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Inhalt
Einführung in die Produktentwicklung
• Kostenbeeinflussung und Kostenverantwortung• Führung von Entwicklungsteams• VDI-Richtlinie 2221 Methodik zum Entwickeln und Konstruieren• VDI-Richtlinie 2221 „Methodik zum Entwickeln und Konstruieren
technischer Systeme und Produkte“• Produktanforderungen, Produktstruktur, Lösungssuche und -bewertung
K t kti i i i D i f X• Konstruktionsprinzipien, Design for X• VDI-Richtlinie 2243 „Konstruieren recyclinggerechter technischer
Produkte“• IT-Systeme in der Produktentwicklung (CAx, EDM/PDM-Systeme, ...)• Design Review und Design Freeze• Virtuelle ProduktentwicklungVirtuelle Produktentwicklung• Digital Mock-up (DMU)• Fallbeispiele
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 0
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Begriffsabgrenzung: Entdecken, Erfinden, Entwickeln
ErfindenEntdecken Entwickeln
Kombination von naturwissen- Konstruktive Umsetzung einerVon der Natur vorgegebene Kombination von naturwissenschaftlichen Effekten (z.B. Siedepunkt von Wasser) und technischen Prinzipien (z.B. D f l A t i b i )
Konstruktive Umsetzung einer Erfindung in eine praktisch einsetzbare, wirtschaftliche Lösung, z.B. ein industriell h t llb G ät ( B
Von der Natur vorgegebene physikalische, chemische oder biologische Effekte entdecken – oder üb h ( B Dampf als Antriebsenergie) zu
nützlichen Wirkungskettenherstellbares Gerät (z.B. Dampfmaschine, Wasser-kocher, Dampfreinigungs-gerät, ...)
übersehen ... (z.B. Siedepunkt von Wasser)
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ge ät, )Nach: Schweizer, P.: Systematisch Lösungen finden. vdf, Zürich.
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Hauptphasen des Innovationsprozesses
Produkt-planung
Produkt-realisierung
Markt-einführung
DiffusionProdukt-vorfeld Imitation
arkt
-...
Marketing / Vertrieb
Marktbewährung
scha
ft –
Ma
ProduktionsplanungBeschaffungsplanung
Produktion
Invention
t –G
esel
ls
Entwicklung (u. Konstr.)
g p gAbsatzplanung
Um
wel
Idee(-nfindung)
Forschung (u. Entw.)
Potentialanalyse
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 2
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Kostenbeeinflussung und Kostenverantwortung der Unternehmensbereiche
Mehr als 70 % der späteren Kosten werden in der Entwicklung und Konstruktion festgelegt!
Festgelegte Kosten(z.T. beeinflussbar)
Verursachte Kosten(entstehende)
100
54%
10%
70%
18%7%
5%
75
28%
50
5%
28%25
03%
EntwicklungKonstruktion
Fertigungs-planung
Material-wirtschaftZulieferer
Fertigung VertriebVerwaltung
0
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 3
Nach: Voegele, A.: Handbuch Konstruktions- und Entwicklungsmanagement.
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Führung von Entwicklungsteams
Vor-Entwicklungsphase Entwicklungs-/Konstruktionsphase
Oberste Priorität haben- Kreativität- Mitdiskutieren
Mittun
Oberste Priorität haben- Kosten- Termine
- Mittun
Projektleitertyp: Coach Projektleitertyp: „Diktator“
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 4
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Konstruktionspraktiker und Konstruktionsmethodiker (P- und M-Konstrukteure)
Der P-Konstrukteur Der M-Konstrukteur
- wählen rasch einen Lösungsweg und- setzen ihn schnell um
- für komplexe Aufgabenstellungen- wenn sehr innovative Lösungen gefordert
sind-> wenn rasch eine akzeptable Lösung gefordert ist
sind- bei extrem hohem Kostendruck
-> wenn optimale, sichere und innovative Low Cost Lösungen gefordert sind
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 5
Low-Cost Lösungen gefordert sind
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Generelle Vorgehensweise beim Entwickeln und Konstruieren nach VDI 2221 (Konstruktionsmethodik)
Aufgabe
Klären und präzisierender Aufgabenstellung
Ermitteln von Funktionenund deren Strukturen
