WO2004081682A1 - Method for designing and constructing complex technical products - Google Patents

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WO2004081682A1
WO2004081682A1 PCT/AT2004/000087 AT2004000087W WO2004081682A1 WO 2004081682 A1 WO2004081682 A1 WO 2004081682A1 AT 2004000087 W AT2004000087 W AT 2004000087W WO 2004081682 A1 WO2004081682 A1 WO 2004081682A1
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particular according
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Herwig Sorger
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Avl List Gmbh
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    • G06F30/00Computer-aided design [CAD]
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F30/10Geometric CAD
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    • Y02P90/00Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/02Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Definitions

  • the invention relates to a method for the design and construction of complex technical products and their components, in particular internal combustion engines, tools for computer-aided engineering work and tools for computer-aided design being used for the simulation calculation, and program logic for carrying out the method.
  • the object of the present invention is to change the development and construction process for a complex technical product in such a way that all the requirements mentioned can be met reliably and in compliance with high quality standards in a given time frame.
  • sub-requirements In the case of highly complex products in particular, it is advantageous if, after the product requirements have been defined, they are divided into sub-requirements, the sub-requirements preferably being functionally coordinated with one another. Subsequently, it is provided that sub-models to meet the sub-requirements are selected from a predetermined group of aids for computer-aided engineering work. The submodels can be assigned to individual subrequirements. By merging the partial models into a digital model structure, a development model for the entire model can be generated.
  • the invention provides that the product is subdivided into main assemblies within the product structure and that each main assembly is assigned a main skeleton part with auxiliary geometric elements. In this way it is possible to define the structure of a construction by means of relationships between basic geometric elements at a lower level and between components at a higher level, and to automate a construction process even when the parameters of these relationships change. This approach allows you to build a rough design that can be refined step by step without breaking relationships.
  • Fig. 5 shows a communication scheme at the interface CAD / CAE
  • Fig. 6 shows a construction method for an overall engine.
  • the method according to the invention is described using an internal combustion engine.
  • the process is of course also suitable for other complex technical products.
  • Metamethodology is a general approach, the scope of which should be independent of the CAD / CAE tools used.
  • the metamethodology comprises 5 sub-aspects that also interact:
  • the development of sensible sub-models for complex main engine components and their combination into a digital product model enables the component properties to be clearly controlled in accordance with the technical requirements (e.g. function, package, manufacture, assembly, customer service, testability, etc.).
  • the control is carried out by control parameters that are derived from the component specifications or specifications.
  • the goal is the parameterized control of the entire basic engine, consisting of the main assemblies cylinder crankcase, crank drive, cylinder head, valve train and timing drive.
  • control parameters of the individual main assemblies are hierarchically subordinate to the strategic considerations, such as staggered displacement, determination of the number of cylinders, designs, etc. This clear reference flow enables "top-down" control and prevents sources of error through circuit references.
  • the number of control parameters is deliberately limited so that the main motor functions can be displayed on the one hand, and rapid and reliable changes on the other hand Parameters summarized in sets.
  • the basis for a continuous process chain is the mapping of the individual production steps of a component, depending on the complexity different model strategies of the component as well as the manufacturing and machining process are used.
  • the design methodology CON is influenced both by the control parameters SP and by bilateral output variables BO.
  • the tools of the computer-aided engineering work CAE consist for example of accompanying calculation CAC, thermodynamic calculation TDA, finite element method FEA, flow dynamic calculation CFD and acoustic calculation ⁇ CA.
  • simulation tools from the field of CFD (Computational Fluid Dynamics) and FEA (Finite Element Analysis) can directly benefit from the advantages of 3D geometries for the creation of their input data, the difficulty with other tools increases even further, since the for Some CAE calculation tools sometimes require geometry-based data to deviate significantly from the geometric information inherent in an element of the product structure.
  • a characteristic of some simulation tools used in the concept phase of the development process is that they have a very high degree of abstraction. This is partly the case because less information is often available for the definition of basic design features, so it does not have to be calculated very precisely, but short throughput times are of great importance for fast optimization.
  • a known CAE tool for example, is used for the dynamic calculation of valve and control drives of internal combustion engines. It is used in the earliest concept studies and is used with increasing engine maturity with increased detailing in terms of modeling and data. A calculation of the single valve started and, with satisfactory results, proceeded to the full valve train calculation. This is followed by a further increase in complexity with the addition of the control drive or the drive of injection elements.
  • one of the parameters that influences the dynamics of a valve train from the start is the rocker arm stiffness.
  • the aim in the example above is to automatically map the CAD model structure or its data to the CAE data model.
  • the solution shows that in addition to the need to assign components and transfer their parameters appropriately, methods must also be selected and parameterized that are used to determine the required data.
  • FIG. 3 also shows a number of additional orientation points PNTO, PNT1, PNT4, PNT5, PNT6, PNT12, PNT13, PNT14, PNT15, PNT22, PNT24, PNT25, PNT29 , APNTO, APNT1, APNT2, which were assigned to the valve train as part of a methodology. This means that they are retained even if the design is changed. This fact can be used here to easily determine the rocker arm stiffness over the cam angle.
  • the orientation of these orientation points in addition to the component geometry, for example in the form of a data file in STL format (stereolithography format), the representation as shown in FIG. 4 succeeds when the correct coordinate system is taken into account.
  • STL format stereolithography format
  • a CAD data exchange layer e.g. as part of a CAD management system, provides the information in the CAD / CAE interface and manages access and communication. Since the development process is iterative, the calculator or his tool needs direct access to the design to quickly optimize the component shape. He can carry out parameter studies in a simple manner and without involving the designer. However, this is always done in a system that allows the configuration to be adopted when released by the designer.
  • the set-up methodology takes into account the requirements of the metamethodology, but refines the level of detail in terms of practical implementation so that the scope depends on the CAD tools used.
  • the construction methodology makes it possible to define the construction of a construction by means of relationships between basic geometric elements at a lower level and between components at a higher level, and to automate a construction process even when the parameters of these relationships change. This approach allows you to build a rough design that can be refined step by step without breaking relationships.
  • the construction methodology should meet the following objectives:
  • the basic structure of the overall engine is carried out via several main assemblies (crank mechanism, crankcase, cylinder head, valve train, timing mechanism), each of which contains its own main skeleton part.
  • This main skeleton part contains all auxiliary geometries (axes, planes, etc.) that are necessary for the components of the respective main assembly and serves as the top reference for these components.
  • the motor skeleton assembly MSBG is the key element of the applied design methodology. All main skeletal parts HSGM, HSMA, HSKG, HSKT, HSZK, HSVT, HSST are integrated in it. Within the motor skeleton assembly MSBG, the construction parameters PSl to PS7 are exchanged between the individual main skeleton parts via assembly relationships. Since only parametric values are exchanged at this assembly level and no copying geometries are allowed between the individual main skeleton parts, each of these main skeleton parts can also exist on its own. In order to avoid redundancies, a comparison of the parameter values PSl to PS7 is enforced in the motor skeleton module MSBG so that all main skeleton parts functionally and logically match each other.
  • Main skeleton parts are available for the following main engine assemblies:
  • Each main skeleton part is completely independent and contains all the reference geometries relevant to it in the form of curves, planes, axes, points, coordinate systems, etc.
  • the corresponding design parameters are then derived from the respective reference geometry elements and transferred to the other main skeleton parts.
