Die modellbasierte Konstruktion

Die Produktentwicklung hat sich mit der Einführung moderner parametrischer, KE-basierter 3D-CAD-Software drastisch verändert. Heute steckt das 3D-Modell voll unbezahlbarem geistigem Eigentum und Intelligenz, das bzw. die nahezu jeder nutzt, der an der Entwicklung, der Herstellung und der Unterstützung moderner Produkte beteiligt ist. Das 3D-Modell wird auch über die gesamte Entwicklung und Lebensdauer des Produkts genutzt, vom Design bis hin zu Fertigung, Produktdokumentation, Vertrieb und Marketing sowie Service und Support.

Ein neuer Produktentwicklungsansatz geht noch einen Schritt weiter. Das Konzept der modellbasierten Konstruktion (Model-Based Engineering, MBE) geht von einem digitalen „Master-Modell“ aus (das nicht unbedingt ein CAD-Modell sein muss), von dem alle nachgelagerten Aktivitäten abgeleitet werden können, um das endgültige Produkt zu erstellen. In diesem Kontext ist mit „Design“ lediglich die Erstellung der Geometrie gemeint, während „technische Entwicklung“ die Entwicklung neuer Produkte unter Anwendung von physikalischen Regeln bezeichnet.

Ablauf

Wie also funktioniert dieses Konzept und inwiefern unterscheidet es sich von traditionellen Produktentwicklungsansätzen? Erstens kann das Master-Modell sowohl in Umfang als auch in Konfiguration je nach Problemstellung anders sein. Ein MBE-Produktmodell enthält nicht nur die Geometrie bzw. die CAD-Daten, sondern auch zusätzliche Informationen für Produktion und Support. Das könnten Form- und Lagetoleranzen ebenso sein wie Materialspezifikationen, Stücklisten, Prozessspezifikationen und Kontrolldaten. Der MBE-Ansatz erfordert die Modellierung und Simulation eines kompletten Systems, das in seinem Umfeld betrieben wird, um das Verhalten der Maschine oder des Mechanismus in vollem Umfang verstehen zu können.

Ein Vorteil ist, dass die Integration von technischen Modellen in einer MBE-Umgebung hilft, Leistungsprobleme sofort beim Auftreten zu identifizieren. Die Verfechter dieser Vorgehensweise behaupten, dass dabei auf physische Prototypen vollständig verzichtet werden könne – eine teure und zeitintensive Engstelle bei der traditionellen Produktentwicklung – und Ingenieure beliebig viele Simulationen und Iterationen durchführen könnten, um den besten Entwurf zu finden.

Die Konstruktionsmodelle werden mit geeigneter Wiedergabetreue in allen Entwicklungsbereichen (MCAD, Strukturen, Leistung, Kosten, Zuverlässigkeit, thermische Analyse usw.) miteinander integriert. Unternehmen, die den MBE-Ansatz für die Produktentwicklung eingeführt haben, verzeichnen bereits erste Produktivitätsverbesserungen.

Eine Untersuchung der Aberdeen Group ergab signifikante Zeit- und Kostenersparnisse bei modellbasierten Verfahren im Vergleich zu konventionellen Methoden. Darüber hinaus wurden Einsparungen und eine Verringerung des Zeitaufwands für das Änderungsmanagement im Engineering auf ein Fünftel festgestellt.

MBE-Regierungsprojekt soll US-amerikanischer Fertigung neuen Schwung verleihen

Das Engineering Laboratory des National Institute of Standards and Technology (NIST) will mit einem Projekt die Bemühungen US-amerikanischer Fertigungsunternehmen bei der Implementierung der MBE-Produktentwicklung unterstützen. Das Model-Based Engineering Project soll die technologischen Hürden abbauen, welche die Integration von mehreren Entwicklungsanwendungen verhindern, die bei der Konstruktion, Produktion und Prüfung von Produkten im Produktionsnetzwerk verwendet werden.

Die Kernaussage von MBE ist, dass Daten einmal erstellt und dann von allen Datenverbrauchern im Produktentwicklungsprozess direkt wiederverwendet werden. Im Rahmen des Projekts sollen mithilfe von formellen Modellierungsverfahren Lücken in den vorhandenen Normen für die Darstellung und Übertragung dieser Modelle geschlossen werden.

Es geht darum, neue Testverfahren zu entwickeln, um sicherzustellen, dass aus den Modellen extrahierte Informationen mit der ursprünglichen Quelle übereinstimmen und den Anforderungen aller nachgelagerten Prozesse genügen. Neue Materialien (Verbundwerkstoffe), Fertigungsprozesse (additive Fertigung) und Prüfprozesse (optisches Scannen), die alle neue Anforderungen an Normierung und Messtechnik stellen, werden auf den Prüfstand gestellt.

Auch wenn MBE-Verfahren für die Bedürfnisse vieler Hersteller heute noch überdimensioniert sein mögen, so erlauben sie doch einen Einblick in neue Funktionalitäten, die gerade entwickelt werden und die Integration der Fachbereiche, die an der Erstellung, Entwicklung und Produktion der immer komplexer werdenden Produkte von heute beteiligt sind, enorm erleichtern werden.

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