Anforderungsliste
FunktionsstrukturSuchen nach Lösungs-Prinzipien u. deren Struktur
Gliedern in realisierbarePrinzipielle Lösung
Gliedern in realisierbareModule
Gestalten der maßgebendenModule
Modulare Struktur
Module
Gestalten des gesamtenProduktes
Vorentwürfe
Ausarbeiten der Ausführungs--und Nutzungsangaben
Gesamtentwürfe
Produktdokumentation
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 6
Realisierung
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Kernphasen der Produktentwicklung und -konstruktion
Ausarbeiten
Detailgestaltung
Konzipieren
Entwerfen
- maßstäbliche Entwürfe- Ausgestaltung des
- Detailgestaltung- Zeichnungserstellung- Stücklistenerstellung- Normprüfung
Planen
p
- Teilfunktionen bestimmenLösungsprinzipien
Ausgestaltung desLösungskonzeptes
- Varianten von Gestaltungszonen
- Berechnungen- Aufgaben- Gesamtfunktion- Abgrenzung zu anderen Teilfunktionen
- Lösungsprinzipienfestlegen
- Lösungen bewerten- Prinzipkombinationenfestlegen
e ec u ge- Herstellbarkeitberücksichtigen
- Kostenoptimierunganderen Teilfunktionen festlegen
- Skizzen
Ergebnisse der Erprobung des Funktions- /Fertigungsmusters, NullserieErgebnisse der Erprobung des Funktions- /Fertigungsmusters, Nullserie
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 7
Zeit
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Modell der Produktanforderungen (nach Kano)
KaufentscheidendeFaktoren
Begeisterung des Kunden
Faktoren
BegeisterungsBegeisterungs-anforderungen Erfüllungsgrad
Leistungs-anforderungen
Wahrnehmung von Anforderungskategorienals kaufentscheidendeFaktoren
Basis-anforderungen
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 8
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Arten der Entwicklung einer Produktstruktur
Funktionale ProduktstrukturAnforderungsprofil an denLiefer- und Leistungsumfang
FunktionsumfangLeistungsumfang
Funktionen-/Komponenten-
Modell
Darstellung der Funktions- undKomponenten-
struktur zur Reali-
SystemtechnikFunktionsdenken
g gErgonomie
DesignInbetriebsetzung
Service
Modell sierung der Kunden-anforderungen
Darstellung der Wartung
...Wirkungs-
ModellAbhängigkeiten undWechselwirkungenvon Komponenten
und Modulen
Sensitivitäts-analyse
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Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung, 1997.
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Darstellung der Produktstruktur
1 2 3 Aktiv Element3
Aktivsumme
1 - 3 0
2 1 - 2
3 0 0 -
AktiveElemente
KritischeElemente
summe 3
Element4
0: kein Einfluss1: schwacher Einfluss
PufferndeElemente
PassiveElemente
Passivsumme Element1
2: mittlerer Einfluss3: hoher Einfluss
Element2
Passivsumme
Einflussmatrix Systemgitter Wirkungsnetz
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Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.
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Funktionale Produktstruktur: Einflussmatrix – Beispiel: Overhead-Projektor
Funktion Komponente / Element mit Einfluss
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Aktiv-summe
Lichtstrahl umlenken
Lichtlenkung 1 - 3 0 0 0 0 0 2 2 0 7umlenken
Lichtstrahl bündeln
Lichtbündelung 2 1 - 1 0 0 0 0 3 1 0 8
Lichtstrahl Lichtquelle 3 0 1 - 1 1 1 3 2 3 1 13erzeugen
Energie leiten Verkabelung 4 0 0 0 - 1 1 0 0 0 0 2
Stromkreis Sicherung 5 0 0 0 1 - 1 0 0 0 0 2sichern
g
Stromkreis schalten
Schalter 6 0 0 0 2 2 - 0 0 0 0 4
Wärme abführen Wärmeabführung 7 0 0 0 1 0 1 - 0 0 0 2Wärme abführen Wärmeabführung 7 0 0 0 1 0 1 0 0 0 2
Scharfeinst. ermöglichen
Bildschärfe 8 2 2 0 0 0 0 0 - 2 2 8
H lli k it H lli k it l 9 0 1 2 0 0 0 1 0 1 5Helligkeits-einst. ermgl.
Helligkeitsregelung 9 0 1 2 0 0 0 1 0 - 1 5
Folie aufnehmen
Folienauflage 10 0 0 0 0 0 0 2 3 1 - 8
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 11
Passivsumme 3 7 3 5 4 4 6 10 9 4 55Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.
