Computer Aided Robust Design – Verknüpfung rechnerunterstützter Entwicklung und virtueller Fertigung als Baustein des Toleranzmanagements

Computer Aided Robust Design - Linking of Computer Aided Design and virtual Manufacturing as Part of Dimensional Management

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-22636
  • Da die Produktion von Bauteilen aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen stets durch Abweichungen von der Nenngestalt begleitet ist, werden seitens der Entwicklung die zulässigen Abweichungen durch Toleranzen eingeschränkt. Ziel des Toleranzmanagements und insbesondere der virtuellen, entwicklungsbegleitenden Funktionsabsicherung ist es, die Wirtschaftlichkeit und Prognosefähigkeit der Toleranzvorgaben sicherzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wird durch einen integrativen Simulationsansatz eine Kopplung von Methoden des Robust Design und der Toleranzrechnung vorgeschlagen, um frühzeitig ein robustes Toleranzkonzept herbeiführen zu können: stochastische Betrachtungen vonDa die Produktion von Bauteilen aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen stets durch Abweichungen von der Nenngestalt begleitet ist, werden seitens der Entwicklung die zulässigen Abweichungen durch Toleranzen eingeschränkt. Ziel des Toleranzmanagements und insbesondere der virtuellen, entwicklungsbegleitenden Funktionsabsicherung ist es, die Wirtschaftlichkeit und Prognosefähigkeit der Toleranzvorgaben sicherzustellen. Im Rahmen dieser Arbeit wird durch einen integrativen Simulationsansatz eine Kopplung von Methoden des Robust Design und der Toleranzrechnung vorgeschlagen, um frühzeitig ein robustes Toleranzkonzept herbeiführen zu können: stochastische Betrachtungen von Teilefertigungsprozessen, Montage- und Fügeprozessen bis hin zu Aussagen über das statistische Verhalten der Baugruppen unter Betriebslasten erlauben es, rechnerunterstützt die Maßhaltigkeit und Funktionserfüllung auf Bauteil- und Baugruppenebene zu ermitteln. Damit kann die Robustheit der einzelnen Schritte in der Prozesskette und schließlich der Produktfunktion im Entwicklungsprozess frühzeitig bestimmt werden. Ausgehend von Grundlagenbetrachtungen und dem Stand der Forschung und Technik werden systematisch der Handlungsbedarf und das Simulationskonzept abgeleitet. An Beispielen wird die vorgeschlagene Simulationskette exemplarisch durchlaufen und anhand experimenteller Teiluntersuchungen validiert. Schlussendlich werden die verfügbaren Methoden des Dimensional Managements identifiziert und den Prozessschritten im Produktenwicklungsmodell zugeordnet, um das Toleranzmanagement in Entwicklungsvorhaben effektiv unterstützen zu können.show moreshow less
  • The production of machined parts is accompanied by deviations from nominal geometry due to technological and economical restrictions. Therefore tolerances are used in product development to constrain the admissible range of deviations. Dimensional management and virtual simulation methods in particular aim to ensure the economic efficiency and suitability of tolerance specifications. An integrated approach of tolerance simulation is proposed in this thesis: Methods of robust design and tolerance analysis are used to virtually derive a robust product and tolerancing concept. Stochastic analysis of part manufacturing processes, assembly and joining processes, as well as of the functionalThe production of machined parts is accompanied by deviations from nominal geometry due to technological and economical restrictions. Therefore tolerances are used in product development to constrain the admissible range of deviations. Dimensional management and virtual simulation methods in particular aim to ensure the economic efficiency and suitability of tolerance specifications. An integrated approach of tolerance simulation is proposed in this thesis: Methods of robust design and tolerance analysis are used to virtually derive a robust product and tolerancing concept. Stochastic analysis of part manufacturing processes, assembly and joining processes, as well as of the functional behaviour of products under conditions of use is performed. This allows the dimensional accuracy and the robustness of product function to be evaluated at an early stage in the product development process. Starting from the state of the art the required action to improve the analysis and synthesis process is derived. This finally leads to the proposed simulation concept. Case studies serve as a basis for numeric and experimental evaluation of the proposed approach. Finally the available and developed methods used in dimensional management can be assigned to the stages of the product development process in order to improve the dimensional management process in product development projects.show moreshow less

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Metadaten
Author:Andreas Stockinger
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus-22636
ISBN:978-3-18-340901-3
Advisor:Harald Meerkamm
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2010
Publishing Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2010/10/13
Release Date:2011/02/07
Tag:Experimentelle Validierung; Response Surface Methode; Robust Design; Toleranzsimulation
Response Surface Method; Robust Design; Tolerance Simulation; Validation by Experiments
SWD-Keyword:Computersimulation; Monte-Carlo-Simulation; Toleranz <Technik>; Finite-Elemente-Methode; Nichtlineare Finite-Elemente-Methode; Statistik
Original publication:Stockinger, Andreas: Computer Aided Robust Design – Verknüpfung rechnerunterstützter Entwicklung und virtueller Fertigung als Baustein des Toleranzmanagements. - Düsseldorf : VDI-Verlag, 2011. - Fortschritt-Bericht VDI Reihe 1 ; 409)
Institutes:Technische Fakultät / Technische Fakultät -ohne weitere Spezifikation-
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
MSC-Classification:62-XX STATISTICS / 62Kxx Design of experiments [See also 05Bxx] / 62K25 Robust parameter designs
open_access (DINI-Set):open_access