Einsatzmöglichkeiten von virtuellen, nichtidealen Prototypen in der Toleranzsynthese und -analyse

Applications of virtual, nonideal prototypes in tolerance synthesis and analysis

  • Jedes hergestellte Produkt weist Abweichungen von der im CAD-System festgelegten Idealgestalt auf. Diese entstehen durch ungenaue Fertigungsverfahren, z.B. aufgrund von Werkzeugverschleiß. Auch bei der Montage entstehen Abweichungen, beispielsweise wenn die Heckklappe eines Automobils manuell ausgerichtet und verschraubt wird. Durch genauere Verfahren können die resultierenden Abweichungen reduziert werden, dies erfordert jedoch in den meisten Fällen aufwändige und damit teurere Fertigungs- und Montageverfahren. Aus diesem Grund ist es nötig, einen Kompromiss zwischen der Qualität und den Kosten des Produktes einzugehen. Je nach herzustellendem Produkt, Firmenpolitik, Kundenwünschen, zur VerJedes hergestellte Produkt weist Abweichungen von der im CAD-System festgelegten Idealgestalt auf. Diese entstehen durch ungenaue Fertigungsverfahren, z.B. aufgrund von Werkzeugverschleiß. Auch bei der Montage entstehen Abweichungen, beispielsweise wenn die Heckklappe eines Automobils manuell ausgerichtet und verschraubt wird. Durch genauere Verfahren können die resultierenden Abweichungen reduziert werden, dies erfordert jedoch in den meisten Fällen aufwändige und damit teurere Fertigungs- und Montageverfahren. Aus diesem Grund ist es nötig, einen Kompromiss zwischen der Qualität und den Kosten des Produktes einzugehen. Je nach herzustellendem Produkt, Firmenpolitik, Kundenwünschen, zur Verfügung stehendem Budget und vorhandenem Maschinenpark wird dieser Kompromiss unterschiedlich ausfallen. Um die maximal zulässigen Abweichungen einzuschränken, werden von Produktentwicklern Toleranzen vergeben. Diese werden während der Entwurfs- und Ausarbeitungsphase definiert. Die Berechnung und Beurteilung der Auswirkungen der Toleranzen auf für die Erfüllung der Produktfunktion wichtige Maße ist komplex. Jedes einzelne Maß wird im Allgemeinen von mehreren Toleranzen beeinflusst und abhängig vom geometrischen Zusammenhang sind die Auswirkungen auf das Funktionsmaß unterschiedlich groß. Aus diesem Grund werden Toleranzanalyseprogramme verwendet, welche es ermöglichen, die Auswirkungen der vergebenen Toleranzen auf alle für die Funktionserfüllung relevanten Maße zu berechnen. Um die aufwändigen Berechnungen zu beschleunigen, werden vereinfachte Modellannahmen verwendet. Diese führen dazu, dass die Modellerstellung nur durch Spezialisten möglich ist. Dadurch wird der Entwicklungsprozess verzögert, da die Produktentwickler auf die Ergebnisse des Toleranzanalysespezialisten warten müssen. Bei komplexen Produkten kann die Erstellung eines Toleranzanalysemodells mehrere Tage in Anspruch nehmen. Die Interpretation der Ergebnisse ist schwierig, da keine Visualisierungen von Baugruppen erstellt werden können. Den Benutzern werden lediglich Berechnungsergebnisse, wie z.B. Verteilungskurven für jedes vorher festgelegte Funktionsmaß, präsentiert. In dieser Arbeit werden zwei Möglichkeiten vorgestellt, wie virtuelle Prototypen den Produktentwicklungsprozess verbessern können. Zum einen kann die optische Qualität von Produkten besser eingeschätzt werden, zum anderen kann eine genauere Toleranzanalyse durchgeführt werden.show moreshow less
  • Every manufactured product has deviations from the ideal shape defined in the CAD system. They result from imprecise production processes, e.g. because of tool wear. Deviations are also caused by manufacturing, for example if a back door of a car is manually aligned. By using more precise methods the resulting deviations can be reduced, but in most cases complex and costly production and manufacturing processes have to be used. Therefore the product developer has to compromise between quality and costs of a product. Depending on the product, company policy, customer’s wishes, available budget and machinery this compromise will be different. To limit the maximum tolerable deviations toleranceEvery manufactured product has deviations from the ideal shape defined in the CAD system. They result from imprecise production processes, e.g. because of tool wear. Deviations are also caused by manufacturing, for example if a back door of a car is manually aligned. By using more precise methods the resulting deviations can be reduced, but in most cases complex and costly production and manufacturing processes have to be used. Therefore the product developer has to compromise between quality and costs of a product. Depending on the product, company policy, customer’s wishes, available budget and machinery this compromise will be different. To limit the maximum tolerable deviations tolerances are assigned by the product developer. They are defined early in the product development process. The calculation of the impact of tolerances on critical functions is very complex, since every single measurement is generally affected by many tolerances and is also depending on the geometrical context. To calculate the effects of tolerances on functional relevant measurements of complex products tolerance analysis tools are used. To ease the necessary calculations some simplifications are made in the model. They enable the computation in appropriate time, but much knowledge about tools is needed to get meaningful results. Therefore only specialists can use existing tolerance analysis tools. This has negative effects on the product development process, as the creation of a model can take a few days and the product developer has to wait for the results. Additionally the result can only be presented by calculating distribution curves or contributor reports, but no visualisations of resulting products can be made. Therefore tolerance synthesis is rather difficult. In this thesis two possibilities how virtual prototypes can enhance the tolerance allocation process in the early design phases are shown. On the one hand they can be used to assure the aesthetic quality of a product, on the other hand they can be utilized to perform a more precise tolerance analysis.show moreshow less

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Metadaten
Author:Tobias Stoll
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-32798
Advisor:Harald Meerkamm
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of Publication (online):2012/05/30
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2012/03/29
Release Date:2012/05/30
Tag:Spalt; Toleranzen; Versatz
flush; gap; prototypes; tolerances; visualisation
SWD-Keyword:Prototyp; Visualisierung
Institutes:Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
CCS-Classification:I.3.8 Applications
Dewey Decimal Classification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $