
etc.
…
Strömung
Systeme
Entwurf
Struktur
Produktion
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Wissensverarbeitung
CAD
FEM
MKS
CFD
…
CAS
CATIA V5
OpenCASCADE
SIEMENS NX
VRML
…
ADAMS
SimMechanics
…
ANSYS
CALCULIX
NASTRAN
MSC Laminate
Modeler, …
FLUENT
OpenFOAM
STAR-CCM+ …
MATLAB/
SIMULINK
ESATAN-TMS
…
MAPLE
MACSYMA
REDUCE
MATHEMATICA
…
abstrakte
Physik(partielle Ontologie)
abstrakte
Fabrik(partielle Ontologie)
…
abstrakte
Verkabelung(partielle Ontologie)
abstrakte
Regelung(partielle Ontologie)
Anwendungintegrativ
Softwaresystemedomänenspezifisch
Engineering-Framework
Begleitender Industriekreis6 Konzerne und 6 KMU aus der Region Baden-Württemberg
Forschunganwendungsorientiert
User Interface Design / Datenmanagement / SoftwareentwicklungsprozessUmsetzung moderner, multidisziplinärer Arbeitsweisen in neues Arbeits- und Bedienkonzept, kontextabhängige Sichtweisen auf das Modell, kollaborativer Entwurf, Concurrent Design Facility, Informationsarchitektur, Datenmanagement, Softwareentwicklungsprozess
Methodenentwicklung Requirement Management, Method-Oriented Architecture, Stukturierung, Verarbeitung und Kopplung von Wissen (Ontologien) , Erarbeitung von Engineering Design Patterns zur elektronischen Wiederverwendung (Reuse) Struktur und Konzeption von Bibliotheken
ISD, IFR der Universität Stuttgart
HS ReutlingenHS Weingarten
Systemintegration mittels Entwurfssprachen Design Cockpit mit Modellierungspracheneditor, Regeleditor für Modelltransfomationen, Schnittstellen zu domänenspezifischen Softwaresystemen im Ingenieurwesen
CAD/PDM/… CAE/FEM/MKS/…CAP/Produktions-simulation/…
PKM/KA/LCA/…
Kontec/DIF
HS Weingarten/ISD/IFR HS Weingarten/IFR HS Albstadt/HS Ulm HS Weingarten/ISDAlle Partner
UML/Eclipse EKS-InTec/Siemens SiemensOpenSource/Siemens Siemens Lasso/Siemens
Steifigkeit/FestigkeitRegelungsstrategien
Geometrieerstellungfunktionaler EntwurfLeichtbau, Materialkonzept Stahl/Alu/CFK
Steifigkeit, FestigkeitKinematikKopfaufprallUmformen
Steifigkeit/FestigkeitFlugverhaltenRegelungsstrategien
Geometrieerstellung,funktionaler Entwurfmechatronisches System
Montage- und Fabrikplanungvirtuelle Inbetriebnahme
Kosten- und Energie-analyse, Qualität, KVP (kontinuierlicher Verbesserungsprozess)
geometriebasierte Kosten- und Energie-analyse
Geometrieerstellungfunktionaler Entwurf
Fertigungsplanung Energieabschätzung
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
Modellierung und Simulation / Test
Digitale Fabrik Kosten- und Energieanalyse
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
Use Case 1 (Schwerpunkt Leichtbau, Digitale Fabrik)
PKW-Frontklappe
Use Case 2 (Schwerpunkt Mechatronik)Quadrocopter
Use Case 3 (Schwerpunkt Lehre)Segway
Requirements Entwurf /Produktarchitektur
Fertigungs- undMontageplanung
Ontologien und Design Patternsfür Engineering Bibliotheken
Wissensrepräsentationund -verarbeitung
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
Wissensrepräsentationund -verarbeitung
Anwendungintegrativ
Ontologien und Design Patternsfür Engineering Bibliotheken
Forschunganwendungsorientiert
Softwaresystemedomänenspezifisch
Engineering-Framework
Begleitender Industriekreis6 Konzerne und 6 KMU aus der Region Baden-Württemberg
Use Case 1 (Schwerpunkt Leichtbau, Digitale Fabrik)
PKW-Frontklappe
Use Case 2 (Schwerpunkt Mechatronik)Quadrocopter
Use Case 3 (Schwerpunkt Lehre)Segway
