Auch und gerade im Engineering Design bedarf es aktuell der Entwicklung von Methoden, Vorgehensweisen und Instrumenten, die den industriellen Produktentwicklungsprozess unterstützen. Das Lehrgebiet und Arbeitsfeld des Engineering Designs suggeriert nicht Wenigen eine Art „Maschinenbau Light“, was aber inhaltlich und formal den Kern dieser Profession nicht trifft. Engineering Design bedient, aufbauend auf eine entsprechende Diagonalbegabung der Akteure, den Übergangsbereich Technischen Designs zum klassischen, methodenbasierten Maschinenbau. Nicht zuletzt versteht man im englischsprachigen Raum unter Engineering Design das Fach-, Wissens-, und Forschungsgebiet der Konstruktionstechnik, bzw. des Conceptual Design im Sinne der Berliner Schule des methodischen Konstruierens. Im Vordergrund des Engineering Designs stehen deshalb traditionelle Produktentwicklungsverfahren, die alle Fragestellungen betreffen, mit denen möglichst alle Informationen erarbeitet werden, die für das Konzept, den Entwurf und die Erstellung von Fertigungsunterlagen eines Produkts notwendig sind, bis hin zur Einführung der technischen Artefakte in den Markt.
Inhaltsverzeichnis
1. Einleitung
2. Erste physikalische Modelle
3. Industrielle Produktentwicklung
4. Physikalische Modelle für Funktionshypothesen
4.1 Frühe Phase
5. Computerunterstützte physikalische Modellierung
5.1 Strukturberechnung
5.2 Fachwerke und Balkensysteme
5.3 Strömungsberechnung
5.4 Potential-Code
5.5 Fluid-Struktur-Wechselwirkung
5.6 PFC (Particle Flow Code)
5.7 Mehrkörpersimulation (MKS)
5.8 Prozessmodelle
5.9 Real-Arbeitsprozessrechnung (RAPR)
5.10 Rapid Prototyping (RP)
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit analysiert die Bedeutung von physikalischen Modellen und computergestützten Simulationen in modernen Engineering-Design-Prozessen. Zentral ist dabei die Untersuchung, wie durch computergestützte Funktionshypothesen komplexe Gestaltungsprozesse effizienter gestaltet und physikalische Zusammenhänge in frühen Entwicklungsphasen besser verstanden werden können.
- Grundlagen des Engineering Designs und der industriellen Produktentwicklung
- Die Rolle der Phänomenologie bei der Modellbildung
- Integration von Simulationstools (CAD, FEM, CFD, MKS) in den Produktlebenszyklus
- Methodische Vorgehensweisen bei der Entwicklung von Funktionshypothesen
Auszug aus dem Buch
ERSTE PHYSIKALISCHE MODELLE
Produktentwicklung beginnt am Fluss. Leonardo Da Vinci2 hatte ein sehr effizientes Verfahren, die Entwicklung von Maschinen, Gerät oder Waffen einzuleiten. Unsere moderne Güter- und Gestalter-Welt hält in mahnender Absicht für diese fundamentale Produktentwicklungsmethode lediglich den Begriff „Urlaub“ bereit. Das ist zu bedauern, denn die Methode ist sehr produktiv. Bestand für Da Vinci der Auftrag darin eine Maschine zu bauen, welche einem Fluid Energie entzieht, nahm dieser sich reichlich Zeit und begab sich an einen Bach. Schaute das Wasser. Spekulierte. Nach ein paar Tagen nahm er Papier und Kohle mit und begann zu zeichnen. Das Ahnen, das sich intuitiv Zusammenreimen physikalischer Zusammenhänge, das „Spekulieren“ über die betrachtete Wirklichkeit im Sinne von Wechselwirklichkeit hat seinen begrifflichen Ursprung im Beobachten3. Viele seiner (erhaltenen) Skizzen und Zeichnungen mit denen Leonardo seine Beobachtungen dokumentiert, konserviert und übrigens auch mit Handwerkern und (Material-) Händlern kommuniziert, betreffen das Quirlen und Wirbeln um einen Stein, das Fließen und Gurgeln der Strömung an einem Ast, das Stürzen und Schäumen an einem Wehr. Der Methode „Zeichnen“ kommt offenbar im Schaffen Leonardos die entscheidende Schlüsselrolle zu.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Diese Einleitung führt in das Berufsfeld des Engineering Designs ein und umreißt die Herausforderung, physikalische Grundlagen trotz hochkomplexer Prozesse in der Produktentwicklung nutzbar zu machen.