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Funktionale Produktstruktur: Systemgitter – Beispiel: Overhead-Projektor
Aktivsumme13
Lichtquelle
Bildschärfe
AktiveElemente
KritischeElementeElemente Elemente
H lli k it l
Folienauflage
5,5
Puffernde Passive
Helligkeitsregelung
Schalter
Sicherung
ElementePassive
Elemente
Passivsumme
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 12
5,5Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.
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Funktionale Produktstruktur: Wirkungsnetz– Beispiel: Overhead-Projektor
Helligkeits-regelung
Wärme-abführung
regelung
Folienauflageabführung g
Lichtquelle
Verkabelung Bildschärfe
Lichtquelle
Schalter Sicherung Lichtlenkung Licht-bündelungg g bündelung
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 13
Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.
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Lösungssuche je Funktion mit Hilfe der morphologischen Matrix
Rangreihenfolge aufgrund der systembestimmenden Wirkung
Komponente / Funktion des Produktes
Lösungsmöglichkeiten für Komponenten / Funktionen
Komponente / Funktion übt Einfluss aus
„aktiv“ Lichtquelle
Lichtlenkung
Folienauflageg
„kritisch“ Bildschärfe
Lichtbündelung
Helligkeitsregelung
„puffernd“ Schalter
Sicherung
Komponente /
Sicherung
Verkabelung
„passiv“ Wärmeabführung
MitbewerberproduktePatentrecherchen
TechnologieanalyseFunktion wird beeinflusst
KundenbefragungKreativitätstechniken
...
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 14
Nach: Siemens AG ZPL1, Integrierte Produktplanung.
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Lösungsmöglichkeiten bewerten
Komponente / Funktion des Produktes
Lösungsmöglichkeiten für Komponenten / Funktionen
Lichtquelle
Lichtlenkung
Folienauflageg
Bildschärfe
Lichtbündelung Bewertungskriterien
Helligkeitsregelung
Schalter
Sicherung
• Generelle Verfügbarkeit• Technische Realisierung
im eigenen Haus• Zukünftige MarktakzeptanzSicherung
Verkabelung
Wärmeabführung
Zukünftige Marktakzeptanz• Umweltverträglichkeit• Umsetzung der geplanten
Marktpositionierung• Kosten zu anderen Produkten• ...
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 15
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Konstruktionsprinzipien / Anforderungen an den Konstrukteur / Design for X
aufarbeitungsgerecht
recyclinggerechtqualitätsgerecht
...............gerecht
sicherheitsgerecht
rechtskonform wartungsgerecht
umweltgerechtg
...............gerecht
rechtskonform
ergonomisch
g g
instandhaltungsgerecht...............gerecht
fertigungsgerecht
ästhetisch lebensdauergerecht
verschleißgerechtg g g
kostengerecht verpackungsgerechtmontagegerecht
nutzungsgerechtfunktionsgerecht
transportgerechtprüfgerecht servicegerecht
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 16
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Recyclingformen nach VDI 2243 „Konstruieren recyclinggerechter technischer Produkte“
Wiederverwendung
Weiterverwendung
Wiederverwertung
Weiter er ert ngWeiterverwertung
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 17
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Recyclingfreundliche Produktstruktur – Beispiel: Geschirrspüler
1 Gehäuse1. Gehäuse2. Tür3. Kippscharnier4. Laugenpumpe5. Pumpentopf6. Umlaufpumpe7. Montageboden
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 18
Quelle: Beitz / VDI 2243.
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Recyclinggerechtes Konstruieren – Beispiel: 25 kg nachwachsende Rohstoffe in einem Mercedes S-Klasse
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 19
Quelle: DaimlerChrysler AG, Produktionsforschung und Umwelt.
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Herstellung von Bildröhren aus Fernsehgeräten und Monitoren (Fa. NOKIA)
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 20
![Page 22: PEPG EinfPE.ppt [Kompatibilitätsmodus] - …home.htw-berlin.de/~hentc/Handouts/PEPG_PDF/PEPG_EinfPE.pdf · 2009-11-16 · „kritisch“ Bildschärfe Lichtbündelung Helligkeitsregelung](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022013120/5b9fdb8609d3f267388be7bd/html5/thumbnails/22.jpg)
Elektronikschrott: Alte Bildröhren – manuell demontieren?
