Verfügbarkeit: CAx für Ingenieure

CAx für Ingenieure: eine praxisbezogene Einführung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Hauptverfasser:	Vajna, Sándor 1952- (VerfasserIn), Weber, Christian 1952- (VerfasserIn), Zeman, Klaus (VerfasserIn), Hehenberger, Peter (VerfasserIn), Gerhard, Detlef 1969- (VerfasserIn), Wartzack, Sandro 1966- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Berlin Springer Vieweg [2018]
Ausgabe:	3., vollständig neu bearbeitete Auflage
Schlagworte:	Soft Computing Produktlebenszyklus CAE CA-Technik Produktmanagement CAD Anlagenbau Fertigung Industrie Ingenieur Ingenieurwissenschaften Lineare Optimierung Maschine Modellbildung Planung Praxis Computational Intelligence Engineering Computer-Aided Engineering (CAD, CAE) and Design Engineering Design Lehrbuch
Online-Zugang:	Inhaltstext Inhaltsverzeichnis
Beschreibung:	VII, 655 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm
ISBN:	9783662546239 366254623X

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS 1 CAX-SYSTEME - WARUM UND WOZU? . 1 1.1 AKTUELLE HERAUSFORDERUNGEN AN UNTERNEHMEN . 3 1.2 URSPRUENGE UND ENTWICKLUNGEN VON CAX . 8 1.3 EINSATZ VON CAX . 16 LITERATUR . 22 2 METHODISCHE GRUNDLAGEN . 25 2.1 LEBENSPHASEN VON PRODUKTEN . 26 2.1.1 GRUNDMODELLE UND GRUNDBEGRIFFE . 26 2.1.2 KOSTENVERURSACHUNG UND KOSTENFESTLEGUNG, FRONT LOADING . 30 2.1.3 SIMULTANEOUS ENGINEERING, CONCURRENT ENGINEERING . 32 2.1.4 X-GERECHTES KONSTRUIEREN, DESIGN FOR X (DIX) . 33 2.2 ENTWICKLUNGSPROZESS, KONSTRUKTIONSPROZESS . 34 2.2.1 KONSTRUKTIONSMETHODIK . 34 2.2.2 ENTWICKLUNGSMETHODIK FUER MECHATRONISCHE PRODUKTE UND SYSTEME . 38 2.2.3 WEITERE MODELLE . 40 2.3 PRODUKT- UND PROZESSMODELLIERUNG AUF DER BASIS VON PRODUKTMERKMALEN UND -EIGENSCHAFTEN . 43 2.3.1 GRUNDLAGEN . 44 2.3.2 ANALYSE . 47 2.3.3 SYNTHESE . 49 2.3.4 LOESUNGSELEMENTE, LOESUNGSMUSTER . 52 2.3.5 MODELL DES PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESSES . 54 2.3.6 ENDE DES PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESSES . 58 2.3.7 SCHLUSSFOLGERUNGEN FUER CAX-SYSTEME . 58 2.4 INTEGRATED DESIGN ENGINEERING . 67 2.4.1 HUMANZENTRIERUNG . 68 2.4.2 PRODUKTE UND ATTRIBUTE . 70 2.4.3 VORGEHENSMODELL DES IDE . 75 2.4.4 ZUSAMMENFASSUNG . 78 LITERATUR . 78 VIII INHALTSVERZEICHNIS 3 AUFBAU VON CAX-SYSTEMEN . 85 3.1 HARDWARE . 87 3.1.1 HISTORISCHER ABRISS . 87 3.1.2 ALLGEMEINER AUFBAU . 91 3.1.3 BILDSCHIRMARBEITSPLATZ FUER CAX-ANWENDUNGEN . 96 3.1.4 CAX-SPEZIFISCHE PERIPHERIEGERAETE . 103 3.1.5 RAPID PROTOTYPING . 108 3.1.6 VIRTUELLE REALITAET . 109 3.2 SOFTWARE . 110 3.2.1 BETRIEBSSYSTEM . 111 3.2.2 AUFBAU DER ANWENDUNGSSOFTWARE . 113 3.2.3 SCHNITTSTELLEN . 114 3.2.4 DATENBANKEN . 117 3.2.5 E-COLLABORATION . 123 3.3 NETZWERKE . 124 3.4 INTERNET . 134 LITERATUR . 136 4 GRUNDLAGEN DER MODELLBILDUNG . 139 4.1 BEDEUTUNG UND NUTZEN VON MODELLEN . 140 4.2 SYSTEME . 143 4.2.1 DER SYSTEMBEGRIFF . 144 4.2.2 BESTANDTEILE VON SYSTEMEN, SYSTEMSTRUKTUR . 153 4.2.3 SYSTEMEIGENSCHAFTEN . 157 4.2.4 SYSTEMZUSTAND, PROZESSE, PARAMETER, SIGNALE . 160 4.2.5 KLASSIFIKATION VON SYSTEMEN . 173 4.3 MODELLE . 177 4.3.1 DER MODELLBEGRIFF . 177 4.3.2 ANFORDERUNGEN AN MODELLE UND MODELLZWECK . 179 4.3.3 MODELLSTRUKTUREN UND -HIERARCHIEN . 179 4.4 MODELLBILDUNG . 181 4.4.1 ALLGEMEINES ZUR MODELLBILDUNG . 181 4.4.2 VORGEHENSWEISE BEI DER MODELLBILDUNG . 187 4.4.3 ANFORDERUNGEN AN DEN MODELLBILDNER . 190 4.4.4 ANWENDUNGSBEISPIEL ZUR MODELLBILDUNG . 191 4.5 MODELLE UND PARAMETER (PARAMETRISCHE MODELLE) . 194 4.6 SYSTEMANALYSE DURCH SIMULATION . 197 4.7 MODELLVALIDIERUNG UND-VERIFIKATION . 200 LITERATUR . 201 5 CAD-MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN . 205 5.1 2D-MODELLIERUNG . 207 5.1.1 BEZIER-KURVEN . 210 INHALTSVERZEICHNIS IX 5.1.2 BASIS-SPLINE-KURVEN (B-SPLINE-KURVEN) . 212 5.1.3 RATIONALE B-SPLINE-KURVEN (NURBS) . 215 5.1.4 FREIFORMFLAECHEN . 215 5.2 3D-MODELLIERUNG . 216 5.3 MODELLARTEN UND VOLUMENMODELLIERUNG . 222 5.3.1 CSG-MODELLE . 225 5.3.2 B-REP-MODELLE . 226 5.3.3 HYBRID-MODELLE . 227 5.3.4 WEITERE MODELLE . 227 5.3.5 VOLUMENMODELLIERUNG . 228 5.4 DIREKTE MODELLIERUNG . 229 5.5 PARAMETRISCHE MODELLIERUNG . 230 5.5.1 PARAMETERARTEN . 233 5.5.2 BEZIEHUNGSARTEN . 235 5.5.3 VORUEBERLEGUNGEN ZUR PARAMETRISCHEN MODELLIERUNG . 236 5.5.4 ARBEITSTECHNIKEN FUER DIE PARAMETRISCHE MODELLIERUNG . 237 5.5.5 WISSENSBASIERTE PARAMETRIK . 239 5.6 FEATUREBASIERTE MODELLIERUNG . 240 5.6.1 MODELLIEREN MIT FORMFEATURES . 243 5.6.2 ANWENDUNGSSPEZIFISCHE FEATURES (USER-DEFINED FEATURES) . 249 5.6.3 FEATURES MIT NICHT-GEOMETRISCHEN EIGENSCHAFTEN . 249 5.6.4 ERWEITERTE KONZEPTE . 250 5.6.5 MODELLIERUNGSSTRATEGIEN . 252 5.7 GLEICHUNGS- UND CHRONOLOGIEBASIERTE MODELLIERUNG . 254 5.7.1 GLEICHUNGSBASIERTE PARAMETRIK . 