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E-Book

Digital Prototyping

Virtuelle Produktentwicklung im Maschinenbau

AutorPhillip Grieb
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl289 Seiten
ISBN9783446424333
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis31,99 EUR
Der Schlüssel zu einer effizienteren Produktentwicklung liegt im Konzept einer durchgängig digitalen Vorgehensweise. Beim Digital Prototyping wird genau das konsequent umgesetzt. Von der Ideenfindung und Konzeption über die Entwicklung, Konstruktion, Simulation bis hin zur Fertigung entsteht das Produkt zunächst am Rechner. Änderungen, Fehlerbeseitigung und Optimierung werden am digitalen Prototypen noch vor Eintritt in die Serienfertigung vorgenommen. Dadurch lassen sich kürzere Innovationszyklen und Kosteneinsparungen erzielen.
Das Buch gibt einen anschaulichen und praxisnahen Überblick über aktuelle Technologien und Anwendungen, ergänzt durch Erfahrungen von Anwendern, zahlreiche Beispiele und Praxistipps.

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Leseprobe
2 Die wichtigsten Anbieter (S. 25-26)

Nach einer drei bis vier Jahrzehnte währenden wechselvollen Entwicklung behaupten sich derzeit vier große internationale Anbieter im Maschinen- und Anlagenbau. Viele kleinere oder lokale Anbieter spielen nach wie vor eine Rolle in ihren Nischenmärkten. Dassault Systèmes mit dem PLM-Portfolio um Catia und PTC versuchen sich als PLM-Partner der großen Unternehmen zu positionieren, während die Stärken von SolidWorks und Autodesk eher im Mittelstand liegen.

2.1 Autodesk


Autodesk wurde 1982 von John Walker in Sausalito, Kalifornien, gegründet. Damals war CAD-Software nur auf teuren Hostsystemen oder Unix-Workstations verfügbar. Autodesk unterstützte zwar auch Unix-Systeme, setzte aber vorrangig auf den damals noch sehr jungen IBM-PC und das DOS-Betriebssystem, eine Geräteklasse, die heute noch die Arbeitsplätze in den Konstruktionsabteilungen und Büros dominiert. Was anfangs als fragwürdige Entscheidung erschien, erwies sich später als Glücksgriff. Mit dem Erfolg der DOS-PCs, später der Windows-PCs, und der raschen Steigerung ihrer Leistungsfähigkeit wuchs der Erfolg und die Verbreitung der Autodesk-Software, vor allem der AutoCAD-Produktfamilie.

Mit seinem günstigen Preis-Leistungs-Verhältnis verdrängte es die Wettbewerber auf dem Markt der 2D-CAD-Systeme. Heute gelten AutoCAD und seine Datenformate als Industriestandard im 2D-Bereich, eine Entwicklung, die mit dem Weg der Microsoft Office-Applikationen vergleichbar ist. Auf den Höhen des 2D-Erfolgs drohte die Firma die technische Entwicklung bei den 3D-CAD-Systemen zu verpassen, die in den 90er-Jahren von anderen Firmen geprägt wurde. Um die Jahrtausendwende brachten die Kalifornier ihr neues 3DSystem Autodesk Inventor auf den Markt, dessen Entwicklung und Ausbau sie seither sehr energisch vorangetrieben haben.

Digital Prototyping wurde zum strategischen Ziel des Autodesk-Angebots für die Fertigungsindustrie erklärt. Im Bauwesen hieß die analoge Strategie Building Information Modeling. Durch zahlreiche Übernahmen und Eigenentwicklungen verbreiterte Autodesk das Angebot für die Zielmärkte der Fertigungsindustrie rasch. Die größten Investitionen des letzten Jahrzehnts galten den Produktbereichen PDM, Industriedesign, Simulation und Animation. Heute gilt Autodesk als der weltweit größte Hersteller der Branche mit über 7.000 Mitarbeitern und einem Jahresumsatz von 2.315 Millionen US$ (ca. 1,65 Mrd. €, bezogen auf das Autodesk-Fiskaljahr 2009, das am 31.1.2009 endete). Die 2D-Software ist nach wie vor ein großer Umsatzträger. Die 3D-Produkte sind im Begriff gleichzuziehen.