  • the reference geometry elements are then passed on directly to the sub-skeletons or components via copy geometries in order to ensure a clear "top-down" reference flow.
  • the main skeleton part and the relevant component skeleton are basically integrated into each assembly.
  • the copy geometries created in the assemblies refer from the main skeleton part to the component skeleton. All other parts in the assemblies only refer to the component skeleton and must be independent of the main skeleton part.
  • the assembly itself consists of all relevant parts such as cast cores, unfinished parts and finished parts as well as attachments that belong to the assembly. This makes it possible to design several people on one assembly at the same time ("multi-modeling"); the maintenance of the correspondence of the interface references is nevertheless guaranteed.
  • features are an extended class of elements that carry more than just geometric information: they are construction elements that, in addition to their geometric description (shape features) also contain information about their behavior in construction (semantics).
  • shape features are construction elements that, in addition to their geometric description (shape features) also contain information about their behavior in construction (semantics).

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Abstract

The invention relates to a method for designing and constructing complex technical products, especially internal combustion engines, and the components thereof, whereby aids for computer-assisted engineering work are used for the simulation and design, and aids for computer-assisted construction are used for the construction.

Description

Verfahren zur Auslegung und Konstruktion von komplexen technischen ProduktenProcess for the design and construction of complex technical products
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Auslegung und Konstruktion von komplexen technischen Produkten und deren Bauteilen, insbesondere von Brennkraftmaschinen, wobei zur Simulationsberechnung Hilfsmittel zur rechnergestützten Ingenieursarbeit und zur Konstruktion Hilfsmittel zur rechnergestützten Konstruktion eingesetzt werden, sowie eine Programmlogik zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for the design and construction of complex technical products and their components, in particular internal combustion engines, tools for computer-aided engineering work and tools for computer-aided design being used for the simulation calculation, and program logic for carrying out the method.
Für die Hersteller von Kraftfahrzeugen ist es eine existenzielle Aufgabe, den schnellen wechselnden Markttrends mit immer kürzeren Modellzyklen trotz steigendem Kostendruck gerecht zu werden. Daher ist es äußert wichtig, für eine Motorenneuentwicklung zielsicher ein Optimum hinsichtlich den Anforderungen an Wirkungsgrad und Performance sowie dem sicheren Einhalten der gesetzlichen und/oder vom Markt vorgegebenen Randbedingungen zu erreichen. Zu dem gilt es, die Anforderungen hinsichtlich Herstellbarkeit und Robustheit im praktischen Gebrauch zu erfüllen, um das Produkt wettbewerbsfähig zu machen. Diese Anforderungen müssen in Entwicklungsprojekten umgesetzt werden, die immer weniger Zeit für die Entwicklungsarbeiten vorsehen, um eine möglichst rasche Markterschließung zu ermöglichen.It is an existential task for the manufacturers of motor vehicles to meet the rapidly changing market trends with ever shorter model cycles despite increasing cost pressure. It is therefore extremely important to achieve an optimum for a new engine development with regard to the requirements regarding efficiency and performance as well as the safe compliance with the legal and / or market conditions. In addition, the requirements regarding manufacturability and robustness in practical use have to be met in order to make the product competitive. These requirements must be implemented in development projects that provide less and less time for development work in order to open up the market as quickly as possible.
Für die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, den Entwicklungs- und Konstruktionsprozess für ein komplexes technisches Produkt so zu verändern, dass alle genannten Anforderungen in einem vorgegebenen Zeitrahmen zuverlässig und unter Einhaltung hoher Qualitätsstandards erfüllt werden können.The object of the present invention is to change the development and construction process for a complex technical product in such a way that all the requirements mentioned can be met reliably and in compliance with high quality standards in a given time frame.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Lösung dieser Aufgabe in folgenden Schritten gesehen:According to the present invention, the solution to this problem is seen in the following steps:
a) Ablegen von entwicklungsspezifischen Informationen in zumindest einera) Filing of development-specific information in at least one
Wissensdatenbank,Knowledge Base,
b) Definieren der Produktanforderungen,b) defining the product requirements,
c) Erstellen einer Produktstruktur mit den Hilfsmitteln der rechnergestütztenc) Creation of a product structure with the aid of computer-aided
Konstruktion (CAD),Construction (CAD),
d) Auswählen einer Modellstruktur aus den Hilfsmitteln der rechnergestützten Ingenieursarbeit (CAE), e) Transformation zumindest eines Teiles der Parameter der Produktstruktur auf die Modellstruktur,d) selecting a model structure from the tools of computer-aided engineering (CAE), e) transformation of at least some of the parameters of the product structure to the model structure,
f) Simulation und Berechnung zumindest eines Teiles der Modellstruktur desf) simulation and calculation of at least part of the model structure of the
Produktes oder Bauteiles aufgrund der transformierten Parameter der Produktstruktur,Product or component based on the transformed parameters of the product structure,
g) Rücktransformation der aktualisierten Parameter der Modellstruktur auf die Produktstruktur.g) transforming the updated parameters of the model structure back to the product structure.
An der Schnittstelle zwischen Geometriedefinition und Simulation tritt das Problem auf, dass die in einem CAD-System (CAD = Computer Aided Design) gestalteten Produktmodelle und die für die verschiedensten CAE-Berechnungswerk- zeuge (CAE = Computer Aided Engineering) verwendeten Modellstrukturen übereinstimmen müssten, um einen einfach automatisierten Austausch von Daten zu erlauben. Allerdings zeigt bereits eine einfache Analyse, dass die in den Simulationssystemen benötigte Modellstruktur nicht mit der Produktstruktur korreliert, die in CAD-Systemen und PDM-Systemen (PDM = Product Data Management) vorhanden ist. Durch die Transformation der Parameter aus der Produktstruktur in die Modelstruktur und die Rücktransformation kann eine Übereinstimmung zwischen Rechen- und Konstruktionsmodellen erreicht werden.At the interface between geometry definition and simulation, the problem arises that the product models designed in a CAD system (CAD = Computer Aided Design) and the model structures used for the various CAE calculation tools (CAE = Computer Aided Engineering) would have to match, to allow a simple automated exchange of data. However, a simple analysis already shows that the model structure required in the simulation systems does not correlate with the product structure that is present in CAD systems and PDM systems (PDM = Product Data Management). Through the transformation of the parameters from the product structure into the model structure and the back transformation, a correspondence between calculation and construction models can be achieved.
Insbesondere bei hochkomplexen Produkten ist es vorteilhaft, wenn nach Definition der Produktanforderungen diese in Teilanforderungen unterteilt werden, wobei vorzugsweise die Teilanforderungen funktioneil miteinander abgestimmt werden. In weiterer Folge ist vorgesehen, dass Teilmodelle zur Erfüllung der Teilanforderungen aus einer vorgegebenen Gruppe von Hilfsmitteln zur rechnergestützten Ingenieursarbeit ausgewählt werden. Die Teilmodelle können dabei einzelnen Teilanforderungen zugeordnet sein. Durch Zusammenführen der Teilmodelle zu einer digitalen Modellstruktur kann ein Entwicklungsmodell für das gesamte Modell erzeugt werden.In the case of highly complex products in particular, it is advantageous if, after the product requirements have been defined, they are divided into sub-requirements, the sub-requirements preferably being functionally coordinated with one another. Subsequently, it is provided that sub-models to meet the sub-requirements are selected from a predetermined group of aids for computer-aided engineering work. The submodels can be assigned to individual subrequirements. By merging the partial models into a digital model structure, a development model for the entire model can be generated.