254 5.7.2 CHRONOLOGIEBASIERTE PARAMETRIK, AUFBAU DER CHRONOLOGIE . 258 5.7.3 BEZIEHUNGEN INNERHALB EINER CHRONOLOGIE . 260 5.8 BAURAEUME UND BEZIEHUNGEN . 261 5.8.1 FUNKTION VON BAURAEUMEN . 261 5.8.2 BEZIEHUNGEN UND REFERENZEN . 263 5.9 ERZEUGNISORIENTIERTE MODELLIERUNG (TOP DOWN ) . 263 5.9.1 STRUKTUREBENE . 263 5.9.2 BAUGRUPPENEBENE . 264 5.9.3 BAUTEILEBENE . 265 5.10 EINZELTEILORIENTIERTE MODELLIERUNG (BOTTOM UP ) . 265 5.10.1 MODELLIERUNG UEBER BAURAEUME . 266 5.10.2 GESAMTSKIZZE . 267 5.10.3 LINEARE VORGEHENS WEISE . 267 5.10.4 FEATURES . 267 5.10.5 HYBRIDE MODELLIERUNG . 268 5.10.6 KOMPLEXE EINZELTEILE . 268 5.11 ERZEUGNISORIENTIERTE GEGENUEBER BAUTEILORIENTIERTE MODELLIERUNG (TOP-DOWN VS. BOTTOM-UP ) . 271 X INHALTSVERZEICHNIS 5.12 WEITERE MODELLIERUNGSTECHNIKEN . 278 5.12.1 MODELLIERUNGSFORMEN BEZUEGLICH KONSTRUKTIONSARTEN . 278 5.12.2 ERSTELLEN UND AUFBEREITEN DES 3D-PRODUKTMODELLS FUER EIN EINZELNES BAUTEIL . 280 5.12.3 EINGLIEDERN DES BAUTEILS IN DIE ERZEUGNISSTRUKTUR . 281 5.12.4 MODELLIERUNG VON AUSSEN NACH INNEN . 283 5.12.5 MODELLIERUNG VON INNEN NACH AUSSEN . 283 5.13 VERWENDUNG VON STANDARDTEILEN . 284 5.14 TOLERANZSIMULATION . 287 5.15 ABLEITEN VON FERTIGUNGSUNTERLAGEN . 288 5.16 ANIMATION UND VISUALISIERUNG . 293 LITERATUR . 294 6 FINITE-ELEMENTE-MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN . 299 6.1 EINLEITUNG UND UEBERBLICK . 299 6.2 EINFUEHRUNGSBEISPIELE . 303 6.3 GRUNDLAGEN ZUR METHODE DER FINITEN ELEMENTE . 311 6.4 FEM-MODELLBILDUNG . 316 6.5 DURCHFUEHRUNG EINER FEM-ANALYSE . 318 6.6 GEOMETRIEDEFINITION . 320 6.7 WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN . 322 6.8 RANDBEDINGUNGEN . 324 6.9 BELASTUNGEN . 327 6.10 VERNETZUNG . 329 6.11 RECHENLAUF . 334 6.12 ERGEBNISAUSWERTUNG . 336 6.13 ANWENDUNGSBEISPIELE AUS DEM BEREICH DER MATERIALUMFORMUNG (UMFORMTECHNIK) . 338 LITERATUR . 340 7 MEHRKOERPERSYSTEME-MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN . 343 7.1 EINLEITUNG . 344 7.2 ANWENDUNGSBEREICHE . 346 7.3 EINFUEHRUNGSBEISPIELE . 348 7.4 GRUNDLAGEN FUER MEHRKOERPERSYSTEME . 352 7.4.1 NEWTON-EULER-METHODE . 354 7.4.2 LAGRANGESCHE METHODE . 355 7.5 SIMULATIONSWERKZEUGE FUER MEHRKOERPERSYSTEME . 356 7.6 MODELLBILDUNG FUER MEHRKOERPERSYSTEME . 358 7.7 DURCHFUEHRUNG EINER MEHRKOERPERSYSTEMSIMULATION . 362 7.8 VERFAHREN ZUR NUMERISCHEN ZEITINTEGRATION . 