User Interface Design / Datenmanagement / SoftwareentwicklungsprozessUmsetzung moderner, multidisziplinärer Arbeitsweisen in neues Arbeits- und Bedienkonzept, kontextabhängige Sichtweisen auf das Modell, kollaborativer Entwurf, Concurrent Design Facility, Informationsarchitektur, Datenmanagement, Softwareentwicklungsprozess
Methodenentwicklung Requirement Management, Method-Oriented Architecture, Stukturierung, Verarbeitung und Kopplung von Wissen (Ontologien) , Erarbeitung von Engineering Design Patterns zur elektronischen Wiederverwendung (Reuse) Struktur und Konzeption von Bibliotheken
ISD, IFR der Universität Stuttgart
HS ReutlingenHS Weingarten
Systemintegration mittels Entwurfssprachen Design Cockpit mit Modellierungspracheneditor, Regeleditor für Modelltransfomationen, Schnittstellen zu domänenspezifischen Softwaresystemen im Ingenieurwesen
CAD/PDM/… CAE/FEM/MKS/…CAP/Produktions-simulation/…
PKM/KA/LCA/…
Kontec/DIF
HS Weingarten/ISD/IFR HS Weingarten/IFR HS Albstadt/HS Ulm HS Weingarten/ISDAlle Partner
UML/Eclipse EKS-InTec/Siemens SiemensOpenSource/Siemens Siemens Lasso/Siemens
Modellierung und Simulation / Test
Entwurf /Produktarchitektur
Geometrieerstellungfunktionaler EntwurfLeichtbau, Materialkonzept Stahl/Alu/CFK
Steifigkeit, FestigkeitKinematikKopfaufprallUmformen
Steifigkeit/FestigkeitFlugverhaltenRegelungsstrategien
Geometrieerstellung,funktionaler Entwurfmechatronisches System
Montage- und Fabrikplanungvirtuelle Inbetriebnahme
Kosten- und Energie-analyse, Qualität, KVP (kontinuierlicher Verbesserungsprozess)
geometriebasierte Kosten- und Energie-analyse
Fertigungs- undMontageplanung
Steifigkeit/FestigkeitRegelungsstrategien
Geometrieerstellungfunktionaler Entwurf
Fertigungsplanung Energieabschätzung
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
HS Weingarten/ISD/IFR HS Weingarten/IFR HS Albstadt/HS Ulm HS Weingarten/ISDAlle Partner
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
partielle Ontologien,Pattern, Bibliotheken
Wissensrepräsentationund -verarbeitung
Anwendungintegrativ
Ontologien und Design Patternsfür Engineering Bibliotheken
Forschunganwendungsorientiert
Softwaresystemedomänenspezifisch
Engineering-Framework
Begleitender Industriekreis6 Konzerne und 6 KMU aus der Region Baden-Württemberg
User Interface Design / Datenmanagement / SoftwareentwicklungsprozessUmsetzung moderner, multidisziplinärer Arbeitsweisen in neues Arbeits- und Bedienkonzept, kontextabhängige Sichtweisen auf das Modell, kollaborativer Entwurf, Concurrent Design Facility, Informationsarchitektur, Datenmanagement, Softwareentwicklungsprozess
Methodenentwicklung Requirement Management, Method-Oriented Architecture, Stukturierung, Verarbeitung und Kopplung von Wissen (Ontologien) , Erarbeitung von Engineering Design Patterns zur elektronischen Wiederverwendung (Reuse) Struktur und Konzeption von Bibliotheken
ISD, IFR der Universität Stuttgart
HS ReutlingenHS Weingarten
Systemintegration mittels Entwurfssprachen Design Cockpit mit Modellierungspracheneditor, Regeleditor für Modelltransfomationen, Schnittstellen zu domänenspezifischen Softwaresystemen im Ingenieurwesen
CAD/PDM/… CAE/FEM/MKS/…CAP/Produktions-simulation/…
Modellierung und Simulation / Test
Digitale Fabrik Kosten- und Energieanalyse
Requirements Entwurf /Produktarchitektur
PKM/KA/LCA/…
Kontec/DIF
UML/Eclipse EKS-InTec/Siemens SiemensOpenSource/Siemens Siemens Lasso/Siemens
Geometrieerstellungfunktionaler EntwurfLeichtbau, Materialkonzept Stahl/Alu/CFK