Um eine parametrierte Steuerung des Produktes, beispielsweise eines gesamten Grundmotors bestehend aus den Hauptbaugruppen Zylinderkurbelgehäuse, Kurbeltrieb, Zylinderkopf, Ventiltrieb und Steuertrieb, vornehmen zu können, ist vorgesehen, dass die Produkteigenschaften und/oder Anforderungen durch Steuerparameter definiert werden.In order to be able to carry out a parameterized control of the product, for example an entire basic engine consisting of the main assemblies cylinder crankcase, crank drive, cylinder head, valve train and timing drive, it is provided that the product properties and / or requirements are defined by control parameters.
Zum Vergleich und zur Beurteilung von äquivalenten Produktionsmethoden innerhalb der Prozesskette ist es besonders vorteilhaft, wenn einzelne Produktionsschritte eines Bauteiles abgebildet werden. Dabei können in Abhängigkeit der Komplexität des Bauteiles sowie des Herstellungs- und Bearbeitungsprozesses unterschiedliche Modellstrategien zum Einsatz kommen. In weiterer Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Produkt innerhalb der Produktstruktur in Hauptbaugruppen unterteilt wird und jeder Hauptbaugruppe ein Hauptskelettteil mit Hilfsgeometrieelementen zugeordnet ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Aufbau einer Konstruktion durch Beziehungen zwischen geometrischen Grundelementen auf niedriger Ebene und zwischen Bauteilen auf höherer Ebene festzulegen und auch bei Änderung der Parameter dieser Beziehungen einen Konstruktionsablauf zu automatisieren. Diese Vorgangsweise erlaubt den Aufbau einer groben Entwurfskonstruktion, die schrittweise verfeinert werden kann, ohne die Beziehungen zu verletzen.For comparison and assessment of equivalent production methods within the process chain, it is particularly advantageous if individual production steps of a component are mapped. Depending on the complexity of the component and the manufacturing and machining process, different model strategies can be used. Another version The invention provides that the product is subdivided into main assemblies within the product structure and that each main assembly is assigned a main skeleton part with auxiliary geometric elements. In this way it is possible to define the structure of a construction by means of relationships between basic geometric elements at a lower level and between components at a higher level, and to automate a construction process even when the parameters of these relationships change. This approach allows you to build a rough design that can be refined step by step without breaking relationships.
Die Erfindung wird im Folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigenThe invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm im Gesamtentwicklungsprozess eines Produktes,1 is a flowchart in the overall development process of a product,
Fig. 2 ein Blockschaubild über die Schnittstellenintegration Simulation- Konstruktion,2 is a block diagram of the interface integration simulation design,
Fig. 3 einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit berechnungsspezifischen Orientierungspunkten,3 shows a valve train of an internal combustion engine with calculation-specific orientation points,
Fig. 4 einen vernetzten Schlepphebel mit Orientierungspunkt-Information,4 shows a networked rocker arm with orientation point information,
Fig. 5 ein Kommunikationsschema an der Schnittstelle CAD/CAE undFig. 5 shows a communication scheme at the interface CAD / CAE and
Fig. 6 eine Aufbaumethode für einen Gesamtmotor.Fig. 6 shows a construction method for an overall engine.
Kernpunkt der nachfolgend im Detail beschriebenen Methoden- und Sequenzoptimierung ist das digitale Produktmodell, das einfache, nur aus 2D- oder SD-Geometrie bestehende Modelle ersetzt und neben der Geometrie alle Daten erfasst, die während der unterschiedlichen Entwicklungsphasen anfallen. Die damit zwangsläufig entstehende Datenflut bedingt komplexe Systeme zur Datenhaltung, wie EDM (Engineering Data Management) und PDM (Product Data Management).The key point of the method and sequence optimization described in detail below is the digital product model, which replaces simple models consisting only of 2D or SD geometry and, in addition to the geometry, records all data that arise during the different development phases. The inevitably resulting flood of data requires complex systems for data storage, such as EDM (Engineering Data Management) and PDM (Product Data Management).
Die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt anhand einer Brennkraftmaschine. Das Verfahren ist aber selbstverständlich auch für andere komplexe technische Produkte geeignet.The method according to the invention is described using an internal combustion engine. The process is of course also suitable for other complex technical products.
Vor dem Hintergrund der aktuellen Erweiterungen der Modellvielfalt von Fahrzeugherstellern und der damit verbundenen Kombination von Ladungswechsel- und Verbrennungstechnologien mit existierenden und neuen Motorbaureihen kommt der Flexibilität neu geschaffener Prozesse und Methoden große Bedeu- tung zu. Die Festlegung der Motorhauptabmessungen erfordert dabei strategische Überlegungen zur Hubraumstaffelung sowie der Festlegung von Zylinderzahlen und Bauformen, die in der Konstruktionsmethodik abgebildet werden müssen. Ziel neuer Konstruktionsprozesse ist demnach neben der Optimierung der Konstruktionszeit sowie gesteigerter Qualität die Anpassbarkeit und Reproduzierbarkeit der Randbedingungen. Desweiteren soll die Möglichkeit der direkten Weiterverwendung von Konzepten für die Layout- und Detailphase sowie für simultan ablaufende und nachfolgende Prozesse bestehen, womit eine Straffung des Gesamtentwicklungsprozesses erreicht wird.Against the background of the current expansion of the model diversity of vehicle manufacturers and the associated combination of gas exchange and combustion technologies with existing and new engine series, the flexibility of newly created processes and methods is of great importance tion to. The determination of the main engine dimensions requires strategic considerations for the staggered displacement and the determination of the number of cylinders and designs, which must be mapped in the design methodology. In addition to optimizing the construction time and increasing the quality, the goal of new design processes is the adaptability and reproducibility of the boundary conditions. Furthermore, there should be the possibility of directly using concepts for the layout and detail phase as well as for simultaneous and subsequent processes, thereby streamlining the overall development process.
Alle Maßnahmen dienen dazu, die notwendige Qualität zu schaffen, um in einem Schritt den hohen Konstruktionsreifegrad zu erzielen, der die Eliminierung einer Motorgeneration ermöglicht.All measures serve to create the necessary quality in order to achieve the high degree of structural maturity in one step, which enables the elimination of a motor generation.