362 7.8.1 NUMERISCHE ZEITINTEGRATION DURCH ZEITSCHRITTVERFAHREN . 363 7.8.2 METHODE VON EULER (POLYGONZUGMETHODE) . 364 INHALTSVERZEICHNIS XI 7.8.3 EXPLIZITE RUNGE-KUTTA-VERFAHREN . 364 7.8.4 IMPLIZITE RUNGE-KUTTA-VERFAHREN . 364 7.8.5 MEHRSCHRITTVERFAHREN . 364 7.9 MODELLVERBESSERUNG . 365 7.10 GEREGELTE MEHRKOERPERSYSTEME . 366 7.11 KOPPLUNG VON MEHRKOERPERSYSTEMEN MIT FEM . 368 7.12 WEITERE MODELLIERUNGS- UND SIMULATIONSMETHODEN . 369 7.12.1 MODELLIEREN MIT BONDGRAPHEN . 369 7.12.2 HARDWARE IN THE LOOP (HIL) . 371 7.12.3 GO-SIMULATION . 371 7.12.4 OBJEKTORIENTIERTE MODELLIERUNG . 372 LITERATUR . 373 8 WEITERE AUSGEWAEHLTE MODELLIERUNGSTECHNIKEN UND ANWENDUNGEN . 375 8.1 CFD-MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN . 375 8.2 MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN IN DER HYDRAULIK . 380 8.3 MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN IN ELEKTROTECHNIK UND ELEKTRONIK . 382 8.4 MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN BEI GEKOPPELTEN PROBLEMEN . 384 8.4.1 BEISPIEL 1: MAGNETO-THERMISCHE KOPPLUNG: WIRBELSTROMERWAERMUNG . 385 8.4.2 BEISPIEL 2: KOPPLUNG VON HYDRAULIK MIT MECHANIK UND FLUIDDYNAMIK . 386 8.5 MODELLIERUNG UND ANWENDUNGEN IN DER MECHATRONIK . 389 8.5.1 BEISPIEL 1: MODELLIERUNG EINER WALZANLAGE . 390 8.5.2 BEISPIEL 2: PARAMETERERMITTLUNG FUER DYNAMISCHE SIMULATIONEN . 393 LITERATUR . 395 9 BAUTEILOPTIMIERUNG . 397 9.1 EVOLUTIONAERE ALGORITHMEN . 399 9.1.1 EVOLUTIONAERE OPERATOREN . 401 9.1.2 EVOLUTIONSSTRATEGIEN UND GENETISCHE ALGORITHMEN . 403 9.1.3 BESTIMMUNG DER FITNESS . 405 9.1.4 ANWENDUNGSBEISPIEL . 407 9.2 NEURONALE NETZE . 409 9.2.1 FUNKTIONSWEISE . 410 9.2.2 EINSATZ NEURONALER NETZE ZUR OPTIMIERUNG . 411 9.3 SIMULATED ANNEALING . 412 9.4 PARTICLE SWARRN OPTIMIERUNG . 413 9.5 MONTE-CARLO-VERFAHREN . 414 9.6 HILL-CLIMBING-VERFAHREN . 415 9.7 GRADIENTENVERFAHREN . 415 9.8 DYNAMISCHES PARALLELISIEREN IN DER RECHNERUNTERSTUETZTEN OPTIMIERUNG. . 416 LITERATUR . 418 XII INHALTSVERZEICHNIS 10 WISSENSVERARBEITUNG . 421 10.1 EINLEITUNG UND UEBERBLICK . 421 10.1.1 GRUNDLAGEN UND DEFINITIONEN . 422 10.1.2 NUTZEN DER WISSENSBASIERTEN PRODUKTENTWICKLUNG . 424 10.1.3 WISSENSAKQUISITION . 425 10.1.4 REPRAESENTATION VON WISSEN . 427 10.2 WISSENSBASIERTES KONSTRUIEREN IN DER PRODUKTENTWICKLUNG . 429 10.2.1 UMSETZUNG EINER KBE-ANWENDUNG . 430 10.2.2 CAX-LOESUNGEN ZUM WISSENSBASIERTEN KONSTRUIEREN . 