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Verknüpfung von systematischer Produktentwicklung und innovativen Simulationsmethoden Ziel des Forschungsprojektes „Flexible Mehrkörpersimulation in der Produktentwicklung“ ist der integrative Einsatz von Entwicklungs- und Simulationsmethoden zur optimierten Auslegung von hochgenauen Werkzeugmaschinen. Der Einsatz der flexiblen Mehrkörpersimulation soll die Vorhersage des realen Maschinenverhaltens im späteren Betrieb ermöglichen. Dadurch können Entwicklungszeiten und -kosten deutlich verringert und zugleich eine Optimierung der Bearbeitungsergebnisse von Werkzeugmaschinen erzielt werden. Andreas Kain Andreas Gaag Die steigende Komplexität und die hohen Anforderungen an Präzision, Dynamik und Bearbeitungsgeschwindigkeit stellen Werkzeugmaschinenhersteller vor immer neue Herausforderungen bei der Entwicklung und Konstruktion. Der steigende Wettbewerbsdruck erfordert kürzere Entwicklungszeiten, um möglichst frühzeitig mit konkurrenzfähigen Maschinen auf dem Markt zu sein. Verschiedene Simulationsmethoden unterstützen dabei die Erstellung virtueller Prototypen in der frühen Phase der Produktentwicklung. Die Bayerische Forschungsstiftung trägt dieses Projekt, das vom Lehrstuhl für Produktentwicklung und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften gemeinsam mit Industriepartnern seit Anfang 2008 über eine Laufzeit von 20 Monaten bearbeitet wird. Das Forschungsvorhaben hat zum Ziel am Beispiel einer hochpräzisen Werkzeugmaschine die Möglichkeiten der Simulationstechnik aufzuzeigen, die Entwicklungsmethodik weiterzuentwickeln und damit die Maschinentechnik zu verbessern. Im Mittelpunkt steht dabei eine Wälzstoßmaschine eines Allgäuer Werkzeugmaschinenherstellers, bei der nach einer konstruktiven Überarbeitung unerwünschte Strukturschwingungen während des Betriebs auftraten, welche die Fertigungsqualität beeinträchtigten. Um die Ursachen für das nicht erwünschte Maschinenverhalten ganzheitlich absichern zu können, wurden neben der simulativen Untersuchung der Struktur mögliche Einflussfaktoren auf die Fertigungsqualität (z.B. Aufstellbedingungen, Einfluss von Prozesskräften) systema- Zusammenspiel von Vernetzungsanalyse und numerischen Simulationsmethoden tisch untersucht. Dazu wurden Stoßversuche durchgeführt und die Ergebnisse in einer Vernetzungsanalyse ausgewertet. Diese lieferte das Verständnis, um die hauptsächlichen Schwachstellen der Maschine zu identifizieren und um zielgerichtet optimierte Maschinenkonzepte entwickeln und auswählen zu können. Zur Simulation des Maschinenverhaltens (Schwingungsform eines bestimmten Betriebszustands) kommt die flexible Mehrkörpersimulation zum Einsatz. Der Ansatz hierbei besteht darin, nachgiebige Strukturkomponenten mit Hilfe der Finite-Elemente- Methode flexibel zu modellieren und mit einem Mehrkörpersystem aus ideal starren Komponenten zu koppeln. Im weiteren Projektverlauf werden systematisch Konzeptalternativen erarbeitet. Hierzu gehört beispielsweise eine konstruktive Neugestaltung des Ständers als Hauptkomponente der Werkzeugmaschine auf Basis des Vorschlags einer zusätzlich durchgeführten Topologieoptimierung. Abschließend werden diese Konzepte bewertet und in einem Versuchsträger umgesetzt und die erarbeiteten Simulations- und Entwicklungsmethoden abgesichert. Schlagwörter - Vernetzungsanalyse - Flexible Mehrkörpersimulation - Werkzeugmaschinen Ansprechpartner Dipl.-Ing. Andreas Kain Tel. 089 289-15138 andreas.kain@pe.mw.tum.de 4 CiDaD-News 6 (2009) 2
