Generative Parametrische Modellierung von Strukturkomponenten für die Technische Vererbung

Abstract

Im Sonderforschungsbereich(SFB) 653 der Leibniz Universität Hannover wird an gentelligenten Bauteilen geforscht, welche über bauteilinhärente Elemente zum Erfassen von Daten über Umgebungsbedingungen verfügen. Diese Bauteile eröffnen die Möglichkeit Informationen bezüglich der tatsächlichen Funktion und Nutzung von Produkten zu sammeln. Insbesondere für die Produktentwicklung können diese genutzt werden, um die Bauteile der Nachfolgegeneration durch eine „Technische Vererbung“ optimal an tatsächliche Einsatzbedingungen anzupassen. In dieser Arbeit wird untersucht, wie eine Technischen Vererbung für Strukturkomponenten realisiert werden kann. Dafür wird eine rechnerunterstützte Entwicklungsumgebung konzipiert, mit der die Gestalt solcher Komponente automatisch an veränderte Nutzungsbedingungen angepasst werden kann. Im Fokus steht dabei die Frage, wie ein Produktmodell innerhalb einer solchen Entwicklungsumgebung beschaffen sein muss, um die für die Technische Vererbung notwendige Variabilität zu unterstützen. Auf Basis eines Reifegradmodells, dass den Entwicklungsprozess von Strukturkomponenten abbildet, wird zunächst untersucht welchen Einfluss die Änderung von Nutzungsinformationen in Form von Lastfällen auf diesen Prozess hat. Es wird festgestellt, dass Nutzungsinformationen bereits die Phase der Strukturfindung zu Beginn des Prozesses beeinflussen. Da dieser Umstand eine Integration von Konstruktionswissen in die Umgebung erfordert, wird im Rahmen der Arbeit eine Entwicklungsumgebung implementiert, die auf einer rein parametrischen Geometrierepräsentation basiert. Zur Realisierung eines parametrischen Produktmodells für die Umgebung wird innerhalb der Arbeit eine neue Modellierungsmethode, die generative, parametrische Modellierung (GDA) vorgestellt. Diese basiert auf einer CAD-Datenstruktur, die nicht mehr an der Baustruktur orientiert ist. Dies ist notwendig, da eine Veränderung von Nutzungsinformationen auch die Baustruktur einer Strukturkomponente beeinflussen kann. Beim GDA werden parametrische Modelle auf Basis von Gestaltungszonen aufgebaut, die jeweils nur einen Teilbereich einer Komponente abbilden. Verschiedene konstruktive Lösungen für eine Zone werden in sogenannten Gestaltelementen modelliert. Durch Austauschen solcher Elemente wird eine Variation der Baustruktur und der konstruktiven Lösung für die jeweilige Zone unterstützt. Die Anwendung des GDA wird anhand eines Radträgers demonstriert und die Implementierung der Umgebung im Detail erläutert. Dabei wird auf die Kopplung von GDA- mit FEModellen zur Analyse der mechanischen Eigenschaften eingegangen sowie das entwickelte Optimierungsmodul auf Basis eines genetischen Algorithmus vorgestellt. Durch dieses wird die automatische Anpassung eines GDA-Modells an veränderte Nutzungsbedingungen innerhalb der Entwicklungsumgebung realisiert. Die Arbeit schließt mit einem Anwendungsbeispiel der Entwicklungsumgebung.