Dementsprechend lassen sich zur Realisierung folgende 3 Schwerpunkte ableiten:Accordingly, the following 3 priorities can be derived for implementation:
• Metamethodik• Metamethodology
• Aufbaumethodϊk• Building methodϊk
• Sequen optimie ung durch Nutzung der Feature-Technologie• Sequence optimization by using the feature technology
Unter Metamethodik versteht man einen übergeordneten Ansatz, dessen Geltungsbereich unabhängig von den eingesetzten CAD/CAE Werkzeugen sein soll. Die Metamethodik umfasst 5 Teilaspekte, die ergänzend ineinandergreifen:Metamethodology is a general approach, the scope of which should be independent of the CAD / CAE tools used. The metamethodology comprises 5 sub-aspects that also interact:
o Wissensdatenban en/Lastenhefteo Knowledge databases / specifications
• Modularisierting und Frontloading• Modularization and frontloading
• Steuerparameter• control parameters
• Produktionsäquivalenz• Production equivalence
• Schnittstellenintegration• Interface integration
Da der Großteil der Konstruktionen nicht ohne Vorbild („Neukonstruktion erster Art") entsteht, sondern durch die Konfiguration und/oder Kombination von bereits bekannten Voll- oder Teillösungen ("Neukonstruktion zweiter Art"), ist der Aufbau und die Implementierung von Entwicklungs- und Wissensdatenbanken für die Nutzung bereits gesammelter Erfahrung von zentraler Bedeutung. Dabei soll einerseits das Wissen einzelner erfahrener Mitarbeiter, welche die Übertragbarkeit vergangener und ihnen bekannter Lösungen bereits heute nützen, zugänglich gemacht werden, andererseits werden Lastenhefte generiert, die die Eigenschaften bekannter Bauteile so genau wie möglich spezifizieren. In diesem Zusammenhang orientieren sich die Anforderungen nicht nur an den Produkteigen- schaften, sondern auch an der durchgängigen rechnerunterstützten Prozesskette. Damit werden ungewollte Iterationen im Gesamtentwicklungsprozess vermieden. Basis für diese Objektorientierung sind EDM- und PDM-Systeme, die plattformunabhängig und projektphasenübergreifend nutzbar sein müssen.Since the majority of the constructions are not created without a model ("new construction of the first type"), but rather through the configuration and / or combination of already known full or partial solutions ("new construction of the second type"), the structure and implementation of development and Knowledge databases are of central importance for the use of experience that has already been gathered, on the one hand to make the knowledge of experienced employees who already use the portability of past and known solutions available, and on the other hand to generate specifications that describe the properties of known components as precisely as possible In this context, the requirements are based not only on the product but also on the integrated computer-assisted process chain. This avoids unwanted iterations in the overall development process. The basis for this object orientation are EDM and PDM systems, which must be platform independent and can be used across project phases.
Die ursprüngliche Möglichkeit der Konstruktionsmethodik, zu Korrekturzwecken Rücksprünge an bestimmte Stellen im zeitlichen Ablauf des Konstruktionsablaufes vorzunehmen, ohne dabei die grundsätzliche Reihenfolge der Bearbeitung zu verlassen, wird ersetzt durch neue, teils systematische, teils chaotische Vorgehensweisen auf Basis von Teilmodellen und digitalisierten Produktmodellen. Grundvoraussetzung dafür ist die Modularisierung des Produktes in Teilaufgaben sowie die Beschreibung der Zusammenhänge zwischen diesen Teilaufgaben. Durch ein intensives Frontloading (Fig. 1) können die Teilaufgaben im Sinne eines Concurrent Engineering sodann optimal verzahnt werden. In Fig. 1 ist der Entwicklungsgrad E und der Input I über die Entwicklungszeit t aufgetragen. Mit Bezugszeichen 1 bis 4 sind die einzelnen Entwicklungsphasen Konzeptstudie, Vorentwicklung, Serienentwicklung und Serienabsicherung bezeichnet. Der Vorgang des sogenannten Frontloadings, also des Vorziehens des Einbringens von entwicklungsspezifischen Informationen, ist mit den Pfeilen P angedeutet.The original possibility of the construction methodology, for correction purposes, to return to certain points in the course of the construction process without leaving the basic sequence of processing, is replaced by new, partly systematic, partly chaotic procedures based on partial models and digitized product models. The basic requirement for this is the modularization of the product in subtasks and the description of the relationships between these subtasks. Through intensive frontloading (Fig. 1), the subtasks can then be optimally interlinked in the sense of concurrent engineering. 1, the degree of development E and the input I are plotted over the development time t. Reference numbers 1 to 4 denote the individual development phases of concept study, pre-development, series development and series assurance. The process of the so-called front loading, that is to say bringing forward the introduction of development-specific information, is indicated by the arrows P.
Die Erarbeitung von sinnvollen Teilmodellen für komplexe Motorhauptbauteile sowie deren Zusammenführung zu einem digitalen Produktmodell ermöglicht eine eindeutige Steuerung der Bauteileigenschaften entsprechend der technischen Anforderung (z.B. Funktion, Package, Fertigung, Montage, Kundendienst, Prüf- barkeit etc.). Die Steuerung erfolgt dabei durch Steuerparameter, die aus den Bauteilspezifikationen bzw. Lastenheften abgeleitet werden. Ziel ist die paramet- rierte Steuerung des gesamten Grundmotors, bestehend aus den Hauptbaugruppen Zylinderkurbelgehäuse, Kurbeltrieb, Zylinderkopf, Ventiltrieb und Steuertrieb.The development of sensible sub-models for complex main engine components and their combination into a digital product model enables the component properties to be clearly controlled in accordance with the technical requirements (e.g. function, package, manufacture, assembly, customer service, testability, etc.). The control is carried out by control parameters that are derived from the component specifications or specifications. The goal is the parameterized control of the entire basic engine, consisting of the main assemblies cylinder crankcase, crank drive, cylinder head, valve train and timing drive.
Die Steuerparameter der einzelnen Hauptbaugruppen sind dabei hierarchisch den strategischen Überlegungen, wie Hubraumstaffelung, Festlegung von Zylinderzahlen, Bauformen etc. untergeordnet. Durch diesen klaren Referenzfluss wird eine „top-down"-Steuerung ermöglicht und Fehlerquellen durch Kreisreferenzen verhindert. Die Anzahl der Steuerparameter wird bewusst so limitiert, dass einerseits die motorischen Hauptfunktionen, andererseits rasche und prozesssichere Änderungen dargestellt werden können. Zur besseren Übersichtlichkeit werden dabei die Parameter in Sets zusammengefasst.The control parameters of the individual main assemblies are hierarchically subordinate to the strategic considerations, such as staggered displacement, determination of the number of cylinders, designs, etc. This clear reference flow enables "top-down" control and prevents sources of error through circuit references. The number of control parameters is deliberately limited so that the main motor functions can be displayed on the one hand, and rapid and reliable changes on the other hand Parameters summarized in sets.
Die Basis für eine durchgängige Prozesskette stellt die Abbildung der einzelnen Produktionsschritte eines Bauteiles dar, wobei in Abhängigkeit der Komplexität des Bauteiles sowie des Herstellungs- und Bearbeitungsprozesses unterschiedliche Modellstrategien zum Ansatz kommen.The basis for a continuous process chain is the mapping of the individual production steps of a component, depending on the complexity different model strategies of the component as well as the manufacturing and machining process are used.