2. Erste physikalische Modelle: Das Kapitel reflektiert historische Ansätze der Naturbeobachtung am Beispiel von Leonardo da Vinci und vergleicht diese mit modernen, computergestützten Methoden.
3. Industrielle Produktentwicklung: Hier wird die Grundstruktur des Produktentwicklungsprozesses definiert, wobei der Fokus auf dem übergeordneten Strategieparameter der „Gestaltungsabsicht“ liegt.
4. Physikalische Modelle für Funktionshypothesen: Dieses Kapitel erläutert, wie physikalische Modelle als Wissensvorrat und Argumentegenerator für spezifische Funktionshypothesen dienen.
4.1 Frühe Phase: Es wird dargelegt, dass das Konzept in der frühen Phase methodisch neutral gegenüber der angestrebten Lösung sein soll.
5. Computerunterstützte physikalische Modellierung: Dieses umfangreiche Kapitel detailliert verschiedene Simulationsverfahren und deren Anwendung zur Lösung spezifischer technischer Problemstellungen.
Schlüsselwörter
Engineering Design, Produktentwicklung, Funktionshypothese, Phänomenologie, Computer Aided Engineering, Simulation, Finite-Elemente-Methode, Strömungsmechanik, Mehrkörpersimulation, Prozessmodelle, CAD, Konstruktion, Modellbildung, Design Intent, physikalische Modelle
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der computergestützten Unterstützung von Vorgehensweisen im Engineering Design, insbesondere durch den Einsatz physikalischer Modelle zur Entwicklung neuer Produkte.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die industrielle Produktentwicklung, die Rolle von Simulationen bei der Modellbildung und die wissenschaftliche Herangehensweise an Funktionshypothesen.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Ziel ist es aufzuzeigen, wie Designer durch computergestützte physikalische Modelle in die Lage versetzt werden, komplexe Zusammenhänge in frühen Entwicklungsphasen zu verstehen und zu validieren.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es werden verschiedene rechnergestützte Verfahren wie MKS, FEM, CFD sowie die Potentialtheorie und die Diskrete Elemente Methode (DEM) als wesentliche Werkzeuge für Engineering Design diskutiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil analysiert die methodische Verortung von physikalischen Modellen im Produktlebenszyklus, von der ersten Funktionshypothese bis hin zur prozessbegleitenden Simulation.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Engineering Design, Funktionshypothese, computergestützte Simulation, CAE, physikalische Modellierung und Produktentwicklung sind die zentralen Begriffe.
Welche Bedeutung hat das "Zeichnen" laut Autor für den Designprozess?
Der Autor betont, dass das manuelle Zeichnen eine körperhafte, motorische Tätigkeit ist, die eine intuitive Begegnung mit der physikalischen Realität ermöglicht, was in der modernen Ausbildung oft unterschätzt wird.
Was unterscheidet einen "Potential-Code" von anderen CFD-Methoden?
Potential-Codes sind auf die Potentialtheorie gestützt und ermöglichen die Simulation von Außenströmungen in extrem verkürzten Berechnungszeiten, was sie besonders effizient für iterative Untersuchungen macht.
Wie definiert der Autor das Konzept der "Funktionshypothese"?
Eine Funktionshypothese dient dazu, physikalische, chemische oder energieumwandelnde Phänomene an einem technischen Artefakt zu benennen, um diese anschließend mittels Simulationen zu bestätigen oder zu entkräften.
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- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Author), 2014, Auf Phänomenologien und computergestützten Funktionshypothesen basierende Produktentwicklung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/282835