Hannovermesse 2009 - Der Lehrstuhl für Produktentwicklung auf der größten Industriemesse der Welt Der Lehrstuhl für Produktentwicklung war in Hannover auf dem Gemeinschaftsstand von Bayern Innovativ vertreten. Perspektiven der Prozessgestaltung und das Seminar Innovation@CoTeSys boten vielerlei Anknüpfungspunkte für interessante Gespräche. Andreas Kain David Hellenbrand Auf der Hannover Messe 2009 präsentierte sich der Lehrstuhl für Produktentwicklung auf dem Gemeinschaftsstand von Bayern Innovativ mit den Themengebieten Perspektiven der Prozessgestaltung und dem Seminar Innovation@CoTeSys. Entwicklungsprozesse stellen einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar und erfordern knapp verfügbare Kompetenzen. Bedingt durch das notwendige Zusammenwirken unterschiedlicher Disziplinen, Unternehmen und Kulturen mit ihren jeweiligen spezifischen Zielen sind unter Zeit-, Kostenund Qualitätsdruck schwierige Kommunikations- und Kooperationsstrukturen zu erwarten. Die zukunftsorientierte Sicht in der Entwicklung ist von Natur aus mit nicht immer klaren Zielen, teilweise offenen Rahmenbedingungen und anderen Unwägbarkeiten und Unschärfen konfrontiert. Die im Grundsatz ergebnisoffene Situation in der Entwicklung fordert Annahmen, Hypothesen, Iterationen und Änderungen, die jeweils spezifische Risiken in sich bergen. CiDaD-News 6 (2009) 2 Im Rahmen des Produktentwicklungsseminars Innovation@CoTeSys wird derzeit ein kognitiver Roboter entwickelt, der autonom in einer Büroumgebung Kaffee ausliefern kann. Durch ein automatisiertes lasergestütztes Verfahren, kann sich der „Autono- Messestand auf der Hannovermesse 2009 mous Coffee Waiter“ selbständig in neuen Umgebungen orientieren und mittels Lernalgorithmen eine optimale und bedarfsgerechte Kaffeeverteilung gewährleisten. Insgesamt sechs wissenschaftliche Mitarbeiter des Lehrstuhls für Produktentwicklung standen den Besuchern über fünf Tage auf dem Gemeinschaftsstand von Bayern Innovativ Rede und Antwort. Aktuelle und ehemalige Partner des Lehrstuhls kamen an den Stand, um sich über aktuelle Forschungsprojekte und Publikationen zu informieren. Genauso konnten aber auch neue Kontakte geknüpft werden, die Potenzial für gemeinsame Projekte bieten. Die Messebesucher interessierten sich vor allem für aktuelle Forschungsfragen in Bezug auf Prozesse und Methoden. Wie der Lehrstuhl aktuelle Foschungsergebnisse an Studenten vermittelt war dabei genauso Thema, wie die Auschreibung von Studienarbeiten gemeinsam mit der Industrie im Rahmen von Kooperationen. Schlagwörter - Öffentlichkeitsarbeit - Prozesse - Innovation@CoTeSys Ansprechpartner Dipl.-Ing. David Hellenbrand Tel. 089 289-15125 david.hellenbrand@pe.mw.tum.de Neue Special Interest Group zum Thema „Computational Design Synthesis“ Bergen Helms Frank Hoisl Als neues Schwerpunktthema hat die Design Society, die als weltweiter Dachverband aller Forschungseinrichtungen zum Thema Produktentwicklung agiert, eine neue Special Interest Group (SIG) zum Thema „Computational Design Synthesis“ unter der Leitung von Prof. Kristina Shea (TUM), und Dr. Matthew I. Campbell (UT Austin) ins Leben gerufen. Das Ziel der SIG ist international verteilte Forschungsaktivitäten zu rechnerbasierten, formalen und algo- rithmischen Ansätzen, die die Produktsynthese unterstützen, zusammenzubringen. Dazu wird ein qualifiziertes Forum geboten, das die weitere Vernetzung von Wissenschaft und Industrie sowie den Ideenaustausch fördern soll. Außerdem sollen Synergien in der Forschung, der Entwicklung von Softwaretools und der Integration von Methoden in der Industrie aufgezeigt werden. Ferner werden innerhalb der SIG Workshops organisiert und Fördermöglichkeiten gesucht, mit denen sowohl die weitere Vernetzung der Wissenschaftler als auch größere internationale For- schungsvorhaben anstoßen werden sollen. Im Rahmen der SIG soll ein Internetportal entstehen, auf dem Weiterentwicklungen zusammengetragen und diskutiert werden können. Fernen soll Methoden und Werkzeugen eine Austauschplattform geboten werden. Ansprechpartner Dipl.-Ing. Frank Hoisl Tel. 089 289-15137 frank.hoisl@pe.mw.tum.de 5
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