An der Schnittstelle zwischen Geometriedefinition und Simulation tritt das Problem auf, dass die im CAD-System gestalteten Produktmodelle und die für die verschiedensten CAE-Berechnungswerkzeuge verwendeten Modellstrukturen übereinstimmen müßten, um einen einfach automatisierbaren Austausch von Daten zu erlauben. Allerdings zeigt bereits eine einfache Analyse, dass die in den Simulationssystemen benötigte Modellstruktur nicht mit der Produktstruktur korreliert, die in CAD-Systemen und PDM-Systemen vorhanden ist. Dementsprechend ist die Integration der Schnittstellen in den konstruktionsmethodischen Ansatz CON unabdingbar. Fig. 2 zeigt schematisch den Weg, die Modellanforderungen aus den verschiedenen Simulationsbereichen der rechnergestützten Ingenieurarbeit CAE so in das CAD-Modell zu integrieren, dass einerseits eine Übereinstimmung zwischen den funktionsbeschreibenden Steuerparametern SP, andererseits die Möglichkeit einer wechselseitigen Kommunikation bei Änderungen dieser Steuerparameter SP gegeben ist. Die Konstruktionsmethodik CON wird dabei sowohl von den Steuerparametern SP als auch von bilateralen Outputgrößen BO beein- flusst. Die Hilfsmittel der rechnergestützten Ingenieurarbeit CAE bestehen beispielsweise aus begleitender Berechnung CAC, thermodynamischer Berechnung TDA, Finite Elemente Methode FEA, strömungsdynamischer Berechnung CFD und akustischer Berechnung ÄCA.At the interface between geometry definition and simulation, the problem arises that the product models designed in the CAD system and the model structures used for the various CAE calculation tools would have to match in order to allow an easily automated exchange of data. However, a simple analysis already shows that the model structure required in the simulation systems does not correlate with the product structure that is present in CAD systems and PDM systems. Accordingly, the integration of the interfaces in the construction method approach CON is essential. Fig. 2 shows schematically the way to integrate the model requirements from the various simulation areas of computer-aided engineering CAE into the CAD model in such a way that on the one hand there is a correspondence between the function-describing control parameters SP, and on the other hand there is the possibility of mutual communication when these control parameters SP change , The design methodology CON is influenced both by the control parameters SP and by bilateral output variables BO. The tools of the computer-aided engineering work CAE consist for example of accompanying calculation CAC, thermodynamic calculation TDA, finite element method FEA, flow dynamic calculation CFD and acoustic calculation ÄCA.
Während Simulationswerkzeuge aus dem Bereich CFD (Computational Fluid Dynamics) und FEA (Finite Element Analysis) dabei in hohem Maß direkt die Vorteile von 3D-Geometrien für die Erstellung ihrer Eingabedaten nützen können, erhöht sich die Schwierigkeit bei anderen Tools noch zusätzlich, da die für einige CAE- Berechnungswerkzeuge notwendigen geometriebasierten Daten zum Teil erheblich von der geometrischen Information, die einem Element der Produktstruktur innewohnt, abweichen. Kennzeichen für einige in der Konzeptphase des Entwicklungsprozesses eingesetzte Simulationswerkzeuge ist, dass sie einen sehr hohen Abstraktionsgrad aufweisen. Dies ist zum Teil deshalb der Fall, weil für die Festlegung von grundsätzlichen Gestaltungsmerkmalen oft weniger Information zur Verfügung steht, daher also nicht sehr genau gerechnet werden muss, für eine schnelle Optimierung jedoch kurze Durchlaufzeiten von großer Bedeutung sind.While simulation tools from the field of CFD (Computational Fluid Dynamics) and FEA (Finite Element Analysis) can directly benefit from the advantages of 3D geometries for the creation of their input data, the difficulty with other tools increases even further, since the for Some CAE calculation tools sometimes require geometry-based data to deviate significantly from the geometric information inherent in an element of the product structure. A characteristic of some simulation tools used in the concept phase of the development process is that they have a very high degree of abstraction. This is partly the case because less information is often available for the definition of basic design features, so it does not have to be calculated very precisely, but short throughput times are of great importance for fast optimization.
Ein bekanntes CAE-Werkzeug beispielsweise wird zur Dynamikberechnung von Ventil- und Steuertrieben von Brennkraftmaschinen eingesetzt. Es findet bereits in den frühesten Konzeptuntersuchungen Verwendung und wird mit zunehmender Reife des Motors mit einer gesteigerten Detaillierung hinsichtlich Modellierung und Daten eingesetzt. Dabei wird mit einer Berechnung des Einzelventil- triebs begonnen und bei zufriedenstellenden Resultaten zur Vollventiltriebsbe- rechnung übergegangen. Danach erfolgt eine weitere Steigerung der Komplexität mit der Ergänzung des Steuertriebs bzw. des Antriebs von Einspritzelementen.A known CAE tool, for example, is used for the dynamic calculation of valve and control drives of internal combustion engines. It is used in the earliest concept studies and is used with increasing engine maturity with increased detailing in terms of modeling and data. A calculation of the single valve started and, with satisfactory results, proceeded to the full valve train calculation. This is followed by a further increase in complexity with the addition of the control drive or the drive of injection elements.
Beispielsweise ist einer der Parameter, der in einem Ventiltrieb von Anfang an die Dynamik mitbeeinflusst, die Schlepphebelsteifigkeit.For example, one of the parameters that influences the dynamics of a valve train from the start is the rocker arm stiffness.
Sie kann anfangs mit einfachen Ansätzen geschätzt werden, mit zunehmender konstruktiver Gestaltung soll jedoch eine genaue Ermittlung erfolgen. Bisher mussten dazu entweder Ersatzmodelle verwendet werden oder der Berechner unterzog sich dem mühsamen Prozess, die äquivalente Steifigkeit durch eine FE- Berechnung zu ermitteln. Dabei wurden vielfach sowohl eine unterschiedliche Methodik als auch unterschiedliche Werkzeuge verwendet.It can initially be estimated with simple approaches, but with increasing constructive design, an exact determination should be made. So far, either replacement models had to be used or the calculator underwent the tedious process of determining the equivalent stiffness using an FE calculation. In many cases, both a different methodology and different tools were used.
Ziel im angeführten Beispiel ist nun, ein automatisches Mapping der CAD-Modellstruktur bzw. ihrer Daten auf das CAE-Datenmodell vorzunehmen. Der Lösungsweg zeigt, dass neben der Notwendigkeit, Bauteile zuzuordnen und deren Parameter geeignet zu übertragen, auch Methoden ausgewählt und parametriert werden müssen, die für die Ermittlung der benötigten Daten verwendet werden.The aim in the example above is to automatically map the CAD model structure or its data to the CAE data model. The solution shows that in addition to the need to assign components and transfer their parameters appropriately, methods must also be selected and parameterized that are used to determine the required data.