433 10.3 WISSENSENTDECKUNG IN DATENBANKEN . 440 10.3.1 PROZESSE ZUR WISSENSENTDECKUNG IN DATENBANKEN . 441 10.3.2 GRUNDLAGEN ZUR WISSENSENTDECKUNG IN DATENBANKEN . 443 10.4 ANWENDUNGSBEISPIELE FUER DIE NUTZUNG VON DATA-MINING IN DER PRODUKTENTWICKLUNG . 447 10.4.1 DATA-MINING ZUR AUTOMATISCHEN WISSENSAKQUISITION . 448 10.4.2 METAMODELLBASIERTE PRODUKTANALYSE UND-SYNTHESE . 449 10.4.3 WISSENSBASIERTE SIMULATION . 451 LITERATUR . 458 11 ENTWICKLUNG, PLANUNG UND STEUERUNG VON PRODUKTIONSSYSTEMEN . 463 11.1 GRUNDLAGEN TECHNISCHER PRODUKTIONSPLANUNG . 463 11.2 RECHNERUNTERSTUETZTE PRODUKTIONSPLANUNG UND -STEUERUNG . 466 11.2.1 PRODUKTIONSPLANUNG . 466 11.2.2 PRODUKTIONSSTEUERUNG . 467 11.2.3 FEATURE-TECHNOLOGIE IN DER CAP-NUTZUNG . 469 11.3 EINTEILUNG DER FERTIGUNGSVERFAHREN . 471 11.3.1 URFORMEN . 471 11.3.2 UMFORMEN . 473 11.3.3 TRENNEN . 474 11.3.4 FUEGEN . 476 11.3.5 BESCHICHTEN . 477 11.3.6 STOFFEIGENSCHAFTEN AENDERN . 477 11.4 ADDITIVE FERTIGUNGSVERFAHREN . 478 11.4.1 PHYSISCHE MODELLARTEN . 479 11.4.2 VERFAHRENSKETTE . 480 11.4.3 EINTEILUNG DER ADDITIVEN VERFAHREN . 480 11.4.4 VERFAHREN UND ANLAGEN . 481 11.5 DIE DIGITALE FABRIK . 485 11.5.1 GRUNDLAGEN . 485 11.5.2 DURCHGAENGIGKEIT VON DATEN BEI HORIZONTALER UND VERTIKALER INTEGRATION . 489 11.5.3 ASSISTENZSYSTEME IN DER PRODUKTION . 491 INHALTSVERZEICHNIS XIII 11.5.4 CYBER-PHYSISCHE PRODUKTIONSSYSTEME (CPPS) . 494 11.5.5 VIRTUELLE INBETRIEBNAHME (VIBN) . 495 11.6 QUALITAETSSICHERUNG UND COMPUTER AIDED QUALITY ASSURANCE (CAQ) . 497 11.6.1 GRUNDLAGEN . 497 11.6.2 AUFGABEN DER QUALITAETSSICHERUNG . 498 11.6.3 QUALITAETSSICHERNDE MASSNAHMEN IN DER FERTIGUNG . 499 11.6.4 RECHNERUNTERSTUETZTE QUALITAETSSICHERUNG (CAQ) . 502 11.7 ANWENDUNGSBEISPIELE . 502 11.7.1 NC-PROGRAMMIERUNG . 503 11.7.2 PROGRAMMIERUNG VON INDUSTRIEROBOTERN . 507 LITERATUR . 512 12 UEBERGREIFENDE INFORMATIONSVERARBEITUNG IM PRODUKTLEBENSZYKLUS . 515 12.1 PRODUCT LIFECYCLE MANAGEMENT (PLM) . 515 12.2 PDM-ANWENDUNGEN UND-SYSTEMKATEGORIEN . 519 12.3 AUFGABEN UND FUNKTIONEN VON PDM IM PRODUKTENTWICKLUNGSPROZESS. . 522 12.3.1 CAD-DATEN-BZW.-DOKUMENTENMANAGEMENT . 525 12.3.2 CAE-DATENMANAGEMENT (MANAGEMENT VON SIMULATIONSDATEN) . 529 12.3.3 STUECKLISTENMANAGEMENT . 530 12.3.4 VARIANTEN UND KONFIGURATIONSMANAGEMENT . 533 12.3.5 STEUERUNG VON PROZESSEN UND PROJEKTEN . 535 12.4 SCHNITTSTELLEN UND DATENAUSTAUSCH . 