2.1.1 Maschinenbau, Anlagenbau, Fahrzeugbau

Die große Kundenbasis der AutoCAD- und AutoCAD-Mechanical-Anwender ist eine der Zielgruppen, in der Autodesk die künftigen Anwender seiner Digital-Prototyping- Lösungen sieht. Viele haben den Umstieg auf die 3D-Konstruktion mit einzelnen oder auch auf allen Arbeitsplätzen bereits vollzogen und die Grundlage für die digitale Produktentwicklung geschaffen, viele planen den Wechsel, einige werden bei AutoCAD bleiben, weil sie in der 3D-Technik keinen Vorteil sehen. Auto- CAD bleibt weiter erste Wahl für Schemaplan-Applikationen wie AutoCAD ecscad oder AutoCAD P&,ID. Den Wechsel bzw. die Zusammenarbeit zwischen AutoCAD und Inventor
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhalt8
1 Einführung18
1.1 Historische Entwicklung18
1.1.1 Drei Jahrzehnte CAD18
1.1.2 Hardware21
1.1.3 PDM22
1.1.4 Datenkommunikation22
1.1.5 CIM und PLM22
1.2 Warum Digital Prototyping?23
1.2.1 Innovationszyklen verkürzen23
1.2.2 Bessere Lösungen finden23
1.2.3 Globalisierung24
1.2.4 Erschwingliche Lösungen24
2 Die wichtigsten Anbieter26
2.1 Autodesk26
2.1.1 Maschinenbau, Anlagenbau, Fahrzeugbau27
2.1.2 Bau, Architektur, Kartografie27
2.1.3 Media und Entertainment28
2.2 Dassault Systèmes28
2.2.1 PLM29
2.2.2 Mainstream 3D29
2.3 PTC30
2.3.1 Enterprise Solutions31
2.3.2 Desktop Solutions31
2.3.3 Services Solutions31
2.4 Siemens PLM Software32
2.4.1 Digital Product Development32
2.4.2 Digital Manufacturing32
2.4.3 Digital Lifecycle Management32
2.4.4 Velocity Series33
3 Ideenfindung und Konzeption34
3.1 Digitale Skizzen34
3.1.1 Skizzieren in Mechanik-CAD-Systemen34
3.1.2 Digitales Entwerfen36
3.1.3 Digitizer statt Papier37
3.1.4 Computerunterstützter Duktus39
3.1.5 Übergang 2D-3D39
3.1.6 3D-Scanner41
3.1.7 Konvergenz der Ideen42
3.2 Industriedesign43
3.2.1 Höchste Ansprüche im Automobilbau45
3.2.2 Höhere Mathematik für perfekte Ästhetik46
3.2.3 Kurze Wege bei der Designentwicklung46
3.3 Wissensmanagement47
3.3.1 Wissenswerkzeug Wiki48
3.3.2 Motivation der Autoren48
3.3.3 Einfache Bedienung, geringe Kosten48
3.3.4 Wikis für Unternehmen49
3.3.5 Vorbehalte schwinden49
3.3.6 Beispiel Schaeffler-Gruppe49
4 3D-Modell: Basis des digitalen Prototyps52
4.1 2D-CAD52
4.2 3D-CAD53
4.2.1 Vollständigkeit53
4.2.2 Enge Bauräume54
4.2.3 Innovativere Lösungen54
4.2.4 Leicht zu erlernen55
4.2.5 Die wichtigsten Schritte inzweieinhalb Tagen55
4.2.6 Selbststudium ist teuer56
4.3 Parametrische Bauteilkonstruktion57
4.3.1 Parametrische Skizze57
4.3.2 3D-Elemente57
4.4 Parametrische Baugruppenkonstruktion58
4.4.1 Produktfamilien59
4.4.2 Strukturierte Stückliste für Produktfamilien60
4.4.3 PDM-Integration61
4.4.4 Anwenderbeispiele62
4.5 Produktkonfiguration und automatisierte Konstruktion64
4.5.1 Erweiterung der Konfigurationslogik64
4.5.2 Datenbankintegration65
4.5.3 Online-Produktkonfiguration66
4.5.4 Hohe Kostenvorteile erzielbar66
4.6 Kaufteile und Normteile67
4.6.1 Teilemanagement69
4.7 Große Baugruppen71
4.7.1 Was sind „große“ Baugruppen?71
4.7.2 Wie lässt sich die System-Performance optimieren?72
4.8 Parametrische oder direkte Modellierung76