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 21
![Page 23: PEPG EinfPE.ppt [Kompatibilitätsmodus] - …home.htw-berlin.de/~hentc/Handouts/PEPG_PDF/PEPG_EinfPE.pdf · 2009-11-16 · „kritisch“ Bildschärfe Lichtbündelung Helligkeitsregelung](https://reader030.vdokument.com/reader030/viewer/2022013120/5b9fdb8609d3f267388be7bd/html5/thumbnails/23.jpg)
Prinzipielle Funktionsweise einer Farbbildröhre (Fa. NOKIA)
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 22
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Design Reviews und Design Freeze als Meilensteine im Konstruktionsprozess
Entwicklung Abschluss der Ausführung Eingefrorener Fertigungs-
view
IDR
iew
FD
R
de K
E
F
Entwicklung der tech-nischen Grundkon-zeption mit
Abschluss dertechnischenKonzeption,Beginn derersten
Ausführung derdetailliertenEntwicklungs-zeichnungen
EingefrorenerEntwicklungs-zustand.Änderungen nurmit Termin- und
Fertigungszeichnungenabgeschlossen.Beginn derFertigung
esig
n R
ev
sign
Rev
i
ktio
nsen
d
Free
ze D
Fzeption mitPrinzip-zeichnungenauf Basis desAngebotstextes
erstendetailliertenEntwicklungs-zeichnungen
zeichnungen.Detail-modifikationennoch möglich
mit Termin undKosten-konsequenzenmöglich.Erstellung der
Fertigung(AV-Eingang).Übergabe derverbindlichenPrüfablaufpläne
Initi
al D
e
Fina
l Des
Kon
stru
k
Des
ign
FAngebotstextes Erstellung derFertigungs-zeichnungenund Stücklisten
Prüfablaufplänean die Arbeits-vorbereitung (AV)
ManufacturingInitial Design Final Design Detail Design Manufacturing Design
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 23
Nach: Siemens AG, VT.
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Design Review Teams
Evt. Advocatus Diaboli
• hat die Aufgabe, das
ZielPrüfung, ob alle für den Meilenstein, bzw. für die
Projekt zu Fall bringen durch Suche nach und geschicktes Hinterfragen von Schwächen im Projekt!
Freigabe des nächsten Projektschrittes erforderlichen Informationen vorhanden sind
• Ist wie der Projektleiter verantwortlich für den Projekterfolg!
Beurteilung der bisherigen Informationen und Ergebnisse...
Ggf Checklist
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 24
Ggf. Checklist
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Meilensteine im Konstruktionsprozess und Bedarf an Berechnungen
Zwischenberechnung Review-BerechnungFrühester Input Spätester Input
IDR: Initial Design Review
FDR: Final Design Review
DF: Design Freeze
n
fordert Berechnung,liefert Input
liefertZwischen-ergebnisse
liefertformalisiert
KE: Konstruktionsende
Initial Design Final Design Detail Design Manufacturing Designns
truk
tio
ergebnisse formalisiert
Kon
IDR KEDFFDR
reic
he KinematikFEM
ervi
ce-B
er Akustik...Dokumentation
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 25
Se Ergebnisse zum Review Nach: Siemens AG, VT.
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Systeme innerhalb der virtuellen Produktentwicklung
ProductData
Manage-
ProjectManage- Process
ControlDucu-
mentation
Digital Mock Up (DMU)
Manage-ment ment Control mentation
Digital Mock Up (DMU)
AnalysisTools
SimulationTools
CADModeller
Visuali-sation
ten
ion
ion
FEMSolver ...
Lief
eran
tIn
tegr
ati
ERP
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Information Backbone
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 26
Quelle: Gedas.
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DMU - Beispiel: VW Sharan
Facelift der MotorhaubeFacelift der Motorhaubedes VW Sharan
Quelle: Gedas
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 27
Quelle: Gedas.
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Open Digital Mock Up (DMU) am Beispiel VW Sharan
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 28
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Virtuelle Produktentwicklung
Konstruktion
• Virtuelle ProduktentwicklungStückliste
Virtuelle Produktentwicklung mit DMU
• Collaborative e-Business• Effektives Produkt-
f
Dokumentation
informations-Management• Systemintegrationen
F&E- Team
Simulation
F ti
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MontageFertigung Quelle: Gedas.
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Open DMU Allianz
BeratungProjekt Management Systemintegration / Implementierung
n n ViW SimulationCATIACAD Fluid. Dyn.FEM
Visuali-sierung
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ViW SimulationCAD Fluid. Dyn.FEM
eMatrix
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 30
Quelle: Gedas.