537 12.4.1 SCHNITTSTELLEN ZU CAX-SYSTEMEN (ERZEUGERSYSTEMEN) . 540 12.4.2 SCHNITTSTELLEN ZU ERP-SYSTEMEN . 540 12.5 DOKUMENTATION UND ARCHIVIERUNG . 541 LITERATUR . 546 13 MIGRATION VON CAX-ANWENDUNGEN . 549 13.1 AUSLOESER UND GRUENDE FUER EINE MIGRATION . 551 13.2 BESCHLUSS UEBER DIE MIGRATION . 553 13.3 BILDUNG UND AUFGABEN DES PROJEKTTEAMS . 554 13.4 WAHL DES ABLOESUNGSBEREICHS . 556 13.5 ANALYSE DES AKTUELLEN ZUSTANDS (ISTANALYSE UND SCHWACHSTELLENANALYSE) . 558 13.6 SOLLKONZEPT UND ANFORDERUNGSPROFIL . 559 13.7 PRUEFUNG DER MACHBARKEIT . 562 13.8 AUSWAHLKRITERIEN . 562 13.9 AUSWAHL . 565 13.9.1 INFORMATIONSBESCHAFFUNG . 565 13.9.2 NUTZWERTANALYSE . 566 13.9.3 PROBLEMORIENTIERTER BENCHMARK . 567 13.9.4 VEREINFACHTES AUSWAHL VERFAHREN VON CAX-ALTERNATIVEN . 568 XIV INHALTSVERZEICHNIS 13.10 ABSCHAETZUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT . 570 13.11 BESCHLUSS ZUR DURCHFUEHRUNG . 571 13.12 ABLOESUNGS- UND EINFUEHRUNGSSTRATEGIE . 572 13.12.1 ALTERNATIVE VORGEHENSWEISEN ZUR MIGRATION . 574 13.12.2 KONZEPTION DES PARALLELBETRIEBES (A2, A3) . 575 13.13 BESCHAFFUNG UND EINFUEHRUNG DER NACHFOLGEANWENDUNG . 576 13.14 EINSATZVORBEREITUNG . 577 13.14.1 SCHULUNG ZUR BENUTZUNGSAKZEPTANZ . 578 13.14.2 ZUSATZSOFTWARE . 579 13.14.3 ETABLIEREN DES PARALLELBETRIEBS . 581 13.14.4 UEBERTRAGEN VON DATENBESTAENDEN AUS DER ALTANWENDUNG . 581 13.14.5 EINBINDEN IN DIE VORHANDENE IT-LANDSCHAFT . 583 13.14.6 BETREUUNG UND ADMINISTRATION DER NACHFOLGEANWENDUNG . 584 13.15 FREIGABE DER NACHFOLGEANWENDUNG . 584 13.16 AUSWEITUNG . 585 LITERATUR . 585 14 WIRTSCHAFTLICHE BEWERTUNG VON ANWENDUNGSSYSTEMEN . 587 14.1 BESTIMMUNG DER KOSTEN . 589 14.2 BESTIMMUNG DES NUTZENS . 592 14.2.1 KOSTENREDUKTION BEI GLEICHER LEISTUNGSERBRINGUNG . 593 14.2.2 HOEHERE LEISTUNGSERBRINGUNG BEI GLEICHEM RESSOURCENEINSATZ . 593 14.2.3 QUALITATIVE NUTZEN . 594 14.2.4 NUTZWERTANALYSE . 595 14.3 BESTIMMUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT . 596 14.3.1 STATISCHE METHODEN . 596 14.3.2 DYNAMISCHE METHODEN . 597 14.3.3 MOEGLICHKEITEN ZUR VERBESSERUNG DER WIRTSCHAFTLICHKEIT . 601 14.4 BENEFIT ASSET PRICING MODEL (BAPM) . 601 14.5 BERECHNUNGSBEISPIEL . 607 14.6 ABGESTUFTER EINSATZ DER WIRTSCHAFTLICHKEITSVERFAHREN . 609 LITERATUR . 611 GLOSSAR . 613 STICHWORTVERZEICHNIS . 641
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