4.8.1 Parametrik ist ideal – aber nicht fu¨r alles76
4.8.2 PTC: CoCreate76
4.8.3 Synchronous-Technologie von Siemens PLM Software77
4.8.4 Autodesk Inventor Fusion77
5 Branchenlösungen84
5.1 Blechkonstruktion84
5.1.1 Räumliche Blechteile konstruieren84
5.1.2 Ablauf der 3D-Blechkonstruktion85
5.1.3 Funktionen86
5.1.4 Abwicklung und Längenkorrektur86
5.1.5 Voreinstellungen87
5.1.6 Aufbau eines Blechteils88
5.1.7 Bauteilefamilien99
5.1.8 Verbindungselemente100
5.1.9 Abwicklung101
5.1.10 Fertigungszeichnungen102
5.1.11 Daten für die Fertigung103
5.1.12 Innovativere Lösungen,Fehlversuche vermeiden104
5.2 Schweißkonstruktion105
5.2.1 Schweißbaugruppen105
5.2.2 Drei Fertigungsphasen106
5.3 Anlagenbau (kleine Anlagen)108
5.3.1 Stahlbaukonstruktion109
5.3.2 Rohrleitungen114
5.4 Anlagenbau (Großanlagen)117
5.4.1 P&ID-Fließschemata118
5.4.2 3D-Anlagenkonstruktion119
5.4.3 Alle Gewerke einbinden121
5.4.4 Vierdimensionale Baustelle124
5.4.5 Beispiele: Stahlproduktionsanlagen124
5.5 Kunststoff-Spritzguss126
5.5.1 Wachsende Anspru¨che127
5.5.2 Digitale Technologien128
5.5.3 Spritzgussmaschine129
5.5.4 Detailkonstruktion130
5.5.5 Werkzeug- und Formenbau130
5.5.6 Ablauf der Werkzeugkonstruktion132
5.5.7 Konstruktion von Familienwerkzeugen139
5.5.8 Auswerfer und Stifte139
5.5.9 Schieber139
5.5.10 Simulation und Optimierung des Spritzgussvorgangs140
5.5.11 Fertigung der Form140
6 Maschinenelemente und Auslegung142
6.1 Ingenieurgrundwissen integriert142
6.2 Schraubverbindungsgenerator144
6.3 Schraubenberechnung146
6.4 Einfügen mit „Autodrop“147
6.5 Konstruktion und Berechnung von Wellen147
6.6 Auswahl und Auslegung von Lagern151
6.7 Auslegung von Kegelrädern152
6.8 Weitere Berechnungsverfahren153
6.9 Stahlbau-Berechnungen154
6.10 Zeit sparen – Fehler vermeiden155
7 Simulation156
7.1 Dynamische Systeme156
7.1.1 Beispiele157
7.1.2 Ablauf158
7.2 Integrierte FE-Analysen159
7.2.1 FEM-Netz160
7.2.2 Ablauf161
7.2.3 Ergebnisdarstellung162
7.3 Simulation von Strömungen und Wärmeübertragung162
7.3.1 Grundbegriffe163
7.3.2 CFD-Anwendungen165
7.3.3 Anwendungsbeispiele166
7.4 Universelle CAE-Software-Pakete168
7.4.1 CAD-Integration169
7.4.2 Diskretisierung170
7.4.3 Vorbereitung170
7.4.4 Multiphysik (Multiphysics)171
7.4.5 Ergebnisdarstellung172
7.5 Spritzgusssimulation172
7.5.1 CAD-integrierte Simulation173
7.5.2 Simulation für Experten177
8 Visualisierung182
8.1 Darstellungen in der Konstruktion183
8.2 Rendering183
8.3 Rendering für Einsteiger184
8.4 Rendering für Fortgeschrittene186
8.4.1 Bildgröße186
8.4.2 Beleuchtung187
8.4.3 Szenen187
8.4.4 Rendertyp188
8.4.5 Antialiasing und illustrative Darstellung188
8.5 Visualisierung für Profis188
8.5.1 Oberflächen189
8.5.2 Beleuchtung189
8.5.3 Komponenten mit Eigenlicht190
8.5.4 Weiche Schatten191
8.5.5 Beleuchtungshinweise191
8.5.6 Kamera193
8.5.7 Animation194
8.6 Design-Kommunikation196
8.6.1 Multi-CAD-Unterstu¨tzung197
8.6.2 Daten organisieren198
8.6.3 Realistische Materialien198
8.6.4 Umgebungsschatten198
8.6.5 Szenen erstellen und bearbeiten199
8.6.6 Untersuchung von Entwurfsalternativen199
8.6.7 Animation200
8.6.8 Drehtisch200
8.6.9 Storyboard200
