Rapid Prototyping mit Matlab Simulink


Studienarbeit, 2018
18 Seiten, Note: 1,9

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Prototypen in der Produktentwicklung
2.1 Produktentwicklungsprozess
2.2 Bedeutung von Modellen und Prototypen

3 Was ist Rapid Prototyping?
3.1 Verfahren und Beispiel
3.2 Rapid Prototyping mit Matlab Simulink

4 Zusammenfassung und kritische Würdigung

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Stereolithographie - Funktionsweise

Abbildung 2: FDM-Extrudierkopf

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

„From the scratch“ zum Endprodukt. So laufen viele Entwicklungsprozesse ab. Dass dabei Fehler teuer werden können, lässt sich nicht schwer erahnen. Produkte wer- den immer komplexer und die Time-to-Market immer kürzer. Um dabei wettbe- werbsfähig zu bleiben, bedarf es einer effizienten Entwicklung. Bereits seit gerau- mer Zeit ist der Einsatz von Prototypen gängig. Durch diese „letzte Kontrolle“ wird vor der Serienfertigung sichergestellt, dass alle Planungsparameter korrekt berück- sichtigt wurden. Die Erstellung dieser Prototypen nimmt dabei eine zentrale Rolle ein. Durch die frühe Visualisierung kann eine Konkretisierung der entwickelten Teile vollzogen werden. Dabei ist zu beachten, dass alle Beteiligten und Entscheider aus- reichend involviert sind. Die zur Verfügung stehenden Verfahren des Rapid Proto- tyoings sind vielfältig und entsprechend der individuellen Bedürfnissituation anzu- wenden. Die vorliegende Arbeit beleuchtet das Thema Rapid Prototyoing. Dabei wird zunächst die Relevanz von Prototypen im Entwicklungsprozess beleuchtet. In Kapitel 3 folgt der eigentliche Kern. Das Rapid Prototyping wird definiert sowie die Verfahren vorgestellt. Speziell das FDM-Verfahren wird auf ein denkbares komple- xes System beispielhaft angewendet. Auch die Softwareseite wird in diesem Kapitel betrachtet sowie die Wiederverwendbarkeit erörtert.

2 Prototypen in der Produktentwicklung

Bevor ein Produkt, sei es ein Auto, Flugzeug oder Werkzeug, in die Serienfertigung geht, werden Prototypen hiervon erstellt. Sie dienen der Prüfung und sollen so Basis für die Finalisierung bzw. Weiterentwicklung sein. Dabei kommt nicht nur den Pro- totypen selbst eine wichtige Rolle zu. Ebenso der Weg zur Erstellung ist vielfältig und hat signifikanten Einfluss auf Kosten, Timing und Genauigkeit. Man stelle sich vor, dass ein Flugzeug erst komplett gebaut werden muss, um Punkte hinsichtlich Tragfähigkeit, Balance, Strömungswiderstände etc. zu überprüfen. Weder Kosten noch andere Ressourcen sind für solch ein Vorhaben zu verantworten.

2.1 Produktentwicklungsprozess

Allgemein wird im Entwicklungsprozess zwischen den Phasen Aufgabenklärung, Konzipieren, Entwerfen und Ausarbeiten unterschieden. Der Kern der eigentlichen kreativen und experimentellen Lösungsfindung beschränkt sich auf die letzten drei Phasen.1 Jedes Projekt bzw. jeder Entwicklungsprozess beginnt mit einem Katalog an spezifischen Anforderungen (Lastenheft), welche mit Prioritäten versehen wer- den.2 „Es wird eine gedankliche Konzeptidee zu einem physischen produzierbaren Produkt umgesetzt.“3 Die Konzeptphase kann teilweise sehr abstrakte Züge anneh- men, abhängig vom späteren Ergebnis. Es kann auch bereits zu ersten Modellen von Teilen kommen. Von besonderer Bedeutung sind die Wirkstrukturen, die mittels Blockschaltbildern visualisiert werden können. An dieser Stelle sind bereits erste Prototypen möglich. Auf Basis der in der Konzeptphase erstellten Gliederung an- hand der Leistungsanforderung und der aufgebauten Struktur, lässt sich in der Ent- wurfsphase die ungefähre Größe des Produktes. Nachdem die groben Abmaße ein- zelner Teile fixiert wurden, startet die Formgebung als Kern der Entwicklungstätig- keit.4 Anschließend erfolgt eine technische Realisierung der Wirkprinzipien anhand ausgewählter Maschinenelemente. Neben der Beschreibung der äußeren Form, werden in der Entwurfsphase auch Material und Fertigungsverfahren festgelegt.5 Im Anschluss reiht sich die Ausarbeitungsphase in den Prozess ein. Alle relevanten Unterlagen für die Serienfertigung werden erstellt. Darunter befinden sich Stücklis- ten, Teileverwendungsnachweise, Fertigungs- und Montagezeichnungen sowie Programme zur Maschinensteuerung.6 Auch an dieser Stelle sind Rapid-Prototy- ping-Einsätze möglich.

2.2 Bedeutung von Modellen und Prototypen

Im Rahmen der Produktentwicklung existiert eine Vielzahl an Kennzahlen, u. a. auch solche, die den wirtschaftlichen Erfolg maßgeblich definieren. Es ist allgemein bekannt, dass ein Großteil der Entwicklungskosten in dem frühen Stadium anfallen. Untersuchungen ergaben, dass ca. 80 % der Produktkosten während der ersten 20% der Produktentwicklungsphase festgelegt werden.7 Auch nimmt die Komplexi- tät der Entwicklung einen immer ausgeprägteren Charakter an. Die Konnektivität und die Varietät der einzelnen Teile, Baugruppen und Funktionen sorgen für ein scheinbar undurchschaubares Konstrukt. Aufgrund dieser Tatsachen ist eine früh- zeitliche Überprüfung der gewünschten Eigenschaften hilfreich. Zum einen um die Kostenseite nicht durch Fehlentwicklung oder spät erkannten Dysfunktionen zu be- lasten. Auf der anderen Seite dient die Frühnerkennung ebenso der ersten Prototy- pisierung und Modellierung.8 Modelle dienen dabei speziell dem Zwecke der Prob- lemlösung, welche am Original nicht durchgeführt werden können oder zu aufwen- dig wäre.9 Dieses Modell „[…] kann einerseits beispielsweise der Entwurf eines Ge- genstandes in Form von Skizzen, Zeichnungen oder CAD-Daten sein; andererseits wird aber auch noch eine gedankliche Konstruktion als Modell bezeichnet.“10 Gene- rell unterscheidet man zwischen Anschauungsmodellen, Funktionsmodellen, Mo- dellen zur Prozessunterstützung und Kommunikationsmodellen. Die Planungssi- cherheit steigt mit der frühzeitigen Erstellung der Modelle. Je weiter die Entwicklung fortgeschritten ist, desto mehr Seriennähe liegt vor. Abhängig von den Produktei- genschaften müssen nun geeignete Verfahren zur Erstellung von Prototypen ge- wählt werden. Die Prototypisierung bringt in der Regel einen virtuellen Prototypen hervor.11

3 Was ist Rapid Prototyping?

„Rapid Prototyping eignet sich besonders zur Herstellung von Design-, Konzept-, Geometrie- und Funktionsmodellen im frühen Stadium der Produktentwicklung.“12 Um die o. s. Frage ausführlich zu beantworten, wird vorab der Begriff des Prototyps betrachtet. Hierfür existieren mannigfaltige Definitionen. Alle haben jedoch eine Kernaussage gemein: ein Prototyp ist ein experimentelles Modell einer Idee, mit dem Überlegungen eine visuelle Komponente versetzt und diese dadurch sichtbar werden.13 Der Wert oder die Umsetzbarkeit der Idee kann somit evaluiert werden. Der Prozess der Erstellung eines Prototypens wird Prototyping genannt. So be- schreibt das Gabler Wirtschaftslexikon Prototyping als „[…] Vorgehensweise bei der Softwareentwicklung, bei der nicht sofort ein endgültiges Softwaresystem, sondern zunächst ein oder mehrere Prototypen erstellt werden.“14 In diesem Zusammenhang kann Rapid Prototyping als Methode verstanden werden, bei der die Aspekte Ent- wurf und Realisierung vereint werden. Das Ganze geschieht mit Einsatz leistungs- fähiger Hard- und/oder Softwareumgebungen, die einerseits anspruchsvoll in Funk- tionalität, andererseits einfach in Handhabung sein sollten. Damit wird ein geschlos- sener Entwicklungsprozess generiert.15 „Der Rapid-Prototyping-Einsatz ermöglicht bereits in einem frühen Produktentwicklungsstadium eine hohe Produktqualität und Zeiteinsparungen.“16 Bei dem Prozess werden mittels außerordentlicher Flexibilität und Schnelligkeit einzelne Prototypen erstellt werden können.17 „Wegen der über- proportional hohen Kostenfestlegungen in der Produktentwicklungsphase ist die Herstellung von prototypischen Modellen in möglichst kurzen Zeiten ein strategi- sches Werkzeug für Produktionsunternehmen.“18

[...]


1 vgl. Geuer, 1996, S. 9

2 vgl. Grabner, 2017, S. 64

3 Feldhusen & Grote, 2013, S. 93

4 vgl. Geuer, 1996, S. 10

5 vgl. Geuer, 1996, S. 10-11

6 vgl. Geuer, 1996, S. 11

7 vgl. Ehrlenspiel & Meerkamm, 2017, S. 505

8 vgl. Geuer, 1996, S. 12-13

9 vgl. Thommen & Horn, 2018

10 Geuer, 1996, S. 13

11 vgl. Geuer, 1996, S. 13-15

12 Berger, Hartmann, & Schmid, 2017, S. 31

13 vgl. Geuer, 1996, S. 13

14 Lackes & Siepermann, 2018

15 vgl. Abel & Bollig, 2013, S. V

16 Berger, Hartmann, & Schmid, 2017, S. 31

17 vgl. Geuer, 1996, S. 3

18 Berger, Hartmann, & Schmid, 2017, S. 31

Ende der Leseprobe aus 18 Seiten

Details

Titel
Rapid Prototyping mit Matlab Simulink
Hochschule
AKAD University, ehem. AKAD Fachhochschule Stuttgart
Note
1,9
Autor
Jahr
2018
Seiten
18
Katalognummer
V463349
ISBN (eBook)
9783668923768
ISBN (Buch)
9783668923775
Sprache
Deutsch
Schlagworte
Rapid Prototyping, Matlab, Simulink, 3D-Druck
Arbeit zitieren
Martin Hardtke (Autor), 2018, Rapid Prototyping mit Matlab Simulink, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/463349

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