Steifigkeit, FestigkeitKinematikKopfaufprallUmformen
Steifigkeit/FestigkeitFlugverhaltenRegelungsstrategien
Geometrieerstellung,funktionaler Entwurfmechatronisches System
Montage- und Fabrikplanungvirtuelle Inbetriebnahme
Kosten- und Energie-analyse, Qualität, KVP (kontinuierlicher Verbesserungsprozess)
geometriebasierte Kosten- und Energie-analyse
Fertigungs- undMontageplanung
Steifigkeit/FestigkeitRegelungsstrategien
Geometrieerstellungfunktionaler Entwurf
Fertigungsplanung Energieabschätzung
Use Case 1 (Schwerpunkt Leichtbau, Digitale Fabrik)
PKW-Frontklappe
Use Case 2 (Schwerpunkt Mechatronik)Quadrocopter
Use Case 3 (Schwerpunkt Lehre)Segway
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 9 / 19
Industrie 4.0Cyber-Physical System Design (CPS)
Entwurfsprache Multicopter
Produktlebenszyklus
Markt-studie
Produkt-idee
Konzept- / Machbarkeits-untersuchungen
Konzept-entwurf
Detail-entwurf
Funktions-nachweise Baubarkeits-
prüfung
TypmusterPrototypen
Produktions-planung
DesignFreeze
ProductFreeze
Produktion
WartungReparatur
EntsorgungRecycling
DigitaleFabrik
InbetriebnahmeProduktion
Requirements Produktentwurf
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 10 / 19
Entwurfsprache Multicopter
Motor CenterplateLandingGearRigger Vokabeln
Quadrocopter Hexacopter Octocopter Regeln
+
Topologie
…
Topologieoptimierung
=
Produkt-
architektur
+
Produkt-
optimierung
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 11 / 19
Entwurfsprache Multicopter
Import: Geometrie
Produktebene
Baugruppenebene
Bauteilebene
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 12 / 19
Regeln - Topologie
Quadrocopter Hexacopter Octocopter
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 13 / 19
Topologieoptimierung – Design Space
Position: Motor (4x)
Position: Landing Gear (4x)
Centerplate
Design Space
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 14 / 19
Topologieoptimierung – Ergebnisse
Quo vadis?
Quadrocopter Hexacopter Octocopter
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Graphenrepräsentation Multicopter
Graph als Repräsentation des Produkts
Quadrocopter
Antriebsystem und Chassis
Bauteile (/Positionen)
ZAFH.Digitaler Produktlebenszyklus (DiP) 16 / 19
Zusammenfassung
• Industrie 4.0 heißt (auch) ganzheitlich digitale Abbildung des
Produktlebenszyklus
• Wissensrepräsentation in zentralem, abstrakten UML Graphenmodell
– Unabhängig von (Ingenieur-) Softwaretools
– Modell ist inhärent konsistent
• Automatisierte Anbindung der Topologieoptimierung an das UML Modell
• Forschungsfrage: Wie schließt man die Entwurfsschleife ?
• Graphenbasierte Mustererkennung als Startpunkt
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Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Image Source: http://images.purexbox.com/news/2015/11/feature_5_tips_for_getting_started_in_fallout_4/large.jpg
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Universität
Stuttgart
Projektkonsortium / Industriekreis
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Ansprechpartner ZAFH
Dekan Prof. Dr.-Ing. Markus Till
Hochschule Ravensburg-Weingarten
Doggenriedstraße
88250 Weingarten
E-Mail: [email protected]
Internet: www.hs-weingarten.de
Priv.-Doz. Dr.-Ing. Stephan Rudolph
Institut für Statik und Dynamik der Luft- und Raumfahrtkonstruktionen
Universität Stuttgart
Pfaffenwaldring 27
70569 Stuttgart
E-Mail: [email protected]
Internet: http://www.isd.uni-stuttgart.de/~rudolph
Ansprechpartner Industriekreis