8.6.10 Realtime Raytracing201
8.6.11 Globale Design Reviews202
8.6.12 Bessere Entscheidungen202
8.6.13 Gute Bilder lohnen sich203
9 Elektrokonstruktion204
9.1 Mechatronik204
9.2 Technologie-Anforderungen205
9.3 Beispiel: AutoCAD ecscad206
9.3.1 Alles unter Kontrolle207
9.3.2 Symbole und Makros209
9.3.3 Querverweise211
9.3.4 Konform mit Normen211
9.3.5 Vielsprachigkeit212
9.3.6 Artikeldatenbank212
9.3.7 Fehlervermeidung213
9.3.8 Automatisierung214
9.3.9 Auswertung und Prüffunktionen214
9.3.10 Schnittstellen215
9.3.11 Verwaltung & Wiederverwendung216
9.3.12 Ausgabe216
9.4 Kabelbaumkonstruktion216
9.4.1 Verdrahtung mit System218
9.4.2 Import von Kabelbaumdaten218
9.4.3 Elektrische Bauteile218
9.4.4 Kabelbaum erstellen219
9.4.5 Drähte und mehradrige Kabel erstellen220
9.4.6 Segmente220
9.4.7 Routing220
9.4.8 Spleißobjekte220
9.4.9 Flachbandkabel221
9.4.10 Dokumentation221
9.4.11 Listen und Berichte221
10 Produktdatenmanagement (PDM)222
10.1 Grundbegriffe222
10.1.1 PDM oder PLM?223
10.1.2 Artikel223
10.1.3 Dokumente224
10.1.4 Projekte224
10.1.5 Version - Revision - Variante225
10.1.6 Stücklisten225
10.1.7 Klassifizierung225
10.1.8 Benutzerverwaltung226
10.1.9 Status und Workflow226
10.1.10 Konfigurationsmanagement und Änderungswesen227
10.1.11 Datenmanagement in verteilten Organisationen227
10.1.12 Viewing-Funktionen228
10.1.13 Web-Zugriff228
10.1.14 Anpassungsfähigkeit228
10.1.15 PDM ist erschwinglich228
10.2 Wozu PDM?229
10.2.1 Jede Version exakt definieren230
10.2.2 Änderungen dokumentieren230
10.2.3 Verwendungsnachweis230
10.2.4 Wer ist verantwortlich?231
10.2.5 Wer wacht über die wertvollen Daten?231
10.2.6 Standardisierung und schnelle Suche233
10.2.7 Elektronischer Freigabeprozess234
10.2.8 Zuverlässige Stücklistenverwaltung235
10.2.9 Dokumentationspflichten erfüllen235
10.2.10 Entwicklungszyklen verkürzen236
10.3 Branchenspezifische Anforderungen an PDM236
10.3.1 Serienfertigung236
10.3.2 Auftragsfertigung237
10.4 PDM-Einführungsplanung239
10.4.1 Dreh- und Angelpunkt: Konstruktion240
10.4.2 Altdaten-Übernahme240
10.4.3 ECAD- und CAE-Daten integriert verwalten241
10.4.4 Das Pferd von der richtigen Seite aufzäumen241
10.4.5 Aufwand und Kosten sparen242
10.4.6 Praktikable Lösungen242
10.4.7 2D-Daten243
10.4.8 Zusammenarbeit u¨ber mehrere Standorte243
11 Fertigung244
11.1 Rapid Prototyping244
11.2 Rapid Manufacturing246
11.3 CAM – Integration der Fertigung249
11.3.1 Blechfertigung249
11.3.2 Modellbau, Formenbau251
12 Produktpublikationen254
12.1 Dokumentarten254
12.1.1 Pre-Sales254
12.1.2 Post-Sales254
12.2 Zielgruppen255
12.3 Medien255
12.4 Formale Anforderungen255
12.5 Technische Illustration256
12.5.1 Techniken und Stilmittel257
12.6 Text258
13 Nachhaltigkeit260
13.1 Endzeit und Anfang260
13.2 Anforderungen260
13.3 Chancen262
14 Digital Prototyping macht sich bezahlt264
14.1 Kosten der Entwicklung264
14.2 Problem: Langläufer265
14.3 Informationsverluste vermeiden265
14.4 Erfolge mit virtuellen Prototypen266
14.5 Planungsaufwand deutlich reduziert267
14.6 Was Anwender sagen267
Akronyme274
Index276
Literatur288

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