Diese Erkenntnis führt schnell auf die Notwendigkeit, vom Ideal einer vollautomatischen Transformation solcher Daten abzusehen. Die diesem am nächsten kommende Lösung liegt darin, einen Weg für eine im Rahmen einer Methodikfestlegung nur einmal zu leistende Definitionstätigkeit zu suchen. Da aus Gründen der Allgemeinheit hier ein Verfahren benötigt wird, bei dem Rechnungen wie z.B. FE-Analysen nicht innerhalb eines CAD-Systems ausgeführt werden, sondern im Sinne einer definierbaren Werkzeugkette außerhalb ablaufen müssen, sind lediglich Parameterdefinitionen und der Aufbau berechnungsspezifischer Modellstrukturen möglich. In Fig. 3 erkennt man neben der Darstellung des Ventiltriebs 10 mit Schlepphebeln 11 für Gaswechselventile 12 auch noch eine Reihe von zusätzlichen Orientierungspunkten PNTO, PNT1, PNT4, PNT5, PNT6, PNT12, PNT13, PNT14, PNT15, PNT22, PNT24, PNT25, PNT29, APNTO, APNT1, APNT2, die dem Ventiltrieb im Rahmen einer Methodikfestlegung assoziativ zugeordnet wurden. Damit bleiben sie auch im Fall der Änderung der Konstruktion erhalten. Diese Tatsache lässt sich hier dazu benutzen, um in einfacher Weise die Schlepphebelsteifigkeit über dem Nockenwinkel zu bestimmen. Mit der Herausführung dieser Orientierungspunkte zusätzlich zur Bauteilgeometrie, z.B. in Form eines Datenfiles im STL-Format (Stereolithographie-Format), gelingt bei Berücksichtigung des richtigen Koordinatensystems die Darstellung wie in Fig. 4 gezeigt. Hier sieht man bereits das automatisch vernetzte Bauteil und die für die Lagerung bzw. Aufbringung der Last notwendigen Orientierungspunkte PNTO, PNT2, PNT12, APNT1 für Ort und Richtung. Das Auffinden der passenden Knoten gelingt danach in einfacher Weise.This finding quickly leads to the need to dispense with the ideal of fully automated transformation of such data. The closest solution to this is to find a way for a definition activity to be performed only once within the framework of a methodology definition. Since, for reasons of generality, a procedure is required here in which calculations such as FE analyzes are not carried out within a CAD system, but instead have to run outside in the sense of a definable tool chain, only parameter definitions and the construction of calculation-specific model structures are possible. In addition to the representation of the valve train 10 with rocker arms 11 for gas exchange valves 12, FIG. 3 also shows a number of additional orientation points PNTO, PNT1, PNT4, PNT5, PNT6, PNT12, PNT13, PNT14, PNT15, PNT22, PNT24, PNT25, PNT29 , APNTO, APNT1, APNT2, which were assigned to the valve train as part of a methodology. This means that they are retained even if the design is changed. This fact can be used here to easily determine the rocker arm stiffness over the cam angle. With the orientation of these orientation points in addition to the component geometry, for example in the form of a data file in STL format (stereolithography format), the representation as shown in FIG. 4 succeeds when the correct coordinate system is taken into account. Here you can already see the automatically networked component and the orientation points PNTO, PNT2, PNT12, necessary for the storage or application of the load, APNT1 for location and direction. The matching nodes can then be found easily.
Verallgemeinert kann gesagt werden, dass es möglich ist, auch komplexe Ableitungen von Daten aus Bauteilen bzw. Baugruppen zu ermitteln. Es entsteht dabei eine Zwischenschicht, die die erforderlichen Methoden zur Verfügung stellt (Fig. 5) und diese hinsichtlich ihrer Parameter verwaltet. Auf diese Weise können sämtliche geometriebasierte Daten des CAE-Datenmodells gewonnen werden, sofern sie über methodische und automatisierbare Ansätze ermittelt wurden.In general it can be said that it is also possible to determine complex derivations of data from components or assemblies. This creates an intermediate layer that provides the required methods (FIG. 5) and manages these with regard to their parameters. In this way, all geometry-based data of the CAE data model can be obtained, provided that it was determined using methodical and automatable approaches.
Eine CAD-Datenaustauschschicht, z.B. im Rahmen eines CAD-Verwaltungssystems, stellt die Informationen in der Schnittstelle CAD/CAE zur Verfügung und verwaltet Zugriff und Kommunikation. Da der Entstehungsprozess iterativ ist, benötigt der Berechner bzw. sein Werkzeug zur schnellen Optimierung der Bauteilgestalt einen direkten Zugriff auf die Konstruktion. Dabei kann er in einfacher Weise, und ohne den Konstrukteur einzubeziehen, Parameterstudien durchführen. Diese erfolgen jedoch immer in einem System, welches erlaubt, bei Freigabe durch den Konstrukteur die entstandene Konfiguration zu übernehmen.A CAD data exchange layer, e.g. as part of a CAD management system, provides the information in the CAD / CAE interface and manages access and communication. Since the development process is iterative, the calculator or his tool needs direct access to the design to quickly optimize the component shape. He can carry out parameter studies in a simple manner and without involving the designer. However, this is always done in a system that allows the configuration to be adopted when released by the designer.
Die Aufbaumethodik berücksichtigt die Vorgaben der Metamethodik, verfeinert aber den Detailgehalt hinsichtlich der praktischen Umsetzung so, dass der Geltungsbereich abhängig von den eingesetzten CAD-Werkzeugen ist. Die Aufbaumethodik ermöglicht es, den Aufbau einer Konstruktion durch Beziehungen zwischen geometrischen Grundelementen auf niedriger Ebene und zwischen Bauteilen auf höherer Ebene festzulegen und auch bei Änderung der Parameter dieser Beziehungen einen Konstruktionsablauf zu automatisieren. Diese Vorgangsweise erlaubt den Aufbau einer groben Entwurfskonstruktion, die schrittweise verfeinert werden kann, ohne die Beziehungen zu verletzen.The set-up methodology takes into account the requirements of the metamethodology, but refines the level of detail in terms of practical implementation so that the scope depends on the CAD tools used. The construction methodology makes it possible to define the construction of a construction by means of relationships between basic geometric elements at a lower level and between components at a higher level, and to automate a construction process even when the parameters of these relationships change. This approach allows you to build a rough design that can be refined step by step without breaking relationships.
Die Aufbaumethodik soll dabei folgenden Zielsetzungen gerecht werden:The construction methodology should meet the following objectives:
- Bündelung des über Jahre aufgebauten Know-hows bezüglich 3D-CAD Modellierung- Bundling of the know-how built up over years regarding 3D CAD modeling
- Abdeckung der gebräuchlichsten Motorkonfigurationen (Reihenmotor, V-Mo- tor, beliebige Zylinderzahlen)- Coverage of the most common engine configurations (in-line engine, V-engine, any number of cylinders)
- Durchgängig einheitliches Schema des Modellaufbaues, um jeden Konstrukteur in die Lage zu versetzen, auch ihm nicht bekannte Modelle nachzubear- beiten- Consistently uniform scheme of the model structure in order to enable every designer to rework models that are also unknown to him
- Multi-Modeling Fähigkeit zum arbeitsteiligen Bearbeiten komplexer Bauteile und Baugruppen - Volle Ausschöpfung der parametrischen Möglichkeiten des CAD-Systems mit Fokus auf den Einsatz von standardisierten Strukturen zur Beschleunigung des Modellaufbaues und der Modelländerung, speziell in der Konzeptphase- Multi-modeling ability to work on complex parts and assemblies - Full exploitation of the parametric possibilities of the CAD system with focus on the use of standardized structures to accelerate the model construction and the model change, especially in the concept phase
- Klare Definition des Referenzflusses zwischen den einzelnen Motorbauteilen- Clear definition of the reference flow between the individual engine components
- Unabhängigkeit der einzelnen Motorhauptbaugruppen, um die Konstruktionsmethodik auch in Projekten anwenden zu können, in denen nur wenige Bauteile zu konstruieren sind.- Independence of the individual main engine assemblies so that the design methodology can also be used in projects in which only a few components need to be designed.
- Weitgehend automatische Erzeugung von:- Largely automatic generation of:
• abgeleiteten Modellen für die Bauteilsimulation• derived models for component simulation
• vereinfachten DMU-Modellen (Digital Mockup) für Einbauuntersuchungen• simplified DMU models (digital mockup) for installation examinations
• Schnittstellenteilen zur Kontrolle des funktionalen Zusammenspiels der Bauteile• Interface parts to control the functional interaction of the components
Nachfolgend wird die Aufbaumethodik näher beschrieben.The construction methodology is described in more detail below.
Der grundsätzliche Aufbau des Gesamtmotors erfolgt über mehrere Hauptbaugruppen (Kurbeltrieb, Kurbelgehäuse, Zylinderkopf, Ventiltrieb, Steuertrieb), von denen jede ein eigenes Hauptskelettteil enthält. Dieses Hauptskelettteil beinhaltet alle Hilfsgeometrien (Achsen, Ebenen usw.), die für die Bauteile der jeweiligen Hauptbaugruppe notwendig sind und dient als oberste Referenz für diese Bauteile.The basic structure of the overall engine is carried out via several main assemblies (crank mechanism, crankcase, cylinder head, valve train, timing mechanism), each of which contains its own main skeleton part. This main skeleton part contains all auxiliary geometries (axes, planes, etc.) that are necessary for the components of the respective main assembly and serves as the top reference for these components.
Die Motorskelettbaugruppe MSBG ist das Schlüsselelement der angewandten Konstruktionsmethodik. In ihr sind alle Hauptskelettteile HSGM, HSMA, HSKG, HSKT, HSZK, HSVT, HSST integriert. Innerhalb der Motorskelettbaugruppe MSBG erfolgt der Austausch der Konstruktionsparameter PSl bis PS7 zwischen den einzelnen Hauptskelettteilen über Baugruppenbeziehungen. Da auf dieser Baugruppenebene nur parametrische Werte ausgetauscht werden und keine Kopiergeometrien zwischen den einzelnen Hauptskelettteilen erlaubt sind, ist jeder dieser Hauptskelettteile auch alleine existenzfähig. Um Redundanzen zu vermeiden, wird in der Motorskelettbaugruppe MSBG ein Abgleich der Parameterwerte PSl bis PS7 erzwungen, sodass alle Hauptskelettteile funktional logisch zueinander- passen.The motor skeleton assembly MSBG is the key element of the applied design methodology. All main skeletal parts HSGM, HSMA, HSKG, HSKT, HSZK, HSVT, HSST are integrated in it. Within the motor skeleton assembly MSBG, the construction parameters PSl to PS7 are exchanged between the individual main skeleton parts via assembly relationships. Since only parametric values are exchanged at this assembly level and no copying geometries are allowed between the individual main skeleton parts, each of these main skeleton parts can also exist on its own. In order to avoid redundancies, a comparison of the parameter values PSl to PS7 is enforced in the motor skeleton module MSBG so that all main skeleton parts functionally and logically match each other.
Für folgende Motorhauptbaugruppen sind Hauptskelettteile vorhanden:Main skeleton parts are available for the following main engine assemblies:
1. Gesamtmotor HSGM, HSMA1. Overall engine HSGM, HSMA
2. Zylinderkurbelgehäuse HSKG2. HSKG cylinder crankcase
3. Kurbeltrieb HSKT 4. Zylinderkopf HSZK3. HSKT crank mechanism 4. HSZK cylinder head
5. Ventiltrieb HSVT5. Valve train HSVT
6. Steuertrieb HSST6. Control gear HSST
Jedes Hauptskelettteil ist komplett eigenständig aufgebaut und beinhaltet alle für ihn relevanten Bezugsgeometrien in Form von Kurven, Ebenen, Achsen, Punkten, Koordinatensystemen etc.Each main skeleton part is completely independent and contains all the reference geometries relevant to it in the form of curves, planes, axes, points, coordinate systems, etc.
Von den jeweiligen Bezugsgeometrieelementen werden dann die entsprechenden Konstruktionsparameter abgeleitet und an die anderen Hauptskelettteile übergeben.The corresponding design parameters are then derived from the respective reference geometry elements and transferred to the other main skeleton parts.
Die Bezugsgeometrieelemente werden dann über Kopiergeometrien auf die Unterskelette bzw. Bauteile direkt weitergegeben, um einen klaren "top-down"-Re- ferenzfluss sicherzustellen.The reference geometry elements are then passed on directly to the sub-skeletons or components via copy geometries in order to ensure a clear "top-down" reference flow.
Bei einigen Konstruktionselementen ist über Parametersteuerung alleine keine zufriedenstellende Lösung, die alle gewünschten Variabilitäten enthält, zu verwirklichen. In diesem Fall werden tabellengesteuerte Muster eingesetzt, deren Werte aber wieder über Beziehungen parametergesteuert sind.For some construction elements, a satisfactory solution that contains all the desired variabilities cannot be implemented using parameter control alone. In this case, table-controlled patterns are used, the values of which are parameter-controlled again via relationships.
In jede Baugruppe ist grundsätzlich das Hauptskelettteil und das relevante Bauteilskelett integriert. Die Kopiergeometrien, erzeugt in den Baugruppen, referen- zieren dabei vom Hauptskelettteil auf das Bauteilskelett. Alle weiteren Teile in den Baugruppen referenzieren ausschließlich auf das Bauteilskelett und müssen vom Hauptskelettteil unabhängig sein.The main skeleton part and the relevant component skeleton are basically integrated into each assembly. The copy geometries created in the assemblies refer from the main skeleton part to the component skeleton. All other parts in the assemblies only refer to the component skeleton and must be independent of the main skeleton part.
Die Baugruppe selbst besteht aus allen relevanten Teilen wie Gusskernen, Rohteil und Fertigteil sowie Anbauteilen, die zur Baugruppe gehören. Dadurch ist ein gleichzeitiges Konstruieren von mehreren Personen an einer Baugruppe möglich ("Multi-Modeling"); die Erhaltung der Übereinstimmung der Schnittstellenbezüge bleibt aber trotzdem gewährleistet.The assembly itself consists of all relevant parts such as cast cores, unfinished parts and finished parts as well as attachments that belong to the assembly. This makes it possible to design several people on one assembly at the same time ("multi-modeling"); the maintenance of the correspondence of the interface references is nevertheless guaranteed.
Von den Fertigteilen und den Baugruppen werden universell anwendbare Zeichnungsansichten und Schnitte generiert, die alle funktional relevanten Informationen beinhalten.Universally applicable drawing views and sections are generated from the finished parts and the assemblies, which contain all functionally relevant information.
Konventionelle CAD-Systeme haben sich in der Vergangenheit nahezu ausschließlich auf die Erfassung und Verarbeitung gestaltbeschreibender Merkmale mit Hilfe geometrischer Primitive, wie Punkt, Kante, Fläche und Volumen konzentriert. Sogenannte "Features" sind eine demgegenüber erweiterte Klasse von Elementen, die mehr als nur geometrische Informationen tragen: Sie sind Konstruktionselemente, die neben ihrer geometrischen Beschreibung (Formfeatures) auch Informationen über ihr Verhalten in der Konstruktion beinhalten (Semantik). Daraus resultierend lassen sich Entwicklungsergebnisse erfassen, Informationen für spätere Entwicklungsphasen teilautomatisch ableiten und Aspekte aus späteren Phasen möglichst früh in den Entwicklungsprozess einbringen. Dementsprechend dienen Features neben den beschriebenen Parametern der Integration von anderen CAE-Werkzeugen und damit der Straffung rechnerunterstützter Prozessketten.In the past, conventional CAD systems have focused almost exclusively on the acquisition and processing of shape-describing features using geometric primitives such as points, edges, surfaces and volumes. In contrast, so-called "features" are an extended class of elements that carry more than just geometric information: they are construction elements that, in addition to their geometric description (shape features) also contain information about their behavior in construction (semantics). As a result, development results can be recorded, information for later development phases can be derived semi-automatically and aspects from later phases can be brought into the development process as early as possible. Accordingly, in addition to the parameters described, features serve to integrate other CAE tools and thus streamline computer-aided process chains.
Solche Features bilden heute standardmäßig lediglich relativ einfache Elemente, wie Normteile, Butzen, Rippen etc. ab. Erste Ansätze zur Erweiterung dieser Methodik auf komplexere Bauteile existieren, Ziel ist letztlich die Erweiterung der Feature-Technologie auf hochkomplexe Bauteile. Hierbei werden für die Gestaltung der Formfeatures nicht nur einfache Parameter, wie Durchmesser, Länge etc., also skalare Größen herangezogen, sondern sogenannte "Kurven", also hö- herwertige geometrische Elemente. Dies erlaubt, auch komplexe Körper aufzubauen, ohne nachher topologieändernde Manipulationen vornehmen zu müssen.By default, such features only depict relatively simple elements such as standard parts, slugs, ribs, etc. The first attempts to extend this methodology to more complex components exist. The ultimate goal is to extend the feature technology to highly complex components. Here, not only simple parameters such as diameter, length etc., ie scalar sizes, are used for the design of the shape features, but so-called "curves", ie higher-quality geometric elements. This allows even complex bodies to be built up without having to subsequently carry out manipulations that change the topology.
Wesentlich im Hinblick auf die Gestaltung und Optimierung der Schnittstelle CAD/CAE ist, dass über diese Features ein erheblicher Teil der Parameter für die nachfolgende Ableitung von CAE-berechnungsspezifischen Datenmodellen generiert werden kann. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, die Rückantwort aus der Berechnung, z.B. einen Änderungsvorschlag, einarbeiten zu können, ohne die Konstruktionstätigkeit bis zum Eintreffen der Rückantwort unterbrechen zu müssen. Durch diese Vorgangsweise lässt sich eine Verringerung der gegenseitigen zeitlichen Abhängigkeit von Entwicklungstätigkeiten (Sequenzen) und damit eine kompaktere Prozessgestaltung erreichen.With regard to the design and optimization of the CAD / CAE interface, it is essential that these features can be used to generate a significant part of the parameters for the subsequent derivation of CAE calculation-specific data models. In addition, there is the option of deriving the response from the calculation, e.g. a proposed change to be able to work in without having to interrupt the construction work until the reply is received. This procedure allows a reduction in the mutual time dependency of development activities (sequences) and thus a more compact process design.
Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnungen offenbarte Merkmale zu beanspruchen.The patent claims submitted with the application are proposals for formulation without prejudice for the achievement of further patent protection. The applicant reserves the right to claim further features previously only disclosed in the description and / or drawings.
In Unteransprüchen verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.Back-references used in sub-claims indicate the further development of the subject matter of the main claim through the features of the respective sub-claim; they are not to be understood as a waiver of the achievement of independent, objective protection for the characteristics of the related subclaims.
Die Gegenstände dieser Unteransprüche bilden jedoch auch selbständige Erfindungen, die eine von den Gegenständen der vorhergehenden Unteransprüche unabhängige Gestaltung aufweisen. Die Erfindung ist auch nicht auf das (die) Ausführungsbeispiel(e) der Beschreibung beschränkt. Vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die z.B. durch Kombinatiion oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den in der allgemeinen Beschreibung und Ausführungsformen sowie den Ansprüchen beschriebenen und in den Zeichnungen enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten erfinderisch sind und durch kombinierte Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell-, Prüf- und Arbeitsverfahren betreffen. However, the subjects of these subclaims also form independent inventions which have a design which is independent of the subjects of the preceding subclaims. The invention is also not restricted to the exemplary embodiment (s) of the description. Rather, numerous changes and modifications are possible within the scope of the invention, in particular such variants, elements and combinations and / or materials, for example by combining or modifying individuals in conjunction with those described in the general description and embodiments and the claims and in the drawings Features or elements or process steps contained therein are inventive and lead to a new object or to new process steps or process step sequences through combined features, also insofar as they relate to manufacturing, testing and working processes.

Claims

PATE NTANSPRÜCHE GODFATHER CLAIMS
1. Verfahren zur Auslegung und Konstruktion von komplexen technischen Produkten, insbesondere von Brennkraftmaschinen, und deren Bauteilen, wobei zur Simulation und Berechnung Hilfsmittel zur rechnergestützten Ingenieurarbeit und zur Konstruktion Hilfsmittel zur rechnergestützten Konstruktion eingesetzt werden, mit folgenden Schritten:1.Procedures for the design and construction of complex technical products, in particular internal combustion engines, and their components, wherein tools for computer-aided engineering work and tools for computer-aided design are used for the simulation and calculation, with the following steps:
a) Ablegen von entwicklungsspezifischen Informationen in zumindest einer Wissensdatenbank,a) storing development-specific information in at least one knowledge database,
b) Definieren der Produktanforderungen,b) defining the product requirements,
c) Erstellen einer Produktstruktur mit den Hilfsmitteln der rechnergestützten Konstruktion,c) creating a product structure with the help of computer-aided design,
d) Auswählen einer Modellstruktur aus den Hilfsmitteln der rechnergestützten Ingenieursarbeit,d) selecting a model structure from the tools of computer-aided engineering work,
e) Transformation zumindest eines Teiles der Parameter der Produktstruktur auf die Modellstruktur,e) transformation of at least some of the parameters of the product structure to the model structure,
f) Simulation und Berechnung zumindest eines Teiles der Modellstruktur des Produktes oder Bauteiles aufgrund der transformierten Parameter der Produktstruktur,f) simulation and calculation of at least part of the model structure of the product or component based on the transformed parameters of the product structure,
g) Rücktransformation der aktualisierten Parameter der Modellstruktur auf die Produktstruktur.g) transforming the updated parameters of the model structure back to the product structure.
2. Verfahren insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Definition der Produktanforderungen diese in Teilanforderungen unterteilt werden.2. The method in particular according to claim 1, characterized in that after defining the product requirements, these are divided into sub-requirements.
3. Verfahren insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilanforderungen funktioneil miteinander abgestimmt werden.3. The method in particular according to claim 2, characterized in that the partial requirements are functionally coordinated with one another.
4. Verfahren insbesondere nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass Teilmodelle zur Erfüllung der Teilanforderungen aus einer vorgegebenen Gruppe von Hilfsmitteln zur rechnergestützten Ingenieursarbeit ausgewählt werden.4. The method in particular according to claim 2 or 3, characterized in that sub-models to meet the sub-requirements are selected from a predetermined group of aids for computer-aided engineering work.
5. Verfahren insbesondere nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilmodelle zu einer digitalen Modellstruktur des Produktes zusammengeführt werden. 5. The method in particular according to claim 4, characterized in that the partial models are brought together to form a digital model structure of the product.
6. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Produkteigenschaften und/oder Anforderungen durch Steuerparameter definiert werden.6. The method in particular according to one of claims 1 to 5, characterized in that the product properties and / or requirements are defined by control parameters.
7. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Produktionsschritte eines Bauteiles abgebildet werden.7. The method in particular according to one of claims 1 to 6, characterized in that individual production steps of a component are mapped.
8. Verfahren insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Produkt innerhalb der Produktstruktur in Hauptbaugruppen unterteilt wird und jeder Hauptbaugruppe ein Hauptskelettteil mit Hilfsgeometrieelementen zugeordnet wird.8. The method in particular according to one of claims 1 to 7, characterized in that the product is subdivided into main assemblies within the product structure and a main skeleton part with auxiliary geometric elements is assigned to each main assembly.
9. Programmlogik zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.9. Program logic for performing the method according to one of claims 1 to 8.
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