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Anlegen des Projektes
• Projekt ManagementProjekt Management innerhalb von eMatrix
• Workflow Stati des ProjektsProjekts
• Einchecken von Dokumenten zu einem Projektordner
• Zusammenführung aller relevanten Daten aus der Produktstruktur des Sharan
• Freigabe des Projekts
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 31
Quelle: Gedas.
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Design der Motorhaube
• Start von StudioPaint aus eMatrix
• Veränderung durch sketching in einem digitalen 2D Bildg
• Vergleich verschiedener Drafts
• Start von AutoStudio für 3D Daten3D Daten
• Veränderung der 3D Daten
• Rendern der 3D Daten
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 32
Quelle: Gedas.
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Kollisions- und Nachbarschaftsuntersuchungen
• Überprüfung des Bauraumes aufBauraumes auf Nachbarschaftsteile
• Analyse der Kollisionen Ab t d b h• Abstandsberechnung
• Erzeugung eines Modells auf Basis der Motorhaube und der Trägergruppe
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Quelle: Gedas.
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FEM-Modell
• Übernahme des VOXSpace Modells aus Matrix
• Aufbringen von Material-, Last-und Randbedingungen
• Aufsetzen der Designziele• Optimierung zu einem• Optimierung zu einem
gewichtsoptimierten Design• MSC/Construct entfernt alle
nicht notwendigen Elemente f d d itt ltaufgrund der ermittelten
Vergleichsspannung• Weiterleitung des neuen
Designvorschlags zur Konstruktion
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Quelle: Gedas.
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Konstruktion mit CATIA
• Darstellung der veränderten Daten in der Produktstruktur
• Handling beliebiger Formate und Konvertierungen
• Verwalten von CAD• Verwalten von CAD Baugruppenstrukturen
• Checkout der Originalhaube
• Erzeugung einer neuen Revision
• Veränderung des Assemblies bezogen auf gden neuen Designvorschlag
• Review und Freigabe der neuen CAD Strukturneuen CAD Struktur
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 35
CATIAQuelle: Gedas.
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Simulation der Kinematik
• Dynamische Simulation des Digitalen Prototypen
• Aufbau des Digitalen Prototypen mit allen physikalischen Eigenschaften
• Berechnung von Bewegungen, Geschwindigkeiten, Beschleunigungen esc eu gu geund Kräften
• Ermittlung von Kollisionen, FahreigenschaftenFahreigenschaften, ...
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 36
Quelle: Gedas.
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Anströmen des Vorderwagens
• Übernahme der KonstruktionsdatenKonstruktionsdaten in Fluent
• Erstellung eines Rechennetzes
• Physikalische Randbedingungen
• Berechnung der Außenumströmungg
• Visualisierung der Ergebnisse
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 37
Quelle: Gedas.
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Das veränderte Fahrzeug in der virtuellen Welt
• Designvergleich: Review des gesamten VW Sharan Modells, vor und nach der Veränderung der Motorhaube
• Nebeneinanderstellung beider Fahrzeuge• Styling Review: Darstellung des neuen Fahrzeugs und Simulation verschiedener Lackierungen und
Interieurs
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Quelle: Gedas.
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Vorteile des Digital Mock-up
• Offene Systeme bedeuten Vielfalt in der Produktentwicklung• PDM + DMU reduziert die Entwicklungszeit und ermöglicht Durchbruch zum digitalen
Engineering und e-engineeringg g g g• Engineering Sektoren haben die größten Potenziale bei der Produktentwicklung• Neue und bessere Teamarbeit zwischen Produzent und Zulieferer entscheiden über den
Markterfolg
• Dirigiere Entscheidungen heute auf machbare Lösungen, dann werden unmittelbare Wettbewerbsvorteile errungen. Wenn man wartet, wartet man für immer.
• Massive Kostenverbesserung und schnellerer Return On Investment in oft schnelleren Projekten• Use only Best in Class solutions
+ Verringerung des Entwicklungsaufwandes
y
ALSO:
+ Verbesserung der Entwicklungsqualität durch Simulation
+ Verkürzung der Gesamtentwicklungszeit durch Simultaneous Engineering
+ Kostenreduzierung durch Verkürzung der Änderungszyklen
+ Einsparung von Prototypen
Prof. Dr.-Ing. C. Hentschel PEPG EinfPE.ppt 39